禹门河反调节水库碾压砼施工工艺应用

李　胜

一、工程简介

禹门河反调节水库位于河南省洛宁县禹门河村,黄河一级支流洛河干流上。其作为上游故县水库的反调节水库,主要作用是消除故县水库调峰运用对下游梯级电站和工农业用水的不利影响,同时兼顾发电。主要建筑物由大坝、电站组成,其中大坝由溢流坝段、排沙孔坝段、电站引水进口坝段和左右挡水坝段四部分组成。大坝最大坝高60.5m,坝顶长度213.25m,大坝最大底宽49.4m,坝顶宽5m。坝体和电站基础主要为碾压砼,其方量为12.4万m3。本工程采用欧美式碾压混凝土筑坝方法——RCC。

二、碾压砼的施工特点

1. 碾压砼是一种干硬性砼,它的单位用水量和水泥用量较少,含砂率较大,无流动性,碾压机械可在其表面行走。

2. 运输、平仓、振实、切缝等施工均可采用普通机械施工,如汽车、推土机、振动碾等,实现施工机械化。

3. 由于水泥用量少、掺入大量混合材料,砼水化热温升较低。施工时,结合采用大仓面薄层浇筑,表面自然散热等条件,可简化人工冷却措施。

4. 碾压砼施工易受气候、骨料级配以及含水量影响,如控制不当,强度值波动较大。

三、碾压砼的施工程序

碾压砼施工工艺流程:

骨料筛分→配料→拌和 →运输 →入仓 → 摊铺→振动碾压→切缝(设置诱导孔)→养护→水平缝处理→下一个施工升层循环。

四、碾压砼的施工

1. 施工前的准备

禹门河水库工程由河南省水利工程一局承建,是河南省内的第二座碾压砼坝。因此全体参建人员都高度重视,水利工程一局多次聘请国内专家对技术人员进行培训和方案研讨,并且组织技术人员到外地进行考查学习,为工程施工提供强有力的技术支持。

2. 碾压砼试验

2.1 室内试验:先进行碾压砼原材料物理性能试验,根据试验结果,设计、试配碾压砼配合比,通过若干组试配复核,确定出抗分离能力强、碾压效果和各项物理力学指标均能满足设计要求的施工配合比。

2.2 拌和站投料顺序试验:按照干拌和湿拌两种方式进行拌和站投料顺序试验,即干拌投料顺序:大石→中石→小石→水泥→粉煤灰→砂→水,湿拌是先加水,其它顺序不变。

2.3 拌和时间选定:不同级配的砼最佳拌和时间不同,通过试验确定为:二级配碾压砼为90 s,三级配碾压砼为120s。

2.4 工作度VC值确定:较低的VC值可以使碾压砼抗分裂能力增强,且层面碾压后有轻度薄层浮浆,层间形成“犬牙交错”,对层间结合具有良好的效果,一般应选择VC值为5～10s。

2.5 碾压试验:通过碾压试验,确定最佳的碾压设备型号、碾压顺序、碾压速度、遍数、松铺厚度、碾压施工仓段面积等施工工艺参数。

2.6 初凝时间的确定试验:采取选择晚凝水泥、掺和高效缓凝减水剂等措施,最大限度提高碾压砼初凝时间,这是提高碾压砼层间结合质量的重要措施之一。在碾压试验中必须测定出精确的初凝时间,一般保证6～8个小时。

2.7质量检测:根据工业性试验质量检测和检测结果情况最终确定碾压砼最佳施工技术参数。

3. 碾压砼的拌制

根据碾压试验所确定的投料顺序和拌和时间拌制砼。本工程采用两套HZS60型强制式砼拌和楼拌制砼,单套生产强度为60m3/h,能够满足砼的施工要求。在拌和楼附近建立工地试验室,随时检测砼的温度、出机口砼的VC值和骨料的含水率。拌和楼配备砂含水率快速测定装置,具备相应的拌和水量调节补偿功能。

4. 砼的运输

采用8台5t自卸汽车运输砼,一车装两盘(两盘两堆,不宜高),并在自卸汽车上设置遮阳、防雨措施减少外界环境对砼稠度的影响。为了控制骨料分离,卸料斗的出料与自卸汽车之间的自由落差不大于1.5m.在距入仓口20m的道路上,设置两台洗车机(一边各一个),以便冲洗轮胎;路面用8mm厚花纹钢板铺设,以利于脱水。在仓面上,严禁汽车急刹车和急转弯,避免破坏强度还不高的砼表面及影响层面胶结。

5. 卸料和平仓

在仓面较小,砼浇筑能力满足仓面要求时,采用平层通仓法。在仓面较大,为缩短层间间隔时间,采用斜层平推法和台阶法。实践证明,斜层平推可以用较小的浇筑能力浇筑较大面积的仓面,即达到减少投入、提高工效、降低成本和改善层面结合质量的目的,尤其在气温较高的季节,采取这种施工方法效果更为明显。避免在坡脚部位形成薄层尖角和严格清除二次污染是保证斜层平推法施工质量的两个主要问题。因薄岐尖角部位的骨料易被压碎,在坡脚伸出一个平段是避免形成薄层尖角的一个有效的方法。

