观音岩导流明渠碾压混凝土工艺试验策划与现场组织

王永涛

(中国水电七局观音岩项目经理部工程技术部，四川攀枝花，617412)

1 碾压混凝土生产性试验目的

观音岩水电站导流明渠碾压混凝土工艺试验，为尽可能模拟坝体施工工况，碾压混凝土由右岸混凝土拌和系统生产。混凝土拌和原材料采用与坝体混凝土施工相同的材料(人工砂石料、水泥、煤灰和外加剂等)，自卸汽车运输，仓内施工(摊铺、喷浆、碾压、振捣、成缝等)设备与计划用于坝体碾压混凝土仓面施工的设备相同。其试验目的如下:

(1)尽可能模拟大坝碾压混凝土施工工况，以达到检验室内试验确定的并经监理人批准的碾压混凝土配合比的合理性，检验施工过程中原材料生产系统、混凝土制备系统、自卸汽车运输系统和平仓、碾压机具等仓内施工系统的运行可靠性和配套性;

(2)确定碾压混凝土拌和工艺参数、碾压施工参数(包括运输、平仓方式、摊铺厚度、碾压遍数和振动行进速度等)、骨料分离控制措施、层面处理技术措施、成缝工艺、变态混凝土施工工艺等;

(3)实测碾压混凝土各项物理力学指标，评定其强度、抗渗、抗冻、抗剪断强度等特性，验证和确定碾压混凝土质量控制标准和措施。并通过现场试验，为工程施工提供技术标准和施工工艺参考;

(4)模拟现场施工，磨合碾压混凝土各施工系统的协调、衔接，并对施工人员进行技术培训。

2 试验场地规划布置

2.1 试验场地布置

碾压混凝土现场工艺试验场地，布置于观音岩右岸拌和系统1084m高程的平台，尺寸为20m×50m(宽×长)。为保证试验效果并充分模拟大坝施工工况，先浇筑22m×52m(宽×长)厚50cm的C15三级配常态混凝土垫层(为防裂，面层铺设φ14@200×200钢筋)。本次试验共铺筑碾压混凝土七层，浇筑升程2.1m，浇筑混凝土总量2100m3。

本标段大坝碾压混凝土共3种混凝土标号，其编号及对应混凝土标号见表1所示。

表1 碾压混凝土及变态混凝土编号

根据振动碾碾压工况(徐工XD121振动碾轮宽2.13m、施工条带之间的搭接0.2m)，并结合碾压试验仓结构以及混凝土分区情况，确定碾压试验分为三个条带、三个区。其中，1～5层为连续浇筑(热升程)，间歇5d后浇筑6～7层，5、6层之间设置施工冷缝，按分区对冷缝采取不同的层间处理工艺，并通过5、6层原位抗剪试验验证层间处理工艺。具体条带及分区规划见图1。

图1 碾压混凝土试验条带及分区规划

2.2 道路布置

布置5m宽入仓道路，并采用30cm厚级配碎石填筑形成脱水路面(长度不小于30m，道路随浇筑升程逐渐加高)，采用压路机压实后用水冲洗干净，晾干至碾压混凝土试验仓浇筑前。碾压混凝土采用组合钢模板。入仓口处(预留入仓口宽度5m)采用150cm×80cm×60cm(长×宽×高)预制混凝土块封仓，并随混凝土浇筑逐渐加高。

为保证仓面不受污染，脱水路面端头设置洗车平台(5m×12m)，人工高压水枪辅助冲洗，自卸汽车冲洗后经脱水路面入仓。

2.3 施工供水、供电布置

施工供水主要用于入仓自卸汽车冲洗、制浆等，采用DN108钢管从拌和系统供水管道接引至工作面。

施工供电主要用于制浆站制浆设备、仓面施工等，采用50mm2铜芯电缆从拌和系统引至工作面配电盘。

2.4 制浆站布置

结合现场条件，在1084m高程平台距离碾压块旁约10m位置，布置一套制浆站，配置高速搅拌机、1.0m3储浆桶及净浆泵各一台。袋装水泥及粉煤灰储备在临时水泥煤灰仓库，人工倒运至搅拌机搅拌制浆。变态混凝土宽度按1m、加浆量按40L/m3计。

