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        膠凝砂礫石壩鋪筑工藝試驗研究

        2017-04-22 04:08:10郭增江
        山西水土保持科技 2017年1期
        關(guān)鍵詞:遍數(shù)石壩砂礫

        郭增江

        (大同市孤山水庫管理處)

        膠凝砂礫石壩鋪筑工藝試驗研究

        郭增江

        (大同市孤山水庫管理處)

        以陽高縣守口堡水庫大壩首座膠凝砂礫石壩為試驗場地,進行了施工工藝試驗研究,提出了:細砂與粗砂料的適宜配比;每層鋪料厚度宜為45 cm,碾壓遍數(shù)為8遍;采用專用拌和系統(tǒng)JGL200和26 t單鋼輪振動碾SSR260設(shè)備;不同齡期抗壓強度間的函數(shù)關(guān)系。研究結(jié)果可為類似工程施工提供科學(xué)依據(jù)。

        膠凝砂礫石壩 施工參數(shù) 工料配比 鋪料厚度 碾壓遍數(shù) 守口堡水庫

        膠凝砂礫石壩是一種新壩型,可利用河道現(xiàn)有的砂礫石作為筑壩材料進行筑壩,體現(xiàn)了“宜材適構(gòu)”的筑壩理念,即可大大降低筑壩工程造價,又對壩區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境破壞影響較小。庫區(qū)用于筑壩開挖砂礫石后的空間,還可增加有效蓄水庫容。陽高縣守口堡水庫大壩,設(shè)計壩長354 m,最大壩高61.6 m,作為我國首例正在建設(shè)的膠凝砂礫石壩壩型,將填補該種壩型的空白。為了確保大壩施工質(zhì)量,需對膠凝砂礫石壩在材料選擇、施工方式、質(zhì)量控制等方面進行研究,2015年在主體大壩施工前進行了鋪筑工藝試驗,以試驗結(jié)果指導(dǎo)后續(xù)大壩鋪筑施工。

        1 膠凝砂礫石壩工藝試驗內(nèi)容

        因守口堡水庫大壩屬于國內(nèi)首座膠凝砂礫石試驗壩,即無工程實例可供借鑒,又無資料可供參考,參照現(xiàn)有其他壩型的建設(shè)經(jīng)驗,需對以下方面內(nèi)容進行工藝試驗探討:一是膠凝砂礫石料施工配比;二是鋪料厚度、碾壓遍數(shù)與外摻石比例;三是膠凝砂礫石專用拌和系統(tǒng)的拌和質(zhì)量、生產(chǎn)能力及穩(wěn)定性(拌和、運輸、平倉、碾壓設(shè)備的配套性);四是膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度函數(shù)關(guān)系。通過試驗,分析總結(jié)出工藝參數(shù),為后續(xù)筑壩施工提供經(jīng)驗和依據(jù)。

        2 膠凝砂礫石壩工藝試驗采用的依據(jù)

        依據(jù)《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》(SL678-2014)、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/ T1596-2005)、《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(SL53-94)、《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352-2006)、《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T5129-2001)、《水工碾壓混凝土試驗規(guī)程》(DL/T5433-2009)及《貧膠渣礫料碾壓混凝土施工導(dǎo)則》(DL/T5253-2011)等技術(shù)規(guī)范,設(shè)計膠凝砂礫石壩的膠凝砂礫強度C1806要求及相關(guān)技術(shù)條款。設(shè)計的膠凝砂礫石配合比詳見表1,工藝試驗檢測項目見表2。

        3 膠凝砂礫石壩現(xiàn)場試驗準備

        3.1 現(xiàn)場試驗準備

        3.1.1 組織機構(gòu)

        設(shè)總負責、生產(chǎn)負責、試驗負責各1人,下設(shè)測量組、物資組、施工組、技術(shù)組、試驗組和資料組。

        3.1.2 施工機械及試驗檢測設(shè)備校驗

        (1)施工機械。主要包括:膠凝砂礫石專用拌和系統(tǒng)(JGL200)1臺,15 t自卸汽車4臺,推土機(SD16)1臺,26 t單鋼輪振動碾(SSR260)1臺,小型振動碾(BW75S)1臺,異型夯板2臺,擠壓邊墻機(BJYDP40)1臺,小型翻斗車1臺,灑水車(4.8 m3)1輛,測量設(shè)備1套。試驗前對膠凝砂礫石專用拌和系統(tǒng)進行了稱量精度校準,對運輸、平倉、碾壓等設(shè)備的能力、工況進行了檢查和必要的清洗。

