大石澗水庫碾壓混凝土大壩碾壓工藝試驗

高萌

(河南省水利第二工程局，河南 鄭州 450016)

1 工程概況

河南省三門峽大石澗水庫大壩工程位于陜州區店子鄉以東的洛河支流渡洋河中上游，大壩距離三門峽市區約45 km。大石澗水庫控制流域面積173 km2，是一座總庫容約3 300萬m3的中型水庫。大壩類型為碾壓混凝土重力壩，壩高設計值為68.90 m，壩頂長為308 m。大石澗水庫工程等別Ⅲ等。碾壓混凝土主要工程量：22萬m3的三級配C15W6F100碾壓混凝土、0.20萬m3的二級配C9020W6F100碾壓混凝土、2萬m3的二級配C9020W8F150碾壓混凝土。

2 試驗依據

招、投標文件，水工混凝土試驗規程，水工碾壓混凝土施工規范，用于水泥和混凝土中的粉煤灰、水工混凝土施工規范，混凝土外加劑、水工混凝土摻用粉煤灰技術規范，設計圖紙及相關設計文件要求。

3 現場試驗設計

3.1 試驗部位

在大石澗大壩6#壩段混凝土基礎墊層上，布置現場工藝試驗場地，為水平碾壓段?，F場共分8個區段的水平段試驗場，包括4個碾壓混凝土區，其中，每個區塊平面尺寸為：4 m×10 m(寬×長)；4個變態混凝土試驗區，每個試驗區平面尺寸為：1 m×10 m(寬×長)。總面積約是200 m2。每個區塊鋪筑3層碾壓混凝土，各層松鋪厚度是35 cm。碾壓混凝土試驗分區平面布置圖見圖1。

3.2 試驗內容

現場工藝試驗主要包括：確定碾壓厚度；測定不同碾壓遍數下的壓實密度，確定最優碾壓遍數；測定碾壓混凝土VC值、初凝時間、并確定層間允許間歇時間。

3.3 混凝土原材料及基本性能檢測

試驗所用原材料均已由建管單位委托的第三方實驗室進行檢測，且檢驗結果合格。碾壓混凝土配合比由試驗室出具，在試驗過程中根據碾壓效果進行適當調整。

3.4 拌和站出機口拌和物拌和性能檢測

在拌和站出機口進行拌和物性能檢測，不同試驗區混凝土VC值每2 h檢測1次，出機口及倉面混凝土溫度與VC值同步進行檢測。

4 現場試驗施工過程

4.1 混凝土拌和、運輸、卸料

碾壓混凝土采用1臺HZS180拌和機進行拌制，采用20 t 自卸汽車運輸。試驗拌和時間為50、75、90、120 s。拌和站出機口與自卸汽車間的自由落差均<1.50 m。

現場采用后退法入倉卸料，人工配合挖掘機平倉的方式施工?；炷列读喜捎脙牲c卸料法，同時卸料高度<1.50 m。每層松鋪厚度約35 cm，平倉過程中嚴格控制鋪料厚度，鋪料厚度采用水準儀進行檢測。

4.2 混凝土碾壓

碾壓混凝土采用SR22MP自行式振動碾進行碾壓，行走速度為低檔行駛，碾壓速度控制在1.50 km/h以下，攤鋪方向與碾壓方向保持一致，每層分別采用無震2遍外加有震4、6、8、10遍+無震2遍碾壓，并于碾壓至有震4遍后開始進行壓實度檢測，最終碾壓遍數以壓實度檢測合格為準。

圖1 碾壓試驗分區平面布置圖

變態混凝土采用現場加漿和機拌變態混凝土兩種方法進行試驗?，F場加漿時采用碾壓混凝土中部挖槽加漿。采用機拌變態混凝土時，將變態混凝土的漿液部分同碾壓混凝土集料一起直接加入拌和機中，進行攪拌。

5 拌和物性能及現場壓實度檢測

出機口、倉面混凝土溫度與VC值，每2 h同步進行檢測1次；碾壓混凝土工作度、澆筑質量均進行現場檢測。每層鋪料完畢后用水準儀測量混凝土松鋪厚度，碾壓完畢后再進行測量壓實厚度，虛鋪及壓實厚度另需記錄。

通過核子密度儀，依次測定現場料物攤鋪后先靜壓2遍，震動碾壓4、6、8、10遍后的碾壓混凝土表觀密度，以求確定最佳碾壓遍數。對碾壓混凝土拌和物進行現場取樣，同時測定拌和物的表觀密度。

在試驗室進行碾壓混凝土凝結時間試驗，測定凝結時間。通過篩分法篩取不同拌和時間的砂漿，測定碾壓混凝土砂漿表觀密度，檢驗碾壓混凝土的均勻性。在試驗室使用濕篩法，對碾壓混凝土拌和物進行取樣，測定碾壓混凝土含氣量。

