丁仕輝，汪永劍

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 增城 511340）

0 概 述

為推進(jìn)碾壓混凝土 （RCC）施工技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，在國內(nèi)專家的推動(dòng)下，自2006年以來引進(jìn)國外碾壓設(shè)備和壓實(shí)度檢測儀器，在落腳河、馬堵山等工程中進(jìn)行了多次RCC厚層碾壓試驗(yàn)[1-3]，并成功應(yīng)用于貴州黃花寨水電站大壩的局部[4,5]。實(shí)踐證明，RCC厚層碾壓技術(shù)可加快施工進(jìn)度、縮短工期，減少層間接合面數(shù)量、提升壩體整體質(zhì)量，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。然而，進(jìn)口的RCC厚層碾壓設(shè)備和壓實(shí)度檢測儀器價(jià)格昂貴、手續(xù)繁多，使RCC厚層碾壓施工工法的推廣應(yīng)用受到制約。為降低RCC厚層碾壓施工成本，促進(jìn)國內(nèi)設(shè)備和儀器的自主創(chuàng)新，根據(jù)60 cm厚RCC碾壓施工的實(shí)際需要，對國內(nèi)碾壓設(shè)備和壓實(shí)度檢測儀器生產(chǎn)廠提出技術(shù)指標(biāo)和性能要求，由合肥永安綠地工程機(jī)械有限公司研制具有自主知產(chǎn)權(quán)的厚層碾壓設(shè)備、國內(nèi)某廠家研制出壓實(shí)度檢測儀器，結(jié)合貴州松桃鹽井水利樞紐工程的施工需要，借鑒廣東水電二局股份有限公司的施工經(jīng)驗(yàn)，于2013年1月～6月在貴州松桃鹽井水利樞紐工程現(xiàn)場進(jìn)行60 cm厚RCC碾壓試驗(yàn)，以檢驗(yàn)國內(nèi)生產(chǎn)的碾壓設(shè)備和檢測儀器的適用性、可靠性，并獲取最佳的60 cm厚RCC碾壓工藝參數(shù)。國產(chǎn)60 cm厚RCC碾壓設(shè)備及壓實(shí)度檢測儀的成功研制，為推廣厚層碾壓施工工法在國內(nèi)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1 60cm厚RCC碾壓設(shè)備及壓實(shí)度檢測儀

1.1 垂直振動(dòng)碾

在合適的振動(dòng)頻率范圍及一定輪軸載荷情況下，振動(dòng)碾的壓實(shí)能力和深度效應(yīng)主要與振幅有關(guān)，高振幅能將較大的壓實(shí)能量傳遞到所壓混凝土的深部，低振幅能將較大的壓實(shí)能量傳遞到混凝土的表面，但只能在混凝土內(nèi)產(chǎn)生微小的壓實(shí)深度[6]。碾壓常規(guī)30 cm厚RCC的雙鋼輪圓周振動(dòng)碾的振幅約為0.3～0.9 mm，垂直振動(dòng)碾[7,8]在鋼輪內(nèi)部設(shè)有同期反轉(zhuǎn)的偏心振動(dòng)裝置，可將離心力的水平分力予以平衡，與碾壓面只在垂直方向產(chǎn)生振動(dòng)，振幅大幅提高，可以提高厚層混凝土的壓實(shí)密度。合肥永安綠地工程機(jī)械有限公司在掌握的單鋼輪垂直振動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)60 cm厚RCC碾壓要求，于2012年6月底成功研制出LDV 150型雙鋼輪垂直振動(dòng)碾，其主要性能參數(shù)[9]見表1。與國外采用雙軸激振器的垂直振動(dòng)碾相比，LDV 150型垂直振動(dòng)碾采用同軸3組偏心塊激振器[10]，增強(qiáng)了整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性，且模塊化設(shè)計(jì)使垂直振動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化、裝配和維修方便快捷，雙重自潤滑冷卻系統(tǒng)使振動(dòng)軸承得到充分潤滑和冷卻、大大延長軸承的使用壽命和振動(dòng)輪的內(nèi)部溫度。

1.2 壓實(shí)度檢測儀

參考相關(guān)規(guī)程[11]和60 cm厚RCC壓實(shí)度檢測的需要，國內(nèi)廠家研制出一種核子快速密度儀 (簡稱“H型核子快速密度儀檢測”)，該儀器滿足以下要求:①只配γ放射源，可檢測的壓實(shí)深度為30、40、50、60 cm；②成孔速度快，每個(gè)點(diǎn)位總檢測時(shí)間不超過12 min；③儀器標(biāo)定簡單，進(jìn)行一次修正即可達(dá)到誤差范圍在±1%內(nèi)；④儀器精度、測量誤差及安全性滿足現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范及相關(guān)法律要求。

