禹門河反調(diào)節(jié)水庫(kù)碾壓砼施工工藝應(yīng)用

李　勝

一、工程簡(jiǎn)介

禹門河反調(diào)節(jié)水庫(kù)位于河南省洛寧縣禹門河村,黃河一級(jí)支流洛河干流上。其作為上游故縣水庫(kù)的反調(diào)節(jié)水庫(kù),主要作用是消除故縣水庫(kù)調(diào)峰運(yùn)用對(duì)下游梯級(jí)電站和工農(nóng)業(yè)用水的不利影響,同時(shí)兼顧發(fā)電。主要建筑物由大壩、電站組成,其中大壩由溢流壩段、排沙孔壩段、電站引水進(jìn)口壩段和左右擋水壩段四部分組成。大壩最大壩高60.5m,壩頂長(zhǎng)度213.25m,大壩最大底寬49.4m,壩頂寬5m。壩體和電站基礎(chǔ)主要為碾壓砼,其方量為12.4萬(wàn)m3。本工程采用歐美式碾壓混凝土筑壩方法——RCC。

二、碾壓砼的施工特點(diǎn)

1. 碾壓砼是一種干硬性砼,它的單位用水量和水泥用量較少,含砂率較大,無(wú)流動(dòng)性,碾壓機(jī)械可在其表面行走。

2. 運(yùn)輸、平倉(cāng)、振實(shí)、切縫等施工均可采用普通機(jī)械施工,如汽車、推土機(jī)、振動(dòng)碾等,實(shí)現(xiàn)施工機(jī)械化。

3. 由于水泥用量少、摻入大量混合材料,砼水化熱溫升較低。施工時(shí),結(jié)合采用大倉(cāng)面薄層澆筑,表面自然散熱等條件,可簡(jiǎn)化人工冷卻措施。

4. 碾壓砼施工易受氣候、骨料級(jí)配以及含水量影響,如控制不當(dāng),強(qiáng)度值波動(dòng)較大。

三、碾壓砼的施工程序

碾壓砼施工工藝流程:

骨料篩分→配料→拌和 →運(yùn)輸 →入倉(cāng) → 攤鋪→振動(dòng)碾壓→切縫(設(shè)置誘導(dǎo)孔)→養(yǎng)護(hù)→水平縫處理→下一個(gè)施工升層循環(huán)。

四、碾壓砼的施工

1. 施工前的準(zhǔn)備

禹門河水庫(kù)工程由河南省水利工程一局承建,是河南省內(nèi)的第二座碾壓砼壩。因此全體參建人員都高度重視,水利工程一局多次聘請(qǐng)國(guó)內(nèi)專家對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)和方案研討,并且組織技術(shù)人員到外地進(jìn)行考查學(xué)習(xí),為工程施工提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

2. 碾壓砼試驗(yàn)

2.1 室內(nèi)試驗(yàn):先進(jìn)行碾壓砼原材料物理性能試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)、試配碾壓砼配合比,通過(guò)若干組試配復(fù)核,確定出抗分離能力強(qiáng)、碾壓效果和各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求的施工配合比。

2.2 拌和站投料順序試驗(yàn):按照干拌和濕拌兩種方式進(jìn)行拌和站投料順序試驗(yàn),即干拌投料順序:大石→中石→小石→水泥→粉煤灰→砂→水,濕拌是先加水,其它順序不變。

2.3 拌和時(shí)間選定:不同級(jí)配的砼最佳拌和時(shí)間不同,通過(guò)試驗(yàn)確定為:二級(jí)配碾壓砼為90 s,三級(jí)配碾壓砼為120s。

2.4 工作度VC值確定:較低的VC值可以使碾壓砼抗分裂能力增強(qiáng),且層面碾壓后有輕度薄層浮漿,層間形成“犬牙交錯(cuò)”,對(duì)層間結(jié)合具有良好的效果,一般應(yīng)選擇VC值為5～10s。

2.5 碾壓試驗(yàn):通過(guò)碾壓試驗(yàn),確定最佳的碾壓設(shè)備型號(hào)、碾壓順序、碾壓速度、遍數(shù)、松鋪厚度、碾壓施工倉(cāng)段面積等施工工藝參數(shù)。

