郭少臣+林育強
【摘要】針對四級配碾壓混凝土的性能特點,為消除尺寸效應(yīng)、大骨料篩除等對性能研究的不利影響,研發(fā)了試驗設(shè)備及裝置,提出了四級配、三級配碾壓混凝土同步澆筑上升的施工工藝參數(shù)和質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)措施,為四級配碾壓混凝土筑壩技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】沙沱水電站;四級配碾壓混凝土;試驗方法;質(zhì)量控制
1. 概述
(1)碾壓混凝土筑壩技術(shù)是世界筑壩史上的一次重大技術(shù)創(chuàng)新。碾壓混凝土筑壩技術(shù)以其施工速度快、工期短、投資省、質(zhì)量安全可靠、機械化程度高、施工簡單、適應(yīng)性強、綠色環(huán)保等優(yōu)勢,建壩周期比同類的常態(tài)混凝土壩縮短工期1/3以上[1],因此備受世界壩工界青睞。
圖1振動成型器示意圖(2)傳統(tǒng)碾壓混凝土拌和物干硬,黏聚性較差,施工過程中粗骨料易發(fā)生分離,所以一般都限制碾壓混凝土壩均采用二、三級配骨料,最大粒徑為40~80mm,且適當減少最大粒徑及粗骨料所占的比例[2]。如采用四級配骨料,最大粒徑120~150mm,可顯著減少膠凝材料用量、降低水化熱、提高混凝土抗裂性能、增加混凝土澆筑層厚,從而進一步降低成本、簡化溫控、提高施工速度、減少層面,充分發(fā)揮碾壓混凝土的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。但四級配碾壓混凝土筑壩技術(shù),有諸多問題需探索研究并解決,如試驗方法、試驗裝置、施工工藝及運輸過程中骨料分離控制及碾壓層厚增加帶來的現(xiàn)有碾壓機械適用性等問題[3,4]。
(3)本文介紹了四級配碾壓混凝土試驗方法、性能特點,并結(jié)合工藝性試驗及該技術(shù)在沙沱水電站大壩的實際施工應(yīng)用情況,闡述了四級配碾壓混凝土在質(zhì)量控制方面的關(guān)鍵技術(shù)措施,為該技術(shù)在類似工程的推廣應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。
2. 四級配碾壓混凝土試驗裝置及方法
圖2全級配碾壓混凝土抗剪特性試驗系統(tǒng)圖3全級配混凝土徐變試驗系統(tǒng)2.1試驗裝置研發(fā)。 研發(fā)了試驗設(shè)備及裝置,形成整套四級配碾壓混凝土試驗系統(tǒng)。
(1)全級配碾壓混凝土振動成型器。研發(fā)了全級配碾壓混凝土振動成型器成型,振動器頻率50±3 Hz,振幅3±0.2mm,附有可拆卸的試模壓板和壓重塊,壓板形狀與試件表面形狀一致,其邊長或直徑比試件尺寸約小5mm。將壓重塊的質(zhì)量調(diào)整至碾壓混凝土試件表面壓強為4.9kPa。全級配碾壓混凝土振動成型器示意圖見圖1。
(2)CW-5000型電液-伺服自動反力加荷徐變試驗系統(tǒng)。研發(fā)了用于全級配混凝土徐變試驗的CW-5000型電液-伺服自動反力加荷徐變試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電液伺服-自動反力聯(lián)合加載、數(shù)據(jù)自動采集的高精度、荷載穩(wěn)定的徐變試驗測試裝置組成。具備以下特點:試件上部采用彈簧實現(xiàn)反力加載,底部采用5000KN電液伺服系統(tǒng)加載,通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)合加載,并保持荷載穩(wěn)定;控制系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)整荷載,保障荷載的精度和準確性;具有安全保護系統(tǒng),試驗結(jié)果自動采集。全級配碾壓混凝土抗剪特性試驗系統(tǒng)見圖2,全級配混凝土徐變試驗系統(tǒng)見圖3。
