水電工程項目中碾壓混凝土施工技術(shù)研究

王玉琦，王云鵬

（中國水利水電第十一工程局有限公司,河南 鄭州 450000）

0 引言

碾壓混凝土廣泛應(yīng)用于重力壩建設(shè)、拱壩建設(shè)、路面基層建設(shè)、圍堰結(jié)構(gòu)建筑物建設(shè)中,對水電工程的開發(fā)與建設(shè)具有重要意義[1]。從廣義角度分析,大多數(shù)學(xué)者認為碾壓混凝土屬于一種新的混凝土施工方法,將強力振動作用與碾壓作用相結(jié)合,形成一種共同的作用,進而壓實超干硬性混凝土[2]。除此之外,還有部分學(xué)者將碾壓混凝土看作一種具有干硬特性的混凝土,通常情況下用水量較少,塌落度基本為零,多數(shù)在攪拌廠經(jīng)過高強度攪拌作用后,實現(xiàn)固結(jié),通過自卸卡車運輸至施工現(xiàn)場使用[3]。由于碾壓混凝土與普通混凝土在性質(zhì)方面存在較大的差異,其對施工技術(shù)水平的要求較高?，F(xiàn)階段,傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)逐步完善,從安全、節(jié)能方面取得了較大突破,對水電工程項目施工建設(shè)起到了至關(guān)重要的促進作用[4]。然而,傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)在應(yīng)用過程中,仍然存在些許技術(shù)問題需要加以優(yōu)化解決,例如水電工程基礎(chǔ)不良地質(zhì)處理效果不佳、碾壓混凝土配合比適配度較低、碾壓混凝土抗壓強度較低、施工周期較長、壩體整體結(jié)構(gòu)作用不明確等。

基于此,本文在傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)基礎(chǔ)上,作出了深入研究,以黃藏寺工程項目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術(shù)。

1 碾壓混凝土施工技術(shù)研究

1.1 設(shè)計碾壓混凝土配合比

配合比設(shè)計得是否合理直接影響了碾壓混凝土施工質(zhì)量的好壞以及混凝土的力學(xué)性能。因此,本文首先依據(jù)混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（DL/T5 330-2005）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,確定碾壓混凝土施工配合比的配制強度,進而設(shè)計配合比,為提高水電工程項目碾壓混凝土施工質(zhì)量水平奠定良好的基礎(chǔ)。

水電工程項目中碾壓混凝土配制強度計算表達式為：

式中： fcu,0為碾壓混凝土配制強度；fcu,r為碾壓混凝土設(shè)計齡期對應(yīng)的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值；t為碾壓混凝土配制概率度系數(shù)；Sa為碾壓混凝土立方體的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)差[5]。

根據(jù)獲取到的碾壓混凝土配制強度,選取碾壓混凝土配制原材料,包括5種,接下來,進行具體設(shè)計。

1）水泥。碾壓混凝土與普通混凝土在結(jié)構(gòu)特性方面存在一定的差異,其對水泥類別無具體要求,因此,本文采用應(yīng)用范圍廣泛的硅酸鹽水泥,凝結(jié)硬化速度較快,強度較高[6]。水泥的技術(shù)指標(biāo)設(shè)置,見表1。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

按照表1的參數(shù),設(shè)定水泥原材料的技術(shù)指標(biāo),保證水泥性能符合相關(guān)規(guī)范要求。

2）粗集料。本文選用硬質(zhì)巖石加工而成的碎石,壓碎值介于10.5%～11%之間。

3）細集料。選用無風(fēng)化、無雜質(zhì)的細集料,其細度模數(shù)不能超過2.7,孔隙率小于47%[7]。

4）拌合水。符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水即可。

5）添加劑。包括纖維與減水劑,根據(jù)碾壓混凝土的配制情況判斷是否需要加入添加劑。

結(jié)合水電工程項目實際施工需求及碾壓混凝土配制強度計算結(jié)果,設(shè)定集料級配與配合比。

1.2 水電工程基礎(chǔ)快速處理

完成碾壓混凝土配合比設(shè)計后,接下來,對水電工程基礎(chǔ)進行快速處理。水電工程基礎(chǔ)包括岸坡淺層與壩基?；A(chǔ)快速處理工序介于開挖工序與碾壓混凝土工序之間,能夠改善工程項目的不良地質(zhì),減小不良地質(zhì)對碾壓混凝土施工質(zhì)量的影響。

