U型-H微膨胀混凝土在砌石拱坝封拱中的应用

(福建省金禹建设工程有限公司，福建 宁德 352100)

U型-H微膨胀混凝土在砌石拱坝封拱中的应用

肖丽娟

(福建省金禹建设工程有限公司，福建 宁德 352100)

水工大坝使用常规混凝土，由于温度应力等多种因素往往会引起收缩开裂，进而发生渗漏，最终导致大坝使用功能降低并影响使用年限。一定比例的U型-H微膨胀剂加入常规混凝土中，水泥水化物钙矾石等受到微膨胀性结晶水化物产生的压应力挤压形成微膨胀混凝土，凝固时产生的微膨胀力使混凝土密实膨胀。本文介绍U型-H微膨胀混凝土在后垄水电站砌石拱坝封拱应用中的有关技术问题及其效果。

U型-H微膨胀混凝土；砌石拱坝；封拱；应用

1 问题的产生

砌石拱坝砌筑及正常运行中坝体经常会产生裂缝，进而坝体发生渗漏。为防止坝体砌筑时温差过大而产生温度应力导致坝体产生裂缝，做到高温季节坝体砌筑能照常施工，砌石拱坝在高温季节通常在坝体设立宽缝进行分缝砌筑。宽缝封拱回填如采用常规混凝土，由于回填混凝土与砌石坝体两者收缩率相差较大，施工缝往往产生渗漏。U型-H微膨胀混凝土具有补偿收缩的特性，有效解决了大坝砌体抗裂问题和坝体宽缝回填混凝土施工缝时产生的渗漏问题，取得了良好的抗裂防渗效果。同时，可以将宽缝回填混凝土施工时间提前到当年的10月中下旬，使预留宽缝对坝体砌筑的影响降到最低。

2 工程概况

后垄水电站拦河坝位于福建省周宁县礼门乡后垄村上游2.4km处，距周宁县城关约60km，坝址以上控制流域面积510km2,水库正常蓄水位280.00m，总库容2600万m3，装机容量4.8万kW。大坝为砌石双曲拱坝，坝高76.5m，坝底厚度18.5m，坝顶厚度4.5m，坝顶弧长234m，坝体砌筑总方量9.37万m3。大坝于2005年6月开工，2008年6月全面竣工。

为实现“提前发电、早出效益”的总体目标，大坝月平均砌筑强度要达到5000m3以上。为确保工期，在高温季节主要采用了坝体分缝砌筑，在低温季节采用了U型-H微膨胀混凝土回填宽缝封拱的新技术。2006年7～10月，在243.00～253.00m高程进行一期分缝砌筑，坝体设宽度为1m的宽缝两道，坝体砌筑方量17600m3，2006年10月25日～11月10日宽缝回填U型-H微膨胀混凝土500m3。2007年7～10月，对270.00～280.00m高程进行二期分缝砌筑，在平行坝轴线方向设三道宽缝，坝体砌筑方量16900m3，2007年10月26日～11月10日宽缝回填U型-H微膨胀混凝土1100m3。两期合计回填U型-H微膨胀混凝土1600m3，不仅确保了整体施工进度计划，还取得了良好的抗裂防渗效果。

3 大坝砌筑分缝

宽缝的设置位置主要考虑两点：一是便于封拱时回填混凝土，二是坝面施工交通便利。为满足坝体温差变形收缩，一般情况下分缝坝段长度以不大于50m为宜，分缝宽度为1m。该工程一期分缝在243.00～253.00m高程，拱坝上游面弧长103m，整个坝面设置两道宽缝，在拱冠位置左、右侧20m处各设一道。二期拱坝上游面弧长171m，整个坝面设置三道宽缝，中间一道在拱冠处结合施工度汛预留泄洪缺口，底宽3.5m，两侧收坡1∶0.2(见图1)，另两道分别设置在距中间一道左右50m处。为了加强坝体与宽缝回填微膨胀混凝土的结合，在宽缝内设置梯形键槽，一期宽缝设三道，二期宽缝设两道(见图2)。

图1 拱坝二期分缝示意图

图2 拱坝宽缝键槽结构示意图

4 U型-H微膨胀混凝土施工

4.1 U型-H微膨胀混凝土配合比设计

采用U型-H微膨胀混凝土回填宽缝进行封拱主要是利用U型-H微膨胀混凝土的微膨胀特性来补偿回填混凝土及大坝砌体因化学减缩、干湿、温度而引起的变形。因此，U型-H微膨胀混凝土配合比主要应根据以下情况进行设计：ⓐ选用的水泥品种；ⓑ骨料级配情况；ⓒ选用的外加剂品种； ⓓ大坝宽缝设置情况；ⓔ坝体砌筑变形观测情况；ⓕ施工期间环境温度变化情况等。

U型-H微膨胀剂可加入五大水泥，为了确保掺入微膨胀剂后混凝土的质量，以选用32.5R以上标号矿渣水泥和普通硅酸盐水泥为宜；如选用粉煤灰水泥和火山灰水泥要经过试验确定。该工程水泥采用42.5R矿渣水泥，外加剂采用糖蜜减水剂，制成10%溶液掺入。采用机制人工砂，容重2.61～2.70t/m3，细度模数2.58～3.21。骨料采用机制碎石，干容重在2.55t/m3以上，质地良好。采用的U型-H微膨胀剂初凝时间大于45min，终凝时间不超过10h，限制膨胀率:水中14d大于0.02%、空气中28d不小于0.02%，自应力值0.20～0.80MPa。

