麥特隆大壩RCC工藝試驗(yàn)及其成果應(yīng)用

(中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

萊索托王國(guó)麥特隆大壩及原水泵站距該國(guó)首都馬賽盧35km。 該工程由碾壓混凝土(RCC)大壩、多級(jí)取水塔、泄水原水泵站、溢洪道護(hù)坦等組成，主要為首都馬塞盧及周邊城市提供生活與工業(yè)用水。大壩壩頂總長(zhǎng)278m，寬7m，最大壩高83m。大壩碾壓混凝土總方量28萬(wàn)m3。整個(gè)項(xiàng)目采用南非標(biāo)準(zhǔn)，要求較高，用于大壩施工的所有材料、設(shè)備、儀器、工法、程序都必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后才能使用。因此，在大壩RCC澆筑之前，做了詳細(xì)的試驗(yàn)，可供類似工程借鑒。

1 概 述

試驗(yàn)塊尺寸60m×10m×3m(長(zhǎng)×寬×高)，包括平層區(qū)和斜層區(qū)兩部分。其中平層區(qū)長(zhǎng)21m，斜層區(qū)長(zhǎng)39m，合計(jì)澆筑混凝土1800m3。試驗(yàn)項(xiàng)目全面且復(fù)雜，涵蓋了整個(gè)大壩施工的所有方面。重點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋氖┕すに嚕雺罕閿?shù)與混凝土的壓實(shí)度關(guān)系、層間允許間歇時(shí)間的控制、變態(tài)混凝土不同注漿方式的效果等，由此確定大壩施工時(shí)的施工工藝和控制標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試來(lái)驗(yàn)證混凝土配合比的符合性，并評(píng)定碾壓混凝土的特性，具體試驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目匯總

2 各項(xiàng)目試驗(yàn)情況說(shuō)明

2.1 原材料檢測(cè)

原材料檢測(cè)包括砂石骨料、水泥、粉煤灰、水、外加劑等的檢測(cè)。每項(xiàng)材料的檢查項(xiàng)目如下：

a.砂石骨料：篩分、針片狀、砂當(dāng)量、亞甲藍(lán)、有機(jī)質(zhì)含量、吸水率、表觀密度，料場(chǎng)芯樣。形成檢測(cè)報(bào)表。

b.水泥：水泥采用的是CEM2型42.5R水泥，由廠家提供各項(xiàng)指標(biāo)，需要滿足SANS標(biāo)準(zhǔn)要求。

c.粉煤灰：DuraPozz粉煤灰，由廠家提供各項(xiàng)指標(biāo)，需要滿足SANS標(biāo)準(zhǔn)要求。

d.外加劑：減水劑和緩凝劑，采用Omega 136及Tard CE作為混凝土減水劑及緩凝劑，由廠家提供各項(xiàng)指標(biāo)，需要滿足SANS標(biāo)準(zhǔn)要求。

e.混凝土拌和用水：采用河水，水樣委托試驗(yàn)室檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括pH值、堿度、碳酸鹽、有機(jī)物、CMP、TSS等指標(biāo)。

2.2 配合比試驗(yàn)

共試驗(yàn)了4種不同的配合比。混凝土等級(jí)均為C20/53,VB值為10～25s。另外試驗(yàn)了2種接縫砂漿配合比及2種變態(tài)混凝土配合比，RCC配合比參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 工藝性試驗(yàn)混凝土配合比參數(shù)

續(xù)表

2.3 RCC特性檢測(cè)

2.3.1 混凝土溫度及氣溫檢測(cè)

檢測(cè)頻率控制為每車檢測(cè)1次，共計(jì)檢測(cè)混凝土溫度308組?；炷恋某鰴C(jī)口溫度和入倉(cāng)溫度能滿足合同規(guī)定的溫度要求。

2.3.2 VB值檢測(cè)

由于技術(shù)條款要求，本項(xiàng)目RCC 工作性能檢測(cè)需要參照BS 1881規(guī)定的方法檢測(cè)VB值，但是考慮到中國(guó)及美國(guó)等國(guó)家均采用另外一種改進(jìn)型VB檢測(cè)方法(配重分別為17.75kg及22.7kg，并取消了VB儀內(nèi)坍落度桶)，為便于與其他項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比，在現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制時(shí)，采用兩種方法同時(shí)檢測(cè)。VB值檢測(cè)結(jié)果顯示，碾壓混凝土澆筑過(guò)程中VB值變化幅度很小，主要由于砂含水率變化很小，基本在1.5%～2.5%范圍內(nèi)波動(dòng)，這對(duì)混凝土質(zhì)量控制非常有利。