6 試驗成果分析

6.1 碾壓混凝土VC值檢測

通過現場檢測，碾壓混凝土VC值共檢測13次，VC值為7.90～11.20 s之間，不同拌和時間碾壓混凝土VC值差別不大。

根據《水工碾壓混凝土施工規范》的要求，用砂漿表觀密度分析法檢測碾壓混凝土拌和物均勻性時，兩個樣品測定的砂漿表觀密度差值應≤30 kg/m3。當拌和50 s時，二級配、三級配碾壓混凝土砂漿密度差值分別為28 kg/m3、13 kg/m3，兩種級配狀態的拌和物在75、90、120 s拌和時間測定的砂漿密度均呈遞減趨勢。

6.2 壓實度檢測和碾壓混凝土配合比調整

第一層先靜碾2遍，再震動碾壓4遍時，壓實度合格率為0；震動碾壓6遍時，壓實度合格率為25.00%；震動碾壓8遍時，壓實度合格率為81.20%；震動碾壓10遍時，壓實度合格率為96.90%。碾壓10遍后，對局部不合格部位進行補壓，經補壓后，檢測結果全部合格。

從外觀上看，第一層碾壓完成后，碾壓混凝土表面，碾壓混凝土表面局部泛漿不明顯，經分析，原因分析為砂率偏小。故在第二層施工前，將二級配碾壓混凝土的砂率從36%增加到38%，三級配碾壓混凝土的砂率從32%增加到35%，膠凝材料用料適當進行增加，碾壓后從外觀上看，比第一層稍有改善，壓實度合格率比第一層有較大提高。第三層碾壓時，繼續增加砂率，并且增加膠凝材料摻量及減水劑用量，降低VC值。將二級配碾壓混凝土配合比砂率增加到40%，三級配碾壓混凝土配合比砂率增加到37%，震動碾壓4遍后，碾輪前呈塑性回彈，大部分碾壓混凝土表面明顯有灰漿泛出，表面較為濕潤，有光亮感，壓實度合格率為31.20%，碾壓8遍時，壓實度合格率達到100%。碾壓混凝土壓實度檢測記錄及碾壓試驗配合比調整見表1、表2。

表1 碾壓混凝土壓實度檢測合格率統計表

表2 碾壓試驗混凝土配合比調整統計表

6.3 碾壓混凝土層間間歇時間確定、表觀密度、含氣量測定

通過進行碾壓混凝土的凝結時間測定，二級、三級配碾壓混凝土初凝時間分別為12、13 h。C9015W6三級配碾壓混凝土表觀密度為2 510 kg/m3，C9020W8F150二級配碾壓混凝土表觀密度為2 491 kg/m3。二級配C9020W8F150、三級配C9015W6碾壓混凝土含氣量分別為3.80%～4.20%和1.50%～1.80%，含氣量滿足規范要求。

6.4 碾壓混凝土實體強度檢測

碾壓試驗過程中，成型不同部位28、90 d試塊，同時進行鉆芯取樣檢測。碾壓混凝土試塊及芯樣抗壓強度統計見表3。

表3 碾壓混凝土鉆芯取樣抗壓強度統計表

從混凝土芯樣外觀看，碾壓混凝土表面比較光滑致密，骨料分布比較均勻。從成型試塊及現場芯樣強度看，混凝土強度可滿足要求。

通過對現場加漿和機拌變態混凝土芯樣進行對比，由于現場加漿為純水泥漿，機拌變態混凝土加漿為水泥摻加粉煤灰漿液，現場加漿變態混凝土強度比機拌變態混凝土強度稍高。但現場加漿變態混凝土的強度不均勻，機拌變態混凝土取芯強度比較均勻。機拌變態混凝土芯樣外觀表面比較光滑致密，施工現場加漿變態混凝土表面基本光滑，稍有氣孔。

在變態與碾壓兩種混凝土結合部位進行鉆芯取樣，機器拌制變態混凝土與現場加漿變態混凝土，經振搗碾壓后均能與碾壓混凝土結合狀態良好。

7 試驗結論

試驗碾壓混凝土采用調整后的配合比，二級配碾壓混凝土砂率40%，三級配碾壓混凝土砂率37%時，碾壓混凝土的拌和時間為50 s，維勃稠度值(工作度VC值)宜控制在5～12 s，碾壓后混凝土表面光亮濕潤，微泛灰漿，可碾性較好。松鋪厚度為35 cm，當震動碾壓8遍時，壓實度合格率是100%，可滿足施工要求。為保證變態混凝土的密實度和均勻性，大壩變態混凝土采用機器拌制變態混凝土效果更好。

8 結語

試驗研究確定的碾壓工藝參數：虛鋪厚度為35 cm，壓實后厚度為30 cm，碾壓遍數為2遍無振+8遍有振+2遍無振，碾壓機具的行走速度控制在1.10～1.50 km/h、拌和時間50 s、維勃稠度值(VC值)5～12 s、變態混凝土采用機器拌制，能夠滿足現場施工各項指標要求?，F場施工嚴格按照試驗參數進行過程質量控制，工程于2017年5月開展第一倉大壩碾壓混凝土施工，于2019年9月主體工程完工，至今工程運行狀態良好。