觀音巖導流明渠碾壓混凝土工藝試驗策劃與現場組織

王永濤

(中國水電七局觀音巖項目經理部工程技術部，四川攀枝花，617412)

1 碾壓混凝土生產性試驗目的

觀音巖水電站導流明渠碾壓混凝土工藝試驗，為盡可能模擬壩體施工工況，碾壓混凝土由右岸混凝土拌和系統生產?；炷涟韬驮牧喜捎门c壩體混凝土施工相同的材料(人工砂石料、水泥、煤灰和外加劑等)，自卸汽車運輸，倉內施工(攤鋪、噴漿、碾壓、振搗、成縫等)設備與計劃用于壩體碾壓混凝土倉面施工的設備相同。其試驗目的如下:

(1)盡可能模擬大壩碾壓混凝土施工工況，以達到檢驗室內試驗確定的并經監理人批準的碾壓混凝土配合比的合理性，檢驗施工過程中原材料生產系統、混凝土制備系統、自卸汽車運輸系統和平倉、碾壓機具等倉內施工系統的運行可靠性和配套性;

(2)確定碾壓混凝土拌和工藝參數、碾壓施工參數(包括運輸、平倉方式、攤鋪厚度、碾壓遍數和振動行進速度等)、骨料分離控制措施、層面處理技術措施、成縫工藝、變態混凝土施工工藝等;

(3)實測碾壓混凝土各項物理力學指標，評定其強度、抗滲、抗凍、抗剪斷強度等特性，驗證和確定碾壓混凝土質量控制標準和措施。并通過現場試驗，為工程施工提供技術標準和施工工藝參考;

(4)模擬現場施工，磨合碾壓混凝土各施工系統的協調、銜接，并對施工人員進行技術培訓。

2 試驗場地規劃布置

2.1 試驗場地布置

碾壓混凝土現場工藝試驗場地，布置于觀音巖右岸拌和系統1084m高程的平臺，尺寸為20m×50m(寬×長)。為保證試驗效果并充分模擬大壩施工工況，先澆筑22m×52m(寬×長)厚50cm的C15三級配常態混凝土墊層(為防裂，面層鋪設φ14@200×200鋼筋)。本次試驗共鋪筑碾壓混凝土七層，澆筑升程2.1m，澆筑混凝土總量2100m3。

本標段大壩碾壓混凝土共3種混凝土標號，其編號及對應混凝土標號見表1所示。

表1 碾壓混凝土及變態混凝土編號

根據振動碾碾壓工況(徐工XD121振動碾輪寬2.13m、施工條帶之間的搭接0.2m)，并結合碾壓試驗倉結構以及混凝土分區情況，確定碾壓試驗分為三個條帶、三個區。其中，1～5層為連續澆筑(熱升程)，間歇5d后澆筑6～7層，5、6層之間設置施工冷縫，按分區對冷縫采取不同的層間處理工藝，并通過5、6層原位抗剪試驗驗證層間處理工藝。具體條帶及分區規劃見圖1。

圖1 碾壓混凝土試驗條帶及分區規劃

2.2 道路布置

布置5m寬入倉道路，并采用30cm厚級配碎石填筑形成脫水路面(長度不小于30m，道路隨澆筑升程逐漸加高)，采用壓路機壓實后用水沖洗干凈，晾干至碾壓混凝土試驗倉澆筑前。碾壓混凝土采用組合鋼模板。入倉口處(預留入倉口寬度5m)采用150cm×80cm×60cm(長×寬×高)預制混凝土塊封倉，并隨混凝土澆筑逐漸加高。

為保證倉面不受污染，脫水路面端頭設置洗車平臺(5m×12m)，人工高壓水槍輔助沖洗，自卸汽車沖洗后經脫水路面入倉。

2.3 施工供水、供電布置

施工供水主要用于入倉自卸汽車沖洗、制漿等，采用DN108鋼管從拌和系統供水管道接引至工作面。

施工供電主要用于制漿站制漿設備、倉面施工等，采用50mm2銅芯電纜從拌和系統引至工作面配電盤。

2.4 制漿站布置

結合現場條件，在1084m高程平臺距離碾壓塊旁約10m位置，布置一套制漿站，配置高速攪拌機、1.0m3儲漿桶及凈漿泵各一臺。袋裝水泥及粉煤灰儲備在臨時水泥煤灰倉庫，人工倒運至攪拌機攪拌制漿。變態混凝土寬度按1m、加漿量按40L/m3計。

