大古水電站碾壓混凝土試驗研究

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550081)

1 概 述

大古水電站是中央支持西藏經濟社會發展的重大項目，位于西藏自治區山南地區桑日縣境內，為II等大(2)型工程，以發電為主，水庫正常蓄水位3447.00m，相應庫容0.5528億m3，電站壩址控制流域面積15.74萬km2，多年平均流量1010m3/s，電站裝機容量為660MW。

大古水電站大壩是目前海拔最高的碾壓混凝土壩，西藏最高大壩，大壩壩頂高程3451m，最大壩高117m，壩頂長385m，大壩碾壓混凝土93.7萬m3，常態混凝土50.5萬m3。大壩地處高海拔、低氣壓、太陽輻射強、晝夜溫差大、氣候干燥、風大的特殊氣候區，通過現場工藝試驗，實測碾壓混凝土各項物理性能，驗證和確定碾壓混凝土質量控制措施。

2018年8月3—13日在臨砂系統加工廠進行了大壩碾壓混凝土工藝性試驗。碾壓混凝土試驗場尺寸為37m×27m(長×寬)，混凝土塊高1.5m(不含墊層30cm)，分C9015W6F100三級配、C9020W8F200二級配，共兩個試驗區6個條帶。混凝土總工程量1498.5m3，其中碾壓混凝土1224m3，變態混凝土168.6m3。

2 碾壓混凝土配合比設計

根據《西藏DG水電站碾壓混凝土施工技術要求(A版)》(H118J-5Z5-02)，碾壓混凝土設計性能指標詳見表1。

表1 碾壓混凝土設計指標

大壩上游面采用C9020二級配碾壓混凝土，壩體內部采用C9015三級配碾壓混凝土，碾壓混凝土試驗配合比見表2。

表2 碾壓混凝土試驗配合比

注VC值為1～3s。

3 主要碾壓混凝土工藝及質量控制措施

3.1 成縫方式及工藝

試驗塊設置有誘導縫，主要采用“先碾后切”的方式成縫，切縫設備采用小挖機改裝，層面碾壓遍數滿足設計要求后，在各分區線處進行切縫工藝試驗，縫深20cm，縫寬10～12mm，長度35cm，縫內填塞雙層彩條布，彩條布填充后距壓實面1～2cm。完畢后用振動碾碾壓切縫部位1～2遍。

3.2 層面處理

熱升層：層面不作處理，但當試驗過程中若遇高溫、降雨影響到層面結合質量時，視情況決定在層面鋪水泥砂漿。

暖升層：在層面鋪1.5～2cm厚水泥砂漿。

冷升層：必須按施工縫的要求對混凝土面進行沖毛或鑿毛，清除混凝土表面的浮漿及松動骨料，達到微露粗砂，處理合格后，均勻鋪1.5～2cm厚水泥砂漿，其強度均應比碾壓混凝土等級高一級，在其上攤鋪碾壓混凝土后，須在墊層拌和物初凝前碾壓完畢。

3.3 冷卻水管布置

碾壓試驗塊內埋設兩層冷卻水管，布置在第3層底部和第7層底部。冷卻水管采用高強度導熱聚乙烯塑料管，按1m水平間距“S”形布置，埋設時水管距誘導縫0.5m、距模板邊至少1m，鋪設時需將冷卻水管用“U”形卡(φ8鋼筋)固定在倉面上。

3.4 溫度計埋設及智能通水

共埋設12支LCT01溫度計和1支溫度梯度儀，待澆筑到預定高程平倉壓實后，挖深約20cm的凹槽將儀器放入，用混凝土覆蓋碾壓。同時采用倉面小氣候監測儀監測碾壓試驗塊試驗期間的溫度、濕度及太陽輻射強度，通過智能通水設備控制倉面通水流量和溫度。

3.5 倉面霧化及倉面保溫

為了避免未經碾壓的混凝土在高溫天氣施工時VC值損失過快，以及已碾壓完畢的混凝土出現失水泛白等現象，采用移動式噴霧機或高壓沖毛槍噴霧，保持倉面濕潤，控制并降低整個倉面的環境溫度，同時對已碾壓完成的混凝土及時覆蓋養護。混凝土澆筑完成后，采用5cm厚的聚苯乙烯板保溫。

3.6 混凝土生產質量控制檢測

在進行工藝性試驗前對擬采用的水泥、粉煤灰、外加劑、砂石骨料等進行試驗檢測，并將減水劑配制成濃度為20%的溶液，將引氣劑配制成10%濃度的溶液。嚴格按照混凝土施工配料單進行生產，試驗室在拌和站進行碾壓混凝土質量控制。拌和站稱量系統應在碾壓試驗作業開始之前進行精度校驗。