全級配混凝土芯樣抗拉裝置。針對傳統(tǒng)芯樣抗拉裝置拉板容易脫落、試件粘接及剝落耗時耗力,尤其是全級配芯樣尺寸較大、不易操作等不足,研發(fā)了一種新型芯樣抗拉試驗裝置,極大地簡化了抗拉試件與拉板粘接、拔落、破碎試件與拉板剝離等制備和處理過程,顯著提高了工作效率,避免拉板與試件表面不垂直、拉桿與試件中心不對中等不利因素對試驗結(jié)果的影響,具有簡便、省時、高效、安全、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保等特點,并申報了國家發(fā)明專利。
2.2試驗方法。
(1)為了消除試件尺寸的影響,三級配、四級配碾壓混凝土及三級配變態(tài)混凝土均采用相同的形狀與尺寸進行熱學(xué)、力學(xué)、變形、耐久等全級配性能試驗,即不篩除特大石、大石。
(2)在全級配碾壓混凝土成型時,將混凝土拌和物分層澆注在試模內(nèi),澆注層厚度不超過300mm,全級配混凝土抗壓強度、劈拉強度、軸心抗拉強度、絕熱溫升、抗?jié)B、抗凍試件采用兩次裝料成型,軸心抗壓彈模、自生體積變形、熱學(xué)性能、徐變試件分三次裝料成型。按每100cm2插搗12次進行插搗,插搗上層時搗棒應(yīng)插入下層10mm~20mm,將拌和物表面整平后,將裝有壓板的振動成型器垂直置于拌和物表面進行振動成型,振動時間以澆注層表面均勻泛漿為準。當下層振動完畢后,裝入上層拌和物,重復(fù)上述步驟至成型完畢。
(3)全級配混凝土拌和成型的同時,成型濕篩混凝土小試件,與全級配試件陪伴進行養(yǎng)護、觀測。為了消除試件尺寸的影響,三級配、四級配碾壓混凝土均采用相同的形狀與尺寸進行熱學(xué)、力學(xué)、變形、耐久等全級配性能試驗,全級配混凝土拌和成型的同時,成型濕篩混凝土小試件。
2.3試件尺寸全級配碾壓混凝土的試件尺寸見表1。
3. 四級配碾壓混凝土的施工工藝及質(zhì)量控制
3.1四級配碾壓混凝土配合比。根據(jù)室內(nèi)拌和物性能試驗結(jié)果,四級配碾壓混凝土用水量為71Kg/m3,砂率為30%,粗骨料組合為20:30:30:20(特大石:大石:中石:小石)時,混凝土拌和物VC值為1s~3s時,混凝土拌和物黏稠、大骨料裹漿情況較好。碾壓混凝土配合比見表2。
3.2四級配碾壓混凝土施工工藝。為了對上壩應(yīng)用進行施工工藝和材料性能校核,在沙沱水電站引水渠攔渣坎設(shè)置試驗塊,進行了四級配碾壓混凝土工藝性試驗。四級配碾壓混凝土施工采用三一集團生產(chǎn)的YZ20C型全液壓單鋼輪振動碾。根據(jù)碾壓混凝土工藝性試驗結(jié)果,不同區(qū)域的三級配碾壓混凝土、四級配碾壓混凝土可采取相同施工工藝參數(shù)、同步澆筑上升。層厚為0.4m、0.5m時四級配碾壓混凝土施工工藝參數(shù)推薦值列于表3。
3.3四級配碾壓混凝土施工質(zhì)量控制關(guān)鍵措施。從現(xiàn)場施工情況來看,施工組織管理有序,拌和物性能基本滿足施工要求,集中大骨料得到及時分散,碾壓操作規(guī)范,壓實度滿足技術(shù)要求。根據(jù)四級配碾壓混凝土拌和物性能特點和現(xiàn)場施工經(jīng)驗,施工質(zhì)量控制主要從以下幾方面入手:
(1)混凝土拌和物VC值控制。低溫、陰天、小雨氣候,VC值控制在3s~5s,盡量趨近3s;高溫、大風(fēng)時,VC值控制在1s~3s,并及時噴霧保濕;VC值不宜過小,否則易造成骨料包裹性差、分離嚴重、砂漿損失等問題。
