碾压混凝土坝插入式振捣干硬性混凝土施工技术

2017-11-15

四川水利 2017年5期

(广东水电二局股份有限公司，广东增城，511340)

谢小辉

(广东水电二局股份有限公司，广东增城，511340)

碾压混凝土坝迎水面防渗层一般采用变态混凝土，贵州省水城县观音岩水库碾压混凝土大坝迎水面防渗层采用插入式振捣干硬性混凝土代替。本文阐述了干硬性混凝土配合比设计、VC值控制、混凝土碾压与振捣工艺，成功实现了坝体与防渗层两种混凝土合并一起施工，简化了施工程序，提高了坝体的均一性和防渗性能，取得了良好的应用效果。

碾压混凝土配合比设计 VC值插入式振捣施工应用

碾压混凝土坝一般采用薄层碾压的施工方法，坝体不可避免地存在层间结合面，对于整个坝体，这些层间结合面就是薄弱环节。因此，大坝迎水面变态混凝土的防渗性能至关重要。变态混凝土由碾压混凝土拌合物和灰浆组成，是在碾压混凝土拌合物铺料过程中造孔洒铺水泥浆，使之改变和易性成为可以采用插入振捣器振捣密实的混凝土。目前，变态混凝土基本的施工方法就是人工造孔或切槽加浆，而人工加浆工艺比较粗糙，掺水泥浆液用量不规范，在混凝土不同孔隙结构中明显有掺量不均现象，且施工进度慢，不利于混凝土层间结合。同时，不同种类混凝土建造的碾压混凝土坝，非均质区会出现应力差，从而产生裂缝和渗漏。优化碾压混凝土配合比，生产出既可以采用机械设备碾压密实，又可以采用插入式振捣器振捣密实的碾压混凝土拌合料，提高碾压混凝土坝体的均一性，从而能够改善碾压混凝土大坝的抗裂性和抗渗性能，并加快施工进度，具有重要的现实意义。

1 工程概况及工程区气候条件

贵州省水城县观音岩水库坝址位于阿戛乡仲河村，水库所在河流为月亮河干流上游巴都河河段，属珠江流域西江水系北盘江一级支流。观音岩水库工程以工业供水、灌溉及人畜饮水为主，兼顾发电，总库容2167万m3。工程规模为Ⅲ等中型，由大坝枢纽、发电厂房及供水工程三大部分组成，大坝设计为碾压混凝土双曲拱坝，设计最大坝高109m，坝顶高程1434m，坝顶宽6m，坝体混凝土总量为24.27万m3，其中变态混凝土4.39万m3。坝体混凝土分区：从上游往下游依次为50cmC9020W8二级配变态混凝土、200cmC9020W8二级配碾压混凝土、C9020三级配碾压混凝土和C9020三级配变态混凝土。

珠江流域西江水系北盘江一级支流属亚热带湿润季风气候，气候温和，全年降雨量为1200mm，多年平均降水量为1227.1mm，陆面蒸发量在600mm左右。年平均温度为10℃～14℃左右，1月均温3℃～6.3℃，6月月平均气温18.3℃，最热的7月月平均气温19.8℃，8月月平均气温19.2℃，历史上的极端最高气温仅有31.2℃，年平均相对湿度在83%左右。这样的气候条件下，非常适合碾压混凝土施工。

2 混凝土配合比设计

在室内进行混凝土配合比试验研究，获取VC值、密实度、凝结时间、物理性能、耐久性能等参数，是碾压混凝土坝迎水面防渗层采用插入式振捣干硬性混凝土代替变态混凝土所需的关键环节。

观音岩水库工程混凝土配合比试验研究表明，人工细骨料d≤0.16mm的颗粒含量对混凝土的和易性起到显著作用。观音岩水库工程碾压混凝土使用人工砂细度模数在2.6～2.9之间，d≤0.16mm的颗粒含量控制在15%～18%，其中d≤0.08mm微粒含量在4%～6%，其中浆体(含d≤0.08mm微粒5%)体积达到23.4%。可使混凝土中的浆体液化快，浆体渗透力强，拌合物外观表现得更有粘聚性，适合ZDNφ100插入振捣式高频振捣器振捣快速液化固结。单位用水量基于坝体碾压混凝土设计配合比进行控制，按《水工碾压混凝土试验规程》(DL/T5433-2009)稠度试验，配重法码17.75kg，VC值试验均在0.5s～3s之间。由于干硬性混凝土VC值小，不容易控制，故采用国外成功经验，混凝土维勃稠度荷载改为12.5kg，测得VC值在3s～7s之间。同时检测坍落度，坍落度为0。凝结时间比坝体碾压混凝土初凝时间延长2h，终凝时间延长约90min。碾压混凝土大坝施工工序多，施工所需时间较长，初凝时间的延长更有利于混凝土的层间结合，可在充足的初凝时间内完成混凝土振捣及碾压。通过配合比试验，最终选定观音岩水库大坝工程干硬性混凝土施工配合比见表1。