2.5 拌和楼布置

混凝土由右岸混凝土系统2×4.5强制式拌和楼生产，经上坝路运至试验场地，运距约0.5km。

2.6 试验人员及资源配置

碾压混凝土工艺试验人员、设备配置详见表2、表3。

表2 碾压混凝土工艺试验人员配置

表3 碾压混凝土工艺试验设备配置

3 施工工艺流程

碾压混凝土现场工艺试验施工工艺流程见图2。

图2 碾压混凝土工艺试验施工流程

4 碾压混凝土配合比验证试验

4.1 原材料检测

4.1.1 水泥。主要测定出厂水泥质量，检测项目主要有细度、安定性、标准稠度需水量、凝结时间及强度，每400t检测一次，不足400t时检测一次。

4.1.2 粉煤灰。主要是粉煤灰质量稳定性和活性检测，检测项目主要有细度、需水量比、含水率及烧失量，每200t检测一次，不足200t时检测一次。对于表观密度、强度比各检测一次。

4.1.3 外加剂。外加剂主要包括减水剂和引气剂，检测项目主要为匀质性指标检验和混凝土性能试验指标检验，且每批一次。匀质性指标检验包括含固量、密度、PH值、细度、净浆流动度、表面张力、泡沫度，其中液体浓度一班一次;混凝土性能试验包括减水率、坍落度损失、含气量、泌水率比、凝结时间、抗压强度比。

4.1.4 人工骨料。碾压混凝土工艺试验拌和骨料采用人工骨料，由于经长距离运输、冲洗和筛分，必须严格控制质量，要求砂子细度模数控制在2.2～2.9，砂中石粉含量应控制在15%～22%;粗骨料含水率(大石小于0.5%，小石小于0.2%)允许偏差为0.2%，超过时应调整碾压混凝土拌和单位用水量。

其中，①细骨料检测为:细度模数、石粉含量每班一次;含水率每2h一次，视比重、吸水率、堆积密度、空隙率、云母含量及石粉含量共一次。②粗骨料检测为，超逊径、针片状和表面含水率每班一次;视比重、堆积密度、紧密密度、空隙率、超逊径含量、针片状含量、压碎值指标、坚固性、软弱颗粒含量共一次。

4.2 现场碾压混凝土可碾性综合评价

4.2.1 亲和性。主要通过机口混凝土拌和物外观评价，要求机口拌和物颜色均匀，砂石表面附浆均匀，无水泥粉煤灰结块，刚出机的拌和物用手轻握时能成团块，松开后手心无过多灰浆黏附，石子表面有灰浆光亮感。

4.2.2 工作性。主要通过混凝土可碾性反应，混凝土摊铺平仓后，在有振碾压4～6遍后，碾轮过后混凝土有弹性(塑性回弹)，80%以上表面有明显灰浆泛出，混凝土表面湿润，有亮感。

4.3 碾压混凝土VC值

4.3.1 碾压混凝土VC值测试。在试验过程中，碾压混凝土仓面VC值控制在3s～12s，波动控制在±3s范围以内，且每两小时一次，在气候变化较大(大风、雨天、高温)时适当增加检测次数。若机口VC值偏差超出允许偏差3s控制界限时，应查找原因，在保持水胶比不变的情况下修正拌和碾压混凝土的单位用水量。

4.3.2 碾压混凝土VC值损失测定。混凝土运输到达试验场地后进行VC值测试，测试波动控制在±3s范围以内，要求每两小时一次，在气候变化较大(大风、雨天、高温)时适当增加检测次数。若测试结果超出允许偏差±3s控制界限时，应查找原因，提出应对措施。

4.3.3 入仓碾压混凝土VC值间歇损失试验。碾压混凝土VC值间歇损失，主要是指混凝土拌和物入仓卸料后在摊铺、平仓过程中VC值的损失。在试验过程中，针对每层各种强度等级的碾压混凝土均要求每两小时测一次，在气候变化较大(大风、雨天、高温)时适当增加检测次数。

