龍灘水電站碾壓混凝土層面處理技術(shù)七局王建興

龍灘水電站碾壓混凝土大壩壩高世界第一，層面結(jié)合質(zhì)量關(guān)系到大壩的運(yùn)行安全。通過對(duì)碾壓混凝土層面結(jié)合機(jī)理進(jìn)行研究，分析不同措施下層面結(jié)合質(zhì)量，提出了碾壓混凝土層間允許間隔時(shí)間的判定方法和控制措施，從而確保了碾壓混凝土施工質(zhì)量。給國內(nèi)外在建和將建的同類型工程在碾壓混凝土連續(xù)施工控制方面提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐模式。摘要目錄1工程概況2層面結(jié)合強(qiáng)度影響因素3碾壓混凝土層面結(jié)合質(zhì)量控制4碾壓混凝土施工層面處理效果分析5結(jié)語1工程概況

龍灘水電站位于廣西壯族自治區(qū)天峨縣境內(nèi)的紅水河上，壩址距縣城15km。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。龍灘水電站正常蓄水位按400m高程，總庫容為273億m3；電站裝機(jī)容量為6300MW；最大壩高為216.5m?；炷量偭繛?40萬m3，其中碾壓混凝土為約480萬m3，占混凝土總量的65%。碾壓混凝土方量及碾壓混凝土大壩壩高均居世界第一。龍灘壩址區(qū)的多年平均氣溫為20.1℃，最高月平均氣溫27.1℃（7月份），最低月平均氣溫11.0℃（1月份），6~8月份的月平均氣溫均高于25℃，5月和9月份的月平均氣溫為25℃，高溫季節(jié)長達(dá)5個(gè)月。流域多年平均降水量約1194mm，壩址多年平均降雨量為1343.5mm。2、層面結(jié)合強(qiáng)度影響因素

（1）碾壓混凝土層面結(jié)合強(qiáng)度的影響因素有：碾壓混凝土的配合比、層面間隔時(shí)間、VC值、氣候條件、層面初始起伏角及其他因素。

（2）碾壓混凝土的抗剪斷峰值強(qiáng)度隨膠凝材料凈漿中水膠比的減小、膠凝材料用量的增大、粉煤灰摻量的降低而增大。（3）層面間隔時(shí)間越長，其層面粘結(jié)強(qiáng)度越低。

（4）VC值越小，碾壓混凝土拌和物的可碾性越好，其層面粘結(jié)強(qiáng)度就越高。下一頁2、層面結(jié)合強(qiáng)度影響因素

（5）碾壓混凝土施工過程中的溫度降雨、相對(duì)濕度、風(fēng)速及太陽輻射學(xué)環(huán)境條件因素對(duì)其層面結(jié)合質(zhì)量有重要影響。這些環(huán)境條件因素主要是通過影響碾壓混凝土的初凝時(shí)間、層面上已鋪的膠凝材料凈漿、墊層混凝土的水膠比來影響層面結(jié)合強(qiáng)度。

（6）層面越凹凸不平，突臺(tái)角越大，碾壓混凝土的層面抗剪強(qiáng)度越高。含初始起伏角的凹凸層面可有效提高碾壓混凝土體的整體抗剪強(qiáng)度。（7）層面上的養(yǎng)護(hù)條件、上層混凝土碾壓、汽車輪碾以及層面上骨料分離、倉面污染等因素都可能影響層面結(jié)合質(zhì)量。

（8）隨著試驗(yàn)齡期延長，碾壓混凝土層面抗剪斷峰值強(qiáng)度會(huì)增大

在碾壓混凝土的施工過程中，配合比、層面間隔時(shí)間、VC值、層面初始起伏角基本上都是固定不變的，唯有氣候條件是因時(shí)而變的，且氣候條件對(duì)層面結(jié)合強(qiáng)度的影響也是很大的。而龍灘壩址的氣候條件十分惡劣：高溫季節(jié)長達(dá)7個(gè)月，6~8月的月平均氣溫高于25℃，7月份極端最高溫達(dá)38.9℃，一般高溫季節(jié)也多達(dá)35℃以上；多雨時(shí)間也長達(dá)4月。因此深入研究高溫多雨環(huán)境對(duì)碾壓混凝土層面的影響，進(jìn)而提出應(yīng)對(duì)的措施，對(duì)龍灘工程的快速施工、優(yōu)質(zhì)施工具有十分重要的意義。3碾壓混凝土層面結(jié)合質(zhì)量控制3.2層面處理

