自流平自密实混凝土在五岳水库输水洞加固薄壁衬砌中的应用

房小波

（中国水电基础局有限公司 天津武清 301700 ）

1 前言

自流平自密实混凝土依靠自重，勿需振捣即可自行填充模型且包裹配筋。其拌和物具有良好的流动性、黏聚性、保水性及填充性能。不离析、不泌水，且硬化后具有良好的力学性能和耐久性能。自密实混凝土的设计理念与常规混凝土最大的差别在于，其在配合比设计上用粉体取代了相当数量的石子，通过高效减水剂的分散和塑化作用，使浆体具有优良的流动性和黏聚性，能够有效地包裹输运石子，从而达到自密实的效果。对于民用高层轻型墙体结构和工业工程中附属装配式构件、预制构件、钢筋密集的框架梁柱、混凝土堆石坝及小尺寸隧洞衬砌等厚度小、钢筋密集、结构复杂的构筑物，自流平自密实混凝土在保证施工质量，提高功效方面有着突出的表现。

2 工程概况

五岳水库位于寨河支流青龙河上，坝址距离光山县城约 35km。输水洞位于主坝左侧，洞身全长80.6m，洞径为3.0m，采用厚度为60cm的钢筋混凝土衬砌。经过多年运行，输水洞出现裂缝、渗漏等险情。此次除险加固方案为，采用孔深为 3.0m的固结灌浆对原洞身围岩进行加固后，将原洞壁混凝土炭化表层凿除，采用厚度为15cm的C30W6钢筋混凝土衬砌，衬砌后洞径调整为 2.7m，待混凝土达到龄期后对新衬砌混凝土进行回填灌浆。由于混凝土衬砌厚度小、结构钢筋密、振捣困难等客观因素限制，参考类似条件工程的施工经验，优化为采用具有高流动性、不离析、不泌水、均匀性和稳定性、无需振捣便能均匀密实成型的 C30W6自流平自密实混凝土。施工期间通过浇筑方案的持续改进，较好地解决了混凝土入仓困难、振捣困难及模板上浮的薄壁混凝土衬砌难题。

3 自流平自密实混凝土衬砌施工

3.1 自流平自密实混凝土配合比确定

本工程委托某知名大学水利水电工程系进行了C30W6自流平自密实混凝土配合比试验，配合比见表1。为提高自密实混凝和易性，有利于混凝土顺利入仓，在混凝土中掺入粉煤灰。砂采用当地河道内天然砂，豆石采用当地采石场生产的5～10mm豆石，采用配合比出具方提供的专用活性外加剂。因自流平自密实混凝土性能同原材料性能有密切联系，特别是原材料中粉体数量及砂细度模数的变化，可根据原材料实际情况进行配比试验，并根据砂石料性能变化对配合比进行调整。现场安装JS750型强制式搅拌机，单盘最大搅拌量为0.75m3，可满足生产自流平自密实混凝土需要。为保证混凝土的均匀性，混凝土搅拌方法为：将砂石骨料及胶凝材料放入搅拌机内先干拌1分钟左右，再加入水、专用外加剂进行搅拌。搅拌混凝土用砂、小石计量采用PLD1200型电子配料机，以整袋粉煤灰重量折算出每盘混凝土搅拌量，水泥采用电子称量的方法添加，专用外加剂为液体状，自搅拌机口加入，加水量由计量泵控制，搅拌时间按照每盘2分钟控制，每2小时对混凝土工作性能进行检测，确保拌合物性能良好。

配合比试验单位于2011年1月下旬向委托方、施工方提交了正式配合比报告，施工方进行试拌后委托第三方检测单位进行了七天抗压强度检测，试验强度为 24.3MPa，推算 28天强度为34.7MPa，满足设计要求，将配合比报监理单位批准后使用。

表1 C30W6自流平自密实混凝土配合比 单位：kg/m3

3.2 自流平自密实混凝土生产

本工程自流平自密实混凝土由集中搅拌站生产，搅拌站安装两台JS750型卧轴强制式搅拌机及一台 PLD1200型电子配料机。每盘混凝土按照 0.54m3进行拌制，砂、豆石及水泥由电子配料机称量掺加，人工加入3袋粉煤灰，拌合用水采用电子计量泵控制，专用外加剂在搅拌机口掺加，混凝土搅拌时间按90s控制，在机口及仓口检测坍扩度。混凝土浇筑过程中严禁加水，必要时可人工加高效减水剂。

