高萌

(河南省水利第二工程局，河南 鄭州 450016)

1 工程概況

河南省三門峽大石澗水庫(kù)大壩工程位于陜州區(qū)店子鄉(xiāng)以東的洛河支流渡洋河中上游，大壩距離三門峽市區(qū)約45 km。大石澗水庫(kù)控制流域面積173 km2，是一座總庫(kù)容約3 300萬(wàn)m3的中型水庫(kù)。大壩類型為碾壓混凝土重力壩，壩高設(shè)計(jì)值為68.90 m，壩頂長(zhǎng)為308 m。大石澗水庫(kù)工程等別Ⅲ等。碾壓混凝土主要工程量：22萬(wàn)m3的三級(jí)配C15W6F100碾壓混凝土、0.20萬(wàn)m3的二級(jí)配C9020W6F100碾壓混凝土、2萬(wàn)m3的二級(jí)配C9020W8F150碾壓混凝土。

2 試驗(yàn)依據(jù)

招、投標(biāo)文件，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程，水工碾壓混凝土施工規(guī)范，用于水泥和混凝土中的粉煤灰、水工混凝土施工規(guī)范，混凝土外加劑、水工混凝土摻用粉煤灰技術(shù)規(guī)范，設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)設(shè)計(jì)文件要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)部位

在大石澗大壩6#壩段混凝土基礎(chǔ)墊層上，布置現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)場(chǎng)地，為水平碾壓段。現(xiàn)場(chǎng)共分8個(gè)區(qū)段的水平段試驗(yàn)場(chǎng)，包括4個(gè)碾壓混凝土區(qū)，其中，每個(gè)區(qū)塊平面尺寸為：4 m×10 m(寬×長(zhǎng))；4個(gè)變態(tài)混凝土試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)平面尺寸為：1 m×10 m(寬×長(zhǎng))?？偯娣e約是200 m2。每個(gè)區(qū)塊鋪筑3層碾壓混凝土，各層松鋪厚度是35 cm。碾壓混凝土試驗(yàn)分區(qū)平面布置圖見(jiàn)圖1。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)主要包括：確定碾壓厚度；測(cè)定不同碾壓遍數(shù)下的壓實(shí)密度，確定最優(yōu)碾壓遍數(shù)；測(cè)定碾壓混凝土VC值、初凝時(shí)間、并確定層間允許間歇時(shí)間。

3.3 混凝土原材料及基本性能檢測(cè)

試驗(yàn)所用原材料均已由建管單位委托的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，且檢驗(yàn)結(jié)果合格。碾壓混凝土配合比由試驗(yàn)室出具，在試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)碾壓效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.4 拌和站出機(jī)口拌和物拌和性能檢測(cè)

在拌和站出機(jī)口進(jìn)行拌和物性能檢測(cè)，不同試驗(yàn)區(qū)混凝土VC值每2 h檢測(cè)1次，出機(jī)口及倉(cāng)面混凝土溫度與VC值同步進(jìn)行檢測(cè)。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)施工過(guò)程

4.1 混凝土拌和、運(yùn)輸、卸料

碾壓混凝土采用1臺(tái)HZS180拌和機(jī)進(jìn)行拌制，采用20 t 自卸汽車運(yùn)輸。試驗(yàn)拌和時(shí)間為50、75、90、120 s。拌和站出機(jī)口與自卸汽車間的自由落差均<1.50 m。

現(xiàn)場(chǎng)采用后退法入倉(cāng)卸料，人工配合挖掘機(jī)平倉(cāng)的方式施工?；炷列读喜捎脙牲c(diǎn)卸料法，同時(shí)卸料高度<1.50 m。每層松鋪厚度約35 cm，平倉(cāng)過(guò)程中嚴(yán)格控制鋪料厚度，鋪料厚度采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測(cè)。

4.2 混凝土碾壓

碾壓混凝土采用SR22MP自行式振動(dòng)碾進(jìn)行碾壓，行走速度為低檔行駛，碾壓速度控制在1.50 km/h以下，攤鋪方向與碾壓方向保持一致，每層分別采用無(wú)震2遍外加有震4、6、8、10遍+無(wú)震2遍碾壓，并于碾壓至有震4遍后開(kāi)始進(jìn)行壓實(shí)度檢測(cè)，最終碾壓遍數(shù)以壓實(shí)度檢測(cè)合格為準(zhǔn)。