4.4 碾压混凝土凝结时间

在试验过程中，每种配合比的碾压混凝土均在机口或仓面取样做凝结时间的检测。其检测项目和标准分别见表4、表5。

表4 碾压混凝土机口检测项目和标准

表5 碾压混凝土仓面检测项目和标准

4.5 碾压混凝土力学性能

混凝土力学性能指标现场取样检测项目见表6。

表6 碾压混凝土力学性能及耐久性能取样检测项目和频率

5 碾压混凝土施工工艺、工法试验

5.1 拌和均匀性工艺参数试验

现场试验前7天，在右岸混凝土拌和系统(2×4.5m3)进行碾压混凝土投料顺序和拌和时间及均匀性试验。

5.1.1 投料。C9020W6F100三级配碾压混凝土选择三种投料顺序，C9020W8F100二级配碾压混凝土选择二种投料顺序(表7)。

表7 拟定的投料顺序

5.1.2 拌和时间。选择70s、90s和120s进行试验。

5.1.3 均匀性。主要通过骨料含量和砂浆密度指标衡量，骨料含量采用洗分析法测定，要求两样品差值小于10%;采用砂浆密度分析法测定砂浆密度时，要求两样品差值不大于30kg/m3。碾压混凝土均匀性试验在配合比或拌和工艺改变、拌和楼投产或检修后等情况下分别检测一次。

5.1.4 检测。各强度等级碾压混凝土投料顺序和拌和时间，均需进行罐头和罐尾的VC值、含气量、7d、28d抗压强度以及砂浆密度试验，最后根据试验结果确定碾压混凝土拌和投料顺序和拌和时间。

5.2 碾压混凝土运输试验

5.2.1 混凝土运输入仓。采用15t自卸汽车运输，要求驾驶室内挂牌标明混凝土的级配、标号。为防止混凝土拌和物在接料过程中骨料过于集中，要求汽车在拌和楼接料时，必须坚持多点下料。混凝土运输汽车入仓之前，必须冲洗轮胎和汽车底部粘着的泥土、污物，冲洗时汽车需在冲洗点走动1～2次，同时要求脱水道路(碎石填铺道路)长度不得小于30m。试验块入仓道路宽5m，采用150cm×80cm×60cm(长×宽×高)C15混凝土预制块沿模板线干砌，自稳固定。汽车驶入碾压混凝土仓面后，应平稳慢行，避免在仓内急刹车，急转弯等有损已施工混凝土质量的操作。

5.2.2 混凝土卸料。采用两点卸料法，即汽车驶上条带后开始卸料，卸过一半后在车斗门不关的情况下前行2m～4m左右继续卸料。同时要求每层起始条带料堆位置距端模板5m～6m，距侧模板1.5m。

在试验过程中，自卸汽车对每种级配混凝土的负荷程度、行驶速度详细记录，保证骨料在运输过程不出现分离现象的情况下，选择出最优参数。

5.3 铺料与平仓试验

5.3.1 辅料。首先采用冲毛等方法清除垫层混凝土表面的浮浆及松动骨料，经验收合格后，均匀铺2cm～3cm厚的砂浆，然后摊铺碾压混凝土进行一层碾压。

第一层碾压层厚为30cm，摊铺平仓厚度为35cm，一次铺筑到位;第二层碾压层厚为40cm，摊铺平仓厚度为45cm，分两次铺筑到位;第三层碾压层厚为20cm，摊铺平仓厚度为25cm，一次铺筑到位;第四层至第七层碾压层厚30cm，摊铺平仓厚度35cm，一次铺筑到位;原位抗剪试验在第五碾压层和第六碾压层进行(第五、六层为冷升层)。

5.3.2 平仓。每层第一条带卸料完后，人工将料堆周边集中的骨料分散到料堆顶部，平仓机再将混凝土拌合物向端头模板侧推平达到平仓厚度，最后调头开始平仓，并保持条带前部略低，以降低汽车卸料落差，达到减少骨料分离的目的。仓面平仓后要求做到基本平整，无显著坑洼。

5.4 碾压试验

5.4.1 碾压遍数试验。控制碾压混凝土机口VC值为3s～8s，每个条带分为三个区。其中，1区按无振2遍+有振6遍+无振2遍，2区按无振2遍+有振8遍+无振2遍，3区无振2遍+有振10遍+无振2遍进行碾压，碾压完后测试其密度。

