全断面三级配碾压混凝土坝自身防渗施工技术研究

#摘要通过对三级配 配合比优化，及其全断面通仓浇筑工艺研究，论证大粒径骨料的碾压混凝土筑坝在坝面和坝体不另采取防渗措施的条件下，靠自身防渗挡水技术的可行性。关键词大粒径骨料 C防渗；施工工艺贵州普定水电站大坝采用最大骨料粒径为40mm的富胶体二级配碾压混凝土(以下将碾压混凝土简称为RCC)作为坝体上游迎水面防渗层，取得了成功，为RCC筑坝技术的发展起到了较大的推动作用，但这在坝体混凝土填筑时，因为每层都要涉及二级配和三级配两种RCC的施工，施工上仍有些不便。如果能通仓统一到最大骨料粒径为80mm的三级配RCC施工，又能解决RCC自身防渗的问题，那么，RCC大坝的填筑将会更快，工程投资也会更节省，更能体现RCC筑坝的特点。而红坡水库大坝工程即是一个较好的工程实例。红坡水库工程位于云南省昆明市西山区的沙朗河上，其主体为RCC重力拱坝。坝高55.2m，最大拱轴线长244m，坝底最大宽度为26.55m，坝顶宽仅4.5m。该工程混凝土浇筑总量为7.71万m3,其中RCC7.03万m3。大坝全断面为三级配RCC，其骨料最大粒径为80mm，采用设两道诱导缝全断面通仓薄层浇筑连续上升的施工工艺。该工程现已全部竣工，且运行良好。红坡水库大坝RCC是在贵州普定RCC拱坝施工的基础上，将骨料最大粒径80mm的RCC扩大到整个坝体断面，在坝体的上游不作特殊的防渗措施，依靠三级配RCC自身抗渗能力挡水蓄水，取得了较成功的经验。现将红坡工程RCC从配合比优化到施工工艺研究及控制作简要论述。RCC配合比优化RCC与常态混凝土的主要区别在于水泥用量少，胶凝材料总量少。若采用骨料最大粒径80mm的三级配混凝土则更加如此。因此，在满足设计强度的同时，提高RCC的抗渗能力是本工程首要解决的问题。故优化RCC配合比，是提高RCC抗渗指标的非常重要的手段。RCC的主要设计指标《红坡水库技施设计说明书》要求主体工程R90-150号三级配RCC的各项性能指标如表1。1.2RCC原材料优选表1大坝RCC设计指标1.2.1RCC骨料红坡工程混凝土采用西山石灰级配抗压强度(90d)MPa抗拉强度(90d)MPa极限拉伸值(X10-4)MPa弹性模量(X104)MPa容重(kg/m3)抗渗等级保证率(%)级配151.50.652.5~3.02450W685岩轧制的人工骨料，由于轧制设备所限，轧制的粗骨料粒形较差。为防止大粒径RCC骨料分离，在筛分中严格限制粗骨料大于80mm的超径,并通过大量试验选择合理的砂率；细骨料试验的细度模数在2.95，其中石分含量15.5%，实际施工控制的石粉含量在17%左右。.2RCC胶凝材料混凝土胶凝材料从温控防裂角度出发，以控制水泥水化热为目的。根据胶凝材料品质鉴定和多项试验论证，以贵州水城水泥厂生产的“乌蒙山”牌P.O42.5水泥在掺高效缓凝减水剂、引气剂和昆明阳宗海电厂的H级粉煤灰产生的水泥水化热最低，其水化热峰值为95.93J/g。因此，确定选用“乌蒙山”牌P.O42.5水泥和阳宗海电厂的II级粉煤灰作为主体工程RCC的胶凝材料。1.3RCC用水、砂率、水灰比及其力学、耐久性指标序号强度等级外加物(%)水胶比VC值(s)28d强度MPa弹模GPa极限拉伸值X10-4序号强度等级外加物(%)水胶比VC值(s)28d强度MPa弹模GPa极限拉伸值X10-4抗渗劈拉/抗压压(90)/压(28)FDNTC-1F抗压劈拉压—拉—1C,,-1509007600555〜10351391416384107之W9111159290C-1509007600605〜10320321372400090>W8010164表2室内试验指标■90 从表2可见，迎水面富胶凝材料RCC和坝内部RCC的性能指标均高于设计要求，且有较大的富余量。