倒流河水庫大壩碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)研究

潘 紅 嶺， 胡 瑞， 牛 亞 東

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

倒流河水庫工程位于距敘永縣城83 km的觀興鄉(xiāng)海水村5社的倒流河墨魚尖處。工程擋水壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 043 m，壩頂寬7 m，壩頂弧長(zhǎng)191.29 m，最大壩高60 m，壩底寬20 m，建基面高程為983 m。

壩體上游為150 cm厚C18020W6F50二級(jí)配富膠碾壓混凝土，下游為C18020W4F50三級(jí)配碾壓混凝土，壩體上游迎水面及下游背水面均為50 cm厚C18020W6F100變態(tài)混凝土。

為確定倒流河水庫大壩工程碾壓混凝土的施工工藝、碾壓施工參數(shù)并驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)選定的混凝土配合比的合理性，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)。

(1)碾壓混凝土試驗(yàn)場(chǎng)地尺寸為16 m×20 m，場(chǎng)地布置在大壩上游高程995 m平臺(tái)上。試驗(yàn)場(chǎng)施工前先將場(chǎng)地用水清洗干凈，表面不能有積水?，F(xiàn)場(chǎng)采用反鏟反復(fù)碾壓拍平，然后澆筑20～30 cm厚的C20墊層混凝土找平。碾壓混凝土采用自卸汽車直接入倉的方式，在入倉口前鋪設(shè)長(zhǎng)10 m，寬4 m的碎石作為脫水路段，對(duì)自卸汽車輪胎進(jìn)行沖洗。

(2)試驗(yàn)場(chǎng)地分為2個(gè)區(qū)，共分4層填筑，每層厚度為30～40 cm， 第一層與第二層為連續(xù)上升層，第二層頂面為施工縫層面；第二層間歇層養(yǎng)護(hù)24 h后打毛處理，鋪設(shè)砂漿后再進(jìn)行第三層的填筑，第三、四層連續(xù)上升填筑。第三層填筑后間歇6 h鋪筑砂漿或水泥凈漿后，再進(jìn)行第四層的鋪筑。

(3)現(xiàn)場(chǎng)由技術(shù)人員用紅漆在模板邊上標(biāo)記鋪料控制高程線、壓實(shí)控制高程線、試驗(yàn)分區(qū)線、混凝土標(biāo)號(hào)分區(qū)線、條帶寬度等參數(shù)指標(biāo)，以便于倉內(nèi)指揮人員及施工人員準(zhǔn)確識(shí)別。

(4)沿試驗(yàn)場(chǎng)地周邊依次鋪設(shè)50 cm、100 cm厚的變態(tài)混凝土、二級(jí)配C20富膠碾壓混凝土、三級(jí)配C20碾壓混凝土并布置分縫線等，具體布置情況見圖1。

圖1 碾壓混凝土試驗(yàn)場(chǎng)地平面布置圖

試驗(yàn)的目的：

(1)驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)選定的配合比的合理性。

(2)總結(jié)碾壓混凝土施工工藝及參數(shù)，包括：拌和、運(yùn)輸、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)、層面處理、變態(tài)混凝土施工工藝試驗(yàn)等。

(3)確定滿足施工用的碾壓混凝土VC值。

2 原材料的選擇及碾壓混凝土配合比

2.1 原材料的選擇

試驗(yàn)用水泥采用四川宜賓瑞興實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的“重龍山”牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥。粉煤灰采用四川瀘州地博粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰。外加劑采用山西凱迪建材有限公司生產(chǎn)的KDNOF-2型緩凝高效減水劑與KDSF型引氣劑。骨料為倒流河墨魚尖篩分拌和場(chǎng)加工的黑串溝料場(chǎng)人工骨料，人工砂的細(xì)度模數(shù)為2.77～2.89，石粉含量為19.8%～20.4%。原材料經(jīng)檢查均滿足質(zhì)量要求。

2.2 碾壓混凝土配合比

本次現(xiàn)場(chǎng)碾壓混凝土試驗(yàn)主要針對(duì)壩體迎水面變態(tài)混凝土、二級(jí)配富膠碾壓混凝土及三級(jí)配碾壓混凝土進(jìn)行，其配合比見表1。

表1 碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)配合比表

3 碾壓混凝土施工工藝試驗(yàn)