(2)入倉方式。自卸車自拌合樓接料后直接入倉是最佳的入倉方式,其次可采用滿管配合進行皮帶機入倉。
(3)骨料分離改善措施。在VC值控制不佳、汽車接料時位置較偏時,骨料分離情況嚴重,人工很難充分分散集中的大骨料??蓮囊韵聨讉€角度著手:汽車接料時緩慢行走2~3遍,可降低料堆高度、減少大骨料滾落數(shù)目;卸料后,利用挖機分散料堆兩側(cè)集中的大骨料;平倉機從接近料堆底部推料并行走一定距離,可從立面、平面充分分散集中骨料,避免大骨料集中引起的骨料架空現(xiàn)象;人工配合分散挖機或平倉機的盲區(qū)。
(4)施工組織管理。與三級配碾壓混凝土相比,在高溫環(huán)境下四級配碾壓混凝土VC值損失較快,施工過程中應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件進行VC值動態(tài)控制、骨料分離控制,并保證振動碾行走速度及碾壓遍數(shù)、確保碾壓質(zhì)量。
綜上,通過原材料質(zhì)量控制、VC值動態(tài)控制、骨料分離綜合處理、澆筑倉面面積動態(tài)控制等措施,可確保四級配碾壓混凝土拌和物性能和碾壓質(zhì)量。
4. 四級配碾壓混凝土筑壩技術(shù)施工應(yīng)用
2011年3月,沙沱水電站在沙沱水電站左岸擋水壩段進行了第一倉四級配碾壓混凝土澆筑,標志著四級配碾壓混凝土筑壩技術(shù)正式上壩應(yīng)用。沙沱水電站四級配碾壓混凝土的應(yīng)用情況如下:
(1)共在大壩左岸1#~4#壩段、右岸13#~16#壩段采用了四級配碾壓混凝土筑壩技術(shù),累計澆筑約18萬m3。
(2)壩體內(nèi)部采用C9015四級配碾壓混凝土,上游面采用C9020三級配碾壓混凝土及C9020三級配變態(tài)混凝土防滲,壩體下游側(cè)50cm范圍內(nèi)采用C9015四級配變態(tài)混凝土。
(3)壩體施工采用了上游三級配、內(nèi)部四級配碾壓混凝土同步上升的方式,施工工藝參數(shù)為碾壓層厚為0.5m,碾壓遍數(shù)為無振2遍+有振碾壓8遍+無振碾壓2遍,激振力為395kN,振動碾行走速度控制在1.0~1.2km/h。
(4)2013年4月20日,工程下閘蓄水;在蓄水過程及3年多運行期間,大壩安全監(jiān)測指標均在設(shè)計范圍內(nèi),壩體運行狀況良好。2016年5月最新監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:四級配壩段未監(jiān)測到層間滲壓異常,大壩處于穩(wěn)定狀態(tài)。
5. 結(jié)語
使用四級配碾壓混凝土應(yīng)用于大壩混凝土,可節(jié)約膠凝材料、簡化溫控措施,從而減少直接工程投資;同時隨著澆筑層厚增加、施工速度和工程建設(shè)進度加快,使大壩早日竣工、提前發(fā)電,創(chuàng)造巨大的間接經(jīng)濟效益。此外,在節(jié)約水泥用量、減少骨料生產(chǎn)帶來粉塵等方面帶來的好處,將產(chǎn)生顯著的生態(tài)環(huán)境效益,具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。
參考文獻
[1]田育功.碾壓混凝土快速筑壩技術(shù)[M].中國水利水電出版社,2010.
[2]Meijuan Rao, Huaquan Yang, Yuqiang Lin, Influence of Maximum Aggregate Sizes on the Performance of RCC, Construction and Building Materials. 2016, 115:42~47.
[3]林育強,石妍,李家正,楊華全. 四級配碾壓混凝土現(xiàn)場施工工藝試驗研究[J]. 水力發(fā)電學(xué)報,2012,(5).