西安市李家河水庫(kù)大壩碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)分析

郭 儀

(西安市輞川河引水李家河水庫(kù)工程建管處， 陜西 西安 710000)

科學(xué)研究及工程設(shè)計(jì)

西安市李家河水庫(kù)大壩碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)分析

郭 儀

(西安市輞川河引水李家河水庫(kù)工程建管處， 陜西 西安 710000)

李家河水庫(kù)工程碾壓混凝土雙曲拱壩施工前，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土工藝生產(chǎn)性試驗(yàn)，確定了該工程碾壓混凝土的施工工藝、碾壓混凝土的壓實(shí)參數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)等各項(xiàng)參數(shù)，切實(shí)有效地解決了節(jié)約工程成本、控制工程質(zhì)量、提高工程建設(shè)效率等一系列問(wèn)題。

大壩；碾壓混凝土；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；分析

西安市輞川河引水工程位于灞河一級(jí)支流輞川河中游段，是國(guó)務(wù)院批復(fù)的《渭河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》中的重點(diǎn)項(xiàng)目。工程由李家河水庫(kù)和輸水工程兩大部分組成。工程建成后，與岱峪水庫(kù)聯(lián)合調(diào)節(jié)，每年新增市供水量7669萬(wàn)m3，可解決西安市東部地區(qū)的生活生產(chǎn)用水問(wèn)題，進(jìn)一步緩解西安市地面沉降和地裂縫等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，徹底實(shí)現(xiàn)西安市中心區(qū)供水從地下水為主到地表水為主的轉(zhuǎn)變，對(duì)西安市東部地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的作用。

1 工程概況

李家河水庫(kù)工程地處西安市藍(lán)田縣玉川鄉(xiāng)李家河村，距西安市68km，壩址斷面多年平均徑流量1.33億m3；50年一遇洪水洪峰流量990m3/s， 500年一遇洪水洪峰流量1790m3/s。工程由碾壓混凝土雙曲拱壩、引水洞及壩后發(fā)電站組成，水庫(kù)設(shè)計(jì)正常蓄水位880.00m，壩頂高程884.00m，最大壩高98.50m，壩頂弧長(zhǎng)351.71m，弦長(zhǎng)309.43m，壩頂寬8m，底寬31m；壩后電站裝機(jī)5000kW，多年平均發(fā)電量1723萬(wàn)kW·h，水庫(kù)總庫(kù)容5260萬(wàn)m3。李家河水庫(kù)是一座以城鄉(xiāng)供水為主，兼有防洪、發(fā)電效益的中型水庫(kù)。

李家河水庫(kù)工程大壩設(shè)計(jì)為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩體上游防滲采用二級(jí)配C9020碾壓混凝土，壩體內(nèi)部采用三級(jí)配C9020碾壓混凝土，上下游壩面0.5m范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土。碾壓混凝土雙曲拱壩技術(shù)指標(biāo)要求高，施工技術(shù)復(fù)雜，難度較大，為確保工程施工質(zhì)量，李家河水庫(kù)大壩工程在大壩混凝土施工前，專門(mén)進(jìn)行了碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)混凝土碾壓生產(chǎn)試驗(yàn)。

2 大壩混凝土設(shè)計(jì)技術(shù)要求

按照工程施工圖設(shè)計(jì)要求，李家河水庫(kù)大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 李家河水庫(kù)大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)力學(xué)指標(biāo)

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目及目的

李家河水庫(kù)工程初步設(shè)計(jì)階段，由中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)某工程科研實(shí)驗(yàn)分院進(jìn)行了李家河水庫(kù)大壩碾壓混凝土設(shè)計(jì)配合比試驗(yàn)。2011年6月，水庫(kù)大壩碾壓混凝土開(kāi)始施工前，為保證大壩碾壓混凝土施工達(dá)到設(shè)計(jì)要求指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)?shù)厮臍庀髼l件和施工現(xiàn)場(chǎng)交通路況、運(yùn)輸距離等因素，根據(jù)設(shè)計(jì)推薦配合比及李家河水庫(kù)項(xiàng)目部現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，擬定了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性碾壓混凝土初步配合比，并進(jìn)行了碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)，確定了大壩碾壓混凝土具體施工參數(shù)。

3.1 碾壓混凝土拌和時(shí)間試驗(yàn)