圖1 碾壓試驗(yàn)分區(qū)平面布置圖

變態(tài)混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)加漿和機(jī)拌變態(tài)混凝土兩種方法進(jìn)行試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)加漿時(shí)采用碾壓混凝土中部挖槽加漿。采用機(jī)拌變態(tài)混凝土?xí)r，將變態(tài)混凝土的漿液部分同碾壓混凝土集料一起直接加入拌和機(jī)中，進(jìn)行攪拌。

5 拌和物性能及現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度檢測(cè)

出機(jī)口、倉(cāng)面混凝土溫度與VC值，每2 h同步進(jìn)行檢測(cè)1次；碾壓混凝土工作度、澆筑質(zhì)量均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。每層鋪料完畢后用水準(zhǔn)儀測(cè)量混凝土松鋪厚度，碾壓完畢后再進(jìn)行測(cè)量壓實(shí)厚度，虛鋪及壓實(shí)厚度另需記錄。

通過(guò)核子密度儀，依次測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)料物攤鋪后先靜壓2遍，震動(dòng)碾壓4、6、8、10遍后的碾壓混凝土表觀密度，以求確定最佳碾壓遍數(shù)。對(duì)碾壓混凝土拌和物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣，同時(shí)測(cè)定拌和物的表觀密度。

在試驗(yàn)室進(jìn)行碾壓混凝土凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)，測(cè)定凝結(jié)時(shí)間。通過(guò)篩分法篩取不同拌和時(shí)間的砂漿，測(cè)定碾壓混凝土砂漿表觀密度，檢驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋木鶆蛐?。在試?yàn)室使用濕篩法，對(duì)碾壓混凝土拌和物進(jìn)行取樣，測(cè)定碾壓混凝土含氣量。

6 試驗(yàn)成果分析

6.1 碾壓混凝土VC值檢測(cè)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，碾壓混凝土VC值共檢測(cè)13次，VC值為7.90～11.20 s之間，不同拌和時(shí)間碾壓混凝土VC值差別不大。

根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》的要求，用砂漿表觀密度分析法檢測(cè)碾壓混凝土拌和物均勻性時(shí)，兩個(gè)樣品測(cè)定的砂漿表觀密度差值應(yīng)≤30 kg/m3。當(dāng)拌和50 s時(shí)，二級(jí)配、三級(jí)配碾壓混凝土砂漿密度差值分別為28 kg/m3、13 kg/m3，兩種級(jí)配狀態(tài)的拌和物在75、90、120 s拌和時(shí)間測(cè)定的砂漿密度均呈遞減趨勢(shì)。

6.2 壓實(shí)度檢測(cè)和碾壓混凝土配合比調(diào)整

第一層先靜碾2遍，再震動(dòng)碾壓4遍時(shí)，壓實(shí)度合格率為0；震動(dòng)碾壓6遍時(shí)，壓實(shí)度合格率為25.00%；震動(dòng)碾壓8遍時(shí)，壓實(shí)度合格率為81.20%；震動(dòng)碾壓10遍時(shí)，壓實(shí)度合格率為96.90%。碾壓10遍后，對(duì)局部不合格部位進(jìn)行補(bǔ)壓，經(jīng)補(bǔ)壓后，檢測(cè)結(jié)果全部合格。

從外觀上看，第一層碾壓完成后，碾壓混凝土表面，碾壓混凝土表面局部泛漿不明顯，經(jīng)分析，原因分析為砂率偏小。故在第二層施工前，將二級(jí)配碾壓混凝土的砂率從36%增加到38%，三級(jí)配碾壓混凝土的砂率從32%增加到35%，膠凝材料用料適當(dāng)進(jìn)行增加，碾壓后從外觀上看，比第一層稍有改善，壓實(shí)度合格率比第一層有較大提高。第三層碾壓時(shí)，繼續(xù)增加砂率，并且增加膠凝材料摻量及減水劑用量，降低VC值。將二級(jí)配碾壓混凝土配合比砂率增加到40%，三級(jí)配碾壓混凝土配合比砂率增加到37%，震動(dòng)碾壓4遍后，碾輪前呈塑性回彈，大部分碾壓混凝土表面明顯有灰漿泛出，表面較為濕潤(rùn)，有光亮感，壓實(shí)度合格率為31.20%，碾壓8遍時(shí)，壓實(shí)度合格率達(dá)到100%。碾壓混凝土壓實(shí)度檢測(cè)記錄及碾壓試驗(yàn)配合比調(diào)整見(jiàn)表1、表2。

