□耿鵬宇 杜雅琪 皇甫澤華 易 磊

（1河南省水利第二工程局；2河南省前坪水庫建設(shè)管理局）

1 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9 km 的前坪村，是以防洪為主，綜合灌溉、供水、兼顧發(fā)電的大型水庫。工程主要包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞、電站等。前坪水庫總?cè)萘繛?.84億m3，最大壩高90.30 m，規(guī)模為大（2）型水庫，工程等別為Ⅱ等；主壩為1級建筑物，其他主要建筑物級別為2級（包括溢洪道）。根據(jù)工程的總體布置，溢洪道位于左岸山體。工程主要包括進(jìn)水渠段、進(jìn)口翼墻段、控制段、泄槽段、消能工段等。

前坪水庫溢洪道左岸進(jìn)口翼墻分為五部分，分別為：扭坡1 段、扭坡2 段、扭坡3 段、衡重式直墻1 段和2 段。其中，衡重式直墻1段和2段方量同為3 077 m3。

左岸進(jìn)口翼墻衡重式直墻1 段，長19.97 m，高24.50 m，底寬5 m，邊坡為1：0.50。翼墻邊坡長26.80 m，采取掛網(wǎng)噴護(hù)。錨桿長度9 m，錨桿孔深8 m，鋼筋直徑25 mm，螺紋鋼，間距3 m，排距3 m，呈梅花狀布置。▽415 處是承重臺，直墻頂寬1 m、▽423.5；向里向下延伸至▽415承重臺，坡比1：0.30。

左岸進(jìn)口翼墻衡重式直墻1段分為四倉進(jìn)行澆筑，采用串桶和吊車共同澆筑方式。第一倉，樁號溢0-020—溢0-040，高程▽399—▽407.1，總方量1 133 m3。

2 混凝土澆筑能力分析

澆筑采用吊車澆筑和邊坡串桶澆筑同時進(jìn)行的澆筑方式，采用HZS60 混凝土攪拌站和ZN70 型8 m 振搗棒，每班澆筑人員18人。

拌和站采用鄭州市長城機(jī)械制造有限公司提供的HZS60混凝土攪拌站，工作循環(huán)時間60 s，理論生產(chǎn)量60 m3/h。工作中拌和站拌和時間為90 s，1.50 m3/盤。

水平運(yùn)輸采用四輛9 m3罐車，垂直運(yùn)輸采用50 t 吊車，吊罐規(guī)格2 m3/罐。

入倉效率，拌和站每拌和9 m3混凝土需要約12-13 min，吊車入倉9 m3料需要約35-40 min，串桶入倉9 m3料需要約12-15 min，罐車往返時間約12 min（吊車位置）和23 min（串桶位置）。由此可見，入倉最高效率為45 m3/h。

分層澆筑，逐層振搗。由于倉位底面積較大，高度8.10 m，所以，現(xiàn)場布置八個ZN70型8 m振搗棒，每層澆筑厚道≤50 cm。

3 混凝土澆筑安全分析

3.1 倉位情況

左岸進(jìn)口翼墻衡重式直墻1段第一倉，高8.10 m，底寬5 m，上口寬9.05 m，計算總方量為1 133 m3。倉內(nèi)9 m錨桿三排，六根/排，呈梅花狀布置，每根外露錨桿均有直徑14 mm螺紋鋼拉筋與模板螺栓（高強(qiáng)全絲拉桿D=14）焊接。

3.2 錨桿拉拔試驗

3.2.1 試驗標(biāo)準(zhǔn)

按照設(shè)計要求，錨桿承拉力≥110 kN。

3.2.2 檢測結(jié)果

委托河南方圓水電質(zhì)量檢測有限公司對左岸邊坡9 m 錨桿隨機(jī)抽取3 根進(jìn)行拉拔試驗。采用鋼板尺（200 mm）和拉拔儀（SW—300），依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ145—2013），設(shè)定荷載設(shè)計值120 kN，三個點(diǎn)的檢測結(jié)果分別為119.60 kN，118.30 kN，119.96 kN。