3.7 VC值檢測

3.7.1 拌和站VC值檢測

VC值是施工質量控制的關鍵環節，拌和站按VC值1～3s進行生產拌制。根據砂石含水、減水劑濃度變化及現場混凝土可碾性等狀況，通過檢測后及時作出調整，確保拌和物VC值穩定。其拌和站出機口VC值檢測結果見圖1。

圖1 拌和站出機口混凝土VC值檢測結果統計

3.7.2 VC值檢測變化情況

混凝土從拌和站拌制后，由25t自卸汽車運輸至碾壓混凝土試驗現場，運輸過程中采取橡塑海綿覆蓋的保溫保濕措施，以減小VC值損失，使混凝土保持最佳的工作性能及物理性能。通過對同車、同時段到場的混凝土進行跟蹤檢測及現場檢測凝結時間，可根據其變化狀況進行有效調整，然后獲得可操作的檢測數據。從而為大壩碾壓混凝土施工制定有效的質量控制和預防措施。

拌和站VC值至試驗現場的變化狀況及現場VC值的損失情況，詳見圖2～圖4。

圖3 碾壓混凝土出機口VC值與現場VC值比對

圖4 現場VC值變化曲線

說明：測點1、7為不覆蓋檢測結果，測點12為模擬澆筑倉面覆蓋的檢測結果。

3.8 凝結時間檢測

現場混凝土凝結時間分為現場覆蓋及現場不覆蓋兩種工況，各工況檢測結果見圖5～圖6。

圖5 現場凝結時間檢測(現場不覆蓋)

說明：模擬現場不覆蓋的情況下混凝土的初凝時間為3h，終凝時間為22h。

圖6 現場凝結時間檢測(模擬現場覆蓋)

說明：模擬現場覆蓋的情況下混凝土的初凝時間為8h，終凝時間為23h28min。

現場凝結時間檢測使用C9015W6F100混凝土，碾壓混凝土在現場不覆蓋的情況下初凝時間遠小于混凝土在覆蓋下的初凝時間，約有5h左右時差，主要原因是混凝土在現場不覆蓋的情況下由于受陽光和風等影響使得表層混凝土失水較快，表層混凝土形成一層硬殼。這一現象對混凝土層間結合質量影響較大。在過程中發現現場局部碾壓混凝土在1h后表面開始失水泛白，須進行噴霧保濕以保證混凝土施工質量。

4 碾壓混凝土工藝試驗過程檢測

碾壓混凝土試驗由25t自卸汽車運輸至試驗現場，卸料采用兩點卸料法。卸料后由平倉機攤鋪，碾壓混凝土攤鋪層厚為34cm，壓實采用三一重工STR130C-8振動碾。

4.1 碾壓混凝土壓實度檢測成果

根據《水工碾壓混凝土施工規范》(DL/T 5112—2009)的要求，用核子密度儀在碾壓混凝土澆筑倉面進行了碾壓混凝土的壓實度試驗。碾壓試驗壓實度檢測結果見表3。

表3 碾壓試驗壓實度檢測結果統計

碾壓混凝土表觀密度與振動碾壓遍數關系見圖7。

圖7 碾壓混凝土表觀密度與碾壓遍數關系

由振動碾壓遍數與表觀密度關系可知，有振碾壓6遍后壓實度滿足要求。因此可以選擇無振2遍+有振6遍+無振2遍為最佳碾壓遍數。

4.2 混凝土拌和物外觀評價

進行碾壓混凝土工藝性試驗時，在倉面進行混凝土拌和物的外觀評價，碾壓混凝土拌和物的外觀均勻，包裹性較好，有一定的塑性回彈，說明混凝土拌和物的外觀較好。

4.3 現場碾壓混凝土可碾性評價

碾壓混凝土的親和性主要通過出機口混凝土拌和物外觀進行評價。機口混凝土拌和物的顏色均勻，砂石骨料表面附漿均勻，沒有水泥或粉煤灰結塊，出機口拌和物用手輕握時能形成團，松開后手心無過多灰漿黏附，粗骨料表面有灰漿光亮感。

碾壓混凝土的工作性主要通過混凝土可碾性進行評價。混凝土攤鋪平倉后，在有振壓4遍后，碾輪碾壓過后混凝土富有彈性(塑性回彈)，3～4遍后80%以上表面有明顯灰漿泛出，混凝土表面濕潤，有亮感，無明顯骨料集中。在本次碾壓混凝土工藝性試驗中，碾壓混凝土彈性較好。