摊铺、碾压以固定方向逐条带铺筑,施工层次分明,层间间隔时间容易控制,便于有序施工。条带宽度以3～5m为宜,摊铺用推土机或反铲挖掘机施工,人工分摊机械施工时造成的骨料堆积并对仓面进行局部平整;平仓厚度控制在34cm左右,边摊铺边检查,保证碾压层厚度均匀。迎水面 3m～5m范围,平仓方向平行于坝轴线,避免在重要部位形成可能的顺水方向的薄弱带。特别在一个仓面上,有二级配和三级配碾压砼时,现场施工人员应注意车辆运输物的种类,使砼各就各位,以免混淆。

根据施工实践,压实厚度30cm时,采取推土机将砼推离卸料位置平仓,平仓厚度34cm,可达到较好的改善分离状态的效果。

6. 碾压

根据我国的工程实践和现场碾压试验,砼碾压采用德国生产的BW-225振动碾和洛阳生产的小型振动碾YSZ06(激振力12KN)。大型振动碾直接靠近模板周边碾压,小型振动碾主要碾压模板及岸边的砼。

碾压施工时振动碾的行走速度直接影响碾压效率及压实质量,根据碾压试验确定的行走速度为1.5km/h。

砼的碾压遍数和作业程序为:无振2遍+有振6遍+无振2遍。

施工中根据情况采用不同的碾压厚度,有利于满足对层间间隔时间的要求。碾压厚度小于最大骨料粒径的3倍时,则最大粒径骨料将影响压实效果或骨料被压碎。

碾压方向垂直于水流方向可避免碾压条带接触不良形成渗水通道。碾压条带相互搭接,端头部位搭接的长度,应保证振动碾的前后轮都进入搭接范围,其具体长度可根据选用的振动碾轴距来决定。

压实容重的数值是碾压砼是否压实的主要标志,故施工过程中应尾随碾压作业进行检测。当所测容重低于规定指标时,可增加碾压遍数,仍达不到规定指标时应分析原因,采取相应措施。碾压中出现的弹簧土现象,只要压实容重能够满足要求,可不必处理。

无振碾压可以弥合细微的表面裂纹。

为避免因为拌和物放置时间过长而引起砼质量问题,对拌和物自拌和到碾压完毕的时间有所限制,具体应根据不同天气条件下砼VC值变化情况和对压实容重的影响来确定。一般情况下,碾压工作应在砼拌和后2h内完成,对于气温较高的天气,还应缩短,低温或多雨天气,可适当延长。

与下一条带同时碾压的部位,完成碾压的时间应严格控制在能够满足结合质量的最大层间间隔时间内。

7. 成缝

我国工程实践表明,切缝机具切缝、设置诱导孔或预置隔板等方法都可成功成缝。本工程采用设置诱导孔,在混凝土碾压完毕后,用钎子和锤人工打设,成孔后在孔中填干燥砂子。在施工中为保证诱导孔与设计位置及间距相符合,采用挂线,并在线上用红漆做上孔的位置,以便使诱导孔在上下层相照,利于混凝土的成缝。

8. 层、缝面处理

为了确保砼层间结合良好,必须控制施工层间间隔时间。层间间隔时间控制标准采用双重标准,即直接铺筑允许时间和加垫层铺筑允许时间。本工程这两个时间分别规定为6h和24h.施工实践表明,只要时间标准选择合适,这种作法完全可以满足层间结合质量和抗剪断要求。由于直接铺筑工序简单,效率高,层间结合质量好,所以在施工安排上应优先采用。

碾压砼筑坝中的施工缝及冷缝是个薄弱环节,往往形成渗漏通道,影响抗滑稳定,必须进行认真处理。施工缝和冷缝,经过毛面处理并冲洗干净后,表面比较粗糙,为了保证垫层能在表面充分填充并有相当的富裕度,应使用1.0cm～1.5cm厚的砂浆,其配合比应比碾压砼高一个等级。砂浆层铺完应紧接着摊铺砼,防止已铺的砂浆失水干燥或初凝。

碾压砼停止铺筑时,停止铺筑处的坡面应不陡于振动碾施工的最陡坡度1:4,并应将斜坡上的砼碾压密实,清除坡脚处厚度小于10cm～15cm的尖角部分。

9. 变态砼浇筑

坝内常态砼宜与主体碾压砼同步进行浇筑,目的在于保证两种砼交界面的结合质量。中孔、底孔、溢流面、闸墩等对表面平整度要求高或者厚度和体积比较大的常态砼,与坝体碾压砼同步浇筑时不易保证外观质量,上升速度会受到较大影响,同步交叉浇筑比较困难,因此宜分二期分别浇筑,但必须确保一、二期砼之间的良好结合。

