山口巖拱壩碾壓混凝土現(xiàn)場試驗設(shè)計

楊志華

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計院，江西南昌 330029）

1 工程概況

山口巖水利樞紐工程位于贛江支流袁水上游，壩址以上控制集雨面積為 230km2，水庫總庫容為1.05×108m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電、灌溉等綜合效益的大（Ⅱ）型水庫，主要建筑物有大壩、溢流堰、放空洞、引水隧洞及發(fā)電廠房等。大壩為碾壓混凝土拋物線雙曲拱壩，最大壩高99.1m，壩頂高程為247.6m，壩頂寬度5.0m，壩底最大寬度 30.0m，壩頂弧長 268.23m；壩體為全斷面碾壓混凝土。

2 現(xiàn)場試驗?zāi)康?/h2>

山口巖水利樞紐工程大壩為全斷面碾壓混凝土雙曲拱壩，經(jīng)實驗室室內(nèi)試驗初定的系統(tǒng)措施和施工工藝、施工參數(shù)等需要通過施工現(xiàn)場驗證，以達(dá)到有充分的技術(shù)準(zhǔn)備。碾壓混凝土現(xiàn)場試驗的目的是：通過現(xiàn)場試驗考察和驗證碾壓混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)運行能力、碾壓混凝土配合比適應(yīng)抗骨料分離能力和可碾性、現(xiàn)場試驗工序環(huán)節(jié)影響和施工措施、施工質(zhì)量控制與施工技術(shù)水平等，確定大壩碾壓混凝土鋪筑厚度、碾壓遍數(shù)、VC值等施工參數(shù)指標(biāo)。

3 現(xiàn)場試驗研究的主要內(nèi)容

按照山口巖碾壓混凝土拱壩施工規(guī)劃進(jìn)行現(xiàn)場試驗，驗證科研和室內(nèi)試驗成果、系統(tǒng)運行能力、施工工藝及工序環(huán)節(jié)等。以積累經(jīng)驗，指導(dǎo)山口巖碾壓混凝土拱壩的施工。根據(jù)這一試驗?zāi)繕?biāo)，提出本次現(xiàn)場試驗的主要試驗研究項目如下。

（1）山口巖碾壓混凝土拱壩筑壩原材料（水泥、粉煤灰、外加劑、砂石骨料）的品質(zhì)復(fù)核驗證。

（2）山口巖碾壓混凝土拱壩室內(nèi)試驗推薦混凝土配合比驗證復(fù)核和適應(yīng)性試驗調(diào)整。

（3）砂石骨料系統(tǒng)和混凝土拌和系統(tǒng)綜合運轉(zhuǎn)試驗，包括砂石成品質(zhì)量試驗，兩系統(tǒng)生產(chǎn)能力及配套試驗。

（4）混凝土拌和樓運轉(zhuǎn)試驗（碾壓混凝土拌和投料程序，拌和時間，儀器精度，拌和質(zhì)量和生產(chǎn)能力等）。

（5）混凝土拌和樓機(jī)口碾壓混凝土質(zhì)量控制監(jiān)測，VC值及碾壓混凝土性能抽樣試驗。

（6）碾壓混凝土主要施工參數(shù)的選擇試驗。

（7）碾壓混凝土層面結(jié)合影響因素及控制方法試驗。

（8）碾壓混凝土容重現(xiàn)場快速檢測試驗及測試儀器的校正。

（9）碾壓混凝土試件室內(nèi)、現(xiàn)場強(qiáng)度對比試驗（不同齡期）。

（10）鉆孔取混凝土芯樣及混凝土芯樣加工成型做各種物理力學(xué)性能試驗（28d以后）。

（11）現(xiàn)場碾壓混凝土層間和自身抗?jié)B及壓水試驗（28d以后）。

（12）碾壓混凝土施工工藝和機(jī)具協(xié)調(diào)配套試驗。

（13）碾壓混凝土現(xiàn)場質(zhì)量控制項目、手段和評定標(biāo)準(zhǔn)等試驗研究。

4 現(xiàn)場試驗主要參數(shù)