碾壓混凝土層面結(jié)合方式有三種：①熱升層，即層間間隔時(shí)間小于初凝時(shí)間；②暖升層，即層間間隔時(shí)間處于初凝臨界狀態(tài)；③冷升層，即混凝土已終凝。其中熱升層層面一般不作任何處理，但當(dāng)高溫、降雨影響到層面結(jié)合質(zhì)量時(shí)，可視情況決定在層面鋪膠凝材料凈漿或鋪水泥砂漿；暖升層層面鋪膠凝材料凈漿或水泥砂漿；冷升層層面按施工縫進(jìn)行處理，即沖毛后鋪1.5cm厚水泥砂漿。

3.2.1層面攤鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿配合比

3.2.2層面處理技術(shù)

3.1層面質(zhì)量控制3.1.1原材料質(zhì)量控制

3.1.2混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制

3.1.3混凝土運(yùn)輸質(zhì)量控制3.1.4混凝土倉面質(zhì)量控制

碾壓混凝土層面結(jié)合質(zhì)量控制3.1層面質(zhì)量控制3.1.2混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制（1）優(yōu)化混凝土配合比。（2）拌制預(yù)冷混凝土。（3）碾壓混凝土拌和物的VC值根據(jù)氣候及倉面施工狀況實(shí)行動(dòng)態(tài)控制，一般情況下VC值應(yīng)控制在4±1s秒。小雨及高溫中施工根據(jù)倉面需要及時(shí)調(diào)整VC值。（4）嚴(yán)格控制碾壓混凝土拌和物含氣量，其變化范圍為4±1%。

3.1.3混凝土運(yùn)輸質(zhì)量控制碾壓混凝土運(yùn)輸主要采用高速皮帶機(jī)和自卸汽車直接入倉兩種方式。（1）高速皮帶機(jī)運(yùn)輸。①將其封閉并設(shè)冷風(fēng)管道，對(duì)運(yùn)輸?shù)幕炷吝M(jìn)行風(fēng)冷，以控制碾壓混凝土運(yùn)輸過程溫度回升不超過3℃。②控制拌和樓出機(jī)口放料流量，保證皮帶上料流量連續(xù)均勻。（2）自卸汽車運(yùn)輸。①噴霧以降低拌和樓自卸汽車入口處小環(huán)境氣溫。②車廂頂部設(shè)活動(dòng)遮陽棚，外側(cè)面貼隔熱板以降低箱體溫度。③合理調(diào)度，嚴(yán)格控制混凝土在車上的滯留時(shí)間。（3）混凝土澆筑盡量安排在早晚和夜間低溫時(shí)段施工，避免正午10:00~16:00澆筑，以盡可能降低混凝土溫度回升。

3.1.1原材料質(zhì)量控制碾壓混凝土所使用的各類原材料，必須有相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)合格證明，并進(jìn)行進(jìn)場(chǎng)前質(zhì)量檢測(cè)試驗(yàn)。

下一頁3.1層面質(zhì)量控制

3.1.4混凝土倉面質(zhì)量控制在碾壓混凝土澆筑過程中，采取綜合的降溫保溫措施，以減少混凝土溫度回升，達(dá)到保溫、保濕、防曬、延緩碾壓混凝土的初凝時(shí)間、減少VC值損失以及降低混凝土澆筑溫度的作用。（1）倉面覆蓋。在高氣溫環(huán)境條件下，在碾壓混凝土平倉以后至碾壓以前，或碾壓以后至下層混凝上拌和物卸料以前這一段間隔時(shí)間內(nèi)，對(duì)倉面及時(shí)進(jìn)行覆蓋，起到了保溫保濕的作用，還可延緩碾壓混凝土的初凝時(shí)間，減少VC值的增加。（2）倉面噴霧。采用噴霧的方法，可以形成適宜的人工小氣候，起到降溫保濕、減少VC值的增長、降低混凝土的澆筑溫度以及防曬的作用。（3）倉面VC值控制。倉面VC值進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的氣溫、晝夜、陰晴、濕度等氣候條件適當(dāng)調(diào)整出機(jī)口VC值，出機(jī)口VC值一般控制在2~4s，倉面VC值一般控制在3~5s，以碾壓完畢時(shí)混凝土層面達(dá)到全面泛漿、人在上面行走微有彈性、倉面沒有骨料集中等作為標(biāo)準(zhǔn)。（4）層間間隔時(shí)間控制。碾壓混凝土施工層間允許間隔時(shí)間的控制是以下層碾壓混凝土的初凝時(shí)間來控制的。當(dāng)碾壓混凝土連續(xù)澆筑時(shí)，在初凝時(shí)間以內(nèi)，層間不需作任何處理，可保證層間質(zhì)量；若超過初凝時(shí)間即被視為冷縫，就必須采取措施對(duì)層面進(jìn)行處理才能進(jìn)行下一層混凝土的鋪筑，或按施工縫處理。返回3.2.1層面攤鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿配合比