2.5 拌和樓布置

混凝土由右岸混凝土系統2×4.5強制式拌和樓生產，經上壩路運至試驗場地，運距約0.5km。

2.6 試驗人員及資源配置

碾壓混凝土工藝試驗人員、設備配置詳見表2、表3。

表2 碾壓混凝土工藝試驗人員配置

表3 碾壓混凝土工藝試驗設備配置

3 施工工藝流程

碾壓混凝土現場工藝試驗施工工藝流程見圖2。

圖2 碾壓混凝土工藝試驗施工流程

4 碾壓混凝土配合比驗證試驗

4.1 原材料檢測

4.1.1 水泥。主要測定出廠水泥質量，檢測項目主要有細度、安定性、標準稠度需水量、凝結時間及強度，每400t檢測一次，不足400t時檢測一次。

4.1.2 粉煤灰。主要是粉煤灰質量穩定性和活性檢測，檢測項目主要有細度、需水量比、含水率及燒失量，每200t檢測一次，不足200t時檢測一次。對于表觀密度、強度比各檢測一次。

4.1.3 外加劑。外加劑主要包括減水劑和引氣劑，檢測項目主要為勻質性指標檢驗和混凝土性能試驗指標檢驗，且每批一次。勻質性指標檢驗包括含固量、密度、PH值、細度、凈漿流動度、表面張力、泡沫度，其中液體濃度一班一次;混凝土性能試驗包括減水率、坍落度損失、含氣量、泌水率比、凝結時間、抗壓強度比。

4.1.4 人工骨料。碾壓混凝土工藝試驗拌和骨料采用人工骨料，由于經長距離運輸、沖洗和篩分，必須嚴格控制質量，要求砂子細度模數控制在2.2～2.9，砂中石粉含量應控制在15%～22%;粗骨料含水率(大石小于0.5%，小石小于0.2%)允許偏差為0.2%，超過時應調整碾壓混凝土拌和單位用水量。

其中，①細骨料檢測為:細度模數、石粉含量每班一次;含水率每2h一次，視比重、吸水率、堆積密度、空隙率、云母含量及石粉含量共一次。②粗骨料檢測為，超遜徑、針片狀和表面含水率每班一次;視比重、堆積密度、緊密密度、空隙率、超遜徑含量、針片狀含量、壓碎值指標、堅固性、軟弱顆粒含量共一次。

4.2 現場碾壓混凝土可碾性綜合評價

4.2.1 親和性。主要通過機口混凝土拌和物外觀評價，要求機口拌和物顏色均勻，砂石表面附漿均勻，無水泥粉煤灰結塊，剛出機的拌和物用手輕握時能成團塊，松開后手心無過多灰漿黏附，石子表面有灰漿光亮感。

4.2.2 工作性。主要通過混凝土可碾性反應，混凝土攤鋪平倉后，在有振碾壓4～6遍后，碾輪過后混凝土有彈性(塑性回彈)，80%以上表面有明顯灰漿泛出，混凝土表面濕潤，有亮感。

4.3 碾壓混凝土VC值

4.3.1 碾壓混凝土VC值測試。在試驗過程中，碾壓混凝土倉面VC值控制在3s～12s，波動控制在±3s范圍以內，且每兩小時一次，在氣候變化較大(大風、雨天、高溫)時適當增加檢測次數。若機口VC值偏差超出允許偏差3s控制界限時，應查找原因，在保持水膠比不變的情況下修正拌和碾壓混凝土的單位用水量。

4.3.2 碾壓混凝土VC值損失測定。混凝土運輸到達試驗場地后進行VC值測試，測試波動控制在±3s范圍以內，要求每兩小時一次，在氣候變化較大(大風、雨天、高溫)時適當增加檢測次數。若測試結果超出允許偏差±3s控制界限時，應查找原因，提出應對措施。

4.3.3 入倉碾壓混凝土VC值間歇損失試驗。碾壓混凝土VC值間歇損失，主要是指混凝土拌和物入倉卸料后在攤鋪、平倉過程中VC值的損失。在試驗過程中，針對每層各種強度等級的碾壓混凝土均要求每兩小時測一次，在氣候變化較大(大風、雨天、高溫)時適當增加檢測次數。

