大古水電站碾壓混凝土試驗(yàn)研究

(中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 概 述

大古水電站是中央支持西藏經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大項(xiàng)目，位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)桑日縣境內(nèi)，為II等大(2)型工程，以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位3447.00m，相應(yīng)庫(kù)容0.5528億m3，電站壩址控制流域面積15.74萬(wàn)km2，多年平均流量1010m3/s，電站裝機(jī)容量為660MW。

大古水電站大壩是目前海拔最高的碾壓混凝土壩，西藏最高大壩，大壩壩頂高程3451m，最大壩高117m，壩頂長(zhǎng)385m，大壩碾壓混凝土93.7萬(wàn)m3，常態(tài)混凝土50.5萬(wàn)m3。大壩地處高海拔、低氣壓、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、氣候干燥、風(fēng)大的特殊氣候區(qū)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，實(shí)測(cè)碾壓混凝土各項(xiàng)物理性能，驗(yàn)證和確定碾壓混凝土質(zhì)量控制措施。

2018年8月3—13日在臨砂系統(tǒng)加工廠(chǎng)進(jìn)行了大壩碾壓混凝土工藝性試驗(yàn)。碾壓混凝土試驗(yàn)場(chǎng)尺寸為37m×27m(長(zhǎng)×寬)，混凝土塊高1.5m(不含墊層30cm)，分C9015W6F100三級(jí)配、C9020W8F200二級(jí)配，共兩個(gè)試驗(yàn)區(qū)6個(gè)條帶。混凝土總工程量1498.5m3，其中碾壓混凝土1224m3，變態(tài)混凝土168.6m3。

2 碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)《西藏DG水電站碾壓混凝土施工技術(shù)要求(A版)》(H118J-5Z5-02)，碾壓混凝土設(shè)計(jì)性能指標(biāo)詳見(jiàn)表1。

表1 碾壓混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)

大壩上游面采用C9020二級(jí)配碾壓混凝土，壩體內(nèi)部采用C9015三級(jí)配碾壓混凝土，碾壓混凝土試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。

表2 碾壓混凝土試驗(yàn)配合比

注VC值為1～3s。

3 主要碾壓混凝土工藝及質(zhì)量控制措施

3.1 成縫方式及工藝

試驗(yàn)塊設(shè)置有誘導(dǎo)縫，主要采用“先碾后切”的方式成縫，切縫設(shè)備采用小挖機(jī)改裝，層面碾壓遍數(shù)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，在各分區(qū)線(xiàn)處進(jìn)行切縫工藝試驗(yàn)，縫深20cm，縫寬10～12mm，長(zhǎng)度35cm，縫內(nèi)填塞雙層彩條布，彩條布填充后距壓實(shí)面1～2cm。完畢后用振動(dòng)碾碾壓切縫部位1～2遍。

3.2 層面處理

熱升層：層面不作處理，但當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程中若遇高溫、降雨影響到層面結(jié)合質(zhì)量時(shí)，視情況決定在層面鋪水泥砂漿。

暖升層：在層面鋪1.5～2cm厚水泥砂漿。

冷升層：必須按施工縫的要求對(duì)混凝土面進(jìn)行沖毛或鑿毛，清除混凝土表面的浮漿及松動(dòng)骨料，達(dá)到微露粗砂，處理合格后，均勻鋪1.5～2cm厚水泥砂漿，其強(qiáng)度均應(yīng)比碾壓混凝土等級(jí)高一級(jí)，在其上攤鋪碾壓混凝土后，須在墊層拌和物初凝前碾壓完畢。

3.3 冷卻水管布置

碾壓試驗(yàn)塊內(nèi)埋設(shè)兩層冷卻水管，布置在第3層底部和第7層底部。冷卻水管采用高強(qiáng)度導(dǎo)熱聚乙烯塑料管，按1m水平間距“S”形布置，埋設(shè)時(shí)水管距誘導(dǎo)縫0.5m、距模板邊至少1m，鋪設(shè)時(shí)需將冷卻水管用“U”形卡(φ8鋼筋)固定在倉(cāng)面上。