变态砼是在碾压砼摊铺施工中铺洒灰浆,而形成的富浆碾压砼,可以用振捣的方法捣固密实,应随着碾压砼施工逐层进行。铺洒灰浆的碾压砼的铺层厚度可以与平仓厚度相同,以减少人工作业量,提高施工效率。为了保证质量,应准确标定铺洒灰浆用具的计量和对应的铺洒面积,并精心组织施工。

变态砼施工在碾压前进行,并在碾压时搭接一定宽度才能保证变态区域和碾压区域的良好结合,强力振捣是保证变态砼均匀性、上下层结合以及与碾压区结合质量的必要措施,也可以采用搅拌机拌制的相同配合比的低塌落度干硬性砼,代替变态砼。

10. 养护与防护

碾压砼是干硬性砼,受外界的条件影响很大,因此在仓面上要求对砼保持湿润。碾压砼单位用水量少,早期强度较低,为防止裂缝的发生,养护时间比常态砼长。棱角部位,容易发生裂缝和损坏,须加强养护及保护。

11. 埋设件施工

为了不妨碍碾压施工和不损坏埋件,内部观测仪器和电缆的埋设宜采用后埋法。为了保证仪器的完好率和工作精度,根据不同仪器类型,必须保证上部有足够的回填保护层。在回填保护层时,如果碾压砼已经超过直接铺筑允许时间,接合部位应使用垫层拌和物,保证回填砼与已碾砼结合良好。人工分层回填时,剔除砼中的较大骨料,是保证仪器完好率的重要措施;电缆束容易形成集中渗水通道,所以回填时要保证回填砂浆密实;对于连续铺筑上升的碾压层面,仪埋部位宜以人工摊铺上一层砼再进行正常的铺筑作业;观测电缆在埋设点附近预留一定的富余长度,保证碾压施工时不破坏仪器和电缆的连接。

12. 特殊气象条件下施工

12.1高温条件下的碾压混凝土的施工

高温天气施工,保证施工质量最根本的途径是大幅度削减层间间隔时间,同时应采取控制和补偿表面水分蒸发散失的措施。

(1)掺加缓凝减水剂

加入缓凝减水剂对延长碾压混凝土初凝时间、减少拌和用水量等方面具有显著的效果。缓凝减水剂的掺量,要根据试验数据,严格控制。特别是用粉末状的,在稀释时,控制好用水量,并在使用前1天稀释,使其充分溶解,并在使用时,要定时搅拌,使其密度均匀。

(2)斜层平推铺筑法施工

斜层平推铺筑,人为缩小浇筑仓面,大幅度缩减层间间隔时间,对混凝土的层面结合质量和抗剪能力都有可靠的保证。

(3)改进的台阶浇筑法

在高温环境下,混凝土的初凝时间大幅度缩短,为保证层间结合质量,需要减少一次摊铺碾压的面积,使上层混凝土能在下层混凝土初凝前或更短时间内覆盖碾压密实。采用台阶铺筑法,块与块之间不用模板分隔,而是有混凝土自身形成一定坡度的斜面,在层间间隔时间内,完成一个自下而上的浇筑循环,满足在高温环境条件下碾压混凝土坝连续施工的要求。

(4)碾压混凝土的仓面覆盖

高温条件下,采用聚乙烯气垫薄膜对仓面及时进行覆盖,不仅可以起到保温保湿的作用,还可以延缓碾压混凝土的初凝时间,减小VC值的增加。同时对皮带机、下料溜槽、运输车辆设置遮阳遮雨棚,以降低曝晒或降雨对混凝土拌和物含水量的影响。

(5)施工仓面喷雾

采用喷雾的方法,可以形成适宜的人工小气候,起到降温保湿、减少VC值的增加、降低混凝土的浇筑温度的作用。

碾压混凝土仓面喷雾的主要技术要求是:单位时间雾雨浸润深度H<3mm/h,雾雨最大粒径dmas<0.5mm.

(6)降低浇筑温度

碾压混凝土的浇筑温度一般不应超过25℃,可考虑采用骨料冷却、加冰拌和等常规方法;也可适当增加拌和用水量,降低出机口的VC值,为以后VC值的增加留有余地。

12.2雨天施工

在降雨强度小于3mm/h的条件下,可采取措施继续施工。当降雨强度达到或超过3 mm/h时,应停止拌和,迅速完成尚未进行的卸料、平仓和碾压作业,并采取防雨和排水措施。

小结:

碾压混凝土筑坝,将土石坝大型施工机械用到混凝土坝上,简化了施工工艺,实现了快速、大仓面碾压施工,达到了速度快、造价低、质量易保证、安全可靠,正在被越来越多的水利枢纽工程采用。