儀器在使用前，參考文獻(xiàn) [11]、[12]進(jìn)行標(biāo)定，用木模成形制作3個(gè)標(biāo)定塊。2塊為混凝土塊，尺寸為65 cm×65 cm×70 cm，RCC配合比見表2，成形時(shí)分四層鋪料，每層用平板振搗器振4 min；1塊為砂塊，尺寸為70 cm×70 cm×70 cm，砂為工程用人工中砂，每層鋪20 cm，用平板振搗器振3 min。各標(biāo)定塊的實(shí)際密度:二、三級配混凝土分別為2442 kg/m3、2487 kg/m3，砂為 1823 kg/m3。

對砂塊標(biāo)定時(shí)，依次測30、40、50、60 cm深的東、西2個(gè)方位的砂塊密度，按同樣方法測10次，每次測60 s；對混凝土塊標(biāo)定時(shí)，上、下移動(dòng)探測桿依次測30、40、50、60 cm深的混凝土密度，不同深度均測1個(gè)方位，按同樣方法測10次，每次測60s。儀器標(biāo)定情況見表3。從表3中可知，采用砂和不同級配混凝土對儀器進(jìn)行標(biāo)定后，其測量誤差除測50 cm砂的誤差為-1.06%外，其余測量誤差均在1%范圍內(nèi)。

表1 LDV150型垂直振動(dòng)碾主要性能參數(shù)

表2 RCC配合比

表3 儀器標(biāo)定成果

2 60cm厚RCC碾壓試驗(yàn)

2.1 RCC配合比

混凝土配合比見表2，采用松桃高力水泥廠P·O42.5水泥、銅仁大龍火力發(fā)電廠Ⅱ級粉煤灰、FDN-9000型緩凝高效減水劑、AE200硅烷型引氣劑，粗細(xì)骨料為人工砂石料，母材為石灰?guī)r，砂的細(xì)度模數(shù)FM=3.0，石粉含量18.5%(淘洗法，其中小于0.08 mm的微粉含量為13.0%)；二、三級配RCC設(shè)計(jì)密度分別為2460 kg/m3、2493 kg/m3，含氣量分別為3.0%、2.5%，VC值為3～7 s，三級配RCC初凝時(shí)間為8 h 30 min、終凝10 h 20 min。

2.2 試驗(yàn)布置及碾壓

（1）試驗(yàn)布置。試驗(yàn)場面積280 m2(20 m×14 m)，試驗(yàn)前，將松散土層清除鋪30 cm厚石渣，壓實(shí)后澆20 cm厚C9010 RCC墊層，沿長度方向裝模板，寬度方向?yàn)檫\(yùn)輸車輛進(jìn)出通道。沿寬度方向分6個(gè)條帶，二、三級配RCC各3條帶，每條帶分上、下兩層(分別厚60、30 cm)，每條帶各層布5～6個(gè)壓實(shí)度檢測點(diǎn) (編號為①～⑥)。兩側(cè)澆不同加漿量的機(jī)制或現(xiàn)場加漿變態(tài)混凝土。試驗(yàn)場布置如圖1a所示。

（2）碾壓工藝?；炷敛捎? m3強(qiáng)制式攪拌機(jī)生產(chǎn)，由2臺(tái)18t自卸車運(yùn)輸 (運(yùn)距約80 m)、1臺(tái)SB-11推耙機(jī)平倉、1臺(tái)LDV150垂直振動(dòng)碾碾壓，壓實(shí)度采用H型核子快速密度儀檢測。壓實(shí)厚30 cm時(shí)，鋪料厚35 cm；壓實(shí)厚60 cm時(shí)，鋪料厚70 cm(一次鋪完)。碾壓遍數(shù):壓實(shí)厚30cm時(shí)各條帶分別為2-2-2（即靜碾2遍、振碾2遍、再靜碾2遍)、2-4-2、2-6-2，壓實(shí)厚60cm時(shí)各條帶分別為2-4-2、2-6-2、2-8-2、2-10-2(其中 2-1條帶靜碾2遍、振碾4遍后，測壓實(shí)度；再振碾2遍后測壓實(shí)度；最后再振遍2遍、靜碾2遍測壓實(shí)度），碾壓布置見圖1b。碾壓速度控制在1～1.5 km/h(實(shí)測約1.2 km/h)，碾壓條帶搭接寬10～20 cm；碾壓于2013年1月20日08:40開始，21日00:13完成。

3 試驗(yàn)檢測

圖1 RCC碾壓試驗(yàn)布置示意 （單位:mm）

為驗(yàn)證LDV150型垂直振動(dòng)碾性能，檢驗(yàn)其碾壓的60 cm厚RCC質(zhì)量，對混凝土的壓實(shí)度、試塊抗壓及抗?jié)B強(qiáng)度、實(shí)體芯樣抗壓抗?jié)B及抗凍強(qiáng)度。