在拌和樓出機(jī)口進(jìn)行碾壓混凝土半成品試驗(yàn)。采用其他工程的混凝土骨料投放順序，擬定不同的拌和時(shí)間，經(jīng)反復(fù)測(cè)算，在保證混凝土拌和物均勻性的前提下，確定最小拌和時(shí)間。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓參數(shù)試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土攤鋪、碾壓工藝性試驗(yàn)，選定攤鋪厚度下不同VC值(即碾壓混凝土拌和物的工作度)與碾壓遍數(shù)、靜壓與振動(dòng)壓實(shí)遍數(shù)組合、壓實(shí)機(jī)械選配及其行進(jìn)速度等具體生產(chǎn)性組合之間的關(guān)系，確定最佳壓實(shí)遍數(shù)。李家河水庫(kù)大壩按經(jīng)驗(yàn)選擇攤鋪厚度34cm，結(jié)合項(xiàng)目部施工配備的履帶式推土機(jī)(D-80)推平攤鋪、BW202AD-2型串聯(lián)式振動(dòng)碾(10t)靜振兩用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，靜壓1遍，振動(dòng)壓實(shí)6遍，再靜壓1遍的組合方式，選擇壓路機(jī)行進(jìn)速度為1.50～2km/h，配合BW-75S型手扶式振動(dòng)碾進(jìn)行邊角碾壓。

3.3 層面結(jié)合處理試驗(yàn)

根據(jù)碾壓混凝土層面結(jié)合、層面間歇時(shí)間不同情況，在連續(xù)上升、接近初凝和終凝后層面處理情況下，選擇最佳層面結(jié)合處理工藝。

3.3.1 連續(xù)上升不同間歇時(shí)間試驗(yàn)

為了解碾壓混凝土連續(xù)上升層間的最大允許間歇時(shí)間，進(jìn)行了混凝土初凝前不同間歇時(shí)間、層面不處理上升對(duì)碾壓混凝土性能影響試驗(yàn)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)擬定了不間歇連續(xù)上升、間歇6h不處理上升和間歇8h不處理上升三種情況，以確定連續(xù)上升層間的最大允許間歇時(shí)間。在混凝土達(dá)到齡期后，通過(guò)鉆孔取芯，測(cè)試混凝土層間接觸面室內(nèi)抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，并對(duì)層面結(jié)合部位進(jìn)行分段壓水試驗(yàn)，根據(jù)層面混凝土力學(xué)性能指標(biāo)和壓水試驗(yàn)結(jié)果，確定碾壓混凝土連續(xù)上升層的最大允許間歇時(shí)間。

3.3.2 接近初凝的層面處理試驗(yàn)

考慮到施工中可能出現(xiàn)的不確定異常因素影響，導(dǎo)致混凝土接近初凝的情況，試驗(yàn)中根據(jù)室內(nèi)碾壓混凝土初凝時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果，在接近初凝2h左右進(jìn)行層面處理試驗(yàn)，按照間歇時(shí)間10h，進(jìn)行層面鋪砂漿上升和不鋪砂漿直接上升試驗(yàn)，以確定接近初凝時(shí)層面處理工藝。

3.3.3 終凝后的層面處理試驗(yàn)

根據(jù)其他碾壓混凝土工程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)成果，進(jìn)行沖毛后攤鋪砂漿終凝后層面處理工藝試驗(yàn)。終凝后層面處理間歇時(shí)間為3天，對(duì)層面采用高壓水槍沖毛，清除混凝土表面的浮漿和松動(dòng)骨料后，攤鋪砂漿，繼續(xù)上升。在混凝土達(dá)到齡期后，根據(jù)鉆孔取芯和混凝土原位抗剪試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證層面處理質(zhì)量。

3.4 誘導(dǎo)縫和錨桿拉拔試驗(yàn)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提出防護(hù)要求的誘導(dǎo)縫施工工藝；通過(guò)錨桿拉拔試驗(yàn)，確定壩體模板最小的反轉(zhuǎn)時(shí)間。

4 碾壓試驗(yàn)場(chǎng)地布置及碾壓試驗(yàn)

