泵送水下灌筑坡面混凝土的设计

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1、泵送水下灌筑坡面混凝土的设计周厚贵(中国葛洲坝集团公司　宜昌　443002)　　摘　要　对泵送水下灌筑坡面混凝土，给出了这一特种混凝土的设计方法和程序，提出了一组实用的混凝土配比，作为应用实例，介绍了葛洲坝工程大江防淤堤水下护坡混凝土的实施效果。　　关键词　泵送混凝土　水下混凝土　坡面浇筑　自然成坡1　引言　　在水利水电工程、河海整治工程或港口码头工程的建设中常常会遇到坡面浇筑混凝土的问题。而在这类坡面混凝土的浇筑中，又不乏遇到水下坡面混凝土的浇筑，如水下护堤、护坡、斜面护底、斜面填塘和倾斜结构垫层等。

2、进行水下坡面混凝土的灌筑，通常采用混凝土搅拌运输车供料，混凝土泵(或泵车)配以导管法入仓的施工方法，并在浇筑过程中，由低向高，分排推进，利用混凝土水下自然成坡，经过逐次校正，最后形成水下坡面。　　针对这类特种混凝土的设计，除了必须满足设计部位的混凝土力学强度和密实性能外，还必须同时满足以下各项要求。首先须满足泵送的要求，即混凝土应具有适度的胶凝材料用量和较好的和易性、可泵性、流动性和粘聚性；其次，须满足水下灌筑的要求，即混凝土应具有相应的流动性、粘聚性和稳定性；第三，还必须满足坡面浇筑的需要，即在一定的

3、设计坡度、施工不立顶模的条件下混凝土应具有一定的自然成坡性能，浇筑后能够形成一道坡面，也就是希望混凝土在水下的自然成坡能够满足或接近于设计坡度值。为此，本文针对上述各项特定要求的泵送水下灌筑坡面混凝土的设计加以研究和探讨。2　混凝土的设计2.1　混凝土塌落度　　在一定的值域内，随着混凝土塌落度的增加，泵送压力损失减小，效率随之提高。通常，混凝土泵(车)可泵的范围在9cm～23cm内，但由于泵(车)的使用磨耗和机械能力的降低，下限值应保持在10cm以上，因此，就满足泵送的需要而言，要求塌落度能在前述塌落度

4、范围内偏大为好。对于水下浇筑而言，为防止混凝土输送过程中的骨料分离，保证灌筑混凝土的扩散半径和密实度，一般要求混凝土塌落度控制在18cm～22cm为宜，这一范围全部落在可泵的范围之内，故与泵送的要求不存在矛盾。然而，对于坡面施工来说，试验表明，水下混凝土的自然成坡与混凝土塌落度直接相关，且一般塌落度值越大，自然成坡能力就越差，成坡坡度就越缓。图1给出了混凝土塌落度与自然成坡的关系曲线。图1　混凝土自然成坡与塌落度的关系　　从图1中可知，当自然成坡陡于1∶5.5时，要求相应的混凝土塌落度在18cm以下；而

5、当自然成坡陡于1∶2.0时，则要求相应混凝土塌落度在10cm以下。这就是说，当设计结构坡度取陡于1∶5.5和1∶2.0时，所相应混凝土塌落度值的范围就会分别与水下灌筑和泵送的塌落度要求相抵触。　　为了协调这一矛盾，一方面，可以利用混凝土在浇筑一条龙过程中的塌落度损失来提高成坡能力。根据水下混凝土的施工工艺要求，混凝土从出机后到水下浇筑仓位还需要经过运输、泵送、导管下料等一系列过程，在这一过程中，混凝土会产生塌落度损失。该塌落度的损失程度与胶凝材料用量、外加剂、环境温度、出机口塌落度以及停歇时间等有关。图

6、2给出了按表2中的配比拌制、出机口塌落度为18cm的混凝土拌和物的塌落度沿时损失情况。图2　塌落度损失与停歇时间的关系　　由图2可知，在停歇时间为0.5h～1h时，塌落度损失为4cm～8cm，这一损失值可以使泵送和水下成坡要求达到接近和满足。　　另一方面，可以采取在施工过程中，通过工艺的技巧，对浇筑的混凝土顶面加以特殊处理，使成坡变陡，并利用逐次坡度校正，使整个浇筑坡度满足设计坡度。2.2　混凝土水灰比　　混凝土的水灰比除了对混凝土强度、耐久性等性能有明显影响外，对泵送过程中的粘性阻力系数η也有很大影响

7、。试验表明，对于泵送施工而言，当水灰比小于0.40时，混凝土的流动阻力很大，明显表现出非饱和混凝土特征；当水灰比达到0.50时，对混凝土的η影响就很小了；而当水灰比大于0.60时，会使混凝土保水性、粘聚性下降，造成混凝土离析、引起堵管。因此，泵送施工要求水灰比宜在0.42～0.55之间。表1　混凝土强度试验成果表水泥品种水灰比W/C抗压强度R28MPa标准差S偏差系数Cv525号硅酸盐0.5032.9313.60.0390.4537.049.60.0250.4038.7113.00.032425号矿碴硅

8、酸盐0.5131.1611.30.0360.4533.61--0.4235.67--　　注：试件样本的配比如表2，塌落度为18cm～22cm。　　对于水下灌筑而言，混凝土在水下的水灰比与强度、耐久性之间的关系同陆上是相类似的。表1给出了设计标号为R28=30MPa的混凝土强度试验成果，其水灰比范围在0.40～0.50之间。　　按照表1中的数据求其线性回归方程，可得采用525号硅酸盐水泥和425号矿碴硅酸盐水泥拌制水灰比为0.40～0.50的