莲花台水电站碾压混凝土压实度施工工艺及实施效果

张波　王金辉　汪世民

摘 要： 碾压混凝土坝工程中碾压混凝土压实度是质量控制的重要工作之一。利用无核密度仪进行碾压混凝土压实度的检测及控制，在莲花台水电站大坝得以很好应用，取得显著效果。

关键词： 碾压混凝土;无核密度仪;碾压工艺;压实度控制

【中图分类号】TV523 【文献标识码】A 【文章编号】1674-3733（2020）08-0166-02

1 前言

碾压混凝土是一种塌落度为零的超干硬性混凝土。碾压混凝土是一种与常态混凝土施工方法完全不同的混凝土，用碾压混凝土筑坝可以简化温控，加快施工进度。碾压混凝土是将土石方施工机械容量大、速度快、大面积作业的优点和混凝土强度高、耐久性高的特点融合到一体，从而达到快速经济施工的目的。它的发展只有几十年的历史，但是应用越来越广泛，尤其在大体积混凝土的水利水电工程中应用较多。碾压混凝土只有达到很高的压实度，才能具有预期的强度、不透水性和拉伸应变能力。压实度对碾压混凝土性能的影响是非常显著的，因此，对碾压混凝土的压实度应给予足够重视，并把它作为施工质量的主要指标之一予以严格控制。为了探究碾压混凝土压实度的检测与控制，作者采用无核密度仪技术对碾压混凝土坝压实度进行试验研究。并在莲花台水电站碾压混凝土坝进行了运用，取得显著的效果。

2 检测方法的选定

2.1 检测方法的特点

（1）核子密度仪法

核子密度仪是现场检测压实度较常用的一种方法，以散射法或直接透射法测定路基或路面材料的密度和含水率，并计算施工压实度。仪器按规定方法标定后，其检测结果可以作为工程质量评定与验收的依据。本方法可以检测土、碎石、土石混合物、沥青混合材料和非硬化水泥混凝土等材料。

（2）无核密度仪法

无核密度仪可快速测量水工碾压混凝土、水稳层密度及压实度。该仪器的特点是标定简单、精度高，可重复性好，采用电磁感应技术代替核子源放射法，成本低、高安全用户不用为繁琐的环评申请、耗时的培训、以及严苛的运输管制而烦恼。

（3）挖坑灌砂法

挖坑灌砂法是检测压实度最常用的试验方法之一，本方法适用于在现场测定基层（或者底基层）、砂石路面以及路基土的各种材料压实层的密度和压实度。

2.2 检测方法的研究分析

核子密度仪在过去的四十多年中一直是世界各地检测土工材料的密度最广泛使用的方法，因为核子密度儀具有其它检测方法所不具备的检测准确、快速、经济和无损检测等优点。尽管核子仪使用起来非常安全，从来没有对操作人员产生危害，但由于核子仪使用了同位素放射源，出于对辐射的忧虑，随着近几年国家对核子仪的控制，人们对核辐射的认识及对健康保护的提高，核子密度仪也随着时代的发展也慢慢淡出了市场，而采用无核密度仪进行压实度试验越来越受到人们的关注。目前公路工程已经开始使用该技术，水利水电工程碾压混凝土坝使用相对比较少。与传统方法相比，无核密度仪具有以下优点：

（1）与核子密度仪相比，无核化是无核密度仪的最大优势，购买前不需要申请辐射许可证及进行环境评价报告，且不需要进行专门的安全储存方法、定期的泄漏测试及设备标定，使用过程限制因素较多。

（2）若试验检测中具备一步法操作条件，与灌砂法等方法相比其检测速度能大为提高。从围堤填筑检测应用情况来看，无核密度仪一般1min完成1个测点的检测工作，检测速度完全能够满足土方填筑连续施工的要求。

（3）灌砂法等传统破坏性检测方法在检测后会留下大小不等的试坑，且扰动周边压实面。虽然规范对这些试坑的回填要求进行了详细说明，但在施工中试坑的回填质量控制一直是个被忽视的环节，往往成为质量隐患。无核密度仪属于无损性检测，对原有已压实面不造成破坏，不会影响填筑质量。

2.3 检测方法的校验

为了保证大坝施工的顺利进行，确保大坝施工质量，为施工提供科学合理、可靠的施工技术参数;为了在大坝正式施工前，检验施工各个环节的可行性、可靠性，按照规范及相关设计要求，进行了碾压混凝土现场工艺试验。同时，为了提高莲花台水电站碾压混凝土施工质量，选择挖坑灌砂法试验对现场选用的无核密度仪进行校验，以验证碾压混凝土质量检测设备准确性。试验结果表明，无核密度仪的检测结果与灌砂法的检测结果比较接近，并都满足规范及设计要求。为了工程质量、进度及安全着想，经过业主及监理同意最终选择无核密度仪进行碾压混凝土压实度的控制。