        (2)試驗檢測設(shè)備。主要包括:特制搖篩機1臺,砂石標準篩1套,圓孔篩(5-150mm)1套,地磅(500kg)2臺,臺稱(10 kg)2臺,電子稱(150 kg)2臺,含水量快速測定儀5臺,凝結(jié)時間測定儀2臺,維勃稠度儀2臺,試模(150 mm立方體)60組,試模(450 mm立方體)30組,錘式振動器(150 mm3)2臺,錘式振動器(450 mm3)2臺,核子密度儀1臺,套環(huán)(500 mm)6個,3 t叉車1臺,養(yǎng)護設(shè)備1套,壓力機(500 t)1臺,壓力機(100 t)1臺,壓力機(200 t)2臺,鐵鍬、撬棍、毛刷、瓷盤、量筒、塑料布等其他用具若干。試驗前,主要檢測設(shè)備及器具經(jīng)專門機構(gòu)進行了鑒定。

        表1 膠凝砂礫石配合比

        表2 膠凝砂礫石拌和物試驗檢測項目

        3.1.3 主要原材料

        據(jù)中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所提出的《山西守口堡膠凝砂礫石壩材料試驗研究報告》中的質(zhì)量要求進行備料,總量按2 500 m3膠凝砂礫石進行準備,其中水泥125 t,粉煤灰100 t,砂礫石1600m3。

        3.2 現(xiàn)場膠凝砂礫石試驗性施工

        按照膠凝砂礫石拌和、運輸、入倉、平倉、碾壓順序進行了試驗性施工,采用平層連續(xù)鋪筑法,鋪筑層以固定方向逐條帶鋪筑,平倉方向與壩軸線方向平行;中間部位采用SD16型履帶式推土機進行平倉,邊角部位采用小型挖掘機平倉,并輔以人工攤開集中骨料,防止大骨料分離及滾石傷害。在各試驗條帶布置網(wǎng)格測點,并在鋪筑區(qū)外設(shè)置了控制基樁。在各條帶的網(wǎng)格測點上以顏色進行標記和編號,用水準儀測量并記錄初始厚度和相對高程。同時,記錄松鋪厚度、松鋪自然坡腳、大骨料分離情況、平倉速度等。

        采用SSR260單鋼輪振動碾進行壓實,碾壓方式采用進退錯距法。平倉后及時碾壓,拌和物暴露時間不超過最長允許歷時5 h;振動碾行動速度控制在1.0-1.5 km/h;相鄰碾壓帶間搭接寬度0.3-0.4 m,端頭搭接為1.0 m。達到工藝試驗規(guī)定碾壓遍數(shù)后,表層基本泛漿。壓實后,按前述方法分別測量各網(wǎng)格測點在碾壓前后的相對高程變化,計算出每一次試驗條帶的平均沉降量。記錄碾壓遍數(shù)、壓實厚度、壓實自然坡腳、VC值的可碾范圍、拌和物暴露允許時間、碾壓層表面情況等。

        平均沉降量計算公式為:

        平均沉降率計算公式為:

        式中:hi——碾壓前各網(wǎng)格測點的相對高程,m;

        n——試驗條帶內(nèi)測點數(shù);

        H——試驗條帶的平均鋪層厚度,m。

        碾壓后及時養(yǎng)護。高溫天氣時,采用噴霧或蓬布覆蓋保持倉面濕潤;低溫天氣時,采用草簾、養(yǎng)護墊等覆蓋,防止膠凝砂礫石凍結(jié)。

        4 工藝試驗結(jié)果分析

        4.1 試驗方法分析

        采用逐漸收斂法進行試驗,試驗參數(shù)為單位用水量、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù),外摻15%的細骨料和25%的粗骨料。其原理是:固定其他參數(shù),變動一個參數(shù),通過試驗得出該參數(shù)的最優(yōu)值,依次類推得出各參數(shù)的最優(yōu)值,最后采用最優(yōu)參數(shù)進行復(fù)核試驗。鑒于守口堡水庫庫區(qū)料場砂礫石砂率偏大,且砂偏細,所以,采用外摻15%-25%的外摻石來降低砂率,減少用水量,提高膠凝砂礫石強度。實驗結(jié)果見圖1、圖2、圖3、圖4。

        在試驗過程中,先固定單位用水量100 kg和110 kg、攤鋪厚度40 cm、45 cm和50 cm,外摻細骨料15%,外摻粗骨料25%,多種組合分別試驗,檢測不同碾壓遍數(shù)的表觀密度和沉降量。由圖1至圖4可以看出,當沉降量趨于穩(wěn)定時的最大表觀密度相對應(yīng)的碾壓遍數(shù)8(2靜6動)即為最佳碾壓遍數(shù);當碾壓遍數(shù)大于8時,出現(xiàn)翻漿或橡皮鼓和表面骨料分離等現(xiàn)象,表觀密度反而下降;當碾壓遍數(shù)小于8時,沉降量還在增大,測得表觀密度不是最大值,抗?jié)B效果不好。因此,確定碾壓8遍是較為理想的參數(shù)。

