膠凝砂礫石層間接縫處理工藝探究

□ 呂 剛 萬 虎

膠凝砂礫石是近些年研究出來的一種新壩型材料，是由膠凝材料膠結(jié)顆粒料形成的一種材料，多應(yīng)用于大壩工程建設(shè)。由于膠凝砂礫石壩工程數(shù)量及規(guī)模較大，施工過程中受供料系統(tǒng)、運(yùn)輸系統(tǒng)、碾壓設(shè)備、天氣因素、施工工序間歇等影響，無法連續(xù)鋪筑碾壓施工，出現(xiàn)膠凝砂礫石層間接縫暴露時(shí)間超過鋪筑允許間隙時(shí)間，致使接縫表面膠凝砂礫石凝結(jié)硬化，可碾性差，層間連接質(zhì)量差，因而成為壩體薄弱環(huán)節(jié)。層間接縫的處理工藝及質(zhì)量至關(guān)重要，如果處理不當(dāng)，容易造成運(yùn)行期滲漏，甚至影響結(jié)構(gòu)安全。筆者結(jié)合岷江龍溪口航電樞紐工程二期一汛右岸船閘全年圍堰工程，對膠凝砂礫石層間接縫處理間隔時(shí)間、層間處理方式進(jìn)行研究，通過比較不同的時(shí)間間隔、不同處理方法對層間結(jié)合粘結(jié)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、滲透系數(shù)性能的影響。

岷江龍溪口航電樞紐工程二期一汛右岸船閘全年圍堰圍堰軸線長1 501 米，底部河床高程為290.00 ～300.00 米，最大堰高27 米，采用膠凝砂礫石作為主要防滲體。膠凝砂礫石設(shè)置在圍堰迎水面，結(jié)構(gòu)水平寬度為4 米，坡比為1 ∶1.75，膠凝砂礫石填筑總量100 536 立方米，主要施工時(shí)段為2021 年3—5 月，施工方式主要采用分層鋪筑碾壓施工，因而層間連接處理方式至關(guān)重要。

一、原材料及配合比

1.原材料

（1）骨料。骨料指標(biāo)最大粒徑不宜超過150 毫米，含泥量不宜超過5%。膠凝砂礫石所用砂礫石料采用基坑內(nèi)開挖料并經(jīng)篩分后的合格料。砂漿配制所需天然砂采用篩分系統(tǒng)生產(chǎn)，天然砂檢測結(jié)果見表1 所列。

表1 天然砂檢測結(jié)果

（2）水泥。水泥采用四川省犍為寶馬水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽P·O42.5 袋裝水泥。水泥檢測結(jié)果見表2 所列。

表2 水泥檢測結(jié)果

2.配合比及性能

為保證膠凝砂礫石施工質(zhì)量，在工程實(shí)施前，進(jìn)行配合比試驗(yàn)，得到施工配合比見表3 所列。

表3 膠凝砂礫石及層間接縫材料配合比

二、工況模型

由于膠凝砂礫石施工工藝與碾壓混凝土類似，因此用于層間接縫處理工藝探究試驗(yàn)驗(yàn)證的膠凝砂礫石試件尺寸采用150 毫米立方體構(gòu)件，分兩次成型。對于有層間接縫但不做處理的試件，按配合比要求拌制膠凝砂礫石，裝入試模中試件1/2 高度并振動(dòng)密實(shí)，養(yǎng)護(hù)至要求的間隔時(shí)間后，再成型上半部分試件，同樣振動(dòng)密實(shí)，并養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)要求齡期。對于有層間接縫且需要做層間處理的試件，同樣先制作下半部分膠凝砂礫石裝入試模，采用振搗器振實(shí)，只是在養(yǎng)護(hù)至要求的間隔時(shí)間后，在成型上半部分試件之前進(jìn)行相應(yīng)的層間接縫處理，其他步驟同上面方法。

為研究不同層間處理方式下的層間接縫的特性，主要選取以下工況模型：①間隔時(shí)間小于6小時(shí)（取為4 小時(shí)），直接鋪筑上層膠凝砂礫石；②過6 小時(shí)后層間接縫成為施工冷縫（取為8 小時(shí)和16 小時(shí)），清理層面后，直接鋪筑上層膠凝砂礫石；③對施工層間冷縫清理后，鋪筑2 厘米水泥凈漿，再鋪筑上層膠凝砂礫石；④對施工層間冷縫清理，鋪設(shè)2 厘米水泥砂漿，再鋪筑上層膠凝砂礫石。

三、試驗(yàn)結(jié)果

1.膠凝砂礫石層間接縫粘結(jié)強(qiáng)度

在試件養(yǎng)護(hù)28 天后即可作為粘接強(qiáng)度試驗(yàn)試件，進(jìn)行每種層間處理方式的粘結(jié)強(qiáng)度的檢測，并對膠凝砂礫石本體粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行比較。層間接縫不同處理方式下的粘接強(qiáng)度見表4 所列。