2.3.3 混凝土含水量檢測(cè)

采用每次取樣新拌混凝土5～10kg，放入溫度為105℃的烘箱內(nèi)烘干。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)碾壓后的混凝土采用核子密度儀檢測(cè)混凝土用水量。將兩種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)本次工藝性試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，將核子密度儀檢測(cè)混凝土用水量的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正。

2.4 RCC 的運(yùn)輸試驗(yàn)

主要試驗(yàn)汽車運(yùn)輸過(guò)程中是否產(chǎn)生骨料分離、溫升等，驗(yàn)證汽車運(yùn)輸速度、入倉(cāng)路線、運(yùn)輸強(qiáng)度等。GE-RCC施工用水泥煤灰凈漿由位于拌和試驗(yàn)塊上方的高速制漿機(jī)拌制，經(jīng)軟管輸送到試驗(yàn)塊外部，然后采用塑料桶經(jīng)人工運(yùn)輸至倉(cāng)面。試驗(yàn)結(jié)果顯示汽車運(yùn)輸入倉(cāng)方式可行，對(duì)RCC的質(zhì)量無(wú)不良影響。

2.5 澆筑攤鋪方法試驗(yàn)

共試驗(yàn)了兩種方法，分為兩塊碾壓，一塊采用平層澆筑方法，另外一塊采用斜層澆筑方法，驗(yàn)證兩種攤鋪方式的可行性以及施工效率。對(duì)比攤鋪以及碾壓后誤差是否滿足合同規(guī)范要求。經(jīng)過(guò)測(cè)量攤鋪誤差對(duì)比設(shè)計(jì)容許誤差，兩種攤鋪方法均能滿足合同要求。

2.6 碾壓參數(shù)驗(yàn)證

主要驗(yàn)證碾壓遍數(shù)以及行走速度等，在每層的碾壓區(qū)設(shè)置成不同的條帶，試驗(yàn)不同條帶的碾壓遍數(shù)和碾壓速度。再通過(guò)核子密度儀檢查壓實(shí)度進(jìn)行對(duì)比。本次試驗(yàn)共分了4個(gè)條帶，每個(gè)條帶特性見(jiàn)表3。

表3 各條帶寬度和碾壓遍數(shù)設(shè)計(jì)

平層區(qū)采用核子密度儀檢測(cè)壓實(shí)度共計(jì)230次，其中深度150mm壓實(shí)密度檢測(cè) 115次，深度300mm壓實(shí)密度檢測(cè)115次。

斜層區(qū)試驗(yàn)采用核子密度儀檢測(cè)壓實(shí)度共計(jì)366次，其中深度150mm壓實(shí)密度檢測(cè)183次，深度300mm壓實(shí)密度檢測(cè)183次。碾壓結(jié)果見(jiàn)圖1。

從壓實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果看，A條帶150mm及300mm壓實(shí)度均比其他三個(gè)條帶低，而且150mm檢測(cè)結(jié)果與300mm檢測(cè)結(jié)果偏差較大，認(rèn)為可能是最后沒(méi)有進(jìn)行一次無(wú)振碾壓導(dǎo)致的結(jié)果差異。從其他三個(gè)條帶壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果看，在碾壓遍數(shù)超過(guò)5遍后，混凝土壓實(shí)度并沒(méi)有比較明顯的增加。從以往的其他項(xiàng)目碾壓遍數(shù)看，當(dāng)VB值控制在5～15s時(shí)，碾壓遍數(shù)為無(wú)振1遍+有振6遍+無(wú)振1遍時(shí)能夠滿足壓實(shí)度要求。現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)如果檢測(cè)壓實(shí)度結(jié)果偏低，將按照合同要求采取補(bǔ)碾措施。

圖1 平層區(qū)域和斜層區(qū)域混凝土壓實(shí)密度檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.7 GE-RCC加漿方法

共試驗(yàn)了三種加漿方法，分別是底部加漿法、頂部掏槽加漿法和頂部鉆孔加漿法。各層的加漿情況見(jiàn)表4。分析對(duì)比不同加漿方法的效率和優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合大壩施工的加漿方式。

表4 GE-RCC加漿方式及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.8 切縫材料試驗(yàn)

填縫材料試驗(yàn)了HDPE板和編織布。誘導(dǎo)縫填縫材料厚度2mm，導(dǎo)向縫填縫材料厚0.50mm。經(jīng)成縫試驗(yàn)，兩種材料均可采用。