4.4 碾壓混凝土凝結時間

在試驗過程中，每種配合比的碾壓混凝土均在機口或倉面取樣做凝結時間的檢測。其檢測項目和標準分別見表4、表5。

表4 碾壓混凝土機口檢測項目和標準

表5 碾壓混凝土倉面檢測項目和標準

4.5 碾壓混凝土力學性能

混凝土力學性能指標現場取樣檢測項目見表6。

表6 碾壓混凝土力學性能及耐久性能取樣檢測項目和頻率

5 碾壓混凝土施工工藝、工法試驗

5.1 拌和均勻性工藝參數試驗

現場試驗前7天，在右岸混凝土拌和系統(2×4.5m3)進行碾壓混凝土投料順序和拌和時間及均勻性試驗。

5.1.1 投料。C9020W6F100三級配碾壓混凝土選擇三種投料順序，C9020W8F100二級配碾壓混凝土選擇二種投料順序(表7)。

表7 擬定的投料順序

5.1.2 拌和時間。選擇70s、90s和120s進行試驗。

5.1.3 均勻性。主要通過骨料含量和砂漿密度指標衡量，骨料含量采用洗分析法測定，要求兩樣品差值小于10%;采用砂漿密度分析法測定砂漿密度時，要求兩樣品差值不大于30kg/m3。碾壓混凝土均勻性試驗在配合比或拌和工藝改變、拌和樓投產或檢修后等情況下分別檢測一次。

5.1.4 檢測。各強度等級碾壓混凝土投料順序和拌和時間，均需進行罐頭和罐尾的VC值、含氣量、7d、28d抗壓強度以及砂漿密度試驗，最后根據試驗結果確定碾壓混凝土拌和投料順序和拌和時間。

5.2 碾壓混凝土運輸試驗

5.2.1 混凝土運輸入倉。采用15t自卸汽車運輸，要求駕駛室內掛牌標明混凝土的級配、標號。為防止混凝土拌和物在接料過程中骨料過于集中，要求汽車在拌和樓接料時，必須堅持多點下料?；炷吝\輸汽車入倉之前，必須沖洗輪胎和汽車底部粘著的泥土、污物，沖洗時汽車需在沖洗點走動1～2次，同時要求脫水道路(碎石填鋪道路)長度不得小于30m。試驗塊入倉道路寬5m，采用150cm×80cm×60cm(長×寬×高)C15混凝土預制塊沿模板線干砌，自穩固定。汽車駛入碾壓混凝土倉面后，應平穩慢行，避免在倉內急剎車，急轉彎等有損已施工混凝土質量的操作。

5.2.2 混凝土卸料。采用兩點卸料法，即汽車駛上條帶后開始卸料，卸過一半后在車斗門不關的情況下前行2m～4m左右繼續卸料。同時要求每層起始條帶料堆位置距端模板5m～6m，距側模板1.5m。

在試驗過程中，自卸汽車對每種級配混凝土的負荷程度、行駛速度詳細記錄，保證骨料在運輸過程不出現分離現象的情況下，選擇出最優參數。

5.3 鋪料與平倉試驗

5.3.1 輔料。首先采用沖毛等方法清除墊層混凝土表面的浮漿及松動骨料，經驗收合格后，均勻鋪2cm～3cm厚的砂漿，然后攤鋪碾壓混凝土進行一層碾壓。

第一層碾壓層厚為30cm，攤鋪平倉厚度為35cm，一次鋪筑到位;第二層碾壓層厚為40cm，攤鋪平倉厚度為45cm，分兩次鋪筑到位;第三層碾壓層厚為20cm，攤鋪平倉厚度為25cm，一次鋪筑到位;第四層至第七層碾壓層厚30cm，攤鋪平倉厚度35cm，一次鋪筑到位;原位抗剪試驗在第五碾壓層和第六碾壓層進行(第五、六層為冷升層)。

5.3.2 平倉。每層第一條帶卸料完后，人工將料堆周邊集中的骨料分散到料堆頂部，平倉機再將混凝土拌合物向端頭模板側推平達到平倉厚度，最后調頭開始平倉，并保持條帶前部略低，以降低汽車卸料落差，達到減少骨料分離的目的。倉面平倉后要求做到基本平整，無顯著坑洼。

5.4 碾壓試驗

5.4.1 碾壓遍數試驗?？刂颇雺夯炷翙C口VC值為3s～8s，每個條帶分為三個區。其中，1區按無振2遍+有振6遍+無振2遍，2區按無振2遍+有振8遍+無振2遍，3區無振2遍+有振10遍+無振2遍進行碾壓，碾壓完后測試其密度。

模板周邊變態混凝土與碾壓混凝土結合帶采取小型振動碾碾壓，1區無振2遍+有振20+無振2遍，2區無振2遍+有振24遍+無振2遍，3區無振2遍+有振28+無振2遍進行碾壓。

