浅谈砼砌石重力坝施工技术要点

2023年10月31日市政知识1阅读模式

摘要：细石砼砌石坝是把浆砌石坝的胶结材料由砂浆改为砼，有效保证程施工质量，本文主要讨论砌石坝体的施工程序、质量控制及检测，探讨如何合理安排材料的上坝、进仓以加快施工速度。

关键词：砼砌石坝施工速度施工质量上坝与进仓

1 概述
水工挡水建筑物中浆砌石坝在我国具有悠久的历史，并且有一套成熟的施工工艺，主要施工内容有坝体砌石、防渗面板砼、坝体分缝、分缝止水、坝体排水、坝基排水、固结灌浆及帷幕灌浆等。浆砌石坝的优点是：就地取材、节约钢材、木材、水泥，水化热低，温控措施简单，坝顶可以泄流，施工期允许坝体过水，施工技术易于掌握，工期安排灵活。缺点是施工机械化较困难，施工速度较慢，使用劳力较多，施工质量容易波动。近年来随着新型筑坝材料及筑坝工艺的发展，由于浆砌石坝在施工质量和速度上的不足，大型水库使用甚少，但是在中小工程中仍具有广泛的应用前景。
细石砼砌石坝与浆砌石坝的不同之处是把胶结材料由砂浆改为细石砼，采用振捣器进行振捣，坝体的密实度、容重容易控制，从而保证施工质量，同时，由于施工作业面相对平整，可适当增加机械化作业，提高施工速度。施工过程中，筑坝石料、胶结材料、砌筑工艺、施工机械、材料运输、质量控制等方面均有特殊的技术要点。
2 筑坝材料要求
2.1 筑坝石料
砌体材料为块石，石料必须质地坚硬，尽量使用新鲜岩石，最低必须保证每块石料有两个新鲜面，石料标号不低于300号，石块尺寸原理上越大越好，可以节省胶结材料，提高砌体强度，但石料太大，人工搬运砌筑困难。因此要求石块重量以2—4人能够抬运为宜，采用50—200Kg。砌筑时，为了各种尺寸的石料都能得到充分利用，通常大、中、小块石搭配使用，有利于减少砌体的空隙，节省胶结材料用量，提高砌体密实度。块石使用搭配方法是：大块石（50—200Kg）占70%；中块石（20—50Kg）占20%；小块石（2.5—20Kg）占10%。
石方开采总量计算：
V=Vn（1－e）P/γ
式中：
V—石方需要开采总量，m3；
Vn—砌石坝体的几何体积，m3；
e—块石空隙率，按12%；
P—石料施工损失系数，取1.05—1.1。
γ—石料开采成品率，%；（由爆破试验确定，无试验条件时，块石按60—80%）；
规划阶段选择石料料场时，料场石料的储藏量应大于需要开采量的2—3倍，施工阶段应大于开采量的1.5倍。
2.2 胶结材料
细石砼砌块石胶结材料为C10细石砼。材料组成：水泥、砂、水、一级细石。细石粒径：一级细石5—20mm。材料配比：通过实验确定，塌落度为5—8cm为宜。使用特点：受力好，节省水泥，但和易性较差，不容易捣实。改善方法：配制时，掺入适量的塑化剂或者其他掺和料，用以改善和易性，并用小型振捣器捣实。
3 砌筑工艺
浆砌石坝施工最大的难题是施工质量和施工速度。浆砌石坝的质量要求主要控制指标是砌体容重和石料间粘结力，重力坝的抗滑稳定与砌体容重、接触面的摩擦系数密切相关，细石砼砌石坝采用分层砌筑，对同一砌筑层之间的石料粘结力容易达到结构标准，重点要控制层间的粘结力，应注意层面的清理，保证层面干净，确保新老层间能很好地粘结，保证砌体完整性。要保证砌体的容重能达到设计指标，一是应选用密度大的石块，二是砌体要尽量密实，不能出现架空。
砌石工程施工的工序流程是：
砌筑工作面清理→材料选择→铺垫砂浆→石料安放→竖缝灌浆→表面勾缝→质量检查→成品养护。采用分层砌筑，均衡上升的施工顺序。
砌筑工作面清理是一道关键工作，因为砌石坝施工以手工为主，工作面上活动的人员较多，而且材料运输主要是从工作面上经过，施工中很难保证层面的新鲜，因此在砌筑下一层之前一定要认真清理，验收合格后才能进行砌筑施工，否则层间结合不好，摩擦系数达不到设计指标，会造成安全隐患。
铺垫砂浆：铺浆主要是控制铺浆的厚度，以确保砂浆饱满，安石稳固。座浆厚度应比设计砌缝宽度厚1/3为宜，对于毛石砌体，座浆厚度约8cm左右，以盖住凹凸不平的层面为度。铺浆后经人工稍加平整，并剔除超径突出的骨料，然后摆放石料。胶结材料铺设后，石料的安砌应在座浆初凝时间以内完成。砂浆超前铺垫宽度一般不超过1.5m，以免石料安砌完成前砂浆发生凝固。
石料安放：在已座浆的砌筑面上，摆放洗净湿润的石料，摆正后用铁锤敲击石面，使座浆开始溢出为度。石料安放主要是控制块石之间灰缝的宽度。要求石料之间的竖缝宽度为细石砼骨料最大粒径的2—2.5倍，约4～5cm。石料必须在砂浆初凝前完成安放。