3.1 工藝流程

碾壓混凝土施工流程：

測(cè)量放線→立?！鷤}號(hào)清理→倉號(hào)驗(yàn)收→混凝土拌和、運(yùn)輸→混凝土入倉、攤鋪→碾壓→養(yǎng)護(hù)→縫面處理→轉(zhuǎn)下一升層施工工序。

3.2 碾壓混凝土的拌和、運(yùn)輸及入倉

碾壓混凝土試驗(yàn)的材料拌制采用1×3 m3的HZS120型強(qiáng)制拌和站，設(shè)計(jì)拌和能力為120 m3/h，每次拌和2 m3碾壓混凝土?xí)r需用的拌和時(shí)間為60 s。拌和采用人工砂-水泥-粉煤灰-水-外加劑-小石-中石-大石的投料順序。

碾壓混凝土運(yùn)輸采用20 t自卸汽車運(yùn)輸入倉，入倉前用高壓水將車胎沖洗干凈，沖洗時(shí)間約3 min。

3.3 卸料、攤鋪及碾壓

采用多點(diǎn)式退鋪法式卸料，卸料的最大高度不大于1.5 m，料堆高度不大于80 cm。將碾壓混凝土料直接卸在層面上，由小松D31P推土機(jī)攤鋪，后續(xù)的來料卸在平好倉的混凝土面上，對(duì)卸下的碾壓混凝土料應(yīng)及時(shí)進(jìn)行攤鋪，采用這種卸料方式可以降低料堆高度，可有效減少骨料分離。

現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)共分四層填筑成型，第一層鋪料厚度為35 cm，第二層鋪料厚度為40 cm；第三、四層鋪料厚度為35 cm，每層鋪筑采用紅漆在模板上分別標(biāo)出鋪料高程線、壓實(shí)高程線，進(jìn)而控制鋪料平倉及壓實(shí)高度。將鋪料高程控制在35 cm、40 cm(圖2)。

在每一條帶碾壓層攤鋪機(jī)攤鋪一定距離后進(jìn)行碾壓作業(yè)。主要采用BW202AD雙鋼輪振動(dòng)碾碾壓，振動(dòng)碾自重10.724 t，振筒寬度為2.136 m，試驗(yàn)區(qū)一、二層連續(xù)碾壓，鋪層厚度為35 cm、40 cm，壓實(shí)厚度為30 cm、35 cm。第三層在第二層施工縫上鋪筑2 cm厚的砂漿或水泥凈漿后鋪筑碾壓，攤鋪厚度為35 cm，壓實(shí)厚度為30 cm。第四層在第三層初凝縫上鋪筑2 cm厚的砂漿或水泥凈漿后進(jìn)行鋪筑碾壓，攤鋪厚度為35 cm，壓實(shí)厚度為30 cm(圖3)。

圖2 碾壓混凝土攤鋪?zhàn)鳂I(yè)示意圖

碾壓試驗(yàn)要求振動(dòng)碾以1 km/h的行走速度碾壓，條帶在碾壓過程中搭接20 cm。碾壓條帶以2遍無振+6遍、8遍、10遍不同的有振+2遍無振的壓實(shí)遍數(shù)碾壓，采用核子密度儀分別測(cè)試不同工況條件下的壓實(shí)度。

為達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的壓實(shí)度容重，第一層(35 cm)以1 km/h速度行走，以無振2遍，有振6遍、8遍、10遍，無振2遍進(jìn)行碾壓。首先以2+6+2遍碾壓，其次以2+8+2遍碾壓，最后以2+10+2遍碾壓，在每次碾壓完成后用核子密度儀進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，2+6+2遍碾壓后已滿足壓實(shí)度98%的設(shè)計(jì)規(guī)定要求。

圖3 碾壓混凝土振動(dòng)碾壓作業(yè)示意圖

第二層(40 cm)以1.5 km/h速度行走，以無振2遍，有振6遍、8遍、10遍進(jìn)行碾壓。首先以2+6+2遍碾壓，其次以2+8+2遍碾壓，最后以2+10+2遍碾壓，碾壓完成后用核子密度儀進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)，2+8+2遍碾壓后已滿足壓實(shí)度98%的設(shè)計(jì)規(guī)定要求。

