山口岩拱坝碾压混凝土现场试验设计

2013-09-03杨志华

水利技术监督 2013年5期

杨志华

（江西省水利规划设计院，江西南昌 330029）

1 工程概况

山口岩水利枢纽工程位于赣江支流袁水上游，坝址以上控制集雨面积为 230km2，水库总库容为1.05×108m3，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、灌溉等综合效益的大（Ⅱ）型水库，主要建筑物有大坝、溢流堰、放空洞、引水隧洞及发电厂房等。大坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，最大坝高99.1m，坝顶高程为247.6m，坝顶宽度5.0m，坝底最大宽度 30.0m，坝顶弧长 268.23m；坝体为全断面碾压混凝土。

2 现场试验目的

山口岩水利枢纽工程大坝为全断面碾压混凝土双曲拱坝，经实验室室内试验初定的系统措施和施工工艺、施工参数等需要通过施工现场验证，以达到有充分的技术准备。碾压混凝土现场试验的目的是：通过现场试验考察和验证碾压混凝土生产系统运行能力、碾压混凝土配合比适应抗骨料分离能力和可碾性、现场试验工序环节影响和施工措施、施工质量控制与施工技术水平等，确定大坝碾压混凝土铺筑厚度、碾压遍数、VC值等施工参数指标。

3 现场试验研究的主要内容

按照山口岩碾压混凝土拱坝施工规划进行现场试验，验证科研和室内试验成果、系统运行能力、施工工艺及工序环节等。以积累经验，指导山口岩碾压混凝土拱坝的施工。根据这一试验目标，提出本次现场试验的主要试验研究项目如下。

（1）山口岩碾压混凝土拱坝筑坝原材料（水泥、粉煤灰、外加剂、砂石骨料）的品质复核验证。

（2）山口岩碾压混凝土拱坝室内试验推荐混凝土配合比验证复核和适应性试验调整。

（3）砂石骨料系统和混凝土拌和系统综合运转试验，包括砂石成品质量试验，两系统生产能力及配套试验。

（4）混凝土拌和楼运转试验（碾压混凝土拌和投料程序，拌和时间，仪器精度，拌和质量和生产能力等）。

（5）混凝土拌和楼机口碾压混凝土质量控制监测，VC值及碾压混凝土性能抽样试验。

（6）碾压混凝土主要施工参数的选择试验。

（7）碾压混凝土层面结合影响因素及控制方法试验。

（8）碾压混凝土容重现场快速检测试验及测试仪器的校正。

（9）碾压混凝土试件室内、现场强度对比试验（不同龄期）。

（10）钻孔取混凝土芯样及混凝土芯样加工成型做各种物理力学性能试验（28d以后）。

（11）现场碾压混凝土层间和自身抗渗及压水试验（28d以后）。

（12）碾压混凝土施工工艺和机具协调配套试验。

（13）碾压混凝土现场质量控制项目、手段和评定标准等试验研究。

4 现场试验主要参数

4.1 现场试验块尺寸及分区

山口岩水利枢纽工程碾压混凝土现场试验的试验块尺寸为30 m2×15m2。根据试验项目需要将选定试验块平面分为A、B两块，A块尺寸30 m2×4.5m2，主要进行三级配RCC试验，B块尺寸30 m2×10.5m2，主要进行二级配RCC试验，具体尺寸见图1。同时将整个试验块分为3层，第Ⅰ、Ⅱ层铺料厚度控制34～36cm，碾压厚度控制30cm，第Ⅲ层铺料厚度控制29～31cm，碾压厚度控制25cm。具体分布见图2。

图1 试验块平面布置图（单位：cm）

图2 试验块A-A剖面图（单位：cm）

4.2 碾压层厚度及平仓厚度

使用BW-202AD型振动碾碾压，拟用34～36cm的铺层厚度，压实厚为30cm。根据国内外浇筑碾压混凝土坝的实践经验，薄层平仓（15～25cm）有利于改善骨料可能出现的分离状况，故要求把 34cm碾压层分为二次平仓。

4.3 碾压遍数

根据国内外浇筑碾压混凝土坝的实践经验，使用 BW-202AD型振动碾时，碾压遍数为：先无振 2遍，有振8遍，最后无振2遍。经核子密度仪测试，当碾压混凝土的容重未达到设计要求时，应增加碾压遍数，直至容重达到设计容重为止。

