(廣東水電二局股份有限公司，廣東 增城，511340)

碾壓混凝土壩插入式振搗干硬性混凝土施工技術(shù)

謝小輝

(廣東水電二局股份有限公司，廣東 增城，511340)

碾壓混凝土壩迎水面防滲層一般采用變態(tài)混凝土，貴州省水城縣觀音巖水庫(kù)碾壓混凝土大壩迎水面防滲層采用插入式振搗干硬性混凝土代替。本文闡述了干硬性混凝土配合比設(shè)計(jì)、VC值控制、混凝土碾壓與振搗工藝，成功實(shí)現(xiàn)了壩體與防滲層兩種混凝土合并一起施工，簡(jiǎn)化了施工程序，提高了壩體的均一性和防滲性能，取得了良好的應(yīng)用效果。

碾壓混凝土 配合比設(shè)計(jì) VC值 插入式振搗 施工應(yīng)用

碾壓混凝土壩一般采用薄層碾壓的施工方法，壩體不可避免地存在層間結(jié)合面，對(duì)于整個(gè)壩體，這些層間結(jié)合面就是薄弱環(huán)節(jié)。因此，大壩迎水面變態(tài)混凝土的防滲性能至關(guān)重要。變態(tài)混凝土由碾壓混凝土拌合物和灰漿組成，是在碾壓混凝土拌合物鋪料過(guò)程中造孔灑鋪水泥漿，使之改變和易性成為可以采用插入振搗器振搗密實(shí)的混凝土。目前，變態(tài)混凝土基本的施工方法就是人工造孔或切槽加漿，而人工加漿工藝比較粗糙，摻水泥漿液用量不規(guī)范，在混凝土不同孔隙結(jié)構(gòu)中明顯有摻量不均現(xiàn)象，且施工進(jìn)度慢，不利于混凝土層間結(jié)合。同時(shí)，不同種類(lèi)混凝土建造的碾壓混凝土壩，非均質(zhì)區(qū)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力差，從而產(chǎn)生裂縫和滲漏。優(yōu)化碾壓混凝土配合比，生產(chǎn)出既可以采用機(jī)械設(shè)備碾壓密實(shí)，又可以采用插入式振搗器振搗密實(shí)的碾壓混凝土拌合料，提高碾壓混凝土壩體的均一性，從而能夠改善碾壓混凝土大壩的抗裂性和抗?jié)B性能，并加快施工進(jìn)度，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況及工程區(qū)氣候條件

貴州省水城縣觀音巖水庫(kù)壩址位于阿戛鄉(xiāng)仲河村，水庫(kù)所在河流為月亮河干流上游巴都河河段，屬珠江流域西江水系北盤(pán)江一級(jí)支流。觀音巖水庫(kù)工程以工業(yè)供水、灌溉及人畜飲水為主，兼顧發(fā)電，總庫(kù)容2167萬(wàn)m3。工程規(guī)模為Ⅲ等中型，由大壩樞紐、發(fā)電廠房及供水工程三大部分組成，大壩設(shè)計(jì)為碾壓混凝土雙曲拱壩，設(shè)計(jì)最大壩高109m，壩頂高程1434m，壩頂寬6m，壩體混凝土總量為24.27萬(wàn)m3，其中變態(tài)混凝土4.39萬(wàn)m3。壩體混凝土分區(qū)：從上游往下游依次為50cmC9020W8二級(jí)配變態(tài)混凝土、200cmC9020W8二級(jí)配碾壓混凝土、C9020三級(jí)配碾壓混凝土和C9020三級(jí)配變態(tài)混凝土。

珠江流域西江水系北盤(pán)江一級(jí)支流屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，氣候溫和，全年降雨量為1200mm，多年平均降水量為1227.1mm，陸面蒸發(fā)量在600mm左右。年平均溫度為10℃～14℃左右，1月均溫3℃～6.3℃，6月月平均氣溫18.3℃，最熱的7月月平均氣溫19.8℃，8月月平均氣溫19.2℃，歷史上的極端最高氣溫僅有31.2℃，年平均相對(duì)濕度在83%左右。這樣的氣候條件下，非常適合碾壓混凝土施工。

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

在室內(nèi)進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)研究，獲取VC值、密實(shí)度、凝結(jié)時(shí)間、物理性能、耐久性能等參數(shù)，是碾壓混凝土壩迎水面防滲層采用插入式振搗干硬性混凝土代替變態(tài)混凝土所需的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