水利部作為農(nóng)田水利工程的直接對(duì)口和主管部門，對(duì)全國各地的農(nóng)田水利基本情況掌握最全，為了促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程又好又快發(fā)展，有必要在廣泛聽取地方管理者和水利專家意見的基礎(chǔ)上，結(jié)合其他部門和各地有關(guān)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，制定相應(yīng)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程技術(shù)規(guī)范或建設(shè)指南，對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程的概念和內(nèi)涵進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。同時(shí)，基于大家認(rèn)同的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田水利工程的定性目標(biāo)，提出一套統(tǒng)一的量化指標(biāo)，并依據(jù)各地區(qū)實(shí)際情況確定相應(yīng)指標(biāo)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值。

第三、四層(35 cm)以1 km/h速度行走，以無振2遍、有振6遍、無振2遍進(jìn)行碾壓(即2+6+2遍)。碾壓完成后用核子密度儀(測(cè)試深度25 cm)進(jìn)行壓實(shí)度測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 碾壓混凝土壓實(shí)度及容重檢測(cè)表

3.4 變態(tài)混凝土施工

本次碾壓試驗(yàn)為模擬大壩碾壓混凝土施工，在碾壓混凝土試驗(yàn)倉號(hào)四周模板附近澆筑變態(tài)混凝土，變態(tài)混凝土施工寬度分別為1 m、0.5 m，長(zhǎng)度方向(20 m)變態(tài)混凝土寬度為0.5 m，寬度方向(16 m)變態(tài)混凝土設(shè)置為1 m。

變態(tài)混凝土漿液采用制漿機(jī)拌制，加漿的配合比采用室內(nèi)試驗(yàn)確定的配合比，在加漿前由試驗(yàn)室抽取漿液進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果滿足要求后，加漿量按5%(碾壓混凝土體積的百分比)進(jìn)行加漿。第一階段第一層變態(tài)混凝土主要采用人工在平倉后挖10 cm深的槽、均勻定量向槽內(nèi)灑漿液，采用φ100振搗棒振搗；第一階段第二層及第二階段第三、四層變態(tài)混凝土采用平倉后在其表面均勻定量的灑漿液，加漿完成后均采用φ100插入式振搗棒進(jìn)行振搗，振搗至變態(tài)混凝土表面翻漿均勻,振搗棒拔出時(shí),混凝土表面不留空洞。

根據(jù)本次碾壓混凝土試驗(yàn)變態(tài)混凝土的施工情況，確定變態(tài)混凝土的加漿量以4.5%、5%、5.5%控制，變態(tài)混凝土的坍落度達(dá)到10 ～20 mm左右為宜。變態(tài)混凝土的振搗以先碾壓相鄰部位的碾壓混凝土、再振搗變態(tài)混凝土的方式為宜。

3.5 碾壓混凝土層面的處理

本次碾壓混凝土試驗(yàn)第一階段與第二階段的結(jié)合面按施工縫進(jìn)行處理，在第一階段碾壓結(jié)束后24 h進(jìn)行沖毛處理，沖毛采用高壓水槍清除其表面的浮漿及松動(dòng)骨料；對(duì)于高壓水槍無法清除的部位采用人工鑿毛，鑿毛完成后采用高壓水槍將倉號(hào)清洗干凈。在第二階段施工前，進(jìn)行攤鋪厚度為2～3 cm砂漿的處理(立即在砂漿表面攤鋪碾壓混凝土)。

第二階段第三層碾壓完畢、混凝土初凝前鋪筑砂漿或水泥凈漿后進(jìn)行第四層碾壓混凝土的鋪筑。

3.6 碾壓混凝土的養(yǎng)護(hù)

碾壓混凝土早期強(qiáng)度低，需在混凝土終凝后開始養(yǎng)護(hù)，混凝土表面采用麻袋并灑水養(yǎng)護(hù)。

4 碾壓混凝土VC值的控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，將碾壓混凝土出機(jī)口VC值控制在3～5 s，入倉時(shí)VC值控制在5～7 s，碾出的混凝土表面平整光滑，有利于碾壓混凝土的層間結(jié)合。

本次碾壓混凝土試驗(yàn)對(duì)兩種工況(中夜班、白天晴間多云無陽光直射)VC值損失情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 碾壓混凝土VC值損失檢測(cè)結(jié)果表