3.1 壓實(shí)度檢測

采用自主研發(fā)的一種厚層RCC壓實(shí)度檢測孔的成孔裝置[13]進(jìn)行混凝土壓實(shí)度檢測。該裝置在碾壓密實(shí)的混凝土上打出一個(gè)60 cm深的孔，將H型核子快速密度儀的探測桿依次伸入孔內(nèi)30、40、50、60 cm，測出各深度內(nèi)混凝土壓實(shí)度，每條帶檢測6點(diǎn)，檢測的同時(shí)打孔。檢測速度見表4，各條帶壓實(shí)度見圖2。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，三級配RCC的壓實(shí)度基本隨著碾壓遍數(shù)的增加而增加；在各種碾壓遍數(shù)時(shí)，40 cm深的壓實(shí)度最大，30、40、50 cm深壓實(shí)度變化較小，50～60 cm范圍壓實(shí)度降低較大；碾壓遍數(shù)為2-8-2時(shí)，各深度范圍內(nèi)混凝土壓實(shí)度均大于97%的要求。二級配RCC的壓實(shí)度基本隨著碾壓深度的增加而減?。辉诟鞣N碾壓遍數(shù)時(shí)，30、40、50 cm深壓實(shí)度變化較小，50～60 cm范圍壓實(shí)度降低較大；碾壓遍數(shù)為2-8-2時(shí)，除30 cm深壓實(shí)度外，其余深度壓實(shí)度均為最大，且各深度范圍內(nèi)壓實(shí)度均大于98%的要求。在相同的碾壓遍數(shù)時(shí)，50 cm范圍內(nèi)二級配混凝土的壓實(shí)度比三級配的大，50～60 cm范圍三級配混凝土的壓實(shí)度比二級配的大。

表4 60 cm厚RCC壓實(shí)度檢測速度

表5 混凝土試件及芯樣抗壓、抗?jié)B強(qiáng)度及抗凍等級匯總

圖2 RCC不同碾壓遍數(shù)平均壓實(shí)度

3.2 混凝土抗壓、抗?jié)B強(qiáng)度及抗凍等級檢測

施工過程，28、90 d齡期二、三級配RCC抗壓和抗?jié)B強(qiáng)度試件各取1組，在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，在工地試驗(yàn)室檢測；RCC碾壓約3個(gè)月后，于2013年4月22日至4月28日由貴州黔水科研試驗(yàn)測試檢測工程有限公司在碾壓現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔取芯 (共鉆21孔，編號1～21)檢測，抗?jié)B、抗凍試件芯樣在2-1條帶 (二級配RCC，碾壓2-8-2遍、壓實(shí)厚60 cm)上各鉆取一組，抗壓試件芯樣在2-1、2-5條帶(三級配RCC，碾壓2-8-2遍、壓實(shí)厚60 cm)各鉆取一組。檢測結(jié)果見表5。

從表中可知，二、三級配RCC的芯樣及試件的抗壓強(qiáng)度均大于設(shè)計(jì)要求的20、15 MPa，二級配混凝土的芯樣及試件的抗?jié)B強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求W6，三級配混凝土試塊抗?jié)B強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求W4，二級配混凝土的芯樣的抗凍等級達(dá)到設(shè)計(jì)要求F100。

3.3 芯樣質(zhì)量及壓水檢測

RCC層厚90 cm，由于取芯鉆管長40 cm，取芯難度較大，90 cm厚的混凝土芯樣要分2～3次鉆取，混凝土均為人工取斷，無質(zhì)量原因造成的斷裂；混凝土芯樣連續(xù)完整、表面光滑、膠結(jié)較好、骨料分布均勻，芯樣側(cè)面無表觀缺陷。二級配RCC參考文獻(xiàn) [14]對2個(gè)孔 (13號、16號)進(jìn)行壓水試驗(yàn)，測得透水率分別為0.49、0.75 Lu，均小于1 Lu。

4 結(jié) 論

（1）國產(chǎn)LDV150型垂直振動(dòng)碾碾壓的60 cm厚RCC的壓實(shí)度、實(shí)體抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B強(qiáng)度、抗凍等級及透水率均滿足規(guī)范要求，說明該型號振動(dòng)碾碾壓60 cm厚RCC的振動(dòng)頻率、激振力及振幅適宜，但其轉(zhuǎn)彎性能仍有改進(jìn)的空間。

（2）國產(chǎn)密度檢測儀最大測深60 cm，可直接讀取壓實(shí)密度及壓實(shí)度，配以自主研發(fā)的成孔裝置進(jìn)行成孔，成孔質(zhì)量好、檢測速度快，成型一個(gè)60 cm深的檢測孔約需3 min，檢測孔內(nèi)30、40、50、60 cm深各點(diǎn)壓實(shí)度約需7 min，能滿足30～60 cm厚層RCC施工的檢測要求。

（3）基于貴州松桃鹽井水利樞紐工程混凝土原材料及配比，LDV150型垂直振動(dòng)碾碾壓60 cm厚RCC適宜的工藝參數(shù)為:鋪料厚70 cm，碾壓2-8-2遍，條帶搭接寬10～20 cm，碾壓速度約1.2 km/h。厚層RCC碾壓速度比常規(guī)薄層碾壓快，為滿足鋪料間隔時(shí)間要求，需有較強(qiáng)的混凝土入倉能力。

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