U型-H微膨胀混凝土配合比设计与普通混凝土一样，只是应特别注意：每m3U型-H微膨胀混凝土水泥用量不得少于300kg，U型-H微膨胀剂加入量(E)按水泥替换内掺法计算，即E/(C+E)，其中，E为U型-H微膨胀剂加入量，C为水泥用量。该工程U型-H混凝土(C20)配合比确定为水∶水泥∶U型-H微膨胀剂∶外加剂∶人工砂∶小石∶中石=163∶320∶50∶0.33∶637∶617∶617(单位：kg)，水灰比0.44，砂率34%，坍落度控制在1～3cm。

4.2 U型-H微膨胀混凝土拌制、浇筑与养护

U型-H微膨胀混凝土搅拌时间，采用自落式搅拌机时要比普通混凝土延长1min以上，采用强制式搅拌机要比普通混凝土延长0.5min以上。搅拌时间长短控制，应以出料时混凝土状态达到均匀一致为准。浇筑前对接触面混凝土凿毛，凿毛深度5～10mm，凿毛痕的间距为30mm左右，凿毛率达95%以上，用钢丝刷清净浮灰、砂浆、油渍等，并用高压水枪冲洗至表面露出碎石。为使缝面处于湿润饱和状态，应对缝面连续喷水湿润24h以上。回填U型-H微膨胀混凝土前10～20min在缝面涂刷一层水灰比为0.30～0.40的纯水泥浆，刷浆厚度0.50～1mm。宽缝混凝土分3次回填，每次浇筑层高控制在3～4m，铺层厚度不大于30cm，浇筑层间隔时间控制在1.50h以内，采用插入式振捣器振捣密实。两次回填间隔时间7～10d，回填混凝土选择夜间气温较低时施工。U型-H微膨胀混凝土由搅拌机口至仓面运输时间控制在0.50h以内，入仓温度控制在8～10℃。已浇筑完成的混凝土应及时用湿草帘等加以覆盖以避免遭受阳光直射，待混凝土终凝后充分浇水养护，在潮湿状态下养护14d以上，如用水泥养护剂养护效果会更好。

4.3 施工缝的接缝灌浆

为确保宽缝处砌体面与U型-H微膨胀混凝土的胶结效果，达到大坝设计抗渗要求，在宽缝两侧埋设由无砂混凝土制成的接触灌浆盒，进行循环接缝灌浆。灌浆盒距上游坝面2.5m，按层距每3m布设一组，孔径4cm。接缝灌浆时间安排在坝体充分收缩的冬季，浆液水灰比按3∶1、2∶1、1∶1三个级别逐级加浓，灌浆压力采用0.30MPa。

4.4 U型-H微膨胀混凝土施工注意事项

a.U型-H微膨胀混凝土骨料应选择新鲜岩石轧制的碎石，要求粒形好、新鲜、质地坚固、质量稳定，砂子要控制好级配、细度模数和含水率。为避免骨料对微膨胀混凝土干缩率和微膨胀率造成不良影响，严禁使用海砂和品质不良骨料。

b.膨胀剂掺量的准确性对微膨胀混凝土的膨胀率有直接影响，因此对水泥及U型-H微膨胀剂称量必须力求准确。水泥称量误差应控制在1%以内，U型-H微膨胀剂称量误差应控制在0.5%以内，以确保达到设计要求的微膨胀率。

c.U型-H微膨胀混凝土拌和后，应及时入仓振捣均匀、密实。如果运输和停放时间太长，会引起混凝土脱水，加大坍落度损失，造成振捣不均匀、密实度差等施工缺陷。此时不得加水进行二次和合，以免降低混凝土强度和微膨胀率。

5 结 语

砌石拱坝分缝砌筑采用U型-H微膨胀混凝土回填宽缝进行封拱，对提高砌石坝整体抗裂、抗渗性能均有较为明显的效果。该工程竣工投入运行多年，大坝未发现裂缝，宽缝处也无渗漏现象，表明砌石坝施工在夏季高温季节采用分缝砌筑施工、冬季低温季节采用U型-H微膨胀混凝土回填宽缝进行封拱，对宽缝抗渗、坝体抗裂具有明显的效果，在砌石拱坝施工中值得推广应用。

[1] 马浩，等.混凝土外加剂及其应用[M].北京：中国建筑出版社，2005.

[2] GB 8076—1997 混凝土外加剂[S].

ApplicationofUType-HMicro-expansionConcreteinMasonryArchDamArchClosure

XIAO Li-juan

(FujianJinyuConstructionEngineeringCo.,Ltd.,Ningde352100,China)

Shrinkage cracking can be caused on regular concrete which is used in hydraulic dam due to a variety of factors such as temperature stress, etc. thereby leading to leakage, and finally causing function reduction on dam and influencing on service life. A certain proportion of U type H micro-expander can be added into regular concrete. Cement hydrate-ettringite and similar materials are squeezed by compressive stress due to micro-expansion crystalline hydrates, thereby forming micro-expansion concrete. Micro-expansion force produced during solidification could make the concrete compacted and expanded. Related technical problems and effects of applying U type-H micro-expansion concrete in Houlong Hydropower Station masonry arch dam closure are introduced in the paper.

U type-H micro-expansion concrete; masonry arch dam; arch closure; application

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