2.9 止水安裝及排水孔成孔試驗(yàn)

施工中試驗(yàn)了滑升式止水架固定止水帶和鋼拔管形成排水孔的情況。根據(jù)最終止水情況以及排水孔的成型位置來(lái)看，其與設(shè)計(jì)位置的最大偏差是±6mm。滿足最大允許誤差150mm的要求。

2.10 層間縫面處理試驗(yàn)

每一種混凝土層間間歇時(shí)間分別取12h、18h、24h、36h。分別采用熱縫、溫縫和冷縫的處理方式，縫面類型的判斷以及處理均按表5方式進(jìn)行。最后通過(guò)鉆孔取芯和壓水試驗(yàn)結(jié)果判斷各個(gè)縫面的處理情況以及接縫效果是否滿足要求。試驗(yàn)得出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的凝結(jié)時(shí)間大于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)時(shí)間，在后續(xù)的施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮適當(dāng)減少緩凝劑的用量。

表5 層間縫面處理方式

2.11 模板位移試驗(yàn)

試驗(yàn)使用連續(xù)交替上升模板(尺寸3m×3.10m)18塊，多卡模板(尺寸0.90m×3m) 1塊，木模板(尺寸0.10m×3m )1塊，臺(tái)階模板(尺寸3m×1.20m )2塊,封倉(cāng)模板(尺寸0.30m×4.50m) 10塊。經(jīng)澆筑前后對(duì)比分析檢測(cè)，模板的位移不超過(guò)5mm，滿足南非規(guī)范要求的RCC大壩上下游暴露面突變誤差不得超過(guò)5mm、平整度誤差不能超過(guò)10mm的要求。

2.12 監(jiān)測(cè)儀器試驗(yàn)

試驗(yàn)共安裝了8只短期溫度測(cè)量計(jì)，2只長(zhǎng)期溫度測(cè)量計(jì)，分別安裝在試驗(yàn)塊的底層、中間、頂層以及模板附近，用來(lái)檢測(cè)試驗(yàn)塊的溫升情況。試驗(yàn)了檢測(cè)儀器的安裝方法以及廠家產(chǎn)品特性。并根據(jù)溫度計(jì)讀數(shù)判斷混凝土的溫升是屬于正常趨勢(shì)。

2.13 壓水試驗(yàn)及物理力學(xué)試驗(yàn)

2.13.1 壓水試驗(yàn)

澆筑成型以后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，檢測(cè)滲透情況。壓水試驗(yàn)孔孔徑為75mm，共施工7個(gè)孔，每個(gè)孔又分兩段壓水。從壓水成果情況看，最大透水率為0.6Lu，最小為0Lu。透水率均小于1Lu，整體抗?jié)B性能良好，滿足合同技術(shù)條款中5Lu以內(nèi)的孔段占100%的要求。說(shuō)明碾壓層層間結(jié)合及間歇層層間結(jié)合良好，碾壓混凝土質(zhì)量可靠。

2.13.2 取芯檢查

合計(jì)完成取芯共計(jì)24個(gè)孔，其中22個(gè)垂直孔、2個(gè)水平孔，孔徑為150mm。從取芯孔巖芯外觀情況看，中上部位巖芯均較為完整，混凝土碾壓較密實(shí)，巖芯表面孔洞很少，分層現(xiàn)象不明顯。有少數(shù)孔中下部位巖芯多為短柱狀，表面較粗糙，局部零散石塊較多，膠凝材料少；可能由混凝土骨料集中或存在空隙、架空現(xiàn)象導(dǎo)致。

2.13.3 力學(xué)試驗(yàn)

工藝性試驗(yàn)期間，每層成型1次混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度試件，齡期分別為7天、28天、56天及90天。齡期滿后進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)試驗(yàn)。

2.14 質(zhì)檢方法和程序驗(yàn)證

試驗(yàn)過(guò)程中，質(zhì)檢人員按質(zhì)量管理計(jì)劃監(jiān)測(cè)了整個(gè)工藝試驗(yàn)的每一步過(guò)程，包括基礎(chǔ)清理、倉(cāng)面驗(yàn)收、澆筑過(guò)程、試驗(yàn)過(guò)程等。經(jīng)驗(yàn)證，質(zhì)檢方法能滿足大壩施工需要。

