混凝土在地下高水头洞室群封堵中的应用

隋 伟，黄如卉

（1.吉林大学，吉林长春130000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130061）

混凝土在地下高水头洞室群封堵中的应用

隋 伟1,2，黄如卉2

（1.吉林大学，吉林长春130000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130061）

原丰满泄洪放空洞岩塞爆破1∶2模型试验洞群位于水下30m深处，洞群布置复杂，且多洞室均相互连通，如采用常规水下混凝土封堵方案，施工实施难度极大，封堵混凝土工程量巨大，工期长。通过不同坍扩度及流动性水下自密实不分散混凝土的设计，结合临时封堵体和永久封堵体的局部封堵设计结构，完成模型试验洞的封堵处理，截断水流通道。

水下混凝土；地下高水头；洞室群；封堵

1 项目概况

丰满水电站全面治理（重建）工程泄洪兼导流洞进口明挖施工过程中，发现开挖区岩体内存在孔洞，经地质勘查、对丰满水电站前期建设情况资料收集、分析，证实在泄洪兼导流洞进口明挖开挖区内布置有原丰满泄洪放空洞岩塞爆破1∶2模型试验洞，该模型试验洞从泄洪兼导流洞进口明渠预留岩坎内穿过，将库水与岩坎后开挖区连通，造成岩坎后开挖工程无法在干地条件下施工，因此需要对该模型试验洞进行封堵处理，截断水流通道。

2 技术方案

水下混凝土施工技术复杂，突出表现在浇筑前的准备工作复杂、浇筑施工难度大，水下清基和水下立模等浇筑前准备工作及水下浇筑的混凝土拌合物都必须克服水压等影响。水下混凝土全要靠混凝土自重密实，依靠混凝土的流动性获得平整表面。该工程水下混凝土封堵需要在30 m水深以下进行，封堵完成后，封堵体最大需要承受40 m高水头，这些均要求混凝土拌合物具有自密实性、良好的流动性、抗骨料离析性、较高强度及抵抗高水头稳定性。由于岩塞爆破1∶2模型试验洞群位于水下30 m深处，洞群布置复杂，且多洞室均相互连通，如采用常规水下混凝土封堵方案，深水水下立模难度巨大，若采用人工潜水作业，其施工实施难度极大，同时带来巨大人身安全隐患。不进行水下立模，依靠水下混凝土的流动性将对所有洞室都进行封堵，封堵混凝土工程量巨大，工期长。并且封堵混凝土位于进口明挖区的部分后期还要挖除，起不到封堵作用，并造成不必要的浪费。

根据上述要求，这次局部盲堵封堵体将分成两部分，两端为临时封堵体，中部为永久封堵体。首先在地面钻竖井，与洞群封堵段洞体相接，进行临时封堵体的水下浇筑施工，临时封堵体形成后兼做模板使用，在临时封堵体的保护下，采用常规导管法水下混凝土浇筑施工方式，进行中部永久封堵体的水下浇筑施工，最终形成完整的局部封堵体结构。临时封堵体作为整体封堵体的一部分，与永久封堵体共同作用。

施工顺序：

3 水下混凝土原材料

细骨料：采用细度模数为2.6～2.9天然中砂；

粗骨料：采用质地坚硬、清洁、级配良好，粒径为5～10 mm天然砾石料；

水泥：P.O 42.5水泥；

粉煤灰：采用吉林热电厂Ⅰ级粉煤灰；

减水剂：缓凝型高效减水剂；

水下不分散剂：UWB-II型。

4 混凝土技术性能指标

水下不分散混凝土具有强抗分散性、优良的保水性、良好的流动性、凝结时间长、环境污染小等特点。水下抗分散混凝土作为混凝土的一种，拥有普通混凝土一样的性能指标，但因其自身的特点，使用环境的特殊性，所以要具有其他普通混凝土不具有的特殊性能指标，主要包括：流动性指标、抗分散性指标、强度性能指标等。

封堵材料采用水下自密实不分散混凝土，水下混凝土按使用要求分为Ⅰ序混凝土及Ⅱ序混凝土，两种混凝土性能应满足表1、2技术要求。

表1 Ⅰ序混凝土材料性能要求

表2 Ⅱ序混凝土材料性能要求

5 混凝土配合比设计及性能试验结果

5.1 临时封堵体水下混凝土

这次采用水下自密实不分散混凝土浇筑作为临时封堵体，临时封堵体兼做模板使用，为使临时封堵体浇筑限制在较小范围内达到节省材料的目的。水下混凝土除应具备抗分散性、自密实性等特点外，还应具有小坍扩度成型后具有较陡的自流坡面等特点，自流坡面不缓于1∶4。根据上述要求，设计的小坍扩度水下自密实不分散混凝土配合比及性能试验结果见表3、表4。

表3 Ⅰ序混凝土配合比

表4 Ⅰ序混凝土性能试验结果

5.2 永久封堵体水下混凝土

永久封堵体采用常规水下自密实不分散混凝土，混凝土拌合物在水中浇筑时不分散、不离析，混凝土配合比基本保持不变，同时具有优良的流动性，以保证混凝土灌入水下后，能够自流平、自密实。这次永久封堵体水下自密实不分散混凝土对洞群进行局部封堵，封堵体靠自重抵抗水压力，保持稳定，因此对混凝土强度要求不高。根据上述要求，设计的水下自密实不分散混凝土配合比及性能试验结果见表5、表6。

表5 Ⅱ序混凝土配合比

表6 Ⅱ序混凝土性能试验结果

试验结果表明，掺入水下不分散剂会增加混凝土拌合物的黏聚性，混凝土流动性随着水下不分散剂掺量的增加而变小，而混凝土的抗分散性随着水下不分散剂掺量的增大而增大，但超过一定值后，增量很小。永久封堵体要求混凝土具有较大的流动性和坍扩度，因此，掺入适量的优质粉煤灰能很好的改善混凝土流动性和降低混凝土流动性历时损失，且对混凝土后期强度增长有利。

6 水下混凝土浇筑注意事项

1）混凝土浇筑之前，通过下料孔使用高压风对下料孔底部平洞及岩塞口基础面进行冲洗，要求清洗至尽可能大的范围。

2）混凝土拌合物运至灌注地点时，检查其均匀性和坍落度，符合要求后方可使用。

3）首批混凝土拌合物下落后，混凝土应及时连续灌注。在灌注过程中，保证导管下口始终埋在混凝土中。

4）首批混凝土若埋深不足，混凝土下灌后不能埋没导管底口，将导致水从导管底口进入。若出现这种导管入水现象应立即将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌合物用高压水清出下料孔底位置。

5）首批混凝土灌注正常后必须连续进行，不得中断，否则，先灌入的混凝土达到初凝将阻止后灌入的混凝土从导管中流出，造成堵管。同时，在灌注过程中，应经常用测锤探测混凝土面的上升高度，并适时提升、逐级拆卸导管，保持导管的合理埋深。

7 结 语

小坍扩度水下自密实不分散混凝土在原丰满泄洪放空洞岩塞爆破1：2模型试验洞封堵中进行了成功的应用，封堵工程施工快速、简便易行，封堵效果良好，保障了丰满水电站全面治理（重建）工程泄洪兼导流洞进口明挖的正常施工，确保丰满水电站全面治理（重建）工程的总体施工进度。

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2016-04-28