竖缝灌浆与捣实：竖缝灌浆与捣实，是保证砌体质量的重要措施。石料安放好，应立即进行灌捣工作。砌层高度在50cm以下的，可以一次性灌平后，用小型插入式振捣器进行振捣，超过50cm时应分层贯注、振捣。由于块石的不规则性，有的地方竖缝较大，为了节省细石砼用量，同时有利于增加砌体容重，在灌上砼的竖缝上嵌入小块石，边振捣边用脚踩小块石，使小块石挤进竖缝中。表面应尽量砌平整，可用砼砂浆和小石块把大石块间的凹陷部位填平，以利于下一层施工时材料运输交通。
石料砌筑要求可归纳为 “平、稳、满、错”：
“平”：同一层石块应大致砌平，相邻石块高差不宜过大，以便上下层水平缝座浆结合密实，并有利于丁、顺石的交错安砌。
“稳”：单块石料的安砌务求自身稳定，要求大面向下放置，切勿轻重倒置或依赖小块石或片石支撑维持稳定，上下两面应稍加平整，四角应无尖角突出。任何石料均不得属于有扭曲、楔形等异形石，以免形成架空。
“满”：砌体上下左右砌缝中的胶结材料必须饱满密实，使各单块石料能互相胶结紧密。水平砌缝应防止被石瘤或小石架空。
“错”：同一砌筑层内，石块应互相错缝砌筑，不允许存在顺流向的通缝；上下相邻砌筑层的石块应错缝搭接，避免形成竖向通缝。做到同一层径向错缝，上下层竖向错缝。
浆砌石体砌筑时还应注意：应先从外围的边行开始砌筑，行列定位的镶面石应选用坚硬、平整的石料。石料需事先试放，不合适的地方用小锤修凿，保证石块放平座稳。砌体每层厚度视石块尺寸而定，约为50cm。但由于石块大小不一，故应每砌三层找平一次。为了保证砌体的整体性，当砌筑工作需要中断时，在间断处宜留平缓的台阶。禁止在已砌成但砂浆未达足够强度的砌体上敲击、滚动石块、拖拉重物，以防震动脱缝。浆砌石体结构尺寸和位置的砌筑允许偏差，应符合规范规定。砌体经砌筑完成或在间歇时间内应及时进行养护，砼砌体养护时间为21天。
4 施工机械与材料上坝及进仓
浆砌石工程是一种主要依靠手工施工为主的工程，所需施工机械主要有塔吊或门机—用于提升石料及砼进仓，自卸汽车—运输块石及砼进仓，砼搅拌机—拌制细石砼，小型插入式振捣器—石缝砼振捣，保证砌石密实度。
浆砌石坝施工速度慢的主要原因就是上坝及进仓方法落后，传统的进仓方法是靠人工抬，架子车运输，或采用简易提升设备运输上坝，因而难于提高施工速度。利用坝肩修筑上坝公路、合理利用坝体断面宽度，采用自卸汽车通过坝面运输可大大提高了施工速度。
抗压强度验算：以汽—10为例，前轴重力为30KN，后轴重力为70KN，前轮着地宽度及长度为0.25×0.2×2，后轮为0.5×0.2×2，汽车对地面地压强为：前轮为0.3Mpa，后轮为0.35Mpa，冲击系数取2，则汽车对地面地最大压强为0.7Mpa。坝体胶结材料为C10砼，气温为25℃时，3天砼强度可达到设计强度的43％，5℃时，可达到设计强度的20％。则C10砼3天的胶结强度为2~4.3Mpa，远大于0.7Mpa。砌石体完成3天后，汽车即可在上面运输行走。
塔吊输送进仓是汽车运输进仓的有效补充途径。采用钢丝绳自制的绳网作为吊篮，人工把块石搬入钢丝网内，冲洗干净后直接进仓砌筑。
石料储存是影响施工速度的不可忽视的因素，必须合理规划、统筹安排。料场较远或者有夜间施工要求的应在坝址附近设立储料场，设立在坝址上游还是下游应根据水库蓄水计划及施工期洪水合理布置。雨季前应储备一定的石料，避免洪水毁坏运输道路导致材料供应中断影响施工。
5 质量控制及检测
砼砌石坝的主要质量控制项目有仓面清理、砌筑厚度、坝体排水孔保护、坝体分缝。每砌一层砌体时，前一层砌体表面的浮碴必须清除，砂浆或砼表面必须凿毛，并将仓面冲洗干净，排干积水。控制砌体每层的砌筑厚度，防止厚度过大造成漏振和架空，每层砌筑厚度为50cm左右。因为仓面上作业人员较多，相互干扰大，应避免小块石、砼掉入排水孔内造成堵塞。坝体分缝应挂线砌筑，做到上下垂直，前后平顺，分缝面用M7.5砂浆摸平。
砌体质量检查内容主要包括：砌体的容重、灰浆是否饱满、砌筑的坝体是否存在漏水通道等。通常采用挖试坑的办法进行检测，计算砌体干容重，干容重必须大于或等于设计容重。对开挖试坑还应进行表面观测，观察试坑表面胶结材料的密实情况，同时直接对试坑进行充水，观测砌体漏水情况。各项参数必须符合设计及《浆砌石坝施工技术规定》（SD120-84）的要求。试坑要求每砌5~10m挖一组，每组3个试坑。
6 结论
砼砌石坝是浆砌石坝改进的坝型，施工技术简单，施工设备投入小，工程造价相对较低，建筑材料丰富，在中小型工程中仍有较强的生命力，关键是规范施工工艺确保工程质量，解决材料的上坝及进仓以提高施工速度。从施工实践总结来看，砼砌石干容重达到了2.35t/m3以上，完全满足设计2.2t/m3的要求，而且缩短了工期。