2.6 初凝時(shí)間的確定試驗(yàn):采取選擇晚凝水泥、摻和高效緩凝減水劑等措施,最大限度提高碾壓砼初凝時(shí)間,這是提高碾壓砼層間結(jié)合質(zhì)量的重要措施之一。在碾壓試驗(yàn)中必須測(cè)定出精確的初凝時(shí)間,一般保證6～8個(gè)小時(shí)。

2.7質(zhì)量檢測(cè):根據(jù)工業(yè)性試驗(yàn)質(zhì)量檢測(cè)和檢測(cè)結(jié)果情況最終確定碾壓砼最佳施工技術(shù)參數(shù)。

3. 碾壓砼的拌制

根據(jù)碾壓試驗(yàn)所確定的投料順序和拌和時(shí)間拌制砼。本工程采用兩套HZS60型強(qiáng)制式砼拌和樓拌制砼,單套生產(chǎn)強(qiáng)度為60m3/h,能夠滿足砼的施工要求。在拌和樓附近建立工地試驗(yàn)室,隨時(shí)檢測(cè)砼的溫度、出機(jī)口砼的VC值和骨料的含水率。拌和樓配備砂含水率快速測(cè)定裝置,具備相應(yīng)的拌和水量調(diào)節(jié)補(bǔ)償功能。

4. 砼的運(yùn)輸

采用8臺(tái)5t自卸汽車運(yùn)輸砼,一車裝兩盤(兩盤兩堆,不宜高),并在自卸汽車上設(shè)置遮陽(yáng)、防雨措施減少外界環(huán)境對(duì)砼稠度的影響。為了控制骨料分離,卸料斗的出料與自卸汽車之間的自由落差不大于1.5m.在距入倉(cāng)口20m的道路上,設(shè)置兩臺(tái)洗車機(jī)(一邊各一個(gè)),以便沖洗輪胎;路面用8mm厚花紋鋼板鋪設(shè),以利于脫水。在倉(cāng)面上,嚴(yán)禁汽車急剎車和急轉(zhuǎn)彎,避免破壞強(qiáng)度還不高的砼表面及影響層面膠結(jié)。

5. 卸料和平倉(cāng)

在倉(cāng)面較小,砼澆筑能力滿足倉(cāng)面要求時(shí),采用平層通倉(cāng)法。在倉(cāng)面較大,為縮短層間間隔時(shí)間,采用斜層平推法和臺(tái)階法。實(shí)踐證明,斜層平推可以用較小的澆筑能力澆筑較大面積的倉(cāng)面,即達(dá)到減少投入、提高工效、降低成本和改善層面結(jié)合質(zhì)量的目的,尤其在氣溫較高的季節(jié),采取這種施工方法效果更為明顯。避免在坡腳部位形成薄層尖角和嚴(yán)格清除二次污染是保證斜層平推法施工質(zhì)量的兩個(gè)主要問(wèn)題。因薄岐尖角部位的骨料易被壓碎,在坡腳伸出一個(gè)平段是避免形成薄層尖角的一個(gè)有效的方法。

攤鋪、碾壓以固定方向逐條帶鋪筑,施工層次分明,層間間隔時(shí)間容易控制,便于有序施工。條帶寬度以3～5m為宜,攤鋪用推土機(jī)或反鏟挖掘機(jī)施工,人工分?jǐn)倷C(jī)械施工時(shí)造成的骨料堆積并對(duì)倉(cāng)面進(jìn)行局部平整;平倉(cāng)厚度控制在34cm左右,邊攤鋪邊檢查,保證碾壓層厚度均勻。迎水面 3m～5m范圍,平倉(cāng)方向平行于壩軸線,避免在重要部位形成可能的順?biāo)较虻谋∪鯉?。特別在一個(gè)倉(cāng)面上,有二級(jí)配和三級(jí)配碾壓砼時(shí),現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)注意車輛運(yùn)輸物的種類,使砼各就各位,以免混淆。