4.4 碾压层间隔时间及碾压时间

碾压层间隔时间是指一层碾压完毕起到第二碾压层覆盖碾压为止的时间。此数值应小于混凝土初凝时间，常温情况下该数值应控制在 6h以内。本次现场试验，拟用间隔时间为4、6、8、10、12、24h，铺水泥砂浆和不铺水泥砂浆情况进行试验，选择出最优间隔时间。

碾压时间系指混凝土拌和物从拌和机出料口卸出来到振动碾碾压完毕为止所经过的施工历时。依据国内外已建碾压混凝土坝的实践经验，碾压时间应控制在2h以内。

5 碾压混凝土施工工艺流程

山口岩拱坝碾压混凝土现场试验碾压混凝土浇筑工艺流程图3所示。混凝土铺填方式采用端退法（以进料仓面的远端退铺填到仓面的进料路口）。

6 现场试验施工质量控制

6.1 砂石料质量控制

组建专职质量监控小组对砂石料生产系统每天生产的砂石料进行各种检测，要求砂的细度模数基本稳定，其变化范围控制在 2.4～2.8之间，石粉含量（d≤0.16mm颗粒）应控制在 18%以内，三级配碾压混凝土骨料的最大粒径控制在80mm，二级配碾压混凝土骨料的最大粒径控制在40mm，砂料表面含水率要满足规范规定小于1%的要求，碎石逊径含量应满足规范规定。

6.2 VC值和含气量检测

碾压混凝土属坍落度为零的干硬性混凝土，须用稠度仪检测其工作度（VC值）。为使拌和楼生产的碾压混凝土具有一定的可碾性。机口取样的 VC值控制在 2s～4s范围内；考虑到气候条件（如气温、日照、温度、蒸发、风向风速等）以及碾压混凝土运输，停留等因素的影响，VC值有所增加，入仓VC值控制在4s～7s范围内，且以入仓VC值为主要控制指标。在仓面上，每铺筑一层碾压混凝土，应施测VC值5～10次，在相应时间内应在机口取样施测VC值。

碾压混凝土含气量的大小，将直接影响混凝土的密实度，允许偏差为1%左右，每台班须检测二次以上，（可与机口取样同时进行）。

6.3 平仓（铺料）厚度控制

对平仓（铺料）厚度可在模板上标出平仓（铺料）高度线来控制，平仓机作业后的个别坑洼，则以人工铲料补平。

6.4 压沉量和碾压遍数检测

为检测碾压混凝土的压实效果，在碾压过程中，每碾压层应进行压沉量的检测，（测点按仓面大小布置），应不少于 5个测点，可采用水准测量方法。碾压机械操作人员应做好碾压遍数记录。

6.5 容重及含水量检测

在碾压混凝土浇筑过程中，使用核子密度仪检测碾压混凝土表面与不同深度的混凝土容重和含水量，它可以直接控制碾压混凝土的压实效果。

图3 碾压混凝土浇筑工艺流程

7 现场试验结论

（1）本次现场试验采用的混凝土拌和系统所生产的碾压混凝土是可行的。砂、水（外加剂）、水泥（粉煤灰）、骨料等混凝土原材料投料顺序正确，拌和时间按 120s控制拌制出来的碾压混凝土均匀性良好。

（2）通过现场碾压试验可知，当混凝土摊铺厚度小于35 cm，压实后厚度为30 cm时；碾压混凝土出机口VC值在2～8s，入仓时混凝土VC值控制在 4～9s内，使用 BW-202AD振动碾按 1.0～1.5km/h速度控制进行振动碾压，碾压遍数按“先无振2遍，有振8遍，最后无振2遍”控制时，经核子密度仪检测碾压混凝土的容重达到设计要求，压实度均大于98%（设计值），碾压混凝土抗压、抗拉、抗渗等性能指标均能满足设计要求。

（3）通过对碾压混凝土现场取芯的芯样折断原因分析，当混凝土摊铺层厚度超过 4h时应在碾压混凝土层面处铺筑 1.5～2.0cm厚水泥砂浆，以利于层面间良好结合。

（4）在施工过程中将碾压混凝土的VC值控制在2～8s之间，并依据现场环境变化进行动态调整。