4.1 場(chǎng)地布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取52.50m×12m試驗(yàn)場(chǎng)地，場(chǎng)地堅(jiān)實(shí)，并澆筑一層厚15～20cm的C20混凝土。試驗(yàn)塊周邊立模高度為150cm，混凝土強(qiáng)度達(dá)到15MPa后開(kāi)始進(jìn)行碾壓混凝土攤鋪碾壓試驗(yàn)，碾壓混凝土鋪筑分A、B、C三個(gè)條帶，每個(gè)條帶寬4m，試驗(yàn)有效壓實(shí)長(zhǎng)度為45m，兩側(cè)為0.5m變態(tài)混凝土區(qū)或低VC值碾壓混凝土替代變態(tài)混凝土區(qū)(見(jiàn)圖1)。

圖1 碾壓混凝土試驗(yàn)場(chǎng)地布置

4.2 試驗(yàn)器具

混凝土運(yùn)料入倉(cāng)采用15t自卸汽車(chē)，以D-80推土機(jī)平倉(cāng)，采用10t雙筒振動(dòng)碾，振動(dòng)頻率45Hz，振幅0.35～0.74mm，變態(tài)混凝土或低VC值碾壓混凝土替代變態(tài)混凝土區(qū)用插入式振搗器振搗后，采用小型振動(dòng)碾進(jìn)行表面收平，壓實(shí)密度檢測(cè)采用MC-3型核子密度儀。

4.3 試驗(yàn)過(guò)程

碾壓混凝土水泥采用525號(hào)水泥，粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)骨料和粗骨料采用人工砂和碎石，由混凝土拌和場(chǎng)1號(hào)樓3×1.50m3自落式拌和系統(tǒng)供料，采用汽車(chē)運(yùn)輸直接入倉(cāng)，運(yùn)輸距離2.50km，采用端退法卸料，人工及時(shí)分散集中的骨料，用推土機(jī)推平，分條帶碾壓。汽車(chē)入倉(cāng)前用壓力水沖洗車(chē)輪，待輪胎脫水后才允許入倉(cāng)。道路隨碾壓混凝土的升高而逐步加高，沖洗處至倉(cāng)面之間路面鋪設(shè)碎石層，入倉(cāng)口用干砌塊石封倉(cāng)，道路鋪筑隨混凝土澆筑連續(xù)上升。

現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)用三級(jí)配混凝土理論容重為2421kg/m3，二級(jí)配混凝土理論容重為2401kg/m3，核子密度儀現(xiàn)場(chǎng)密度測(cè)試前用標(biāo)準(zhǔn)塊標(biāo)定，現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)松鋪厚度340mm。

現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土試驗(yàn)共進(jìn)行五層。前三層分別進(jìn)行了C9020三級(jí)配和二級(jí)配碾壓混凝土，壓實(shí)厚度300mm時(shí)，不同VC值、不同碾壓遍數(shù)與壓實(shí)密度的關(guān)系試驗(yàn)。為滿足現(xiàn)場(chǎng)工程施工需要，工藝試驗(yàn)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)VC值分別按1～3s、3～6 s控制，每層A、B、C三個(gè)條帶分別采用靜壓2遍加振動(dòng)壓實(shí)4遍，靜壓2遍加振動(dòng)壓實(shí)6遍，靜壓2遍加振動(dòng)壓實(shí)8遍。第四層和第五層采用最佳碾壓遍數(shù)，第五層主要進(jìn)行了終凝后層面處理工藝試驗(yàn)。振動(dòng)碾的行車(chē)速度為1～1.5km/h。試驗(yàn)分層情況見(jiàn)圖2；不同VC值、不同碾壓遍數(shù)與容重的關(guān)系試驗(yàn)成果見(jiàn)表2，不同VC值、不同碾壓遍數(shù)與容重的關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。

第一層(C9020三級(jí)配)第二層(C9020三級(jí)配)第三層(C9020二級(jí)配)第四層(C9020二級(jí)配)第五層(C9020三級(jí)配)A條帶VC值1～3s碾壓2+4遍A條帶VC值3～6s碾壓2+4遍A條帶VC值1～3s碾壓2+4遍A條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6A條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6B條帶VC值1～3s碾壓2+6遍B條帶VC值3～6s碾壓2+6遍B條帶VC值1～3s碾壓2+6遍B條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6B條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6C條帶VC值1～3s碾壓2+8遍C條帶VC值3～6s碾壓2+8遍C條帶VC值1～3s碾壓2+8遍C條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6C條帶VC值3～6s最佳遍數(shù)：2+6

