自流平混凝土在盐河闸除险加固工程中的应用

丁 跃 孙承祥 许永平

（江苏省淮沭新河管理处，江苏 淮安 223005）

1 工程概况

盐河闸位于淮安市淮阴区王营镇，分淮入沂二河东堤上，是分淮入沂综合利用工程之一，为盐河灌区引水渠首，具有供水、分洪、防洪、发电等功能。工程于1959年4月建成，为涵洞式结构，共12 孔，单孔净宽3.0 m，总净宽36.0 m，设计流量为230.0 m3/s。

由于工程原设计标准偏低，又经50 多年运行，工程老化明显。2007年8月，江苏省水利厅组织对盐河闸进行安全鉴定，评定本闸为“三类”闸。为保证工程安全运行，决定对盐河闸进行除险加固。

2 采用自流平混凝土的缘由

工程施工期采取钢围堰封闭施工，需解决洞身抗浮、抗滑等稳定问题。根据复核计算结果，施工期将洞身上部填土取走，并将原洞顶拆除后施工的方案不能满足抗浮、抗滑要求，会造成闸室整体不稳定，因此，不能移动洞顶填土，不能在洞顶采取大开挖方式施工，只能采取封闭施工的方法。盐河闸闸身加固空间狭小、钢筋密集，新浇混凝土为“∏”形薄壁结构，闸墩临水侧加厚15 cm、顶板底面加厚40 cm，施工难度较大。钢筋、模板安装后整个浇注区是封闭的，其结构特点决定了施工人员无法进入仓面浇筑振实混凝土，传统施工方法与普通混凝土不能满足质量要求。通过对常规浇筑混凝土、自流平微膨胀混凝土、喷射混凝土等三种施工方案进行技术比较，采用自流平微膨胀混凝土方案能够满足混凝土密实性和表面平整度的要求，施工时洞身填土不需移动、洞内不需砂袋压重，工期可以大大缩短。

本工程采用的自流平微膨胀混凝土即自密实混凝土，同时在自密实混凝土中掺JM-3 微膨胀剂，使其具有微膨胀功能。自密实混凝土是具有很高流动性而不离析，不泌水，能不经振捣完全依靠自重流平并充满模型和包裹钢筋的新型高性能混凝土。

3 自流平混凝土施工技术要点

3.1 质量控制目标

保证混凝土浇筑后不出现蜂窝、麻面，做到内实外光；保证新老混凝土结合面粘结强度；保证不出现因新浇混凝土塑性收缩、沉降、温度变化而产生裂缝。

3.2 钻孔及输料管安装

每孔闸室顶板中间设5 个进料孔，间距为3.3 m；进料孔两侧1.45 m处各设1 个观测孔，兼作辅助进料孔，每孔闸室顶板上共开15 个Φ10 cm的孔；闸墩临水侧高程10.0 m 以下的混凝土浇筑时通过观测孔灌注C30自流平混凝土，高程10.0 m 以上的闸墩和顶板混凝土浇筑时通过顶板中间的进料孔灌注C30 自流平微膨胀混凝土。开孔布置情况见图1。

钻孔采用膨胀螺栓固定钻机，钻孔完成后及时安装输料管，输料管直径为30 cm，钻孔直径为15 cm，其间采用PVC 缩节进行连接，连接部分采用素混凝土保护。

3.3 自流平混凝土配制

3.3.1 配制原理

配制自密实混凝土的原理是：通过外加剂、胶结材料和粗细骨料的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，既使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能自由流淌并充分填充模板内的空间，形成密实且均匀的胶凝结构。

3.3.2 原材料的选择

水泥：通过试验及有关资料验证，普通硅酸盐水泥配制的自密实混凝土，较矿渣水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土和易性、匀质性好，混凝土硬化时间短，外观质量好，便于拆模，因此，水泥品种应优先选择普通硅酸盐水泥。本工程选用淮安“海螺牌”P.O.42.5 普通硅酸盐水泥。

图1 开孔布置图

矿物掺合料：自密实混凝土浆体总量较大，如单用纯水泥会引起混凝土早期水化热较大、混凝土收缩较大，不利于混凝土的体积稳定性和耐久性，掺入适量的矿物掺合料不仅可弥补以上缺陷，而且可改善混凝土的工作性能，如：增加流动性、减少泌水离析现象等。本工程选用的矿物掺合料包括如下两种：