2.15 設(shè)備以及人員操作訓(xùn)練

由于試驗(yàn)人員多為當(dāng)?shù)貒?guó)家的工人，該國(guó)沒(méi)有任何碾壓混凝土施工的先例，雖然在試驗(yàn)前進(jìn)行了一些培訓(xùn)，但是實(shí)際操作過(guò)程中，偶爾還是會(huì)表現(xiàn)出效率低、操作手技術(shù)不熟練的情況。

試驗(yàn)設(shè)備共投入18種(見(jiàn)表6)，所有試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)前檢測(cè)保養(yǎng)到位，運(yùn)行良好，均沒(méi)有出現(xiàn)影響RCC試驗(yàn)的突發(fā)狀況。

表6 試驗(yàn)設(shè)備匯總

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

a.原材料，包括砂石、水泥、粉煤灰、外加劑(緩凝劑、減水劑、引氣劑)檢測(cè)均滿足規(guī)范要求，可用于大壩施工。

b.驗(yàn)證了碾壓混凝土的施工工藝(包括運(yùn)輸、平倉(cāng)、攤鋪、碾壓參數(shù)等)、層面處理技術(shù)措施、成縫工藝、變態(tài)混凝土與儀器預(yù)埋施工工藝。

c.驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的模板、止水架、鋼拔管等輔助材料可以用于大壩的施工；成型偏差能夠滿足合同規(guī)定的南非規(guī)范要求。

d.確定了大壩RCC的最終配合比，比較配合比的各項(xiàng)綜合指標(biāo)，通過(guò)力學(xué)試驗(yàn)，檢測(cè)出01、02號(hào)的早期強(qiáng)度偏高，03號(hào)的強(qiáng)度變化與大壩設(shè)計(jì)的強(qiáng)度一致，因此將選03號(hào)配合比作為大壩RCC的配合比。

e.根據(jù)層間間歇時(shí)間及冷熱、溫縫的情況看來(lái)，初凝時(shí)間超過(guò)了合同規(guī)定的18h，由于夜間溫度較低，混凝土凝結(jié)時(shí)間偏長(zhǎng)，終凝時(shí)間超過(guò)36h，初凝時(shí)間大于合同規(guī)定的18h，由于夜間氣溫低，終凝時(shí)間超過(guò)了36h，減水劑的用量還需根據(jù)氣溫做相應(yīng)調(diào)整。

f.壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果顯示，合同推薦的無(wú)振1遍+有振9遍(條帶A)壓實(shí)密度較其他幾個(gè)條帶偏低，不建議采用這種組合遍數(shù)。通過(guò)芯樣密度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證，得出最優(yōu)的碾壓遍數(shù)為無(wú)振1遍+有振6遍+無(wú)振1遍。多增加碾壓遍數(shù)對(duì)于強(qiáng)度的提升無(wú)明顯效果。

g.溫度檢測(cè)符合要求，溫控措施以及制冷系統(tǒng)運(yùn)行可以滿足要求。

h.驗(yàn)證了GE-RCC的加漿方式以及加漿量。從施工簡(jiǎn)易性考慮，得出初步結(jié)論，掏槽加漿的方式會(huì)有利于快速施工；根據(jù)其他項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，加漿量一般控制在4%～6%為最佳，本項(xiàng)目從現(xiàn)場(chǎng)施工情況看，當(dāng)摻加6%漿液時(shí)表面余漿較多，當(dāng)調(diào)整到5%時(shí)混凝土易于振搗，表面余漿適中，因此計(jì)劃在大壩施工中選擇5%加漿量，另外取芯結(jié)果顯示變態(tài)混凝土芯樣較完整，表面光滑，也驗(yàn)證了5%加漿量能夠滿足施工要求。

i.成功驗(yàn)證了質(zhì)檢程序、設(shè)備選型以及人員操作性能，大壩的施工過(guò)程將參照本次試驗(yàn)進(jìn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)比，設(shè)計(jì)齡期碾壓混凝土力學(xué)性能及耐久性能試驗(yàn)、鉆孔取芯、原位抗剪試驗(yàn)和壓水試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)配合比和工藝試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)塊體的碾壓混凝土密實(shí)，層間結(jié)合良好。同時(shí)，得到了相關(guān)碾壓混凝土施工參數(shù)，驗(yàn)證了施工程序、材料廠家、施工工藝、設(shè)備人員等，為后續(xù)工程順利施工打下了基礎(chǔ)。試驗(yàn)范圍詳盡且全面，展現(xiàn)了成熟和完善的水電施工技術(shù)水平。