表1 观音岩水库大坝工程干硬性混凝土施工配合比

3 现场工艺试验

现场试验是实现干硬性混凝土施工应用前的一个重要环节，通过现场试验取得碾压、振捣工艺、物理性能、耐久性能及钻孔取芯试验等关键数据。试验流程为：混凝土搅拌→汽车运输→卸料及平仓→振捣及碾压→压实检测。

试验成果表明，拌制出VC值(稠度试验荷载：12.5kg，下同)3s～7s的干硬性混凝土，粘聚性好，砂浆体包裹粗骨料严实，降低骨料分离显著。采用ZDNφ100高频插入式振捣器振捣混凝土，间距不超过振捣器有效半径的1.5倍，试验作用半径范围300mm。按“四边排列式”或“三角排列式”顺序依次振捣，振捣时间10s混凝土表面液化泛浆均可达到95%，振捣时间20s混凝土可振捣密实。

混凝土碾压用振动碾试验。试验表明，混凝土拌合物机口出料至摊铺后振捣完成，VC值损失2s。碾压遍数为12遍，无振碾压2遍，有振碾压8遍，之后无振慢速找平因碾压作业形成的高差。经核子密度仪检测压实度均达98%以上，满足水工碾压混凝土施工规范要求。90d龄期取芯抗压强度平均达到25.5MPa，劈裂抗拉强度平均达到1.76MPa，抗渗等级均>W8。试验段混凝土取芯检测结果见表2。

试验表明，VC值为3s～7s的干硬性混凝土，既可以采用插入式振捣器振捣密实，又可以采用振动碾碾压密实。当VC值大于7s时，采用振动器振捣，混凝土表面容易留下振捣器孔洞，表面处理存在困难，不适合插入式振捣。当VC值小于3s时，采用振动碾碾压，容易使振动机械陷碾，不适合机械碾压。

表2 试验段90d龄期混凝土取芯检测统计

4 干硬性混凝土施工应用

大坝插入式振捣干硬性混凝土适合应用于大坝迎水面变态混凝土区、诱导缝铜止水、两坝肩及正倒垂管周边混凝土。使用ZDNφ100插入振捣式高频振捣器，振动频率8500r/min，可以满足干硬性混凝土内部振捣。

大坝迎水面防渗层位于模板边缘，由于双曲拱坝是对数螺旋线型拱，坝体扁平，采用3m×3m大块钢模板施工，内置了拉筋，宽度达120cm，振动碾无法进入拉筋范围内进行碾压，因此，必须采用插入式振捣器振捣密实。在观音岩水库大坝混凝土施工中，防渗层变态混凝土采用既可振捣又可碾压的干硬性混凝土代替，碾压设备无法进入的部位直接采用插入式振捣器振捣密实，无模板拉筋影响的部位采用振动碾碾压密实，省去了人工造孔或切槽加浆的工序，简化了施工程序，加快了施工进度。同时，避免了传统加浆工艺所带来的坝体混凝土不均匀性，提高了坝体均一性和防渗性能。

图1 取芯点位图2 芯样照片

表3 施工现场取样强度检测与钻孔取芯检测统计

观音岩水库工程碾压混凝土大坝防渗层应用插入式振捣干硬性混凝土施工。现场抗压强度检测时，用人工深挖约70cm混凝土，对30cm厚的碾压混凝土层间结合观察，上层与下层中的粗骨料分布均匀，浆液体穿透在骨料缝隙中饱满，层间结合整体性密实。经现场抗压强度取样30组检测成果统计表明：混凝土抗压强度平均值25MPa，标准差σ为1.61，现场混凝土生产质量水平优良。大坝迎水面防渗层取芯点位于左坝段，孔径为φ200。取芯点位X坐标2929896.053、Y坐标496948.185，取芯高程段为1415.50m～1388.00m，共27.50m。钻孔取芯质量检测，取出来的芯样外表光滑密实，芯样获得率达99%，芯样强度均与现场抽取强度基本相等。劈裂抗拉强度平均达2.0MPa，抗渗满足设计要求W8。施工现场取样强度检测与钻孔取芯检测结果见表3。