大石澗水庫碾壓混凝土大壩碾壓工藝試驗

高萌

(河南省水利第二工程局，河南 鄭州 450016)

1 工程概況

河南省三門峽大石澗水庫大壩工程位于陜州區(qū)店子鄉(xiāng)以東的洛河支流渡洋河中上游，大壩距離三門峽市區(qū)約45 km。大石澗水庫控制流域面積173 km2，是一座總庫容約3 300萬m3的中型水庫。大壩類型為碾壓混凝土重力壩，壩高設(shè)計值為68.90 m，壩頂長為308 m。大石澗水庫工程等別Ⅲ等。碾壓混凝土主要工程量：22萬m3的三級配C15W6F100碾壓混凝土、0.20萬m3的二級配C9020W6F100碾壓混凝土、2萬m3的二級配C9020W8F150碾壓混凝土。

2 試驗依據(jù)

招、投標(biāo)文件，水工混凝土試驗規(guī)程，水工碾壓混凝土施工規(guī)范，用于水泥和混凝土中的粉煤灰、水工混凝土施工規(guī)范，混凝土外加劑、水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范，設(shè)計圖紙及相關(guān)設(shè)計文件要求。

3 現(xiàn)場試驗設(shè)計

3.1 試驗部位

在大石澗大壩6#壩段混凝土基礎(chǔ)墊層上，布置現(xiàn)場工藝試驗場地，為水平碾壓段。現(xiàn)場共分8個區(qū)段的水平段試驗場，包括4個碾壓混凝土區(qū)，其中，每個區(qū)塊平面尺寸為：4 m×10 m(寬×長)；4個變態(tài)混凝土試驗區(qū)，每個試驗區(qū)平面尺寸為：1 m×10 m(寬×長)?？偯娣e約是200 m2。每個區(qū)塊鋪筑3層碾壓混凝土，各層松鋪厚度是35 cm。碾壓混凝土試驗分區(qū)平面布置圖見圖1。

3.2 試驗內(nèi)容

現(xiàn)場工藝試驗主要包括：確定碾壓厚度；測定不同碾壓遍數(shù)下的壓實密度，確定最優(yōu)碾壓遍數(shù)；測定碾壓混凝土VC值、初凝時間、并確定層間允許間歇時間。

3.3 混凝土原材料及基本性能檢測

試驗所用原材料均已由建管單位委托的第三方實驗室進(jìn)行檢測，且檢驗結(jié)果合格。碾壓混凝土配合比由試驗室出具，在試驗過程中根據(jù)碾壓效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.4 拌和站出機口拌和物拌和性能檢測

在拌和站出機口進(jìn)行拌和物性能檢測，不同試驗區(qū)混凝土VC值每2 h檢測1次，出機口及倉面混凝土溫度與VC值同步進(jìn)行檢測。

4 現(xiàn)場試驗施工過程

4.1 混凝土拌和、運輸、卸料

碾壓混凝土采用1臺HZS180拌和機進(jìn)行拌制，采用20 t 自卸汽車運輸。試驗拌和時間為50、75、90、120 s。拌和站出機口與自卸汽車間的自由落差均<1.50 m。

現(xiàn)場采用后退法入倉卸料，人工配合挖掘機平倉的方式施工?；炷列读喜捎脙牲c卸料法，同時卸料高度<1.50 m。每層松鋪厚度約35 cm，平倉過程中嚴(yán)格控制鋪料厚度，鋪料厚度采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測。

4.2 混凝土碾壓

碾壓混凝土采用SR22MP自行式振動碾進(jìn)行碾壓，行走速度為低檔行駛，碾壓速度控制在1.50 km/h以下，攤鋪方向與碾壓方向保持一致，每層分別采用無震2遍外加有震4、6、8、10遍+無震2遍碾壓，并于碾壓至有震4遍后開始進(jìn)行壓實度檢測，最終碾壓遍數(shù)以壓實度檢測合格為準(zhǔn)。

圖1 碾壓試驗分區(qū)平面布置圖

變態(tài)混凝土采用現(xiàn)場加漿和機拌變態(tài)混凝土兩種方法進(jìn)行試驗?，F(xiàn)場加漿時采用碾壓混凝土中部挖槽加漿。采用機拌變態(tài)混凝土?xí)r，將變態(tài)混凝土的漿液部分同碾壓混凝土集料一起直接加入拌和機中，進(jìn)行攪拌。

5 拌和物性能及現(xiàn)場壓實度檢測

出機口、倉面混凝土溫度與VC值，每2 h同步進(jìn)行檢測1次；碾壓混凝土工作度、澆筑質(zhì)量均進(jìn)行現(xiàn)場檢測。每層鋪料完畢后用水準(zhǔn)儀測量混凝土松鋪厚度，碾壓完畢后再進(jìn)行測量壓實厚度，虛鋪及壓實厚度另需記錄。

通過核子密度儀，依次測定現(xiàn)場料物攤鋪后先靜壓2遍，震動碾壓4、6、8、10遍后的碾壓混凝土表觀密度，以求確定最佳碾壓遍數(shù)。對碾壓混凝土拌和物進(jìn)行現(xiàn)場取樣，同時測定拌和物的表觀密度。

在試驗室進(jìn)行碾壓混凝土凝結(jié)時間試驗，測定凝結(jié)時間。通過篩分法篩取不同拌和時間的砂漿，測定碾壓混凝土砂漿表觀密度，檢驗?zāi)雺夯炷恋木鶆蛐?。在試驗室使用濕篩法，對碾壓混凝土拌和物進(jìn)行取樣，測定碾壓混凝土含氣量。

