水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土施工技術(shù)研究

王玉琦，王云鵬

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南 鄭州 450000）

0 引言

碾壓混凝土廣泛應(yīng)用于重力壩建設(shè)、拱壩建設(shè)、路面基層建設(shè)、圍堰結(jié)構(gòu)建筑物建設(shè)中,對(duì)水電工程的開發(fā)與建設(shè)具有重要意義[1]。從廣義角度分析,大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為碾壓混凝土屬于一種新的混凝土施工方法,將強(qiáng)力振動(dòng)作用與碾壓作用相結(jié)合,形成一種共同的作用,進(jìn)而壓實(shí)超干硬性混凝土[2]。除此之外,還有部分學(xué)者將碾壓混凝土看作一種具有干硬特性的混凝土,通常情況下用水量較少,塌落度基本為零,多數(shù)在攪拌廠經(jīng)過高強(qiáng)度攪拌作用后,實(shí)現(xiàn)固結(jié),通過自卸卡車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)使用[3]。由于碾壓混凝土與普通混凝土在性質(zhì)方面存在較大的差異,其對(duì)施工技術(shù)水平的要求較高?，F(xiàn)階段,傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)逐步完善,從安全、節(jié)能方面取得了較大突破,對(duì)水電工程項(xiàng)目施工建設(shè)起到了至關(guān)重要的促進(jìn)作用[4]。然而,傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)在應(yīng)用過程中,仍然存在些許技術(shù)問題需要加以優(yōu)化解決,例如水電工程基礎(chǔ)不良地質(zhì)處理效果不佳、碾壓混凝土配合比適配度較低、碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度較低、施工周期較長(zhǎng)、壩體整體結(jié)構(gòu)作用不明確等。

基于此,本文在傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)基礎(chǔ)上,作出了深入研究,以黃藏寺工程項(xiàng)目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術(shù)。

1 碾壓混凝土施工技術(shù)研究

1.1 設(shè)計(jì)碾壓混凝土配合比

配合比設(shè)計(jì)得是否合理直接影響了碾壓混凝土施工質(zhì)量的好壞以及混凝土的力學(xué)性能。因此,本文首先依據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（DL/T5 330-2005）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,確定碾壓混凝土施工配合比的配制強(qiáng)度,進(jìn)而設(shè)計(jì)配合比,為提高水電工程項(xiàng)目碾壓混凝土施工質(zhì)量水平奠定良好的基礎(chǔ)。

水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算表達(dá)式為：

式中： fcu,0為碾壓混凝土配制強(qiáng)度；fcu,r為碾壓混凝土設(shè)計(jì)齡期對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；t為碾壓混凝土配制概率度系數(shù)；Sa為碾壓混凝土立方體的抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差[5]。

根據(jù)獲取到的碾壓混凝土配制強(qiáng)度,選取碾壓混凝土配制原材料,包括5種,接下來,進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

1）水泥。碾壓混凝土與普通混凝土在結(jié)構(gòu)特性方面存在一定的差異,其對(duì)水泥類別無(wú)具體要求,因此,本文采用應(yīng)用范圍廣泛的硅酸鹽水泥,凝結(jié)硬化速度較快,強(qiáng)度較高[6]。水泥的技術(shù)指標(biāo)設(shè)置,見表1。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

按照表1的參數(shù),設(shè)定水泥原材料的技術(shù)指標(biāo),保證水泥性能符合相關(guān)規(guī)范要求。

2）粗集料。本文選用硬質(zhì)巖石加工而成的碎石,壓碎值介于10.5%～11%之間。

3）細(xì)集料。選用無(wú)風(fēng)化、無(wú)雜質(zhì)的細(xì)集料,其細(xì)度模數(shù)不能超過2.7,孔隙率小于47%[7]。

4）拌合水。符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水即可。

5）添加劑。包括纖維與減水劑,根據(jù)碾壓混凝土的配制情況判斷是否需要加入添加劑。

結(jié)合水電工程項(xiàng)目實(shí)際施工需求及碾壓混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果,設(shè)定集料級(jí)配與配合比。

1.2 水電工程基礎(chǔ)快速處理

完成碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)后,接下來,對(duì)水電工程基礎(chǔ)進(jìn)行快速處理。水電工程基礎(chǔ)包括岸坡淺層與壩基?；A(chǔ)快速處理工序介于開挖工序與碾壓混凝土工序之間,能夠改善工程項(xiàng)目的不良地質(zhì),減小不良地質(zhì)對(duì)碾壓混凝土施工質(zhì)量的影響。