5.4.2 碾壓工藝試驗。振動碾碾壓方向平行于鋪填條帶，要求行走速度為(1～1.5)km/h，碾壓條帶清楚，走偏誤差控制在10cm范圍內，相鄰碾壓條帶必須重迭15cm～20cm，同一條帶分段碾壓時，其接頭部位應重迭碾壓2.4m～3m。兩條碾壓帶間因碾壓作業形成的高差，采取無振慢速碾壓1～3遍作壓平處理。小型碾靠近模板作業時，應及時清理靠模板一線凸出的砂漿或殘余混凝土，使混凝土水平面與模板接觸密實，小型碾距模板的距離控制在1.5cm～3cm范圍。

在試驗過程中，每層的每種強度等級的碾壓混凝土均需在機口取樣做VC值、含氣量、凝結時間、7d、28d和90d抗壓強度檢則;倉面需進行碾壓混凝土VC值及凝結時間的檢測。待澆筑后的混凝土齡期達90d后，在每個條帶的每個區分別取孔徑150mm的混凝土芯樣12個，測試28d、90d、180d抗壓強度、劈拉強度，90d、180d抗凍和抗滲，最終獲得不同VC值、不同碾壓遍數、不同層厚與碾壓混凝土強度和密度的關系曲線。

5.5 碾壓混凝土連續升層允許間歇時間試驗

為了解碾壓混凝土連續上升層的允許間歇時間，在第一到第四澆筑層的層面上設置成不同的間歇時間。其中，第一到第二層間歇時間為4h，第二到第三層間歇時間為6h，第三到第四層間歇時間為8h，其他各層(除第五到第六層為冷升層)層間間歇時間為4h。層間間歇時間可以根據倉面測試的混凝土凝結時間適當調整，但要控制在混凝土初凝時間以內。在混凝土到達90d齡期后，進行混凝土取芯，測試混凝土90d、180d層間接觸面抗剪斷強度和抗拉強度，并對層面部位進行分段壓水試驗，最后根據層面混凝土力學性能指標和壓水試驗結果，確定碾壓混凝土連續上升層的允許間歇時間。

5.6 層面處理試驗

5.6.1 對連續升層的部位，當層面超過層間允許間隔時間時，采取層面上鋪砂漿、水泥摻和料漿，再鋪筑上一層碾壓混凝土進行對比試驗，確定不同施工季節的層間允許間隔時間、適宜的層面處理方式和層面處理材料配合比。

5.6.2 對施工縫及冷縫(當層面間歇時間超過加鋪墊層的時間)，層面采用高壓水沖毛的方法清除混凝土表面的浮漿及松動骨料，處理合格后，均勻鋪1.5cm～2.0cm厚的水泥砂漿、2cm～3cm厚砂漿或3cm～5cm厚一級配常態混凝土，其強度應比碾壓混凝土強度等級高一級。在其上攤鋪碾壓混凝土后，須在水泥砂漿或一級配常態混凝土初凝前碾壓完畢，通過對比試驗，選擇施工縫和冷縫的處理方式(含高壓水沖毛時間和壓力)和層面處理材料配合比。

5.6.3 對上游防滲區內每個碾壓層面，通過鋪砂漿或水泥摻和料漿的對比試驗，選擇層面處理材料及配合比。

5.7 變態混凝土施工工藝試驗

在A、C條帶靠模板側1.0m進行變態混凝土工藝試驗。每一層分為三區，試驗采用第一區挖槽加漿，第二區底層加漿，第三區插孔加漿。條帶的兩端頭1.0m寬作為仿上(下)游及岸坡工作區，試驗時采用底層加漿。在試驗過程中，在倉面取樣測試變態混凝土的7d、28d、90d、180d的抗壓強度。在每一段布置3個直徑150mm的取芯孔，一直從第七層打到第一層，對芯樣進行描述和測試其28d、90d抗壓強度，并進行壓水試驗，最后根據芯樣成果和拆模后外觀情況確定變態混凝土施工工藝。

5.8 成縫試驗

試驗塊設置兩條橫縫，主要采用“先碾后切”的方式成縫，層面碾壓遍數滿足設計要求后，采用切縫機在設計位置(設2道縫，縫中間距16m)進行切縫試驗。填塞材料分別選用2層、4層彩條布做對比試驗，切縫面積不小于60%。