根據(jù)施工實(shí)踐,壓實(shí)厚度30cm時(shí),采取推土機(jī)將砼推離卸料位置平倉(cāng),平倉(cāng)厚度34cm,可達(dá)到較好的改善分離狀態(tài)的效果。

6. 碾壓

根據(jù)我國(guó)的工程實(shí)踐和現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn),砼碾壓采用德國(guó)生產(chǎn)的BW-225振動(dòng)碾和洛陽(yáng)生產(chǎn)的小型振動(dòng)碾YSZ06(激振力12KN)。大型振動(dòng)碾直接靠近模板周邊碾壓,小型振動(dòng)碾主要碾壓模板及岸邊的砼。

碾壓施工時(shí)振動(dòng)碾的行走速度直接影響碾壓效率及壓實(shí)質(zhì)量,根據(jù)碾壓試驗(yàn)確定的行走速度為1.5km/h。

砼的碾壓遍數(shù)和作業(yè)程序?yàn)?無(wú)振2遍+有振6遍+無(wú)振2遍。

施工中根據(jù)情況采用不同的碾壓厚度,有利于滿足對(duì)層間間隔時(shí)間的要求。碾壓厚度小于最大骨料粒徑的3倍時(shí),則最大粒徑骨料將影響壓實(shí)效果或骨料被壓碎。

碾壓方向垂直于水流方向可避免碾壓條帶接觸不良形成滲水通道。碾壓條帶相互搭接,端頭部位搭接的長(zhǎng)度,應(yīng)保證振動(dòng)碾的前后輪都進(jìn)入搭接范圍,其具體長(zhǎng)度可根據(jù)選用的振動(dòng)碾軸距來(lái)決定。

壓實(shí)容重的數(shù)值是碾壓砼是否壓實(shí)的主要標(biāo)志,故施工過(guò)程中應(yīng)尾隨碾壓作業(yè)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)所測(cè)容重低于規(guī)定指標(biāo)時(shí),可增加碾壓遍數(shù),仍達(dá)不到規(guī)定指標(biāo)時(shí)應(yīng)分析原因,采取相應(yīng)措施。碾壓中出現(xiàn)的彈簧土現(xiàn)象,只要壓實(shí)容重能夠滿足要求,可不必處理。

無(wú)振碾壓可以彌合細(xì)微的表面裂紋。

為避免因?yàn)榘韬臀锓胖脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起砼質(zhì)量問(wèn)題,對(duì)拌和物自拌和到碾壓完畢的時(shí)間有所限制,具體應(yīng)根據(jù)不同天氣條件下砼VC值變化情況和對(duì)壓實(shí)容重的影響來(lái)確定。一般情況下,碾壓工作應(yīng)在砼拌和后2h內(nèi)完成,對(duì)于氣溫較高的天氣,還應(yīng)縮短,低溫或多雨天氣,可適當(dāng)延長(zhǎng)。

與下一條帶同時(shí)碾壓的部位,完成碾壓的時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在能夠滿足結(jié)合質(zhì)量的最大層間間隔時(shí)間內(nèi)。

7. 成縫

我國(guó)工程實(shí)踐表明,切縫機(jī)具切縫、設(shè)置誘導(dǎo)孔或預(yù)置隔板等方法都可成功成縫。本工程采用設(shè)置誘導(dǎo)孔,在混凝土碾壓完畢后,用釬子和錘人工打設(shè),成孔后在孔中填干燥砂子。在施工中為保證誘導(dǎo)孔與設(shè)計(jì)位置及間距相符合,采用掛線,并在線上用紅漆做上孔的位置,以便使誘導(dǎo)孔在上下層相照,利于混凝土的成縫。

8. 層、縫面處理

為了確保砼層間結(jié)合良好,必須控制施工層間間隔時(shí)間。層間間隔時(shí)間控制標(biāo)準(zhǔn)采用雙重標(biāo)準(zhǔn),即直接鋪筑允許時(shí)間和加墊層鋪筑允許時(shí)間。本工程這兩個(gè)時(shí)間分別規(guī)定為6h和24h.施工實(shí)踐表明,只要時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)選擇合適,這種作法完全可以滿足層間結(jié)合質(zhì)量和抗剪斷要求。由于直接鋪筑工序簡(jiǎn)單,效率高,層間結(jié)合質(zhì)量好,所以在施工安排上應(yīng)優(yōu)先采用。