        圖1 外摻15%細骨料表觀密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

        圖2 外摻25%粗骨料表觀密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

        圖3 外摻15%細骨料沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

        圖4 外摻25%粗骨料沉降量與碾壓遍數(shù)關(guān)系曲線

        表3 膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度(C1806)檢測值

        再固定碾壓遍數(shù)8(2靜6動),單位用水量100 kg和110 kg兩種組合,分別進行試驗,得出滿足設(shè)計強度的最佳攤鋪厚度為45 cm。攤鋪厚度大于45 cm時,下層碾壓不密實;攤鋪厚度小于45 cm時,施工效率不高,且層間結(jié)合面較多,滲水通道增多。按《膠凝顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定,碾壓厚度不應(yīng)小于最大石粒徑(15 cm)的3倍,且最大厚度不宜超過70 cm,因此,確定攤鋪厚度45 cm為較理想的參數(shù)。

        最后,固定碾壓遍數(shù)8(2靜6動),攤鋪厚度45 cm,得出外摻15%的細骨料最佳用水量為110 kg,外摻25%的粗骨料最佳用水量為100 kg。用水量大于110 kg時,出現(xiàn)沾碾現(xiàn)象;用水量小于100 kg時,出現(xiàn)骨料分離,且VC值大于25 s。

        4.2 膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度試驗結(jié)果分析

        采用150 mm立方體試件進行不同齡期(7 d、14 d、28 d、180 d)抗壓強度相關(guān)性試驗,得到檢測值共120組(見表3)。

        根據(jù)《膠凝顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》中的膠凝砂礫石抗壓強度等級,按180 d齡期、150 mm立方體抗壓強度標準值共分4級,即C1804、C1806、C1808、C18010。從表3的試驗檢測值可知,180 d抗壓強度值平均為11.2 MPa和11.5 MPa,滿足C18010最高級及設(shè)計C1806要求。如按設(shè)計C1806來判斷強度合不合格,180 d時間太長,勢必造成實際施工耗費工期過長,費用較高不經(jīng)濟。為此,需總結(jié)出膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度相互關(guān)系規(guī)律,以便由7 d、14 d、28 d科學(xué)地推斷出180 d強度去指導(dǎo)施工。通過整理分析膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度檢測值,得出了相關(guān)函數(shù)關(guān)系(見表4),這樣既能保證守口堡水庫施工工期,又能為國內(nèi)今后類似工程設(shè)計及施工提供科學(xué)依據(jù)。

        表4 膠凝砂礫石不同齡期抗壓強度相關(guān)函數(shù)關(guān)系

        5 結(jié)論與建議

        上述工藝試驗結(jié)果,綜合考慮設(shè)計指標、施工效率、經(jīng)濟投資及施工安排等因素,我們可得出以下結(jié)論與建議,為類似工程提供參考。

        5.1 膠凝砂礫石壩施工材料配合比

        采用細砂礫石料時,適宜的配合比為:水泥50 kg,粉煤灰40 kg,水110 kg,砂礫石1 921 kg,外參石339 kg;采用粗砂礫石料時,適宜的配合比為:水泥50 kg,粉煤灰40 kg,水100 kg,砂礫石1 732.5 kg,外參石578 kg。

        5.2 膠凝砂礫石壩施工鋪料厚度及碾壓次數(shù)

        適宜的鋪料厚度為45 cm,碾壓遍數(shù)為8遍,其中靜碾2遍,動碾6遍。

        5.3 膠凝砂礫石壩施工拌料設(shè)備與碾壓設(shè)備

        膠凝砂礫石壩施工材料拌和,推薦采用專用拌和系統(tǒng)JGL200,拌和質(zhì)量滿足設(shè)計要求,生產(chǎn)能力可達200 m3/h;碾壓設(shè)備推薦采用26 t單鋼輪振動碾SSR260,設(shè)備間配套性較好。

        5.4 膠凝砂礫石壩施工不同齡期抗壓強度間關(guān)系

        膠凝砂礫石壩施工不同齡期抗壓強度間存在函數(shù)關(guān)系,由7 d、14 d、28 d齡期強度,可推斷出180 d齡期強度,據(jù)此指導(dǎo)施工,可有效控制工期不拖延,投資不突破概算。

        TV642

        A

        1008-0120(2017)01-0014-04

        2016-08-30;

        2016-10-29

        郭增江(1968-):男,工程師,副處長;通訊地址:山西省大同市魏都大道云頂雅園B座1310號,037000

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