因此，在施工配合比计算时，适当地将煤灰掺量提高了5％。另外，从施工可操作性考虑，在砂石骨料的粒形较差、砂子细度模数较大和级配不良时，采用粉煤灰超量取代，取代量约为一个砂率。主体工程RCC施工配合比及适应于层间结合的水泥砂浆，水泥粉煤灰净浆配比列入表3。表混凝i土、砂浆2、净浆配合比表序号强度等级外加物(%)水胶比砂率(%)级配材料用量(kg/nq3)FDNTC-1F水水泥煤灰砂石1C"150900465055353438454997971491290C-150900465060363438550928231474—3—90C-15―09— 004 ―65—―055——35 —343— 84 54 —117*——776*——1491—490C"150900465060363438550110*802*1474590C-2006/50053100/2962792791173/690C.2006/50052//582560560//- 90 - - - - - - ' - ' - - ~ ' '说明:表中带*数据为粉煤灰超量代砂配合比。其中煤灰增加18kg.而砂则按体积与粉煤灰相同的原则扣除21kg2三级配RCC通仓浇筑工艺研究工艺参数试验场地为8.4X16.3(m2),布置在大坝的下游。RCC生产采用4.0X1.0(m3)的郑州产拌合楼，东风自卸汽车运输并直接入仓，人仓前对轮胎进行冲洗，并设置轮胎脱水路段。RCC设备采用BW—201AD和BW-75S振动碾，核子密度仪检测压实容重。均匀性RCC均匀性主要是指RCC在搅拌出料后的骨料离析和裹浆情况。经多次拌合试验观察其裹浆、粘罐情况及对拌和料的砂浆容重、粗骨料含量的相对试验误差分析，确定满足均匀性条件的三级配RCC的投料顺序为大石十小石十中石十砂T集料斗(骨料)十水(外加剂)十胶材一拌和机，拌和时间为180s,每罐混凝土的出机拌和量为0.85m3。2.2三级配混凝土碾压工艺参数碾压机行驶速度根据碾压机械性能和多个条带碾压试验所测容重大小的比较,确定施工时大小碾压机的行驶速度为0.8~1.2km/h。.碾压2遍数与压实容重的关系混凝土碾压遍数是控制RCC质量的一个最重要的指标，碾压遍数少，则混凝土压实容重小；过分碾压，最大干容重反而降低。因此在选定铺料厚度30cm和碾压机行驶速度0.8〜1.2km/h后，经不同碾压遍数与压实容重试验确定，适合于主体工程混凝土碾压的碾压遍数BW-201AD为无振2遍十有振6~8遍十无振2遍，BW-75S为无振2遍十有振24~26遍十无振2遍。经实际施工检测证明，在上述工况参数条件下，三级配RCC的压实容重可以达到2500kg/m3,压实度99.5%,合格率满足100%的要求。2.2.3层间结合试验我局在普定RCC施工时，对RCC层间结合已作了大量的试验研究工作，取得了诸如不同层间间歇时间的层面处理和在老混凝土面上铺设高一级强度水泥砂浆等许多成功经验。针对本工程三级配混凝土满铺到整个仓面的问题，拟在大坝迎水面2m范围和两岸周边变态混凝土区采取铺洒水泥粉煤灰净浆。在老混凝土层面区铺水泥煤灰砂浆,连续施工的层面不铺砂浆的工艺措施,并在试验块的第2~第3层和第3~第4层的不同碾压条带进行铺与不铺砂浆、洒与不洒净浆的层间工况试验。经一定龄期钻孔取样观察，铺洒砂浆与水泥净浆的RCC的层间结合良好，看不出层缝痕迹。2.3浇筑工艺过程控制.机1前控制所谓机前控制是指混凝土拌和出机前的控制,在这个过程中,主要采取了如下控制措施：(1)原材料品质以控制粗骨料的超径、细骨料的细度模数和石粉含量以及含水量为主。本工程使用的是人工砂,其细度模数控制在2.6~2.8。石粉含量大于15%。砂子的含水量通过增设脱水过渡砂仓,使砂子含水量控制在5%左右。