觀音巖水庫(kù)工程混凝土配合比試驗(yàn)研究表明，人工細(xì)骨料d≤0.16mm的顆粒含量對(duì)混凝土的和易性起到顯著作用。觀音巖水庫(kù)工程碾壓混凝土使用人工砂細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9之間，d≤0.16mm的顆粒含量控制在15%～18%，其中d≤0.08mm微粒含量在4%～6%，其中漿體(含d≤0.08mm微粒5%)體積達(dá)到23.4%?？墒够炷林械臐{體液化快，漿體滲透力強(qiáng)，拌合物外觀表現(xiàn)得更有粘聚性，適合ZDNφ100插入振搗式高頻振搗器振搗快速液化固結(jié)。單位用水量基于壩體碾壓混凝土設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行控制，按《水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T5433-2009)稠度試驗(yàn)，配重法碼17.75kg，VC值試驗(yàn)均在0.5s～3s之間。由于干硬性混凝土VC值小，不容易控制，故采用國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，混凝土維勃稠度荷載改為12.5kg，測(cè)得VC值在3s～7s之間。同時(shí)檢測(cè)坍落度，坍落度為0。凝結(jié)時(shí)間比壩體碾壓混凝土初凝時(shí)間延長(zhǎng)2h，終凝時(shí)間延長(zhǎng)約90min。碾壓混凝土大壩施工工序多，施工所需時(shí)間較長(zhǎng)，初凝時(shí)間的延長(zhǎng)更有利于混凝土的層間結(jié)合，可在充足的初凝時(shí)間內(nèi)完成混凝土振搗及碾壓。通過(guò)配合比試驗(yàn)，最終選定觀音巖水庫(kù)大壩工程干硬性混凝土施工配合比見(jiàn)表1。

表1 觀音巖水庫(kù)大壩工程干硬性混凝土施工配合比

3 現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是實(shí)現(xiàn)干硬性混凝土施工應(yīng)用前的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得碾壓、振搗工藝、物理性能、耐久性能及鉆孔取芯試驗(yàn)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。試驗(yàn)流程為：混凝土攪拌→汽車(chē)運(yùn)輸→卸料及平倉(cāng)→振搗及碾壓→壓實(shí)檢測(cè)。

試驗(yàn)成果表明，拌制出VC值(稠度試驗(yàn)荷載：12.5kg，下同)3s～7s的干硬性混凝土，粘聚性好，砂漿體包裹粗骨料嚴(yán)實(shí)，降低骨料分離顯著。采用ZDNφ100高頻插入式振搗器振搗混凝土，間距不超過(guò)振搗器有效半徑的1.5倍，試驗(yàn)作用半徑范圍300mm。按“四邊排列式”或“三角排列式”順序依次振搗，振搗時(shí)間10s混凝土表面液化泛漿均可達(dá)到95%，振搗時(shí)間20s混凝土可振搗密實(shí)。

混凝土碾壓用振動(dòng)碾試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，混凝土拌合物機(jī)口出料至攤鋪后振搗完成，VC值損失2s。碾壓遍數(shù)為12遍，無(wú)振碾壓2遍，有振碾壓8遍，之后無(wú)振慢速找平因碾壓作業(yè)形成的高差。經(jīng)核子密度儀檢測(cè)壓實(shí)度均達(dá)98%以上，滿(mǎn)足水工碾壓混凝土施工規(guī)范要求。90d齡期取芯抗壓強(qiáng)度平均達(dá)到25.5MPa，劈裂抗拉強(qiáng)度平均達(dá)到1.76MPa，抗?jié)B等級(jí)均>W8。試驗(yàn)段混凝土取芯檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

試驗(yàn)表明，VC值為3s～7s的干硬性混凝土，既可以采用插入式振搗器振搗密實(shí)，又可以采用振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。當(dāng)VC值大于7s時(shí)，采用振動(dòng)器振搗，混凝土表面容易留下振搗器孔洞，表面處理存在困難，不適合插入式振搗。當(dāng)VC值小于3s時(shí)，采用振動(dòng)碾碾壓，容易使振動(dòng)機(jī)械陷碾，不適合機(jī)械碾壓。

表2 試驗(yàn)段90d齡期混凝土取芯檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

4 干硬性混凝土施工應(yīng)用

大壩插入式振搗干硬性混凝土適合應(yīng)用于大壩迎水面變態(tài)混凝土區(qū)、誘導(dǎo)縫銅止水、兩壩肩及正倒垂管周邊混凝土。使用ZDNφ100插入振搗式高頻振搗器，振動(dòng)頻率8500r/min，可以滿(mǎn)足干硬性混凝土內(nèi)部振搗。