4.1 現(xiàn)場試驗塊尺寸及分區(qū)

山口巖水利樞紐工程碾壓混凝土現(xiàn)場試驗的試驗塊尺寸為30 m2×15m2。根據(jù)試驗項目需要將選定試驗塊平面分為A、B兩塊，A塊尺寸30 m2×4.5m2，主要進(jìn)行三級配RCC試驗，B塊尺寸30 m2×10.5m2，主要進(jìn)行二級配RCC試驗，具體尺寸見圖1。同時將整個試驗塊分為3層，第Ⅰ、Ⅱ?qū)愉伭虾穸瓤刂?4～36cm，碾壓厚度控制30cm，第Ⅲ層鋪料厚度控制29～31cm，碾壓厚度控制25cm。具體分布見圖2。

圖1 試驗塊平面布置圖（單位：cm）

圖2 試驗塊A-A剖面圖（單位：cm）

4.2 碾壓層厚度及平倉厚度

使用BW-202AD型振動碾碾壓，擬用34～36cm的鋪層厚度，壓實厚為30cm。根據(jù)國內(nèi)外澆筑碾壓混凝土壩的實踐經(jīng)驗，薄層平倉（15～25cm）有利于改善骨料可能出現(xiàn)的分離狀況，故要求把 34cm碾壓層分為二次平倉。

4.3 碾壓遍數(shù)

根據(jù)國內(nèi)外澆筑碾壓混凝土壩的實踐經(jīng)驗，使用 BW-202AD型振動碾時，碾壓遍數(shù)為：先無振 2遍，有振8遍，最后無振2遍。經(jīng)核子密度儀測試，當(dāng)碾壓混凝土的容重未達(dá)到設(shè)計要求時，應(yīng)增加碾壓遍數(shù)，直至容重達(dá)到設(shè)計容重為止。

4.4 碾壓層間隔時間及碾壓時間

碾壓層間隔時間是指一層碾壓完畢起到第二碾壓層覆蓋碾壓為止的時間。此數(shù)值應(yīng)小于混凝土初凝時間，常溫情況下該數(shù)值應(yīng)控制在 6h以內(nèi)。本次現(xiàn)場試驗，擬用間隔時間為4、6、8、10、12、24h，鋪水泥砂漿和不鋪水泥砂漿情況進(jìn)行試驗，選擇出最優(yōu)間隔時間。

碾壓時間系指混凝土拌和物從拌和機(jī)出料口卸出來到振動碾碾壓完畢為止所經(jīng)過的施工歷時。依據(jù)國內(nèi)外已建碾壓混凝土壩的實踐經(jīng)驗，碾壓時間應(yīng)控制在2h以內(nèi)。

5 碾壓混凝土施工工藝流程

山口巖拱壩碾壓混凝土現(xiàn)場試驗?zāi)雺夯炷翝仓に嚵鞒虉D3所示。混凝土鋪填方式采用端退法（以進(jìn)料倉面的遠(yuǎn)端退鋪填到倉面的進(jìn)料路口）。

6 現(xiàn)場試驗施工質(zhì)量控制

6.1 砂石料質(zhì)量控制

組建專職質(zhì)量監(jiān)控小組對砂石料生產(chǎn)系統(tǒng)每天生產(chǎn)的砂石料進(jìn)行各種檢測，要求砂的細(xì)度模數(shù)基本穩(wěn)定，其變化范圍控制在 2.4～2.8之間，石粉含量（d≤0.16mm顆粒）應(yīng)控制在 18%以內(nèi)，三級配碾壓混凝土骨料的最大粒徑控制在80mm，二級配碾壓混凝土骨料的最大粒徑控制在40mm，砂料表面含水率要滿足規(guī)范規(guī)定小于1%的要求，碎石遜徑含量應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定。