當(dāng)拉力達(dá)到該設(shè)定荷載設(shè)計值（120 kN）時，巖石基材無裂縫，植筋、錨栓未滑移，且持荷2 min后荷載降低≤5%，3根鋼筋的錨固植筋質(zhì)量滿足JGJ145—2013規(guī)程要求。

3.3 模板側(cè)壓力計算

混凝土澆筑現(xiàn)場采取內(nèi)部振搗，型號：ZN70 型8 m。模板側(cè)壓力依據(jù)《SL677—2014水工混凝土施工規(guī)范》進(jìn)行計算。

現(xiàn)場澆筑時間12月份，為保證混凝土入倉溫度，采取加熱拌和水方法，混凝土入倉溫度為11℃，所以=7.69 h。也就是在7.69 h后混凝土開始初凝，入倉混凝土總方量最大值為346 m3，澆筑高度為3 m。所以，澆筑速度為0.39 m/h。=2 400 kg/m3，現(xiàn)場塌落度80 mm。

根據(jù)《SL677—2014 水工混凝土施工規(guī)范》中的取值和荷載分項系數(shù)，可以計算出人機(jī)和串桶吊罐卸料對模板的側(cè)壓力，模板側(cè)壓力F=59.94 kN/㎡。有效壓頭高度h=F/=59.94/24=2.49 m。

3.4 模板螺栓受力

模板螺栓采用D14 全絲拉桿，螺紋內(nèi)徑11.55 mm，凈面積105 mm2，最大容許拉力為17.80 kN。在標(biāo)準(zhǔn)1.50 m×1.20 m 模板上，螺栓間距橫向為600 mm，縱向間距為800 mm，每根螺栓所承受的拉力為：F=30.70 kN/m2×1.20 m×1.50 m/4=13.82 kN＜17.80 kN。所以，在此澆筑速度下，模板螺栓容許拉力大于混凝土澆筑時對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力，所以，對拉螺栓受力是安全的。

現(xiàn)場模板也用到0.90 m×1.50 m，它的拉筋受力情況比1.20 m×1.50 m要小，所以，在此不再分析。

3.5 錨桿受拉力

錨桿外露鋼筋受力主要是迎水面和側(cè)面模板螺栓拉筋的拉力。ABEF（a）面為迎水面，EFGH 面是上游擋墻，ABCD（b）面為下游側(cè)面，CDGH（c）面為邊坡，見圖1。

圖1 倉位及邊坡錨桿示意圖

c 面上有三排錨桿，高程▽399、402、405 分別呈梅花狀布置六根錨桿。在澆筑高度3 m 時，高程▽399、▽402 處錨桿都受到拉力。

錨桿采用的是河南濟(jì)源鋼鐵（集團(tuán)）有限公司生產(chǎn)的直徑為25 mm的HRB400E型鋼筋，該鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為400 MPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為540 MPa。

3.5.1 迎水面拉力

在迎水面，根據(jù)錨桿拉拔試驗所確定的錨桿安全受力之和≤1 400 kN，所以，模板對拉螺栓綜合受力相對于錨桿要≤1 400 kN。30.70 kN/㎡×3 m×20 m=1 842 kN＞1 400 kN，所以，在此澆筑速度下，不能保證錨桿受力安全性。應(yīng)減少每小時入倉方量，降低澆筑速度。

假設(shè)每小時入倉量為x m3/h，則初凝時期，入倉總方量為7.69x m3，此時倉內(nèi)高度為H m，則有（（5+5+0.50 H）×H/2）×20=7.69x，H=-10），v=H/7.69。因為錨桿垂直邊坡，當(dāng)拉筋垂直錨桿時，錨桿受力方向與模板側(cè)壓力形成夾角，此時錨桿總受力Fm=（1/cos15.60）×F×20×H，且Fm≤1 400 kN。即：0.22×24×7.69×1×1.2×1.038×20×H≤1 400 kN。