（2）拌和楼在料源控制的基础上,试验人员依据规定的工法严格控制投料顺序,定期检查和校正称量误差以及出机混凝土的稠度，并根据气温、原材料的变化，及时调整RCC的用水量，以保证三级配RCC的施工可操作性。（3）不合格品控制对RCC生产中因误投或少投材料的混凝土产品要废弃；对因砂子含水量发生变化,致使混凝土稠度不合格的产品采用加水或加水泥的办法进行处理；对刚开盘浇筑的前几盘混凝土有可能产生的不合格品,汽车运至仓面后,作均匀摊开处理。2.3机.后2控制措施机后控制主要指运输过程和仓面施工控制其主要有以下几点：（1）仓面RCC稠度控制仓面RCC的稠度决定了RCC的施工可操作性。要正确掌握仓面RCC的稠度与拌和楼出机口稠度、运输距离、环境温度及混凝土凝结时间的关系。经试验得知,在温度20℃左右时,RCC从出机口到仓面经运输卸料，Vc值将损失2s。因此，为保证仓面RCC容易操作，出机口混凝土的Vc值控制在6s以内，并随环境温度高低进行相应调整。经对整个坝体三级配RCC稠度进行的168次Vc值测试显示，其平均值为8.4s，说明三级配RCC的稠度控制是有效的。（2）RCC现场均匀性控制红坡水库大坝三级配混凝土，骨料最大粒径达80mm，在施工过程中更容易引起骨料分离。为保证红坡RCC的均匀性，主要采取如下控制措施：①汽车多点接料，后退法布料；②用D31P推土机平仓后，对骨料较集中的局部辅以人均匀分散；③对于级配欠佳的料堆，用装载机翻拌后薄摊于底层，上部用均匀料覆盖。局部大骨料 主要技术处理措施坝.1肩基岩面接合在普定RCC施工时，坝肩基岩面浇筑常态混凝土，RCC与常态混凝土通过变态混凝土结合。红坡大坝RCC在试验充分论证的基础上，采用岩面坐浆、RCC中间夹浆的方法进行铺筑。即在基岩面上，先坐一层水泥煤灰净浆，后将三级配RCC满铺1/2层厚，再洒一层浆，再铺三级配RCC至一层厚度后，用插人式振捣器进行振捣出浆为止，从而取消坝肩常态混凝土。这种用骨料80mm粒径的变态混凝土取代常态混凝土的施工方法，简化了施工工序，加快了施工进度。迎水面对迎水面2m范围内的RCC（如图2），除在配合比上采用稍富胶凝材料设计外，施工时在每升层老混凝土面上先铺洒一层水泥煤灰净浆，布料时，辅以人工铲料弹击模板，为使迎水面表面光滑，采用专用工具人工插模。插模后再用D31P平仓到铺料高度先大碾碾压，在靠近模板处用小碾碾压，待核子密度仪检测达到规定的压实度后，再进行下一工序施工。红坡三级配 质量综合检验机口及施工仓面混凝土RWO'lSONYMXt初科・压温M土R00-150N*压温M土碾压混凝土坝断面图根据红坡水库大坝工程施工技术规范，对大坝三级配RCC进行机口和仓面连续取样检测，其统计分析成果列人表4。从表4机口和仓面的近3千次容重抽检结果看，均满足和超过2450kg/m3的设计标准。抽取90d设计龄期的三级配RCC抗压试件744组，其样本总平均抗压强度26.2MPa，离差系数仅0.156RWO'lSONYMXt初科・压温M土R00-150N*压温M土碾压混凝土坝断面图坝体钻孔取芯检测红坡大坝竣工验收时，作为对三级配RCC自防渗质量