3.3 自流平自密实混凝土至浇筑仓面的运输

五岳水库输水洞洞身衬砌段全长80.6m，桩号为 0+31.40～0+112.00。，考虑到输水洞上游进口闸金结施工及输水洞下游出口闸混凝土交叉施工，为减小交叉施工难度，自输水洞顶部0+50.0、0+87.0部位钻两个直径为φ 110mm的垂直输料孔，钻孔内下设φ 100mm铁管，以减小自流平自密实混凝土下落时的摩擦力。在输料孔入口处安装φ 32mm塑料通气管，防止混凝土下落过程中压入大量空气。在输料管底部安装蝶阀用以控制下料量。衬砌段混凝土运输方案为，将混凝土成品用搅拌车拉运至输料孔处，垂直输送至洞内HBTS20-8-30混凝土泵内，泵身配65mm泵管，受泵压限制，将小泵放在衬砌段面附近，通过安装在模板上的充填管入仓。

3.4 模板制安

由于原洞身不规则，本工程整体模板采用竹胶木模板加工制作，以减小施工人员劳动强度，同时便于洞内拼装。模板内侧竖向及横向支撑主要采用φ 28mm螺纹钢，横向支撑、竖向支撑间距为 0.5m，采用钢筋拱架、钢管及拉紧器提高模板整体刚度。整体模板分为上半弧、下半弧，沿洞轴线 1.2m分块，单块运输至衬砌仓面后现场拼装。在半圆拱位置设5cm×10cm方木嵌缝，以保证洞径不规则部位模板的良好密封性，方木内沿与整体模板内沿平齐，防止混凝土面出现错台。使用两到三仓后对变形量大的模板予以剔除替换。模板接缝及模板与铜止水结合部位采用密封胶条嵌缝，避免浇筑期间自流平自密实混凝土砂浆漏失，影响自流平自密实混凝土强度和外观质量。为防止模板上浮，保证钢筋保护层厚度，在洞身半圆拱以下老混凝土内设六排φ 14mm拉筋，三道围檩。在模板与环向钢筋间设置5cm厚的高强度预制混凝土垫块。为防止泵入过程中振动力引起模板变形，顶拱充填管处采用钢模板，在半圆拱处对称设六个水平入料口。

3.5 自流平自密实混凝土入仓

新衬砌混凝土分缝与原洞结构相同，衬砌段长15m，平均分布设 9个进料口，沿轴线每5m在半圆拱两侧及顶拱各设一个进料口，半圆拱进料口直接在模板上切割10cm×10cm方形孔，顶部进料口采用φ 100mm泵管与刚模板牢固焊接，并对周边模板认真加固，防止泵入期间模板变形。进料口下部通过法兰盘与 80mm进料管、HBTS20-8-30型混凝土泵软管连接，法兰盘间设闸阀，待混凝土浇满后关闭闸阀即可将软管换至下一进料口继续浇筑。浇筑顺序为，自一侧向另一侧推进依次通过半圆拱进料口浇筑侧面模板，随混凝土面均衡上升至水口进料口高度后，封堵半圆拱进料口，改自顶拱充填管进料，直至完成浇筑。，在浇筑期间采用橡皮锤对模板敲击，以利于将随混凝土压入仓内的气泡排出。自密实混凝土浇筑完毕后，模板在混凝土达到规定强度后方可拆除，并立即洒水养护，洒水养护时间不得少于7d，以防止混凝土出现干缩裂缝。

3.6 自流平自密实混凝土质量检验与评定

按照规范要求的成型频次，本工程 C30W6自密实混凝土共取8组抗压试件，最低组抗压强度为33.4MPa，平均强度34.5MPa，混凝土试件强度同时满足：

取1组抗渗试件，抗渗等级满足设计要求。

4 结语

河南省五岳水库输水洞加固衬砌施工采用C30W6自流平自密实混凝土，通过对施工方案不断调整优化，在施工中精心组织、严格控制施工工序，成功地解决了普通混凝土衬砌中面临的工作面狭小、衬砌厚度小及钢筋密集等难题，且大大提高了施工功效，最终圆满完成施工任务。五岳水库输水洞薄壁自流平自密实混凝土的成功应用，可为自流平自密实混凝土在类似工程中的应用提供借鉴。

1 CECS02—2004自密实混凝土设计与施工指南. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

2 CECS203—2006自密实混凝土应用技术规程. 北京：中国计划出版社，2006.