6 試驗成果分析

6.1 碾壓混凝土VC值檢測

通過現(xiàn)場檢測，碾壓混凝土VC值共檢測13次，VC值為7.90～11.20 s之間，不同拌和時間碾壓混凝土VC值差別不大。

根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》的要求，用砂漿表觀密度分析法檢測碾壓混凝土拌和物均勻性時，兩個樣品測定的砂漿表觀密度差值應(yīng)≤30 kg/m3。當(dāng)拌和50 s時，二級配、三級配碾壓混凝土砂漿密度差值分別為28 kg/m3、13 kg/m3，兩種級配狀態(tài)的拌和物在75、90、120 s拌和時間測定的砂漿密度均呈遞減趨勢。

6.2 壓實度檢測和碾壓混凝土配合比調(diào)整

第一層先靜碾2遍，再震動碾壓4遍時，壓實度合格率為0；震動碾壓6遍時，壓實度合格率為25.00%；震動碾壓8遍時，壓實度合格率為81.20%；震動碾壓10遍時，壓實度合格率為96.90%。碾壓10遍后，對局部不合格部位進(jìn)行補壓，經(jīng)補壓后，檢測結(jié)果全部合格。

從外觀上看，第一層碾壓完成后，碾壓混凝土表面，碾壓混凝土表面局部泛漿不明顯，經(jīng)分析，原因分析為砂率偏小。故在第二層施工前，將二級配碾壓混凝土的砂率從36%增加到38%，三級配碾壓混凝土的砂率從32%增加到35%，膠凝材料用料適當(dāng)進(jìn)行增加，碾壓后從外觀上看，比第一層稍有改善，壓實度合格率比第一層有較大提高。第三層碾壓時，繼續(xù)增加砂率，并且增加膠凝材料摻量及減水劑用量，降低VC值。將二級配碾壓混凝土配合比砂率增加到40%，三級配碾壓混凝土配合比砂率增加到37%，震動碾壓4遍后，碾輪前呈塑性回彈，大部分碾壓混凝土表面明顯有灰漿泛出，表面較為濕潤，有光亮感，壓實度合格率為31.20%，碾壓8遍時，壓實度合格率達(dá)到100%。碾壓混凝土壓實度檢測記錄及碾壓試驗配合比調(diào)整見表1、表2。

表1 碾壓混凝土壓實度檢測合格率統(tǒng)計表

表2 碾壓試驗混凝土配合比調(diào)整統(tǒng)計表

6.3 碾壓混凝土層間間歇時間確定、表觀密度、含氣量測定

通過進(jìn)行碾壓混凝土的凝結(jié)時間測定，二級、三級配碾壓混凝土初凝時間分別為12、13 h。C9015W6三級配碾壓混凝土表觀密度為2 510 kg/m3，C9020W8F150二級配碾壓混凝土表觀密度為2 491 kg/m3。二級配C9020W8F150、三級配C9015W6碾壓混凝土含氣量分別為3.80%～4.20%和1.50%～1.80%，含氣量滿足規(guī)范要求。

6.4 碾壓混凝土實體強度檢測

碾壓試驗過程中，成型不同部位28、90 d試塊，同時進(jìn)行鉆芯取樣檢測。碾壓混凝土試塊及芯樣抗壓強度統(tǒng)計見表3。

表3 碾壓混凝土鉆芯取樣抗壓強度統(tǒng)計表

從混凝土芯樣外觀看，碾壓混凝土表面比較光滑致密，骨料分布比較均勻。從成型試塊及現(xiàn)場芯樣強度看，混凝土強度可滿足要求。

通過對現(xiàn)場加漿和機拌變態(tài)混凝土芯樣進(jìn)行對比，由于現(xiàn)場加漿為純水泥漿，機拌變態(tài)混凝土加漿為水泥摻加粉煤灰漿液，現(xiàn)場加漿變態(tài)混凝土強度比機拌變態(tài)混凝土強度稍高。但現(xiàn)場加漿變態(tài)混凝土的強度不均勻，機拌變態(tài)混凝土取芯強度比較均勻。機拌變態(tài)混凝土芯樣外觀表面比較光滑致密，施工現(xiàn)場加漿變態(tài)混凝土表面基本光滑，稍有氣孔。

在變態(tài)與碾壓兩種混凝土結(jié)合部位進(jìn)行鉆芯取樣，機器拌制變態(tài)混凝土與現(xiàn)場加漿變態(tài)混凝土，經(jīng)振搗碾壓后均能與碾壓混凝土結(jié)合狀態(tài)良好。

7 試驗結(jié)論

試驗?zāi)雺夯炷敛捎谜{(diào)整后的配合比，二級配碾壓混凝土砂率40%，三級配碾壓混凝土砂率37%時，碾壓混凝土的拌和時間為50 s，維勃稠度值(工作度VC值)宜控制在5～12 s，碾壓后混凝土表面光亮濕潤，微泛灰漿，可碾性較好。松鋪厚度為35 cm，當(dāng)震動碾壓8遍時，壓實度合格率是100%，可滿足施工要求。為保證變態(tài)混凝土的密實度和均勻性，大壩變態(tài)混凝土采用機器拌制變態(tài)混凝土效果更好。

8 結(jié)語

試驗研究確定的碾壓工藝參數(shù)：虛鋪厚度為35 cm，壓實后厚度為30 cm，碾壓遍數(shù)為2遍無振+8遍有振+2遍無振，碾壓機具的行走速度控制在1.10～1.50 km/h、拌和時間50 s、維勃稠度值(VC值)5～12 s、變態(tài)混凝土采用機器拌制，能夠滿足現(xiàn)場施工各項指標(biāo)要求?，F(xiàn)場施工嚴(yán)格按照試驗參數(shù)進(jìn)行過程質(zhì)量控制，工程于2017年5月開展第一倉大壩碾壓混凝土施工，于2019年9月主體工程完工，至今工程運行狀態(tài)良好。