大壩迎水面防滲層位于模板邊緣，由于雙曲拱壩是對(duì)數(shù)螺旋線型拱，壩體扁平，采用3m×3m大塊鋼模板施工，內(nèi)置了拉筋，寬度達(dá)120cm，振動(dòng)碾無(wú)法進(jìn)入拉筋范圍內(nèi)進(jìn)行碾壓，因此，必須采用插入式振搗器振搗密實(shí)。在觀音巖水庫(kù)大壩混凝土施工中，防滲層變態(tài)混凝土采用既可振搗又可碾壓的干硬性混凝土代替，碾壓設(shè)備無(wú)法進(jìn)入的部位直接采用插入式振搗器振搗密實(shí)，無(wú)模板拉筋影響的部位采用振動(dòng)碾碾壓密實(shí)，省去了人工造孔或切槽加漿的工序，簡(jiǎn)化了施工程序，加快了施工進(jìn)度。同時(shí)，避免了傳統(tǒng)加漿工藝所帶來(lái)的壩體混凝土不均勻性，提高了壩體均一性和防滲性能。

圖1 取芯點(diǎn)位 圖2 芯樣照片

表3 施工現(xiàn)場(chǎng)取樣強(qiáng)度檢測(cè)與鉆孔取芯檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

觀音巖水庫(kù)工程碾壓混凝土大壩防滲層應(yīng)用插入式振搗干硬性混凝土施工?，F(xiàn)場(chǎng)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，用人工深挖約70cm混凝土，對(duì)30cm厚的碾壓混凝土層間結(jié)合觀察，上層與下層中的粗骨料分布均勻，漿液體穿透在骨料縫隙中飽滿(mǎn)，層間結(jié)合整體性密實(shí)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抗壓強(qiáng)度取樣30組檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表明：混凝土抗壓強(qiáng)度平均值25MPa，標(biāo)準(zhǔn)差σ為1.61，現(xiàn)場(chǎng)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量水平優(yōu)良。大壩迎水面防滲層取芯點(diǎn)位于左壩段，孔徑為φ200。取芯點(diǎn)位X坐標(biāo)2929896.053、Y坐標(biāo)496948.185，取芯高程段為1415.50m～1388.00m，共27.50m。鉆孔取芯質(zhì)量檢測(cè)，取出來(lái)的芯樣外表光滑密實(shí)，芯樣獲得率達(dá)99%，芯樣強(qiáng)度均與現(xiàn)場(chǎng)抽取強(qiáng)度基本相等。劈裂抗拉強(qiáng)度平均達(dá)2.0MPa，抗?jié)B滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求W8。施工現(xiàn)場(chǎng)取樣強(qiáng)度檢測(cè)與鉆孔取芯檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

5 結(jié)語(yǔ)

控制混凝土人工細(xì)骨料石粉含量，有利于插入式振搗干硬性混凝土振搗固結(jié)。優(yōu)選超緩凝混凝土高效減水劑，調(diào)整拌合料參數(shù)，控制VC值在3s～7s之間。選用合適的插入式振搗機(jī)具，滿(mǎn)足振搗干硬性混凝土密實(shí)。

碾壓混凝土壩防滲層采用插入式振搗干硬性混凝土施工技術(shù)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)加漿施工工藝，加快了施工進(jìn)度，解決了整個(gè)壩體層間結(jié)合面薄弱環(huán)節(jié)。保證了碾壓混凝土壩質(zhì)量均勻發(fā)展，有效避免因應(yīng)力差產(chǎn)生裂縫與滲漏，提高抗?jié)B能力。

水城縣觀音巖水庫(kù)工程碾壓混凝土大壩成功采用插入式振搗干硬性混凝土施工技術(shù)，取得了良好的效果，為類(lèi)似工程項(xiàng)目提供了參考。

〔1〕DL/T5330-2005，水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

〔2〕SL352-2006，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

〔3〕DL/T5433-2009，水工碾壓混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S].

〔4〕DL/T5112-2009，水工碾壓混凝土施工規(guī)范[S].

〔5〕F·奧爾特加，周 榮，馬貴生.運(yùn)用插式振搗法的RCC設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)[J].水利水電快報(bào)，2015，36(7)：13-15.

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