5.9 原位抗剪試驗

在第五碾壓層和第六碾壓層的層面(冷升層)上，布置不同層間結合措施的原位抗剪試驗。將倉面沿垂直于條帶方向劃分為三個區，區長分別為17m、16m、17m。沖毛處理后，第一區鋪2mm厚水泥煤灰凈漿，第二區鋪3cm厚砂漿，第三區鋪3cm厚小級配混凝土。在每個條帶每個區各制作18組試件(每組5個試件)，在混凝土齡期到達90d和180d后，分別進行原位抗剪斷試驗。

在試驗前一個月使用鋸縫機、風鎬配合人工，在第五層層面上刻鑿試坑并制作試件，成型試件尺寸為長×寬=50cm×50cm，施加水平荷載方向處深度達到層面以下30cm。在試件每側(間距1.0m)鉆兩個孔預埋φ36mm錨桿，錨桿錨固深度2.0m。錨桿應豎直，相鄰兩錨桿間距為50cm，每組試件的錨桿應控制在同一直線上。施加水平荷載部位應修整平整，如不能修整平整，可采用砂漿將施力處抹平。然后在試坑內充水養護直到試驗時，以便在90d和180d進行原位層間接觸面抗剪斷強度試驗。試坑布置見圖5～8。

5.10 超聲波探測和回彈試驗

聲速及回彈測試主要在C9020W8F100、C9015W6F100、C9020W6F100試驗段碾壓混凝土區及C9020W8F100變態混凝土區進行，測試28d、90d和180d的聲速值及回彈值。超聲波探測檢查點布置在壓水檢查孔內，回彈測試點具體位置由監理工程師現場指定，并做好詳細記錄。

6 現場碾壓混凝土性能參數試驗

6.1 鉆孔試驗

鉆孔取芯是評定碾壓混凝土質量的綜合方法，鉆孔取芯主要對C9020W8F100、C9015W6F100、C9020W6F100試驗段碾壓混凝土及C9020W8F100變態混凝土進行，其評定內容見表8。

表8 混凝土芯樣各齡期試件取樣

芯樣外觀描述，評定碾壓混凝土的均質性和密實性，評定標準見表9。

表9 碾壓混凝土芯樣外觀評定標準

6.2 壓水試驗

壓水試驗主要對C9020W8F100二級配、C9015W6F100三級配、C9020W6F100三級配碾壓混凝土及C9020W8F100二級配區現場變態混凝土取芯，測試90d和180d齡期的本體和層面的滲透特性，并做好詳細記錄。

6.3 膨脹爆破試驗

驗塊所有的試驗完成后，對碾壓混凝土試驗塊進行膨脹爆破，以直觀了解混凝土層間、層面的結合情況?；炷僚蛎洷频你@孔示意見圖9。其中，鉆孔從第七層打到第一層，采用風鉆打孔，孔打好后填入膨脹劑進行膨脹爆破。

圖9 碾壓混凝土膨脹爆破試驗鉆孔

6.4 原位抗剪試驗

主要進行原位抗剪試驗綜合分析，揭示熱升層與冷升層對抗剪指標的影響，不同層間處理方式對抗剪指標的影響，層間抗剪指標的影響;最后進行原位抗剪試驗綜合評定。

7 試驗成果及資料整理

混凝土各項物理力學性能試驗遵照有關現行規程、規范的要求進行，試驗期間，必須認真細致觀察、量測，并作好詳盡的施工記錄，各項試驗成果應及時整理分析，找出施工最優參數。

碾壓混凝土試驗在90d齡期到達后，根據試驗測試數據和成果編寫階段性試驗報告，180d后編寫最終試驗報告。主要包括以下內容:現場試驗施工技術說明，原材料及物理試驗測試成果，現場碾壓過程測試說明，機口樣品指標試驗測試成果，現場聲測及回彈測試成果，鉆孔芯樣指標測試成果，鉆孔壓水試驗成果，層面原位抗剪測試成果，碾壓混凝土膨脹爆破試驗對施工質量和層間及層面結合情況的分析成果。

8 結語

本次工藝試驗從準備到完成歷時20余天(2009年10月25日至2009年11月15日)，動員各級人員150余名，機械設備30余臺套，由于策劃與現場組織有力，現場工藝施工階段試驗進行十分順利。通過本次充分模擬現場施工工況的試驗，磨合了碾壓混凝土各施工系統的協調、銜接，并對施工人員進行技術培訓，形成了一套完善的現場施工組織方法，對本標段碾壓混凝土澆筑施工具有很強的指導意義。