6.2 VC值和含氣量檢測

碾壓混凝土屬坍落度為零的干硬性混凝土，須用稠度儀檢測其工作度（VC值）。為使拌和樓生產(chǎn)的碾壓混凝土具有一定的可碾性。機(jī)口取樣的 VC值控制在 2s～4s范圍內(nèi)；考慮到氣候條件（如氣溫、日照、溫度、蒸發(fā)、風(fēng)向風(fēng)速等）以及碾壓混凝土運輸，停留等因素的影響，VC值有所增加，入倉VC值控制在4s～7s范圍內(nèi)，且以入倉VC值為主要控制指標(biāo)。在倉面上，每鋪筑一層碾壓混凝土，應(yīng)施測VC值5～10次，在相應(yīng)時間內(nèi)應(yīng)在機(jī)口取樣施測VC值。

碾壓混凝土含氣量的大小，將直接影響混凝土的密實度，允許偏差為1%左右，每臺班須檢測二次以上，（可與機(jī)口取樣同時進(jìn)行）。

6.3 平倉（鋪料）厚度控制

對平倉（鋪料）厚度可在模板上標(biāo)出平倉（鋪料）高度線來控制，平倉機(jī)作業(yè)后的個別坑洼，則以人工鏟料補(bǔ)平。

6.4 壓沉量和碾壓遍數(shù)檢測

為檢測碾壓混凝土的壓實效果，在碾壓過程中，每碾壓層應(yīng)進(jìn)行壓沉量的檢測，（測點按倉面大小布置），應(yīng)不少于 5個測點，可采用水準(zhǔn)測量方法。碾壓機(jī)械操作人員應(yīng)做好碾壓遍數(shù)記錄。

6.5 容重及含水量檢測

在碾壓混凝土澆筑過程中，使用核子密度儀檢測碾壓混凝土表面與不同深度的混凝土容重和含水量，它可以直接控制碾壓混凝土的壓實效果。

圖3 碾壓混凝土澆筑工藝流程

7 現(xiàn)場試驗結(jié)論

（1）本次現(xiàn)場試驗采用的混凝土拌和系統(tǒng)所生產(chǎn)的碾壓混凝土是可行的。砂、水（外加劑）、水泥（粉煤灰）、骨料等混凝土原材料投料順序正確，拌和時間按 120s控制拌制出來的碾壓混凝土均勻性良好。

（2）通過現(xiàn)場碾壓試驗可知，當(dāng)混凝土攤鋪厚度小于35 cm，壓實后厚度為30 cm時；碾壓混凝土出機(jī)口VC值在2～8s，入倉時混凝土VC值控制在 4～9s內(nèi)，使用 BW-202AD振動碾按 1.0～1.5km/h速度控制進(jìn)行振動碾壓，碾壓遍數(shù)按“先無振2遍，有振8遍，最后無振2遍”控制時，經(jīng)核子密度儀檢測碾壓混凝土的容重達(dá)到設(shè)計要求，壓實度均大于98%（設(shè)計值），碾壓混凝土抗壓、抗拉、抗?jié)B等性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求。

（3）通過對碾壓混凝土現(xiàn)場取芯的芯樣折斷原因分析，當(dāng)混凝土攤鋪層厚度超過 4h時應(yīng)在碾壓混凝土層面處鋪筑 1.5～2.0cm厚水泥砂漿，以利于層面間良好結(jié)合。

（4）在施工過程中將碾壓混凝土的VC值控制在2～8s之間，并依據(jù)現(xiàn)場環(huán)境變化進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

8 結(jié) 語

（1）通過碾壓混凝土現(xiàn)場試驗，為山口巖拱壩碾壓混凝土的施工提供了合理的施工工藝和技術(shù)參數(shù)。

（2）本工程通過碾壓混凝土現(xiàn)場試驗確定的施工工藝和技術(shù)參數(shù)對類似工程具有一定參考借鑒作用。

[1]能源部、水利部碾壓混凝土筑壩推廣領(lǐng)導(dǎo)小組.碾壓混凝土筑壩—設(shè)計與施工[M].北京:電子工業(yè)出版社,1990

[2]張仲卿.碾壓混凝土拱壩[M].北京:中國水利水電出版社,2002

[3]水工碾壓混凝土施工規(guī)范(DL/T5112-2000).北京:中國電力出版社,2001