所以，H≤2.45 m，v≤0.32 m/h，入倉量≤35.80 m3/h，即，當(dāng)澆筑速度≤0.32 m/h時，才能保證錨桿的安全性。此時，錨桿受到的正應(yīng)力σ=237.62 MPa＜540 MPa抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

通常，為保證澆筑的安全，在澆筑過程中都有安全富余量，如果根據(jù)安全荷載1.4 系數(shù)換算，則澆筑速度應(yīng)在0.23 m/h 左右，但不應(yīng)超過0.32 m/h，否則，很可能對錨桿產(chǎn)生破壞（因為拉筋對錨桿的力在實際施工過程中不是理想中那么均勻），導(dǎo)致安全事故。

3.5.2 倉位側(cè)面拉力

在保證迎水面模板、錨桿、拉筋受力安全的情況下，相應(yīng)的倉位側(cè)面模板總受力F=379 kN，作用在相鄰最近的兩根錨桿和地錨上。每根螺栓所承受的拉力為：F=27.56 kN/m2×1.20 m×1.50 m/4=12.41 kN＜17.80 kN。根據(jù)現(xiàn)場拉筋與錨桿連接情況，共有10根拉筋與錨桿焊接，如果都按照最大拉力12.41 kN計算，拉筋焊接位置位于邊坡外則錨桿受到的橫向拉力F=124.10 kN，此時，錨桿受到的剪應(yīng)力τ=81.56 MPa，遠(yuǎn)小于錨桿鋼筋的屈服強(qiáng)度。所以，側(cè)面模板受力是安全的。

鋼筋的屈服強(qiáng)度為400 MPa，先按照安全系數(shù)1.40 折算，屈服強(qiáng)度為285.70 MPa，設(shè)此時最大拉力的拉筋根數(shù)為X 根，根據(jù)上述公式可以推算出，X=35 根。三根臨近側(cè)面模板的錨桿和兩排地錨，完全可以保證側(cè)面模板的安全性。

4 結(jié)語

文章從宏觀幾何受力方面進(jìn)行了混凝土澆筑倉位安全分析，確定了大體積混凝土的澆筑速度，滿足項目制定的生產(chǎn)進(jìn)度計劃。在實際澆筑過程中，澆筑入倉速度始終控制在36m3/h，專業(yè)看護(hù)模板人員，在澆筑過程中也沒有發(fā)現(xiàn)脹模等不安全現(xiàn)象。

通過參與本次安全分析，自己對大體積混凝土澆筑有了更深刻的認(rèn)識。一般情況下，大體積常態(tài)混凝土澆筑速度＜6 m/h，塌落度＜150 mm。在料源有保證、配料單正確的前提下，大體積常態(tài)混凝土澆筑應(yīng)該主要注意以下三個方面：一是入倉溫度，它決定了混凝土的初凝時間，混凝土初凝后，對模板側(cè)壓力會逐漸減小，直至可以忽略；二是控制澆筑速度，速度太快，混凝土對模板的側(cè)壓力會急劇增大，因為有進(jìn)度和安全要求，最好理論計算響應(yīng)的澆筑速度，保證安全的同時也要趕進(jìn)度；三是倉面振搗，倉面振搗要均勻、全面，這樣不但能不但能保證質(zhì)量，還可以減少模板所受側(cè)壓力。大量研究表明，振搗后混凝土變得密實，內(nèi)部產(chǎn)生抗剪強(qiáng)度，同時與模板粘結(jié)力也逐漸增大，起了自立和起拱作用，所以模板側(cè)壓力在振搗均勻后會減小，隨著上層混凝土的澆筑現(xiàn)象會更加明顯。

當(dāng)然，混凝土澆筑過程中，需要控制的因素還有很多，其中明顯的是還需要在規(guī)定的時間間隔內(nèi)現(xiàn)場測量入倉溫度和塌落度，以便在問題萌芽時及時調(diào)整相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)，以保證混凝土的拌和和澆筑質(zhì)量。