圖2 試驗(yàn)塊分層

表2 不同倉(cāng)面VC值、不同碾壓遍數(shù)與容重的關(guān)系試驗(yàn)成果

圖3 不同VC值、碾壓遍數(shù)與容重關(guān)系曲線

5 碾壓試驗(yàn)成果

在不同的碾壓遍數(shù)情況下，按靜壓2遍+振動(dòng)壓實(shí)6遍進(jìn)行碾壓的混凝土容重值基本上為最高值，碾壓遍數(shù)繼續(xù)增加后，混凝土容重值提高很小，或呈下降趨勢(shì)。三級(jí)配倉(cāng)面VC值3～6s時(shí)，按靜壓2遍+振動(dòng)壓實(shí)6遍進(jìn)行碾壓的混凝土容重值最高，碾壓遍數(shù)再增加時(shí)混凝土容重值反而降低(見(jiàn)表2、圖2)。

根據(jù)碾壓混凝土振動(dòng)壓實(shí)原理，碾壓混凝土的壓實(shí)是從塑性階段轉(zhuǎn)化為彈性階段的過(guò)程。塑性階段以靜壓為宜，因?yàn)樗缮⒌幕炷敛荒軅鬟f振動(dòng)波，易在混凝土內(nèi)部形成封閉氣體而造成空腔。彈性階段由塑性向彈性轉(zhuǎn)化，通過(guò)振動(dòng)，骨料顆粒重新排列成骨架，孔隙被膠漿所充填而達(dá)到設(shè)計(jì)密度，則碾壓混凝土處在彈性階段，因而不再吸收能量，當(dāng)增加碾壓遍數(shù)后反而會(huì)降低密實(shí)度。

同時(shí)看出，無(wú)論VC值1～3s還是3～6s，按靜壓2遍+振動(dòng)壓實(shí)6遍碾壓，試驗(yàn)容重均超出了控制容重，即試驗(yàn)容重與理論容重的比值均大于98%。實(shí)際施工時(shí)倉(cāng)面VC值可按季節(jié)和氣溫變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，可以先按靜壓2遍+振動(dòng)壓實(shí)6遍進(jìn)行碾壓，根據(jù)碾壓后表面泛漿情況及容重檢測(cè)情況決定是否再增加碾壓遍數(shù)，控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 碾壓參數(shù)及壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)VC值控制在1～3s時(shí)，在相同碾壓遍數(shù)情況下容重值較高，因此，實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)采取噴霧保濕、遮蓋、加快施工速度等措施，以盡量減小VC損失。

6 結(jié) 語(yǔ)

李家河水庫(kù)大壩工程現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土生產(chǎn)性試驗(yàn)成果，對(duì)優(yōu)化施工工藝、提高工作效率，以及施工標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化都起到了決定性的作用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝試驗(yàn)及對(duì)試驗(yàn)數(shù)值的分析，確定了該工程碾壓混凝土的施工工藝、碾壓混凝土的壓實(shí)參數(shù)和控制標(biāo)準(zhǔn)等各項(xiàng)參數(shù)，切實(shí)有效地解決了節(jié)約工程成本、控制工程質(zhì)量、提高工程建設(shè)效率等一系列問(wèn)題。

[1] DL/T 5112—2009 水工碾壓混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2] DL/T 5433—2009 水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3] DL/T 5144—2001 水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

[4] DL/T 5241—2010 水工碾壓混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[5] SL 352—2006 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

[6] 顧志剛，張東成，羅紅衛(wèi).碾壓混凝壩施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[7] 楊陽(yáng).碾壓混凝土壩施工方案及費(fèi)用優(yōu)化決策系統(tǒng)[D].成都：四川大學(xué)，2001.

Roller Compacted Concrete Site Production Test Analysis of Lijiahe Reservoir Dam in Xi’an City

GUO Yi

(Xi’anCityWangchuanRiverDiversionLijiaheReservoirEngineeringConstructionandAdministrationOffice,Xi’an710000,China)

Before the construction of roller compacted concrete double-curvature arch dam of Lijiahe Reservoir project, carry out the production test of site roller compacted concrete technology, confirm various parameters like the construction technology, the compacting parameter of the roller compacted concrete and control standards and so on, settle series problems such as saving engineering cost, controlling engineering quality, enhance engineering construction efficiency practically and feasibly.

dam; roller compacted concrete; site test; analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.016

TV41

A

1673- 8241(2017)03- 0058- 05