本文采用固結(jié)灌漿技術(shù),在碾壓混凝土間歇期,進行壩基與岸坡淺層的一次性灌漿施工。首先,選用高性能的鉆灌設(shè)備,規(guī)劃設(shè)定設(shè)備每天的鉆孔孔段、孔數(shù),控制水電工程基礎(chǔ)快速處理在混凝土間歇期內(nèi)完成[8]。設(shè)定灌漿順序為自上而下,進而保證碾壓混凝土與水電工程項目中的巖石接觸段灌漿質(zhì)量[9]。每次灌漿結(jié)束后,檢查灌漿孔位是否發(fā)生變化,及時將基礎(chǔ)灌漿資料報送給工程項目監(jiān)理人[10]。

待水電工程基礎(chǔ)快速處理工序完畢后,進行聲波檢測,檢測是否灌漿至蓋重厚度以及壩后貼角質(zhì)量是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,檢測無誤后,方可進入下一碾壓混凝土施工工序。

1.3 碾壓混凝土施工工藝流程設(shè)計

在上述水電工程基礎(chǔ)快速處理結(jié)束后,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計碾壓混凝土施工工藝流程,見圖1。

圖1 碾壓混凝土施工工藝流程

如圖1所示,本文設(shè)計的水電工程項目中碾壓混凝土施工工藝流程由5個部分共同組成。首先,按照上述設(shè)計的配合比,采用雙臥軸強制式攪拌機,拌合碾壓混凝土材料。使用間歇式拌合方法,設(shè)定拌合次數(shù)為2次,每次拌合時間不小于15 s。

拌合完畢后,利用運輸車,將拌合后的碾壓混凝土混合料運輸至施工現(xiàn)場。為了防止碾壓混凝土水分蒸發(fā),應(yīng)當(dāng)采用帆布覆蓋碾壓混凝土混合料,保證混合料的工作性能。運輸至場地后,由試驗員檢測混合料的含水量,若含水量過低,則根據(jù)實際情況進行加水,直至混合料含水量符合攤鋪標(biāo)準(zhǔn)。

采用穩(wěn)定的碾壓混凝土細粒材料作為攤鋪的下承層,設(shè)定碾壓混凝土的攤鋪厚度。清理下承層后,撒鋪水泥凈漿,對下承層的頂面進行拉毛處理。而后,使用功率不小于120 kW的瀝青混凝土攤鋪機,攤鋪碾壓混凝土基層。

攤鋪完畢后,壓實碾壓混凝土基層,使用的壓路機及壓實步驟,見表2。

表2 壓路機選型及壓實步驟

按照表2所示,分步完成碾壓混凝土基層壓實工序。最后,采用不小于1 mm厚度的薄膜覆蓋碾壓混凝土,通過砂土壓填,對其進行養(yǎng)生處理,保證碾壓混凝土能夠充分進行水化反應(yīng),使其性能達到最佳效果,完成水電工程項目中碾壓混凝土施工。

2 實例分析

2.1 工程概況

選取青海省黃藏寺工程項目作為此次實例分析對象。黃藏寺工程的重力壩結(jié)構(gòu)由壩體混凝土、閘墩混凝土、溢流堰混凝土、胸墻混凝土組成。不同約束部位澆筑的混凝土厚度不同,施工縫錯縫布置,且在施工縫處預(yù)留了插筋。重力壩結(jié)構(gòu)混凝土的特點存在一定的差異,見表3。

表3 黃藏寺重力壩混凝土結(jié)構(gòu)特點

通過表3,獲取黃藏寺重力壩混凝土對應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點。該水庫工程中,相關(guān)概況信息,見表4。