3.4 溫度計(jì)埋設(shè)及智能通水

共埋設(shè)12支LCT01溫度計(jì)和1支溫度梯度儀，待澆筑到預(yù)定高程平倉(cāng)壓實(shí)后，挖深約20cm的凹槽將儀器放入，用混凝土覆蓋碾壓。同時(shí)采用倉(cāng)面小氣候監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)碾壓試驗(yàn)塊試驗(yàn)期間的溫度、濕度及太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，通過(guò)智能通水設(shè)備控制倉(cāng)面通水流量和溫度。

3.5 倉(cāng)面霧化及倉(cāng)面保溫

為了避免未經(jīng)碾壓的混凝土在高溫天氣施工時(shí)VC值損失過(guò)快，以及已碾壓完畢的混凝土出現(xiàn)失水泛白等現(xiàn)象，采用移動(dòng)式噴霧機(jī)或高壓沖毛槍噴霧，保持倉(cāng)面濕潤(rùn)，控制并降低整個(gè)倉(cāng)面的環(huán)境溫度，同時(shí)對(duì)已碾壓完成的混凝土及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)?；炷翝仓瓿珊螅捎?cm厚的聚苯乙烯板保溫。

3.6 混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制檢測(cè)

在進(jìn)行工藝性試驗(yàn)前對(duì)擬采用的水泥、粉煤灰、外加劑、砂石骨料等進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，并將減水劑配制成濃度為20%的溶液，將引氣劑配制成10%濃度的溶液。嚴(yán)格按照混凝土施工配料單進(jìn)行生產(chǎn)，試驗(yàn)室在拌和站進(jìn)行碾壓混凝土質(zhì)量控制。拌和站稱(chēng)量系統(tǒng)應(yīng)在碾壓試驗(yàn)作業(yè)開(kāi)始之前進(jìn)行精度校驗(yàn)。

3.7 VC值檢測(cè)

3.7.1 拌和站VC值檢測(cè)

VC值是施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，拌和站按VC值1～3s進(jìn)行生產(chǎn)拌制。根據(jù)砂石含水、減水劑濃度變化及現(xiàn)場(chǎng)混凝土可碾性等狀況，通過(guò)檢測(cè)后及時(shí)作出調(diào)整，確保拌和物VC值穩(wěn)定。其拌和站出機(jī)口VC值檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 拌和站出機(jī)口混凝土VC值檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.7.2 VC值檢測(cè)變化情況

混凝土從拌和站拌制后，由25t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至碾壓混凝土試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)輸過(guò)程中采取橡塑海綿覆蓋的保溫保濕措施，以減小VC值損失，使混凝土保持最佳的工作性能及物理性能。通過(guò)對(duì)同車(chē)、同時(shí)段到場(chǎng)的混凝土進(jìn)行跟蹤檢測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)凝結(jié)時(shí)間，可根據(jù)其變化狀況進(jìn)行有效調(diào)整，然后獲得可操作的檢測(cè)數(shù)據(jù)。從而為大壩碾壓混凝土施工制定有效的質(zhì)量控制和預(yù)防措施。

拌和站VC值至試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的變化狀況及現(xiàn)場(chǎng)VC值的損失情況，詳見(jiàn)圖2～圖4。

圖3 碾壓混凝土出機(jī)口VC值與現(xiàn)場(chǎng)VC值比對(duì)

圖4 現(xiàn)場(chǎng)VC值變化曲線(xiàn)

說(shuō)明：測(cè)點(diǎn)1、7為不覆蓋檢測(cè)結(jié)果，測(cè)點(diǎn)12為模擬澆筑倉(cāng)面覆蓋的檢測(cè)結(jié)果。

3.8 凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間分為現(xiàn)場(chǎng)覆蓋及現(xiàn)場(chǎng)不覆蓋兩種工況，各工況檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5～圖6。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)(現(xiàn)場(chǎng)不覆蓋)

說(shuō)明：模擬現(xiàn)場(chǎng)不覆蓋的情況下混凝土的初凝時(shí)間為3h，終凝時(shí)間為22h。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)(模擬現(xiàn)場(chǎng)覆蓋)