3 检测设备的率定

根据不同材料、不同的测量模式分别进行测试率定与修正，只有对不同材料进行现场修正，才能保证测量的准确性。因为无核密度仪在出厂前是在室内模拟密度标样等不同密度、不同含水量的模拟标准试件上进行率定的。在现场检测时，可能含有一些特殊元素，会直接影响仪器的密度与含水量的测量计数，所以只有经过现场对比测试校正仪器，消除误差，使其测量数据准确真实，才能代替常规检测方法进行压实度和含水量的快速测定。为消除不同原材料对压实度测量的影响，根据每一种类型的配合比配制的碾压混凝土标准试块进行率定。在连续浇筑情况，为了使仪器处于稳定状态，可以每天率定一次。

4 现场压实度的检测

根据《水工碾压混凝土施工规范》DL/T 5112-2009要求，建筑物的外部（迎水面）混凝土相对密度不应小于98%，内部（背水面）混凝土相对密度不应小于97%。用无核密度仪检测碾压遍数与压实度关系，对于提高施工质量，加快施工速度，减少机具磨损，有较大意义。莲花台水电站在中间试验和施工过程中进行最佳碾压遍数测量，现场通过振碾6遍、8遍、10遍各测五个点平均，最终选择外部、内部混凝土最优遍数为8遍。碾压时，无论其有振碾压遍数是多少，有振碾前均无振碾压2遍，最后再静碾2遍收面。确定施工工艺的碾压遍数，并在施工中校核此工艺是否合适。混凝土碾压工艺试验见表1。

加强对现场碾压混凝土遍数的控制，及时进行碾压混凝土压实度检测。确保试验检测数据的准确性和及时性，及时向项目部提供有关信息。刚碾压完毕的层面由于受到挤压后有一个反弹过程，压实度的测试宜在碾压完毕10分钟后进行，并将无核密度仪测试的结果作为压实度的判定依据。现场压实度按规范要求的检测频率检测，建筑物的外部（迎水面）混凝土压实度平均值达到99.1%，内部（背水面）混凝土压实度平均值达到98.7%。碾压混凝土实测压实度汇总统计见表2。

5 现场压实度的控制

碾压混凝土只有达到很高的压实度，才能具有预期的强度、不透水性和拉伸应变能力。压实度对碾压混凝土性能的影响是非常显著的，因此，对碾压混凝土的压实度应给予足够重视，并把它作为施工质量的主要指标之一予以严格控制。

为防止坝体压实度的不均一性，影响混凝土大坝整体质量，日常施工需要用质量管理图进行控制。在施工过程中应及时、准确对仓面每一个条带的碾压混凝土压实度进行检测，仓面压实度施工可控制在不小于规范值，对压实度进行质量控制。对现场检测達不到质量标准的部位，需进行补碾，直到检测结果符合质量标准。当补碾后情况还未好转，应采取因果分析方法对施工中所有情况进一步分析，进而确认方法后，对达不到质量标准的部位进行返工处理。对由于运料车车轮经过使已碾好的混凝土仓面被破坏，此时需经再次碾压后方能铺筑新料。

6 总结

用无核密度仪对莲花台水电站碾压混凝土坝的室内和现场试验研究表明，经过校核后的无核密度仪来检测和控制压实度是可行的。无核密度仪具有快速、无损、大体积测量等特点，测量精度可以满足施工的要求。从无核密度仪检测的结果看，莲花台水电站建筑物的外部（迎水面）混凝土压实度平均值达到99.1%，内部（背水面）混凝土压实度平均值达到98.7%，莲花台水电站碾压混凝土坝压实度分布比较均匀的，可以认为莲花台水电站碾压混凝土坝施工压实质量优良，莲花台水电站碾压混凝土坝使用无核密度仪进行压实度检测与控制取得显著效果，为碾压混凝土突破一道难关，并为其它工程提供了借鉴。此技术值得在碾压混凝土施工时参考和推广。

参考文献

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[2] 罗敏，巨江，王振强 龙首水电站碾压混凝土施工工艺及实施效果：水力发电，2001，（10）.

[3] 李锡祺，核子密度_水分仪在坑口水电站碾压混凝土坝压实质量检测中的应用：浙江水利科技，1987，（02）.