（1）粉煤灰：火山灰质掺合料，选用优质淮阴华能电厂Ⅱ级以上磨细粉煤灰，能有效改善自密实混凝土的流动性和稳定性，有利于硬化混凝土的耐久性。

（2）矿粉：火山灰质掺合料，选用淮钢产的磨细矿渣，用于改善和保持自密实混凝土的工作性能，有利于硬化混凝土的耐久性。

细骨料：自密实混凝土的砂浆量大，砂率较大，如选用细砂，则混凝土的强度和弹性模量等力学性能将会受到不利影响，同时，细砂的表面积较大将增大拌合物的需水量，也对拌合物的工作性能产生不利影响，如果选用粗砂则会降低混凝土的粘聚性，故本工程选用宿迁骆马湖水洗中粗砂，砂细度模数在2.5～3.0，砂中所含粒径小于0.125 mm 的细粉对自密实混凝土的流变性能非常重要，要求不低于10%。

粗骨料：按规范要求，粗骨料最大粒径一般不超过20 mm。碎石有助于改善混凝土强度。对于自密实混凝土，要求石子为连续级配，可使石子获得较低的空隙率。故本工程选用盱眙产的5～16 mm 连续粒级水洗碎石。

外加剂：配制自密实混凝土常使用各类高效减水剂。掺入适量外加剂后，混凝土可获得适宜的粘度、良好的粘聚性、流动性、保塑性。本工程选用如下几种外加剂：

（1）萘系高效减水剂：较氨基磺酸系高效减水剂稳定性好，与水泥适应性广泛，因此，选取减水率在20%以上的萘系高效减水剂（JH-1 高效减水剂）。

（2）膨胀剂：考虑到自密实混凝土因粗骨料粒径小，砂率高，胶凝材料用量大，易导致混凝土自身收缩量大，因此，宜加入8%的JM-3 型膨胀剂，补充混凝土的收缩，减小混凝土开裂的可能性。

3.3.3 配合比设计

自密实混凝土配合比的突出特点是：高砂率、低水胶比、高矿物掺合料掺量。配制自密实混凝土应首先确定混凝土配制强度、水胶比、用水量、砂率、粉煤灰掺量、膨胀剂等主要参数，再经过混凝土性能试验及强度检验，反复调整各原材参数来确定混凝土配合比。根据图纸要求，本工程参照《自密实混凝土设计与施工指南》（CCES 02-2004）进行配合比设计，自密实混凝土水胶比宜小于0.45，胶凝材料用量宜控制在450～550 kg/m3。

3.3.4 试拌

确定自密实混凝土的配合比后，应进行试拌，每盘混凝土的最小搅拌量不宜小于25 L，同时应检验拌合物工作性能，工作性能检测包括坍落度、坍落扩展度，必要时可采用模型及配筋模型试验等方法测评拌合物的流动性、抗分离性、填充性和间隙通过能力。选择拌合物工作性能满足要求的3 个基准配比，每种配合比制作2 组以上试块，标养至7 d、28 d 进行试压，以28 d 强度为标准检验强度。试拌配合比情况见表1。

根据各项性能比较，本工程选用水胶比为0.42 的配合比作为施工配合比。

3.4 浇筑

混凝土浇筑时，采用可供卸料的专用料斗放料，不宜直接入料，防止对模板的冲击太大，出现模板移位。浇筑时下料口应尽可能的低，尽量减小混凝土的浇筑落差。

混凝土应采取分层浇筑，在浇筑完第一层后，应确保下层混凝土未达到初凝前进行第二层浇筑。由于顶板模板是密封的，浇筑混凝土时气泡及浮浆需要及时排出，故顶板分段浇筑混凝土时应在模板两侧及中间设计排浆、排气孔，待混凝土浇至槽口处气泡和浮浆溢出后再封模。

4 经验与建议

（1）本工程自流平混凝土自洞顶进料孔到洞底，总高度达10 m，因混凝土下落势能转换成动能，对模板及支撑的侧向压力非常大，故施工过程中要密切观察模板和支撑状况，控制浇筑速度，防止跑模、涨模。

（2）自流平混凝土原则上不用振捣，靠自重及流动性大充满浇筑空间。但混凝土表面容易出现气泡，如采用橡皮锤轻轻敲击模板或辅助振捣，混凝土外观质量将大大改观。

（3）为了保证顶板浇筑密实，无空隙，封孔时，应先从中间进料孔进料，当混凝土已从观察孔冒出时，即可移至下一个进料孔，并要使每个输料管内混凝土高出浇筑面10 cm，防止混凝土收缩引起空洞。