表1 碾壓混凝土壓實(shí)度檢測(cè)合格率統(tǒng)計(jì)表

表2 碾壓試驗(yàn)混凝土配合比調(diào)整統(tǒng)計(jì)表

6.3 碾壓混凝土層間間歇時(shí)間確定、表觀密度、含氣量測(cè)定

通過(guò)進(jìn)行碾壓混凝土的凝結(jié)時(shí)間測(cè)定，二級(jí)、三級(jí)配碾壓混凝土初凝時(shí)間分別為12、13 h。C9015W6三級(jí)配碾壓混凝土表觀密度為2 510 kg/m3，C9020W8F150二級(jí)配碾壓混凝土表觀密度為2 491 kg/m3。二級(jí)配C9020W8F150、三級(jí)配C9015W6碾壓混凝土含氣量分別為3.80%～4.20%和1.50%～1.80%，含氣量滿足規(guī)范要求。

6.4 碾壓混凝土實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)

碾壓試驗(yàn)過(guò)程中，成型不同部位28、90 d試塊，同時(shí)進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)。碾壓混凝土試塊及芯樣抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表3 碾壓混凝土鉆芯取樣抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

從混凝土芯樣外觀看，碾壓混凝土表面比較光滑致密，骨料分布比較均勻。從成型試塊及現(xiàn)場(chǎng)芯樣強(qiáng)度看，混凝土強(qiáng)度可滿足要求。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)加漿和機(jī)拌變態(tài)混凝土芯樣進(jìn)行對(duì)比，由于現(xiàn)場(chǎng)加漿為純水泥漿，機(jī)拌變態(tài)混凝土加漿為水泥摻加粉煤灰漿液，現(xiàn)場(chǎng)加漿變態(tài)混凝土強(qiáng)度比機(jī)拌變態(tài)混凝土強(qiáng)度稍高。但現(xiàn)場(chǎng)加漿變態(tài)混凝土的強(qiáng)度不均勻，機(jī)拌變態(tài)混凝土取芯強(qiáng)度比較均勻。機(jī)拌變態(tài)混凝土芯樣外觀表面比較光滑致密，施工現(xiàn)場(chǎng)加漿變態(tài)混凝土表面基本光滑，稍有氣孔。

在變態(tài)與碾壓兩種混凝土結(jié)合部位進(jìn)行鉆芯取樣，機(jī)器拌制變態(tài)混凝土與現(xiàn)場(chǎng)加漿變態(tài)混凝土，經(jīng)振搗碾壓后均能與碾壓混凝土結(jié)合狀態(tài)良好。

7 試驗(yàn)結(jié)論

試驗(yàn)?zāi)雺夯炷敛捎谜{(diào)整后的配合比，二級(jí)配碾壓混凝土砂率40%，三級(jí)配碾壓混凝土砂率37%時(shí)，碾壓混凝土的拌和時(shí)間為50 s，維勃稠度值(工作度VC值)宜控制在5～12 s，碾壓后混凝土表面光亮濕潤(rùn)，微泛灰漿，可碾性較好。松鋪厚度為35 cm，當(dāng)震動(dòng)碾壓8遍時(shí)，壓實(shí)度合格率是100%，可滿足施工要求。為保證變態(tài)混凝土的密實(shí)度和均勻性，大壩變態(tài)混凝土采用機(jī)器拌制變態(tài)混凝土效果更好。

8 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)研究確定的碾壓工藝參數(shù)：虛鋪厚度為35 cm，壓實(shí)后厚度為30 cm，碾壓遍數(shù)為2遍無(wú)振+8遍有振+2遍無(wú)振，碾壓機(jī)具的行走速度控制在1.10～1.50 km/h、拌和時(shí)間50 s、維勃稠度值(VC值)5～12 s、變態(tài)混凝土采用機(jī)器拌制，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工各項(xiàng)指標(biāo)要求?，F(xiàn)場(chǎng)施工嚴(yán)格按照試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量控制，工程于2017年5月開(kāi)展第一倉(cāng)大壩碾壓混凝土施工，于2019年9月主體工程完工，至今工程運(yùn)行狀態(tài)良好。