說(shuō)明：模擬現(xiàn)場(chǎng)覆蓋的情況下混凝土的初凝時(shí)間為8h，終凝時(shí)間為23h28min。

現(xiàn)場(chǎng)凝結(jié)時(shí)間檢測(cè)使用C9015W6F100混凝土，碾壓混凝土在現(xiàn)場(chǎng)不覆蓋的情況下初凝時(shí)間遠(yuǎn)小于混凝土在覆蓋下的初凝時(shí)間，約有5h左右時(shí)差，主要原因是混凝土在現(xiàn)場(chǎng)不覆蓋的情況下由于受陽(yáng)光和風(fēng)等影響使得表層混凝土失水較快，表層混凝土形成一層硬殼。這一現(xiàn)象對(duì)混凝土層間結(jié)合質(zhì)量影響較大。在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)局部碾壓混凝土在1h后表面開(kāi)始失水泛白，須進(jìn)行噴霧保濕以保證混凝土施工質(zhì)量。

4 碾壓混凝土工藝試驗(yàn)過(guò)程檢測(cè)

碾壓混凝土試驗(yàn)由25t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，卸料采用兩點(diǎn)卸料法。卸料后由平倉(cāng)機(jī)攤鋪，碾壓混凝土攤鋪層厚為34cm，壓實(shí)采用三一重工STR130C-8振動(dòng)碾。

4.1 碾壓混凝土壓實(shí)度檢測(cè)成果

根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5112—2009)的要求，用核子密度儀在碾壓混凝土澆筑倉(cāng)面進(jìn)行了碾壓混凝土的壓實(shí)度試驗(yàn)。碾壓試驗(yàn)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 碾壓試驗(yàn)壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

碾壓混凝土表觀(guān)密度與振動(dòng)碾壓遍數(shù)關(guān)系見(jiàn)圖7。

圖7 碾壓混凝土表觀(guān)密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系

由振動(dòng)碾壓遍數(shù)與表觀(guān)密度關(guān)系可知，有振碾壓6遍后壓實(shí)度滿(mǎn)足要求。因此可以選擇無(wú)振2遍+有振6遍+無(wú)振2遍為最佳碾壓遍數(shù)。

4.2 混凝土拌和物外觀(guān)評(píng)價(jià)

進(jìn)行碾壓混凝土工藝性試驗(yàn)時(shí)，在倉(cāng)面進(jìn)行混凝土拌和物的外觀(guān)評(píng)價(jià)，碾壓混凝土拌和物的外觀(guān)均勻，包裹性較好，有一定的塑性回彈，說(shuō)明混凝土拌和物的外觀(guān)較好。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土可碾性評(píng)價(jià)

碾壓混凝土的親和性主要通過(guò)出機(jī)口混凝土拌和物外觀(guān)進(jìn)行評(píng)價(jià)。機(jī)口混凝土拌和物的顏色均勻，砂石骨料表面附漿均勻，沒(méi)有水泥或粉煤灰結(jié)塊，出機(jī)口拌和物用手輕握時(shí)能形成團(tuán)，松開(kāi)后手心無(wú)過(guò)多灰漿黏附，粗骨料表面有灰漿光亮感。

碾壓混凝土的工作性主要通過(guò)混凝土可碾性進(jìn)行評(píng)價(jià)?；炷翑備伷絺}(cāng)后，在有振壓4遍后，碾輪碾壓過(guò)后混凝土富有彈性(塑性回彈)，3～4遍后80%以上表面有明顯灰漿泛出，混凝土表面濕潤(rùn)，有亮感，無(wú)明顯骨料集中。在本次碾壓混凝土工藝性試驗(yàn)中，碾壓混凝土彈性較好。

4.4 混凝土保溫措施

根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，拆模后在混凝土外表面采用5cm聚苯乙烯板進(jìn)行保溫，由于受西藏地區(qū)大風(fēng)天氣影響，保溫材料多處脫落，粘貼效果不佳。鑒于以上情況，建議采用噴涂聚氨酯硬泡或者粘貼橡塑海綿的方式進(jìn)行壩體保溫(見(jiàn)圖8)。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)粘貼的苯板保溫材料

