胶凝砂砾石层间接缝处理工艺探究

□ 吕 刚 万 虎

胶凝砂砾石是近些年研究出来的一种新坝型材料，是由胶凝材料胶结颗粒料形成的一种材料，多应用于大坝工程建设。由于胶凝砂砾石坝工程数量及规模较大，施工过程中受供料系统、运输系统、碾压设备、天气因素、施工工序间歇等影响，无法连续铺筑碾压施工，出现胶凝砂砾石层间接缝暴露时间超过铺筑允许间隙时间，致使接缝表面胶凝砂砾石凝结硬化，可碾性差，层间连接质量差，因而成为坝体薄弱环节。层间接缝的处理工艺及质量至关重要，如果处理不当，容易造成运行期渗漏，甚至影响结构安全。笔者结合岷江龙溪口航电枢纽工程二期一汛右岸船闸全年围堰工程，对胶凝砂砾石层间接缝处理间隔时间、层间处理方式进行研究，通过比较不同的时间间隔、不同处理方法对层间结合粘结强度、抗剪强度、渗透系数性能的影响。

岷江龙溪口航电枢纽工程二期一汛右岸船闸全年围堰围堰轴线长1 501 米，底部河床高程为290.00 ～300.00 米，最大堰高27 米，采用胶凝砂砾石作为主要防渗体。胶凝砂砾石设置在围堰迎水面，结构水平宽度为4 米，坡比为1 ∶1.75，胶凝砂砾石填筑总量100 536 立方米，主要施工时段为2021 年3—5 月，施工方式主要采用分层铺筑碾压施工，因而层间连接处理方式至关重要。

一、原材料及配合比

1.原材料

（1）骨料。骨料指标最大粒径不宜超过150 毫米，含泥量不宜超过5%。胶凝砂砾石所用砂砾石料采用基坑内开挖料并经筛分后的合格料。砂浆配制所需天然砂采用筛分系统生产，天然砂检测结果见表1 所列。

表1 天然砂检测结果

（2）水泥。水泥采用四川省犍为宝马水泥有限责任公司生产的普通硅酸盐P·O42.5 袋装水泥。水泥检测结果见表2 所列。

表2 水泥检测结果

2.配合比及性能

为保证胶凝砂砾石施工质量，在工程实施前，进行配合比试验，得到施工配合比见表3 所列。

表3 胶凝砂砾石及层间接缝材料配合比

二、工况模型

由于胶凝砂砾石施工工艺与碾压混凝土类似，因此用于层间接缝处理工艺探究试验验证的胶凝砂砾石试件尺寸采用150 毫米立方体构件，分两次成型。对于有层间接缝但不做处理的试件，按配合比要求拌制胶凝砂砾石，装入试模中试件1/2 高度并振动密实，养护至要求的间隔时间后，再成型上半部分试件，同样振动密实，并养护至试验要求龄期。对于有层间接缝且需要做层间处理的试件，同样先制作下半部分胶凝砂砾石装入试模，采用振捣器振实，只是在养护至要求的间隔时间后，在成型上半部分试件之前进行相应的层间接缝处理，其他步骤同上面方法。

为研究不同层间处理方式下的层间接缝的特性，主要选取以下工况模型：①间隔时间小于6小时（取为4 小时），直接铺筑上层胶凝砂砾石；②过6 小时后层间接缝成为施工冷缝（取为8 小时和16 小时），清理层面后，直接铺筑上层胶凝砂砾石；③对施工层间冷缝清理后，铺筑2 厘米水泥净浆，再铺筑上层胶凝砂砾石；④对施工层间冷缝清理，铺设2 厘米水泥砂浆，再铺筑上层胶凝砂砾石。

三、试验结果

1.胶凝砂砾石层间接缝粘结强度

在试件养护28 天后即可作为粘接强度试验试件，进行每种层间处理方式的粘结强度的检测，并对胶凝砂砾石本体粘结强度进行比较。层间接缝不同处理方式下的粘接强度见表4 所列。