本文采用固結(jié)灌漿技術(shù),在碾壓混凝土間歇期,進(jìn)行壩基與岸坡淺層的一次性灌漿施工。首先,選用高性能的鉆灌設(shè)備,規(guī)劃設(shè)定設(shè)備每天的鉆孔孔段、孔數(shù),控制水電工程基礎(chǔ)快速處理在混凝土間歇期內(nèi)完成[8]。設(shè)定灌漿順序?yàn)樽陨隙?進(jìn)而保證碾壓混凝土與水電工程項(xiàng)目中的巖石接觸段灌漿質(zhì)量[9]。每次灌漿結(jié)束后,檢查灌漿孔位是否發(fā)生變化,及時(shí)將基礎(chǔ)灌漿資料報(bào)送給工程項(xiàng)目監(jiān)理人[10]。

待水電工程基礎(chǔ)快速處理工序完畢后,進(jìn)行聲波檢測(cè),檢測(cè)是否灌漿至蓋重厚度以及壩后貼角質(zhì)量是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,檢測(cè)無(wú)誤后,方可進(jìn)入下一碾壓混凝土施工工序。

1.3 碾壓混凝土施工工藝流程設(shè)計(jì)

在上述水電工程基礎(chǔ)快速處理結(jié)束后,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)碾壓混凝土施工工藝流程,見圖1。

圖1 碾壓混凝土施工工藝流程

如圖1所示,本文設(shè)計(jì)的水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土施工工藝流程由5個(gè)部分共同組成。首先,按照上述設(shè)計(jì)的配合比,采用雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī),拌合碾壓混凝土材料。使用間歇式拌合方法,設(shè)定拌合次數(shù)為2次,每次拌合時(shí)間不小于15 s。

拌合完畢后,利用運(yùn)輸車,將拌合后的碾壓混凝土混合料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)。為了防止碾壓混凝土水分蒸發(fā),應(yīng)當(dāng)采用帆布覆蓋碾壓混凝土混合料,保證混合料的工作性能。運(yùn)輸至場(chǎng)地后,由試驗(yàn)員檢測(cè)混合料的含水量,若含水量過低,則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行加水,直至混合料含水量符合攤鋪標(biāo)準(zhǔn)。

采用穩(wěn)定的碾壓混凝土細(xì)粒材料作為攤鋪的下承層,設(shè)定碾壓混凝土的攤鋪厚度。清理下承層后,撒鋪水泥凈漿,對(duì)下承層的頂面進(jìn)行拉毛處理。而后,使用功率不小于120 kW的瀝青混凝土攤鋪機(jī),攤鋪碾壓混凝土基層。

攤鋪完畢后,壓實(shí)碾壓混凝土基層,使用的壓路機(jī)及壓實(shí)步驟,見表2。

表2 壓路機(jī)選型及壓實(shí)步驟

按照表2所示,分步完成碾壓混凝土基層壓實(shí)工序。最后,采用不小于1 mm厚度的薄膜覆蓋碾壓混凝土,通過砂土壓填,對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)生處理,保證碾壓混凝土能夠充分進(jìn)行水化反應(yīng),使其性能達(dá)到最佳效果,完成水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土施工。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

選取青海省黃藏寺工程項(xiàng)目作為此次實(shí)例分析對(duì)象。黃藏寺工程的重力壩結(jié)構(gòu)由壩體混凝土、閘墩混凝土、溢流堰混凝土、胸墻混凝土組成。不同約束部位澆筑的混凝土厚度不同,施工縫錯(cuò)縫布置,且在施工縫處預(yù)留了插筋。重力壩結(jié)構(gòu)混凝土的特點(diǎn)存在一定的差異,見表3。

表3 黃藏寺重力壩混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通過表3,獲取黃藏寺重力壩混凝土對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該水庫(kù)工程中,相關(guān)概況信息,見表4。

表4 黃藏寺概況信息

在獲取黃藏寺工程項(xiàng)目建設(shè)概況信息后,按照上述本文設(shè)計(jì)的碾壓混凝土施工技術(shù),開展施工。施工中,發(fā)揮該技術(shù)在降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫、提高混凝土施工質(zhì)量方面的作用和效果,降低碾壓混凝土內(nèi)外表溫差,防治混凝土出現(xiàn)裂縫等病害。通過檢驗(yàn)?zāi)雺夯炷潦┕べ|(zhì)量,進(jìn)而判定本文提出施工技術(shù)的可行性。