模板周边变态混凝土与碾压混凝土结合带采取小型振动碾碾压，1区无振2遍+有振20+无振2遍，2区无振2遍+有振24遍+无振2遍，3区无振2遍+有振28+无振2遍进行碾压。

5.4.2 碾压工艺试验。振动碾碾压方向平行于铺填条带，要求行走速度为(1～1.5)km/h，碾压条带清楚，走偏误差控制在10cm范围内，相邻碾压条带必须重迭15cm～20cm，同一条带分段碾压时，其接头部位应重迭碾压2.4m～3m。两条碾压带间因碾压作业形成的高差，采取无振慢速碾压1～3遍作压平处理。小型碾靠近模板作业时，应及时清理靠模板一线凸出的砂浆或残余混凝土，使混凝土水平面与模板接触密实，小型碾距模板的距离控制在1.5cm～3cm范围。

在试验过程中，每层的每种强度等级的碾压混凝土均需在机口取样做VC值、含气量、凝结时间、7d、28d和90d抗压强度检则;仓面需进行碾压混凝土VC值及凝结时间的检测。待浇筑后的混凝土龄期达90d后，在每个条带的每个区分别取孔径150mm的混凝土芯样12个，测试28d、90d、180d抗压强度、劈拉强度，90d、180d抗冻和抗渗，最终获得不同VC值、不同碾压遍数、不同层厚与碾压混凝土强度和密度的关系曲线。

5.5 碾压混凝土连续升层允许间歇时间试验

为了解碾压混凝土连续上升层的允许间歇时间，在第一到第四浇筑层的层面上设置成不同的间歇时间。其中，第一到第二层间歇时间为4h，第二到第三层间歇时间为6h，第三到第四层间歇时间为8h，其他各层(除第五到第六层为冷升层)层间间歇时间为4h。层间间歇时间可以根据仓面测试的混凝土凝结时间适当调整，但要控制在混凝土初凝时间以内。在混凝土到达90d龄期后，进行混凝土取芯，测试混凝土90d、180d层间接触面抗剪断强度和抗拉强度，并对层面部位进行分段压水试验，最后根据层面混凝土力学性能指标和压水试验结果，确定碾压混凝土连续上升层的允许间歇时间。

5.6 层面处理试验

5.6.1 对连续升层的部位，当层面超过层间允许间隔时间时，采取层面上铺砂浆、水泥掺和料浆，再铺筑上一层碾压混凝土进行对比试验，确定不同施工季节的层间允许间隔时间、适宜的层面处理方式和层面处理材料配合比。

5.6.2 对施工缝及冷缝(当层面间歇时间超过加铺垫层的时间)，层面采用高压水冲毛的方法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料，处理合格后，均匀铺1.5cm～2.0cm厚的水泥砂浆、2cm～3cm厚砂浆或3cm～5cm厚一级配常态混凝土，其强度应比碾压混凝土强度等级高一级。在其上摊铺碾压混凝土后，须在水泥砂浆或一级配常态混凝土初凝前碾压完毕，通过对比试验，选择施工缝和冷缝的处理方式(含高压水冲毛时间和压力)和层面处理材料配合比。

5.6.3 对上游防渗区内每个碾压层面，通过铺砂浆或水泥掺和料浆的对比试验，选择层面处理材料及配合比。

5.7 变态混凝土施工工艺试验

在A、C条带靠模板侧1.0m进行变态混凝土工艺试验。每一层分为三区，试验采用第一区挖槽加浆，第二区底层加浆，第三区插孔加浆。条带的两端头1.0m宽作为仿上(下)游及岸坡工作区，试验时采用底层加浆。在试验过程中，在仓面取样测试变态混凝土的7d、28d、90d、180d的抗压强度。在每一段布置3个直径150mm的取芯孔，一直从第七层打到第一层，对芯样进行描述和测试其28d、90d抗压强度，并进行压水试验，最后根据芯样成果和拆模后外观情况确定变态混凝土施工工艺。

5.8 成缝试验

试验块设置两条横缝，主要采用“先碾后切”的方式成缝，层面碾压遍数满足设计要求后，采用切缝机在设计位置(设2道缝，缝中间距16m)进行切缝试验。填塞材料分别选用2层、4层彩条布做对比试验，切缝面积不小于60%。