碾壓砼筑壩中的施工縫及冷縫是個(gè)薄弱環(huán)節(jié),往往形成滲漏通道,影響抗滑穩(wěn)定,必須進(jìn)行認(rèn)真處理。施工縫和冷縫,經(jīng)過(guò)毛面處理并沖洗干凈后,表面比較粗糙,為了保證墊層能在表面充分填充并有相當(dāng)?shù)母辉６?應(yīng)使用1.0cm～1.5cm厚的砂漿,其配合比應(yīng)比碾壓砼高一個(gè)等級(jí)。砂漿層鋪完應(yīng)緊接著攤鋪?lái)?防止已鋪的砂漿失水干燥或初凝。

碾壓砼停止鋪筑時(shí),停止鋪筑處的坡面應(yīng)不陡于振動(dòng)碾施工的最陡坡度1:4,并應(yīng)將斜坡上的砼碾壓密實(shí),清除坡腳處厚度小于10cm～15cm的尖角部分。

9. 變態(tài)砼澆筑

壩內(nèi)常態(tài)砼宜與主體碾壓砼同步進(jìn)行澆筑,目的在于保證兩種砼交界面的結(jié)合質(zhì)量。中孔、底孔、溢流面、閘墩等對(duì)表面平整度要求高或者厚度和體積比較大的常態(tài)砼,與壩體碾壓砼同步澆筑時(shí)不易保證外觀質(zhì)量,上升速度會(huì)受到較大影響,同步交叉澆筑比較困難,因此宜分二期分別澆筑,但必須確保一、二期砼之間的良好結(jié)合。

變態(tài)砼是在碾壓砼攤鋪施工中鋪灑灰漿,而形成的富漿碾壓砼,可以用振搗的方法搗固密實(shí),應(yīng)隨著碾壓砼施工逐層進(jìn)行。鋪灑灰漿的碾壓砼的鋪層厚度可以與平倉(cāng)厚度相同,以減少人工作業(yè)量,提高施工效率。為了保證質(zhì)量,應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)定鋪灑灰漿用具的計(jì)量和對(duì)應(yīng)的鋪灑面積,并精心組織施工。

變態(tài)砼施工在碾壓前進(jìn)行,并在碾壓時(shí)搭接一定寬度才能保證變態(tài)區(qū)域和碾壓區(qū)域的良好結(jié)合,強(qiáng)力振搗是保證變態(tài)砼均勻性、上下層結(jié)合以及與碾壓區(qū)結(jié)合質(zhì)量的必要措施,也可以采用攪拌機(jī)拌制的相同配合比的低塌落度干硬性砼,代替變態(tài)砼。

10. 養(yǎng)護(hù)與防護(hù)

碾壓砼是干硬性砼,受外界的條件影響很大,因此在倉(cāng)面上要求對(duì)砼保持濕潤(rùn)。碾壓砼單位用水量少,早期強(qiáng)度較低,為防止裂縫的發(fā)生,養(yǎng)護(hù)時(shí)間比常態(tài)砼長(zhǎng)。棱角部位,容易發(fā)生裂縫和損壞,須加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及保護(hù)。

11. 埋設(shè)件施工

為了不妨礙碾壓施工和不損壞埋件,內(nèi)部觀測(cè)儀器和電纜的埋設(shè)宜采用后埋法。為了保證儀器的完好率和工作精度,根據(jù)不同儀器類型,必須保證上部有足夠的回填保護(hù)層。在回填保護(hù)層時(shí),如果碾壓砼已經(jīng)超過(guò)直接鋪筑允許時(shí)間,接合部位應(yīng)使用墊層拌和物,保證回填砼與已碾砼結(jié)合良好。人工分層回填時(shí),剔除砼中的較大骨料,是保證儀器完好率的重要措施;電纜束容易形成集中滲水通道,所以回填時(shí)要保證回填砂漿密實(shí);對(duì)于連續(xù)鋪筑上升的碾壓層面,儀埋部位宜以人工攤鋪上一層砼再進(jìn)行正常的鋪筑作業(yè);觀測(cè)電纜在埋設(shè)點(diǎn)附近預(yù)留一定的富余長(zhǎng)度,保證碾壓施工時(shí)不破壞儀器和電纜的連接。