表4 层间接缝不同处理方式下的粘结强度

根据以上成果表明，对层间缝不进行处理的试件，层间间隔时间为4 小时的胶凝砂砾石粘结强度值比间隔8 小时和16 小时的粘结强度值大，说明胶凝砂砾石终凝后，必须对层间接缝进行处理，以提高胶凝砂砾石连接整体性。对于层间间隔时间超过终凝时间，对层间接缝进行处理的试件，时间间隔越久，粘结强度越低。同时试验表明水泥净浆的粘结强度大于水泥砂浆的粘结强度，且净浆浓度越大，强度越大。

2.胶凝砂砾石层间接缝抗剪强度

对于胶凝砂砾石层间接缝抗剪强度，在试件养护28 天后进行抗剪强度试验检测。试件分别在4 小时、8 小时和16小时的暴露时间下采用不同方式进行层间接缝处理，层间接缝不同处理方式下的抗剪试验结果见表5 所列。

表5 层间接缝不同处理方式下的抗剪强度

根据以上结果表明，胶凝砂砾石层间接缝形成冷缝后，在相同条件下，采用铺设水泥净浆或水泥砂浆的胶凝砂砾石层间接缝处理方式其抗剪强度均大于不做处理的层间接缝；采用铺设水泥净浆进行处理的方式抗剪强度大于铺设水泥砂浆，且水泥净浆水胶比越小，抗剪强度越大。同时随着间隔时间的增加，每种处理方式的抗剪强度均有较大的下降。因此，铺筑水泥净浆的处理方式优于铺筑砂浆，且层间接缝时间间隔越短，处理效果越好。

3.胶凝砂砾石层间接缝抗渗性能

在试件养护达到28 天后进行层间接缝处理渗透系数检测，试件制作方法同上。由于胶凝砂砾石施工方法与碾压混凝土基本相似，因此胶凝砂砾石层间接缝的渗透系数检测采用碾压混凝土采用的压水试验进行检测。压水试验检测采用从上到下钻孔，孔径75 毫米，孔深超过层间接缝0.2米，然后以0.2兆帕、0.4兆帕、0.8兆帕压力对层间分别测试，每个压力维持时间约为30 分钟。经压水试验发现，未处理的层间缝在超过8 小时间隔后均在0.4兆帕之后出现渗漏；采用砂浆及水泥净浆处理后的层间缝均为未发现明显渗漏。通过渗透系数检测，根据静水压力公式换算采用处理后的层间缝可以承受80 米左右静水压力，可满足围堰防渗要求。

四、结论

根据龙溪口航电枢纽工程二期一汛右岸船闸全年围堰实际情况及胶凝砂砾石层间接缝各种处理方式下的试验结果，得到以下结论。

（1）当层间接缝间隔时间超过终凝时间，采用铺设水泥净浆或水泥砂浆的对层间接缝进行处理可以提高粘结强度，但是随着时间间隔的延长，粘结强度会降低。同时水泥净浆处理的连接效果优于水泥砂浆，且建议采用水胶比为0.5 的水泥净浆处理。

（2）采用水泥净浆处理的方式对抗剪强度提升较明显，但随时间间隔的增加，强度的降低较快。因此在施工过程中，应尽量缩短施工间隔。

（3）采用水泥净浆或砂浆处理后的层间缝均能承受较大静水压力，相比不作任何处理的方式层间渗透性能有较大提高。

（4）采用水泥净浆的处理方式为较佳的处理方式，对粘结强度、抗剪强度、抗渗性能均有较大提升。

（5）在龙溪口航电枢纽工程二期一汛右岸船闸全年围堰实际施工过程中，选择间隔时间大于6 小时，水胶比为0.5 的水泥净浆进行层间连接，经运行期观察，未出现较大层间渗漏，应用效果良好。