（1）水膠比。施工過程中，對(duì)由配合比試驗(yàn)確定的膠凝材料凈漿、水泥砂漿配合比（主要是水膠比）作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以適應(yīng)氣溫、降雨、大氣相對(duì)濕度、風(fēng)速及太陽輻射等環(huán)境因素的變化。在膠凝材料凈漿、水泥砂漿的配制中根據(jù)凈漿、砂漿攤鋪后的可能暴露時(shí)間扣除因降雨而增加的水量。（2）強(qiáng)度等級(jí)。層面上攤鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)是層面結(jié)合強(qiáng)度的重要影響因素。把層面上攤鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)，可有效地提高C

，也可有效地提高層面的抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度等級(jí)為C15的碾壓混凝土90d齡期的軸拉強(qiáng)度為2.85MPa，而強(qiáng)度等級(jí)為C20的碾壓混凝土90d齡期的軸拉強(qiáng)度為3.72MPa）。1（3）粉煤灰摻量。隨著膠凝材料中粉煤灰摻量的增大，碾壓混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等都隨之降低，尤其是抗拉強(qiáng)度。因此在可能出現(xiàn)拉應(yīng)力的部位，膠凝材料凈漿、水泥砂漿中的粉煤灰摻量不宜過高；而在壓應(yīng)力較大的區(qū)域，膠凝材料凈漿、水泥砂漿中的粉煤灰摻量可適量提高。

233.2.2層面處理技術(shù)常用的層面處理方式有：在層面上鋪一層膠凝材料凈漿、水泥砂漿或細(xì)骨料混凝土等三種方式；而根據(jù)層面本身是否沖毛處理又可分為沖毛處理和不沖毛處理兩種方式。碾壓混凝土層面處理方式的選擇需要兼顧兩方面的要求：①能有效提高層面結(jié)合強(qiáng)度。②層面處理方式的施工過程操作簡單，并且能適應(yīng)高溫、降雨、干燥有風(fēng)或太陽輻射等不利環(huán)境條件的變化

3.2.2層面處理技術(shù)（1）層面鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿。在層面上鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿及墊層細(xì)骨料混凝土三種處理方式中，從提高層面結(jié)合強(qiáng)度方面考慮，選擇鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿的方式更有效。從方便施工的角度考慮，鋪細(xì)骨料混凝土不僅需專門的攤鋪設(shè)備，而且其攤鋪厚度不易控制。而對(duì)于膠凝材料凈漿、水泥砂漿，不僅攤鋪工藝簡便，而且其水膠比較易根據(jù)施工時(shí)的環(huán)境條件因素作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以滿足設(shè)計(jì)要求。（2）層面鋪膠凝材料凈漿、水泥砂漿和層面沖毛或鑿毛處理的組合。鑒于層面鋪漿前作沖毛或鑿毛處理能增大上下層碾壓混凝土物料間的結(jié)合面積，提高上下層骨料間的咬合程度，進(jìn)而有效提高層面結(jié)合強(qiáng)度，故對(duì)施工間歇縫面在鋪漿前對(duì)層面先作沖毛或鑿毛處理。

因此，熱升層施工最簡單、層間膠凝材料含量與混凝土本體一樣、層間結(jié)合質(zhì)量最好；暖升層則須在層面鋪灑膠凝材料凈漿后才能鋪筑上一層混凝土，增加了膠凝材料的用量和混凝土的水化熱；而冷升層的處理必須按施工縫的要求對(duì)老混凝土面進(jìn)行沖毛或鑿毛，達(dá)到層間間歇時(shí)間要求后，在其面上鋪灑水泥砂漿，才能進(jìn)行上一層混凝土鋪筑，同樣增加了層間膠凝材料的含量和混凝土的水化熱，相比較層面處理速度慢，且不經(jīng)濟(jì)。所以，在資源和水工建筑物結(jié)構(gòu)允許的條件下，碾壓混凝土施工中應(yīng)盡量減少暖升層和冷升層的數(shù)量。4碾壓混凝土施工層面處理效果分析4.1抗剪試驗(yàn)

4.2鉆孔取芯4.3壓水檢查4.4聲波及錄像檢測(cè)4.1抗剪試驗(yàn)