5 混凝土試塊設(shè)計(jì)齡期力學(xué)性能及耐久性能檢測(cè)結(jié)果

混凝土抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

混凝土軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、靜力抗壓彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度、抗凍試驗(yàn)、抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5～表9。

表4 混凝土90天抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

表5 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和靜力抗壓彈性模量試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表6 混凝土軸心抗拉試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表7 混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表8 混凝土抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表9 混凝土抗凍試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

6 鉆芯取樣檢測(cè)結(jié)果

6.1 取芯情況

在此次碾壓試驗(yàn)中，共鉆芯取樣24孔，共鉆深39.08m，取出芯樣共38.42m，芯樣獲得率98.31%；混凝土芯樣共31段，最長(zhǎng)芯樣達(dá)到1.82m(含墊層混凝土)。芯樣描述詳見(jiàn)表10，芯樣圖片見(jiàn)圖9～圖10。

表10 混凝土芯樣外觀(guān)描述統(tǒng)計(jì)

圖9 C9020W8F200二級(jí)配碾壓混凝土芯樣

圖10 C9015W6F100三級(jí)配碾壓混凝土芯樣

6.2 芯樣試驗(yàn)成果

芯樣經(jīng)打磨后進(jìn)行各項(xiàng)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，混凝土芯樣表觀(guān)密度、軸心抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、靜力抗壓彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度見(jiàn)表11，抗凍、抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表12。

表11 混凝土芯樣各項(xiàng)物理力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表12 混凝土90天芯樣抗凍、抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

從碾壓混凝土試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，各項(xiàng)物理力學(xué)性能試驗(yàn)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

7 碾壓混凝土原位壓水試驗(yàn)

7.1 原位壓水試驗(yàn)

采用單點(diǎn)法進(jìn)行原位壓水試驗(yàn)。壓水試驗(yàn)壓力采用分段升壓。第一段0.25～0.3MPa，第二段不大于0.5～0.6MPa，第三段及以下不大于0.9～1.0MPa。

在穩(wěn)定的壓力下每3～5min測(cè)讀一次壓流量，當(dāng)流量無(wú)連續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且5次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%時(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。

7.2 原位壓水試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

按照技術(shù)要求，對(duì)碾壓混凝土試驗(yàn)塊進(jìn)行了壓水試驗(yàn)檢測(cè)，具體檢測(cè)結(jié)果為：C9015W6F100區(qū)域透水率為0.41Lu，C9020W8F200透水率為0.47Lu，均滿(mǎn)足技術(shù)要求壩體防滲層碾壓混凝土不大于0.5Lu、壩體內(nèi)部碾壓混凝土不大于1.0Lu的要求。

8 結(jié) 論

混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后VC值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(1～3s)，但由于環(huán)境較為惡劣，在施工過(guò)程中VC值的損失較大，對(duì)混凝土的可碾性造成很大影響，現(xiàn)場(chǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間在覆蓋和不覆蓋兩種情況下，初凝時(shí)間有較大差異，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行噴霧保濕以及對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋以保證混凝土的施工質(zhì)量。

從碾壓混凝土的壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，碾壓遍數(shù)為無(wú)振2遍+有振6遍+無(wú)振2遍(行走速度1km/h)，混凝土平均壓實(shí)度達(dá)到98.0%，達(dá)到《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T 5112—2009)及《西藏DG水電站碾壓混凝土施工技術(shù)要求(A版)》壓實(shí)度達(dá)到98%的要求。

根據(jù)90天強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等成果可知，混凝土配合比滿(mǎn)足規(guī)范、設(shè)計(jì)和施工要求。

本次碾壓混凝土試驗(yàn)研究為該工程后續(xù)施工提供了科學(xué)合理的配合比參數(shù)，為混凝土澆筑施工提供了合理依據(jù)。在高海拔、低氣壓、太陽(yáng)輻射強(qiáng)、晝夜溫差大、氣候干燥、風(fēng)大等特殊的氣候條件下，摸索出了碾壓混凝土施工的方法和經(jīng)驗(yàn)，得到了業(yè)主、監(jiān)理及專(zhuān)家的肯定，可供類(lèi)似工程項(xiàng)目借鑒。