5.9 原位抗剪试验

在第五碾压层和第六碾压层的层面(冷升层)上，布置不同层间结合措施的原位抗剪试验。将仓面沿垂直于条带方向划分为三个区，区长分别为17m、16m、17m。冲毛处理后，第一区铺2mm厚水泥煤灰净浆，第二区铺3cm厚砂浆，第三区铺3cm厚小级配混凝土。在每个条带每个区各制作18组试件(每组5个试件)，在混凝土龄期到达90d和180d后，分别进行原位抗剪断试验。

在试验前一个月使用锯缝机、风镐配合人工，在第五层层面上刻凿试坑并制作试件，成型试件尺寸为长×宽=50cm×50cm，施加水平荷载方向处深度达到层面以下30cm。在试件每侧(间距1.0m)钻两个孔预埋φ36mm锚杆，锚杆锚固深度2.0m。锚杆应竖直，相邻两锚杆间距为50cm，每组试件的锚杆应控制在同一直线上。施加水平荷载部位应修整平整，如不能修整平整，可采用砂浆将施力处抹平。然后在试坑内充水养护直到试验时，以便在90d和180d进行原位层间接触面抗剪断强度试验。试坑布置见图5～8。

5.10 超声波探测和回弹试验

声速及回弹测试主要在C9020W8F100、C9015W6F100、C9020W6F100试验段碾压混凝土区及C9020W8F100变态混凝土区进行，测试28d、90d和180d的声速值及回弹值。超声波探测检查点布置在压水检查孔内，回弹测试点具体位置由监理工程师现场指定，并做好详细记录。

6 现场碾压混凝土性能参数试验

6.1 钻孔试验

钻孔取芯是评定碾压混凝土质量的综合方法，钻孔取芯主要对C9020W8F100、C9015W6F100、C9020W6F100试验段碾压混凝土及C9020W8F100变态混凝土进行，其评定内容见表8。

表8 混凝土芯样各龄期试件取样

芯样外观描述，评定碾压混凝土的均质性和密实性，评定标准见表9。

表9 碾压混凝土芯样外观评定标准

6.2 压水试验

压水试验主要对C9020W8F100二级配、C9015W6F100三级配、C9020W6F100三级配碾压混凝土及C9020W8F100二级配区现场变态混凝土取芯，测试90d和180d龄期的本体和层面的渗透特性，并做好详细记录。

6.3 膨胀爆破试验

验块所有的试验完成后，对碾压混凝土试验块进行膨胀爆破，以直观了解混凝土层间、层面的结合情况。混凝土膨胀爆破的钻孔示意见图9。其中，钻孔从第七层打到第一层，采用风钻打孔，孔打好后填入膨胀剂进行膨胀爆破。

图9 碾压混凝土膨胀爆破试验钻孔

6.4 原位抗剪试验

主要进行原位抗剪试验综合分析，揭示热升层与冷升层对抗剪指标的影响，不同层间处理方式对抗剪指标的影响，层间抗剪指标的影响;最后进行原位抗剪试验综合评定。

7 试验成果及资料整理

混凝土各项物理力学性能试验遵照有关现行规程、规范的要求进行，试验期间，必须认真细致观察、量测，并作好详尽的施工记录，各项试验成果应及时整理分析，找出施工最优参数。

碾压混凝土试验在90d龄期到达后，根据试验测试数据和成果编写阶段性试验报告，180d后编写最终试验报告。主要包括以下内容:现场试验施工技术说明，原材料及物理试验测试成果，现场碾压过程测试说明，机口样品指标试验测试成果，现场声测及回弹测试成果，钻孔芯样指标测试成果，钻孔压水试验成果，层面原位抗剪测试成果，碾压混凝土膨胀爆破试验对施工质量和层间及层面结合情况的分析成果。

8 结语

本次工艺试验从准备到完成历时20余天(2009年10月25日至2009年11月15日)，动员各级人员150余名，机械设备30余台套，由于策划与现场组织有力，现场工艺施工阶段试验进行十分顺利。通过本次充分模拟现场施工工况的试验，磨合了碾压混凝土各施工系统的协调、衔接，并对施工人员进行技术培训，形成了一套完善的现场施工组织方法，对本标段碾压混凝土浇筑施工具有很强的指导意义。