4.1.190d抗剪試驗(yàn)結(jié)果

碾壓混凝土90d后原位抗剪試驗(yàn)檢測(cè)試件8組，共剪切試件40塊。實(shí)測(cè)剪斷面最大起伏差平均約為2.0cm，剪斷面平均90%沿上層試體或下層試體剪斷，10%沿層面剪斷，在沿層面剪斷情況中80%的試塊3/4以上面積沿層面剪斷，30%的試件在試驗(yàn)后出現(xiàn)不同程度的開裂或破碎，約5%的試件局部有骨料堆積、蜂窩現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)原位抗剪試驗(yàn)的f′和c′，平均值分別為1.46和2.16MPa，與國內(nèi)其它工程的f′和c′值相比較，f′值較高，c′值也高。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同工況、3MPa正應(yīng)力時(shí)的平均抗剪斷強(qiáng)度為6.32MPa，4.5MPa正應(yīng)力時(shí)的平均抗剪斷強(qiáng)度為8.52MPa。并隨著層間間隔時(shí)間的延長，抗剪斷強(qiáng)度下降，鋪砂漿有利于抗剪斷強(qiáng)度的提高，鋪一級(jí)配混凝土的抗剪斷強(qiáng)度稍低于鋪砂漿工況。下一頁4.1抗剪試驗(yàn)

4.1.2180d抗剪試驗(yàn)結(jié)果

8組現(xiàn)場(chǎng)原位抗剪試驗(yàn)的f′和c′，平均值分別為1.31和2.70MPa，與國內(nèi)其它工程的f′和c′值相比較，f′值較高，c′值也高。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同工況、3MPa正應(yīng)力時(shí)的平均抗剪斷強(qiáng)度為6.69MPa，4.5MPa正應(yīng)力時(shí)的平均抗剪斷強(qiáng)度為8.77MPa。并隨著層間間隔時(shí)間的延長，抗剪斷強(qiáng)度下降，鋪砂漿有利于抗剪斷強(qiáng)度的提高，鋪一級(jí)配混凝土的抗剪斷強(qiáng)度稍低于鋪砂漿工況。下一頁4.1抗剪試驗(yàn)

4.1.390d和180d抗剪試驗(yàn)結(jié)果的比較分析

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別作出施工配合比和設(shè)計(jì)配合比、90d和180d齡期試件在不同工況條件下以及4.5MPa正應(yīng)力時(shí)，層間間隔時(shí)間與抗剪斷強(qiáng)度的關(guān)系，如圖1所示。（1）對(duì)同一工況、同一配合比條件下的碾壓混凝土，180d齡期的抗剪斷強(qiáng)度明顯高于90d齡期的抗剪斷強(qiáng)度。（2）對(duì)同一配合比、同一齡期條件下的碾壓混凝土，2~3h層間間隔時(shí)間的抗剪斷強(qiáng)度要稍高于4~5h層間間隔時(shí)間的抗剪斷強(qiáng)度，鋪砂漿的抗剪斷強(qiáng)度要高于鋪一級(jí)配混凝土的抗剪斷強(qiáng)度。圖14.5MPa正應(yīng)力下不同齡期的間隔時(shí)間與抗剪斷強(qiáng)度關(guān)系圖返回4.2鉆孔取芯

鉆孔取芯是評(píng)價(jià)碾壓混凝土質(zhì)量的綜合方法。

試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于碾壓混凝土芯樣，除了其抗凍等級(jí)和極限拉伸值小于設(shè)計(jì)要求和數(shù)據(jù)較為分散外（主要是由于取樣對(duì)芯樣的擾動(dòng)以及尺寸效應(yīng)等原因），其余指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。碾壓混凝土的層面折斷率一直保持在2.5%以內(nèi)，這表明碾壓混凝土層面施工和處理的效果很理想。返回4.3壓水檢查

現(xiàn)場(chǎng)壓水檢查共計(jì)686段，最小透水率0Lu。小于0.2Lu的591段，占86.7%；小于0.5Lu的673段，占98.1%；大于1Lu的1段，占0.15%。從壓水成果看，灌后透水率均滿足≯1Lu的設(shè)計(jì)要求。返回4.4聲波及錄像檢測(cè)

通過對(duì)取芯孔和部份壓水孔聲波及錄像測(cè)試表明：各檢測(cè)孔沒有發(fā)現(xiàn)聲波及動(dòng)力學(xué)特征異常，聲波低于臨界值所點(diǎn)比例及變異系數(shù)勻小于5%，說明混凝土完整密實(shí)性及均勻性較好；孔內(nèi)錄像成果也表明孔壁骨料分布均勻，表面光滑、致密。返回（1）提出了碾壓混凝土層間允許間隔時(shí)間的判定方法和控制措施：設(shè)計(jì)施工控