表4 層間接縫不同處理方式下的粘結(jié)強(qiáng)度

根據(jù)以上成果表明，對層間縫不進(jìn)行處理的試件，層間間隔時(shí)間為4 小時(shí)的膠凝砂礫石粘結(jié)強(qiáng)度值比間隔8 小時(shí)和16 小時(shí)的粘結(jié)強(qiáng)度值大，說明膠凝砂礫石終凝后，必須對層間接縫進(jìn)行處理，以提高膠凝砂礫石連接整體性。對于層間間隔時(shí)間超過終凝時(shí)間，對層間接縫進(jìn)行處理的試件，時(shí)間間隔越久，粘結(jié)強(qiáng)度越低。同時(shí)試驗(yàn)表明水泥凈漿的粘結(jié)強(qiáng)度大于水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度，且凈漿濃度越大，強(qiáng)度越大。

2.膠凝砂礫石層間接縫抗剪強(qiáng)度

對于膠凝砂礫石層間接縫抗剪強(qiáng)度，在試件養(yǎng)護(hù)28 天后進(jìn)行抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)檢測。試件分別在4 小時(shí)、8 小時(shí)和16小時(shí)的暴露時(shí)間下采用不同方式進(jìn)行層間接縫處理，層間接縫不同處理方式下的抗剪試驗(yàn)結(jié)果見表5 所列。

表5 層間接縫不同處理方式下的抗剪強(qiáng)度

根據(jù)以上結(jié)果表明，膠凝砂礫石層間接縫形成冷縫后，在相同條件下，采用鋪設(shè)水泥凈漿或水泥砂漿的膠凝砂礫石層間接縫處理方式其抗剪強(qiáng)度均大于不做處理的層間接縫；采用鋪設(shè)水泥凈漿進(jìn)行處理的方式抗剪強(qiáng)度大于鋪設(shè)水泥砂漿，且水泥凈漿水膠比越小，抗剪強(qiáng)度越大。同時(shí)隨著間隔時(shí)間的增加，每種處理方式的抗剪強(qiáng)度均有較大的下降。因此，鋪筑水泥凈漿的處理方式優(yōu)于鋪筑砂漿，且層間接縫時(shí)間間隔越短，處理效果越好。

3.膠凝砂礫石層間接縫抗?jié)B性能

在試件養(yǎng)護(hù)達(dá)到28 天后進(jìn)行層間接縫處理滲透系數(shù)檢測，試件制作方法同上。由于膠凝砂礫石施工方法與碾壓混凝土基本相似，因此膠凝砂礫石層間接縫的滲透系數(shù)檢測采用碾壓混凝土采用的壓水試驗(yàn)進(jìn)行檢測。壓水試驗(yàn)檢測采用從上到下鉆孔，孔徑75 毫米，孔深超過層間接縫0.2米，然后以0.2兆帕、0.4兆帕、0.8兆帕壓力對層間分別測試，每個(gè)壓力維持時(shí)間約為30 分鐘。經(jīng)壓水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未處理的層間縫在超過8 小時(shí)間隔后均在0.4兆帕之后出現(xiàn)滲漏；采用砂漿及水泥凈漿處理后的層間縫均為未發(fā)現(xiàn)明顯滲漏。通過滲透系數(shù)檢測，根據(jù)靜水壓力公式換算采用處理后的層間縫可以承受80 米左右靜水壓力，可滿足圍堰防滲要求。

四、結(jié)論

根據(jù)龍溪口航電樞紐工程二期一汛右岸船閘全年圍堰實(shí)際情況及膠凝砂礫石層間接縫各種處理方式下的試驗(yàn)結(jié)果，得到以下結(jié)論。

（1）當(dāng)層間接縫間隔時(shí)間超過終凝時(shí)間，采用鋪設(shè)水泥凈漿或水泥砂漿的對層間接縫進(jìn)行處理可以提高粘結(jié)強(qiáng)度，但是隨著時(shí)間間隔的延長，粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)降低。同時(shí)水泥凈漿處理的連接效果優(yōu)于水泥砂漿，且建議采用水膠比為0.5 的水泥凈漿處理。

（2）采用水泥凈漿處理的方式對抗剪強(qiáng)度提升較明顯，但隨時(shí)間間隔的增加，強(qiáng)度的降低較快。因此在施工過程中，應(yīng)盡量縮短施工間隔。

（3）采用水泥凈漿或砂漿處理后的層間縫均能承受較大靜水壓力，相比不作任何處理的方式層間滲透性能有較大提高。

（4）采用水泥凈漿的處理方式為較佳的處理方式，對粘結(jié)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗?jié)B性能均有較大提升。

（5）在龍溪口航電樞紐工程二期一汛右岸船閘全年圍堰實(shí)際施工過程中，選擇間隔時(shí)間大于6 小時(shí)，水膠比為0.5 的水泥凈漿進(jìn)行層間連接，經(jīng)運(yùn)行期觀察，未出現(xiàn)較大層間滲漏，應(yīng)用效果良好。