12. 特殊氣象條件下施工

12.1高溫條件下的碾壓混凝土的施工

高溫天氣施工,保證施工質(zhì)量最根本的途徑是大幅度削減層間間隔時(shí)間,同時(shí)應(yīng)采取控制和補(bǔ)償表面水分蒸發(fā)散失的措施。

(1)摻加緩凝減水劑

加入緩凝減水劑對(duì)延長(zhǎng)碾壓混凝土初凝時(shí)間、減少拌和用水量等方面具有顯著的效果。緩凝減水劑的摻量,要根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),嚴(yán)格控制。特別是用粉末狀的,在稀釋時(shí),控制好用水量,并在使用前1天稀釋,使其充分溶解,并在使用時(shí),要定時(shí)攪拌,使其密度均勻。

(2)斜層平推鋪筑法施工

斜層平推鋪筑,人為縮小澆筑倉(cāng)面,大幅度縮減層間間隔時(shí)間,對(duì)混凝土的層面結(jié)合質(zhì)量和抗剪能力都有可靠的保證。

(3)改進(jìn)的臺(tái)階澆筑法

在高溫環(huán)境下,混凝土的初凝時(shí)間大幅度縮短,為保證層間結(jié)合質(zhì)量,需要減少一次攤鋪碾壓的面積,使上層混凝土能在下層混凝土初凝前或更短時(shí)間內(nèi)覆蓋碾壓密實(shí)。采用臺(tái)階鋪筑法,塊與塊之間不用模板分隔,而是有混凝土自身形成一定坡度的斜面,在層間間隔時(shí)間內(nèi),完成一個(gè)自下而上的澆筑循環(huán),滿足在高溫環(huán)境條件下碾壓混凝土壩連續(xù)施工的要求。

(4)碾壓混凝土的倉(cāng)面覆蓋

高溫條件下,采用聚乙烯氣墊薄膜對(duì)倉(cāng)面及時(shí)進(jìn)行覆蓋,不僅可以起到保溫保濕的作用,還可以延緩碾壓混凝土的初凝時(shí)間,減小VC值的增加。同時(shí)對(duì)皮帶機(jī)、下料溜槽、運(yùn)輸車輛設(shè)置遮陽(yáng)遮雨棚,以降低曝曬或降雨對(duì)混凝土拌和物含水量的影響。

(5)施工倉(cāng)面噴霧

采用噴霧的方法,可以形成適宜的人工小氣候,起到降溫保濕、減少VC值的增加、降低混凝土的澆筑溫度的作用。

碾壓混凝土倉(cāng)面噴霧的主要技術(shù)要求是:單位時(shí)間霧雨浸潤(rùn)深度H<3mm/h,霧雨最大粒徑dmas<0.5mm.

(6)降低澆筑溫度

碾壓混凝土的澆筑溫度一般不應(yīng)超過(guò)25℃,可考慮采用骨料冷卻、加冰拌和等常規(guī)方法;也可適當(dāng)增加拌和用水量,降低出機(jī)口的VC值,為以后VC值的增加留有余地。

12.2雨天施工

在降雨強(qiáng)度小于3mm/h的條件下,可采取措施繼續(xù)施工。當(dāng)降雨強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)3 mm/h時(shí),應(yīng)停止拌和,迅速完成尚未進(jìn)行的卸料、平倉(cāng)和碾壓作業(yè),并采取防雨和排水措施。

小結(jié):

碾壓混凝土筑壩,將土石壩大型施工機(jī)械用到混凝土壩上,簡(jiǎn)化了施工工藝,實(shí)現(xiàn)了快速、大倉(cāng)面碾壓施工,達(dá)到了速度快、造價(jià)低、質(zhì)量易保證、安全可靠,正在被越來(lái)越多的水利樞紐工程采用。