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：碾壓混凝土出機(jī)口VC值均在3～5 s范圍內(nèi)?；炷吝\(yùn)輸時(shí)間較短時(shí)，碾壓混凝土VC值損失相對(duì)較小，且隨氣溫升高和運(yùn)輸時(shí)間的加長(zhǎng)，VC值損失也逐漸增大。

為控制碾壓混凝土VC值，在外部氣溫較高的情況下，可在拌和站混凝土拌和時(shí)加水調(diào)整VC值；在運(yùn)輸過程中，對(duì)自卸汽車搭設(shè)涼棚，防止陽光爆嗮；另外，在倉內(nèi)噴霧以保持空氣濕潤(rùn)，進(jìn)而減少VC值的損失。

5 碾壓混凝土澆筑溫度的控制

為降低碾壓混凝土內(nèi)部溫度，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)冷卻水管的降溫效果進(jìn)行了測(cè)試，在三層底部施工面上埋設(shè)了一層冷卻水管，采用外徑HDPE32 mm，壁厚2 mm，導(dǎo)熱系數(shù)≥1.65 kJ/(mh℃)，拉伸屈服應(yīng)力≥20 MPa，縱向回縮率≤3%的高密度聚乙烯管，“U”形布置，埋設(shè)間距為1.5 m，布設(shè)寬度為6 m，長(zhǎng)度為16 m，水管的進(jìn)出口預(yù)留在模板外側(cè)，通水時(shí)間為30 d，其降溫效果較好(圖4)。

圖4 冷卻水管平面布置圖

6 碾壓混凝土取芯試驗(yàn)

在碾壓混凝土達(dá)到15 d齡期后進(jìn)行了鉆孔取芯。主要采用專用的巖芯取芯鉆機(jī)，芯樣直徑為150 mm，取芯長(zhǎng)度為400 mm，滿足規(guī)范要求。在鉆孔取芯時(shí)，嚴(yán)格按照監(jiān)理工程師的布孔編號(hào)進(jìn)行鉆孔，對(duì)芯樣進(jìn)行編號(hào)，從取芯結(jié)果看，芯樣表面光潔、氣泡極少、骨料分布均勻、清晰可辨、結(jié)構(gòu)密實(shí)。

混凝土芯樣經(jīng)檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。芯樣外觀描述及檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)情況見表4。

表4 混凝土芯樣檢測(cè)結(jié)果表

7 結(jié) 語

通過本次試驗(yàn)，取得了合理的施工參數(shù)、對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)選定的配合比進(jìn)行了驗(yàn)證并熟練掌握了碾壓混凝土施工工藝，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

(1) 碾壓混凝土配合比。

碾壓混凝土工藝試驗(yàn)所采用的混凝土配合比可滿足碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工的可碾性要求。

(2)投料順序及拌和時(shí)間。

碾壓混凝土投料順序?yàn)椋喝斯ど?水泥-粉煤灰-水-外加劑-小石-中石-大石，碾壓混凝土拌和時(shí)間均為60 s。

(3)VC值控制。

碾壓混凝土的VC值控制應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的氣候環(huán)境及倉面的施工情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。綜合考慮碾壓混凝土的鋪料厚度有所增加，出機(jī)口VC值可按3～5 s控制，最終將入倉VC值控制在5～7 s范圍。

(4)振動(dòng)碾行走速度及碾壓遍數(shù)。

在滿足碾壓混凝土達(dá)到相對(duì)壓實(shí)度的基礎(chǔ)上，既要保證層間結(jié)合質(zhì)量，使碾壓混凝土表面全面泛漿，又要適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)快速施工需要。

當(dāng)鋪料厚度為35 cm、振動(dòng)碾的行走速度為1 km/h時(shí)，所確定的最佳碾壓遍數(shù)為：無振碾壓2遍加有振碾壓6遍加無振2遍，可滿足倉面碾壓混凝土的壓實(shí)度要求。

當(dāng)鋪料厚度為40 cm時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制振動(dòng)碾的行走速度在1.5 km/h以下，所確定的最佳碾壓遍數(shù)為：無振碾壓2遍加有振碾壓8遍加無振碾壓2遍，可滿足倉面碾壓混凝土的壓實(shí)度要求。