4.4 混凝土保溫措施

根據設計技術要求，拆模后在混凝土外表面采用5cm聚苯乙烯板進行保溫，由于受西藏地區大風天氣影響，保溫材料多處脫落，粘貼效果不佳。鑒于以上情況，建議采用噴涂聚氨酯硬泡或者粘貼橡塑海綿的方式進行壩體保溫(見圖8)。

圖8 現場粘貼的苯板保溫材料

5 混凝土試塊設計齡期力學性能及耐久性能檢測結果

混凝土抗壓強度統計見表4。

混凝土軸心抗拉強度、軸心抗壓強度、靜力抗壓彈性模量、劈裂抗拉強度、抗凍試驗、抗滲試驗結果見表5～表9。

表4 混凝土90天抗壓強度統計

表5 混凝土軸心抗壓強度和靜力抗壓彈性模量試驗結果統計

表6 混凝土軸心抗拉試驗結果統計

表7 混凝土劈裂抗拉強度試驗結果統計

表8 混凝土抗滲試驗結果統計

表9 混凝土抗凍試驗結果統計

6 鉆芯取樣檢測結果

6.1 取芯情況

在此次碾壓試驗中，共鉆芯取樣24孔，共鉆深39.08m，取出芯樣共38.42m，芯樣獲得率98.31%；混凝土芯樣共31段，最長芯樣達到1.82m(含墊層混凝土)。芯樣描述詳見表10，芯樣圖片見圖9～圖10。

表10 混凝土芯樣外觀描述統計

圖9 C9020W8F200二級配碾壓混凝土芯樣

圖10 C9015W6F100三級配碾壓混凝土芯樣

6.2 芯樣試驗成果

芯樣經打磨后進行各項物理力學性能試驗，混凝土芯樣表觀密度、軸心抗拉強度、軸心抗壓強度、靜力抗壓彈性模量、劈裂抗拉強度見表11，抗凍、抗滲試驗結果見表12。

表11 混凝土芯樣各項物理力學性能試驗結果統計

表12 混凝土90天芯樣抗凍、抗滲性能試驗結果統計

從碾壓混凝土試驗檢測結果來看，各項物理力學性能試驗均滿足設計要求。

7 碾壓混凝土原位壓水試驗

7.1 原位壓水試驗

采用單點法進行原位壓水試驗。壓水試驗壓力采用分段升壓。第一段0.25～0.3MPa，第二段不大于0.5～0.6MPa，第三段及以下不大于0.9～1.0MPa。

在穩定的壓力下每3～5min測讀一次壓流量，當流量無連續增長趨勢，且5次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%時，本階段試驗即可結束，取最終值作為計算值。

7.2 原位壓水試驗檢測結果

按照技術要求，對碾壓混凝土試驗塊進行了壓水試驗檢測，具體檢測結果為：C9015W6F100區域透水率為0.41Lu，C9020W8F200透水率為0.47Lu，均滿足技術要求壩體防滲層碾壓混凝土不大于0.5Lu、壩體內部碾壓混凝土不大于1.0Lu的要求。

8 結 論

混凝土到達現場后VC值滿足設計要求(1～3s)，但由于環境較為惡劣，在施工過程中VC值的損失較大，對混凝土的可碾性造成很大影響，現場混凝土的凝結時間在覆蓋和不覆蓋兩種情況下，初凝時間有較大差異，現場施工過程中應根據實際情況，進行噴霧保濕以及對混凝土進行覆蓋以保證混凝土的施工質量。

從碾壓混凝土的壓實度檢測結果來看，碾壓遍數為無振2遍+有振6遍+無振2遍(行走速度1km/h)，混凝土平均壓實度達到98.0%，達到《水工碾壓混凝土施工規范》(DL/T 5112—2009)及《西藏DG水電站碾壓混凝土施工技術要求(A版)》壓實度達到98%的要求。

根據90天強度、抗凍、抗滲等成果可知，混凝土配合比滿足規范、設計和施工要求。

本次碾壓混凝土試驗研究為該工程后續施工提供了科學合理的配合比參數，為混凝土澆筑施工提供了合理依據。在高海拔、低氣壓、太陽輻射強、晝夜溫差大、氣候干燥、風大等特殊的氣候條件下，摸索出了碾壓混凝土施工的方法和經驗，得到了業主、監理及專家的肯定，可供類似工程項目借鑒。