表4 黃藏寺概況信息

在獲取黃藏寺工程項目建設(shè)概況信息后,按照上述本文設(shè)計的碾壓混凝土施工技術(shù),開展施工。施工中,發(fā)揮該技術(shù)在降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、提高混凝土施工質(zhì)量方面的作用和效果,降低碾壓混凝土內(nèi)外表溫差,防治混凝土出現(xiàn)裂縫等病害。通過檢驗?zāi)雺夯炷潦┕べ|(zhì)量,進而判定本文提出施工技術(shù)的可行性。

2.2 結(jié)果分析

為了使此次實例分析的結(jié)果更加直觀且具有說服力,將上述本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)設(shè)置為實驗組,在此基礎(chǔ)上,將文獻[1]、文獻[2]提出的施工技術(shù)分別設(shè)置為對照組01與對照組02。模擬三種施工技術(shù)的施工流程,通過對比分析的方法,測定并對比三種施工技術(shù)的施工效果。

選取水電工程項目中碾壓混凝土抗壓強度作為此次實例分析的評測指標(biāo),其計算表達式為：

式中：F為碾壓混凝土破壞時的荷載值；A為碾壓混凝土的受壓面積。

通過計算,得出混凝土試件的抗壓強度結(jié)果,評定施工質(zhì)量水平?；炷猎嚰目箟簭姸仍礁?說明其內(nèi)部穩(wěn)定性能越好,發(fā)生混凝土開裂病害的概率越低,與水電工程項目原始混凝土基體黏結(jié)更緊密,穩(wěn)固性越高。應(yīng)用上述三種施工技術(shù)后,根據(jù)配制混凝土的強度,選取適配度較高的加載速率范圍,利用SPSS統(tǒng)計軟件,實時記錄碾壓混凝土破壞時的荷載值變化。為了避免試驗結(jié)果存在偶然性,減小試驗結(jié)果偏差,隨機在水電工程項目多個施工區(qū)域內(nèi)選取混凝土試件,分別標(biāo)號為F01-1A、F01-1B、F01-1C、F01-1D、F01-1E、F01-1F。待混凝土試件使用一段時間后,利用MATLAB模擬分析軟件,測定并計算6組碾壓混凝土試件的抗壓強度,并進行對比,繪制評測指標(biāo)對比示意圖見圖2。

圖2 碾壓混凝土試件抗壓強度對比結(jié)果

通過圖2可以看出,三種施工技術(shù)應(yīng)用后,6組碾壓混凝土試件的抗壓強度表現(xiàn)出了一定的差異性。其中,本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)應(yīng)用后,可以明顯看出,混凝土試件的抗壓強度始終高于另外兩種施工技術(shù),且未出現(xiàn)下降變化趨勢。而對照組01與對照組02提出的技術(shù)應(yīng)用后,碾壓混凝土試件的抗壓強度均存在大幅度下降變化。由此對比結(jié)果不難看出,本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)可行性更高,能夠顯著提升混凝土試件的抗壓強度,使其與水電工程項目原始混凝土基體黏結(jié)得更加緊密,優(yōu)化混凝土的分散性、穩(wěn)固性與安全性,保證水電工程的順利建設(shè)與運營。

3 結(jié)語

水電工程項目能夠為大眾生活及各個行業(yè)的發(fā)展提供水資源支持,對碾壓混凝土施工質(zhì)量方面的作用與效果要求較高。為了改善傳統(tǒng)水電工程項目中碾壓混凝土施工技術(shù)不完善,無法降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與內(nèi)外表溫差的問題,本文以黃藏寺工程項目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術(shù)。通過本文的研究,能夠?qū)λ姽こ添椖恐袎误w混凝土的變形應(yīng)力分布作出合理分析,避免應(yīng)力集中引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。較傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)相比,本文提出的施工技術(shù)顯著提高了混凝土施工質(zhì)量,多維度補償了混凝土結(jié)構(gòu)的收縮拉應(yīng)力,有效地降低了碾壓混凝土裂縫風(fēng)險,具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。