2.2 結(jié)果分析

為了使此次實(shí)例分析的結(jié)果更加直觀且具有說服力,將上述本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組,在此基礎(chǔ)上,將文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]提出的施工技術(shù)分別設(shè)置為對(duì)照組01與對(duì)照組02。模擬三種施工技術(shù)的施工流程,通過對(duì)比分析的方法,測(cè)定并對(duì)比三種施工技術(shù)的施工效果。

選取水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土抗壓強(qiáng)度作為此次實(shí)例分析的評(píng)測(cè)指標(biāo),其計(jì)算表達(dá)式為：

式中：F為碾壓混凝土破壞時(shí)的荷載值；A為碾壓混凝土的受壓面積。

通過計(jì)算,得出混凝土試件的抗壓強(qiáng)度結(jié)果,評(píng)定施工質(zhì)量水平。混凝土試件的抗壓強(qiáng)度越高,說明其內(nèi)部穩(wěn)定性能越好,發(fā)生混凝土開裂病害的概率越低,與水電工程項(xiàng)目原始混凝土基體黏結(jié)更緊密,穩(wěn)固性越高。應(yīng)用上述三種施工技術(shù)后,根據(jù)配制混凝土的強(qiáng)度,選取適配度較高的加載速率范圍,利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件,實(shí)時(shí)記錄碾壓混凝土破壞時(shí)的荷載值變化。為了避免試驗(yàn)結(jié)果存在偶然性,減小試驗(yàn)結(jié)果偏差,隨機(jī)在水電工程項(xiàng)目多個(gè)施工區(qū)域內(nèi)選取混凝土試件,分別標(biāo)號(hào)為F01-1A、F01-1B、F01-1C、F01-1D、F01-1E、F01-1F。待混凝土試件使用一段時(shí)間后,利用MATLAB模擬分析軟件,測(cè)定并計(jì)算6組碾壓混凝土試件的抗壓強(qiáng)度,并進(jìn)行對(duì)比,繪制評(píng)測(cè)指標(biāo)對(duì)比示意圖見圖2。

圖2 碾壓混凝土試件抗壓強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果

通過圖2可以看出,三種施工技術(shù)應(yīng)用后,6組碾壓混凝土試件的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)出了一定的差異性。其中,本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)應(yīng)用后,可以明顯看出,混凝土試件的抗壓強(qiáng)度始終高于另外兩種施工技術(shù),且未出現(xiàn)下降變化趨勢(shì)。而對(duì)照組01與對(duì)照組02提出的技術(shù)應(yīng)用后,碾壓混凝土試件的抗壓強(qiáng)度均存在大幅度下降變化。由此對(duì)比結(jié)果不難看出,本文提出的碾壓混凝土施工技術(shù)可行性更高,能夠顯著提升混凝土試件的抗壓強(qiáng)度,使其與水電工程項(xiàng)目原始混凝土基體黏結(jié)得更加緊密,優(yōu)化混凝土的分散性、穩(wěn)固性與安全性,保證水電工程的順利建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。

3 結(jié)語(yǔ)

水電工程項(xiàng)目能夠?yàn)榇蟊娚罴案鱾€(gè)行業(yè)的發(fā)展提供水資源支持,對(duì)碾壓混凝土施工質(zhì)量方面的作用與效果要求較高。為了改善傳統(tǒng)水電工程項(xiàng)目中碾壓混凝土施工技術(shù)不完善,無(wú)法降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫與內(nèi)外表溫差的問題,本文以黃藏寺工程項(xiàng)目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術(shù)。通過本文的研究,能夠?qū)λ姽こ添?xiàng)目中壩體混凝土的變形應(yīng)力分布作出合理分析,避免應(yīng)力集中引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。較傳統(tǒng)的碾壓混凝土施工技術(shù)相比,本文提出的施工技術(shù)顯著提高了混凝土施工質(zhì)量,多維度補(bǔ)償了混凝土結(jié)構(gòu)的收縮拉應(yīng)力,有效地降低了碾壓混凝土裂縫風(fēng)險(xiǎn),具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。