大石涧水库碾压混凝土大坝碾压工艺试验

高萌

(河南省水利第二工程局，河南 郑州 450016)

1 工程概况

河南省三门峡大石涧水库大坝工程位于陕州区店子乡以东的洛河支流渡洋河中上游，大坝距离三门峡市区约45 km。大石涧水库控制流域面积173 km2，是一座总库容约3 300万m3的中型水库。大坝类型为碾压混凝土重力坝，坝高设计值为68.90 m，坝顶长为308 m。大石涧水库工程等别Ⅲ等。碾压混凝土主要工程量：22万m3的三级配C15W6F100碾压混凝土、0.20万m3的二级配C9020W6F100碾压混凝土、2万m3的二级配C9020W8F150碾压混凝土。

2 试验依据

招、投标文件，水工混凝土试验规程，水工碾压混凝土施工规范，用于水泥和混凝土中的粉煤灰、水工混凝土施工规范，混凝土外加剂、水工混凝土掺用粉煤灰技术规范，设计图纸及相关设计文件要求。

3 现场试验设计

3.1 试验部位

在大石涧大坝6#坝段混凝土基础垫层上，布置现场工艺试验场地，为水平碾压段。现场共分8个区段的水平段试验场，包括4个碾压混凝土区，其中，每个区块平面尺寸为：4 m×10 m(宽×长)；4个变态混凝土试验区，每个试验区平面尺寸为：1 m×10 m(宽×长)。总面积约是200 m2。每个区块铺筑3层碾压混凝土，各层松铺厚度是35 cm。碾压混凝土试验分区平面布置图见图1。

3.2 试验内容

现场工艺试验主要包括：确定碾压厚度；测定不同碾压遍数下的压实密度，确定最优碾压遍数；测定碾压混凝土VC值、初凝时间、并确定层间允许间歇时间。

3.3 混凝土原材料及基本性能检测

试验所用原材料均已由建管单位委托的第三方实验室进行检测，且检验结果合格。碾压混凝土配合比由试验室出具，在试验过程中根据碾压效果进行适当调整。

3.4 拌和站出机口拌和物拌和性能检测

在拌和站出机口进行拌和物性能检测，不同试验区混凝土VC值每2 h检测1次，出机口及仓面混凝土温度与VC值同步进行检测。

4 现场试验施工过程

4.1 混凝土拌和、运输、卸料

碾压混凝土采用1台HZS180拌和机进行拌制，采用20 t 自卸汽车运输。试验拌和时间为50、75、90、120 s。拌和站出机口与自卸汽车间的自由落差均<1.50 m。

现场采用后退法入仓卸料，人工配合挖掘机平仓的方式施工。混凝土卸料采用两点卸料法，同时卸料高度<1.50 m。每层松铺厚度约35 cm，平仓过程中严格控制铺料厚度，铺料厚度采用水准仪进行检测。

4.2 混凝土碾压

碾压混凝土采用SR22MP自行式振动碾进行碾压，行走速度为低档行驶，碾压速度控制在1.50 km/h以下，摊铺方向与碾压方向保持一致，每层分别采用无震2遍外加有震4、6、8、10遍+无震2遍碾压，并于碾压至有震4遍后开始进行压实度检测，最终碾压遍数以压实度检测合格为准。

图1 碾压试验分区平面布置图

变态混凝土采用现场加浆和机拌变态混凝土两种方法进行试验。现场加浆时采用碾压混凝土中部挖槽加浆。采用机拌变态混凝土时，将变态混凝土的浆液部分同碾压混凝土集料一起直接加入拌和机中，进行搅拌。

5 拌和物性能及现场压实度检测

出机口、仓面混凝土温度与VC值，每2 h同步进行检测1次；碾压混凝土工作度、浇筑质量均进行现场检测。每层铺料完毕后用水准仪测量混凝土松铺厚度，碾压完毕后再进行测量压实厚度，虚铺及压实厚度另需记录。

通过核子密度仪，依次测定现场料物摊铺后先静压2遍，震动碾压4、6、8、10遍后的碾压混凝土表观密度，以求确定最佳碾压遍数。对碾压混凝土拌和物进行现场取样，同时测定拌和物的表观密度。

在试验室进行碾压混凝土凝结时间试验，测定凝结时间。通过筛分法筛取不同拌和时间的砂浆，测定碾压混凝土砂浆表观密度，检验碾压混凝土的均匀性。在试验室使用湿筛法，对碾压混凝土拌和物进行取样，测定碾压混凝土含气量。

6 试验成果分析

6.1 碾压混凝土VC值检测

通过现场检测，碾压混凝土VC值共检测13次，VC值为7.90～11.20 s之间，不同拌和时间碾压混凝土VC值差别不大。

根据《水工碾压混凝土施工规范》的要求，用砂浆表观密度分析法检测碾压混凝土拌和物均匀性时，两个样品测定的砂浆表观密度差值应≤30 kg/m3。当拌和50 s时，二级配、三级配碾压混凝土砂浆密度差值分别为28 kg/m3、13 kg/m3，两种级配状态的拌和物在75、90、120 s拌和时间测定的砂浆密度均呈递减趋势。

6.2 压实度检测和碾压混凝土配合比调整

第一层先静碾2遍，再震动碾压4遍时，压实度合格率为0；震动碾压6遍时，压实度合格率为25.00%；震动碾压8遍时，压实度合格率为81.20%；震动碾压10遍时，压实度合格率为96.90%。碾压10遍后，对局部不合格部位进行补压，经补压后，检测结果全部合格。

从外观上看，第一层碾压完成后，碾压混凝土表面，碾压混凝土表面局部泛浆不明显，经分析，原因分析为砂率偏小。故在第二层施工前，将二级配碾压混凝土的砂率从36%增加到38%，三级配碾压混凝土的砂率从32%增加到35%，胶凝材料用料适当进行增加，碾压后从外观上看，比第一层稍有改善，压实度合格率比第一层有较大提高。第三层碾压时，继续增加砂率，并且增加胶凝材料掺量及减水剂用量，降低VC值。将二级配碾压混凝土配合比砂率增加到40%，三级配碾压混凝土配合比砂率增加到37%，震动碾压4遍后，碾轮前呈塑性回弹，大部分碾压混凝土表面明显有灰浆泛出，表面较为湿润，有光亮感，压实度合格率为31.20%，碾压8遍时，压实度合格率达到100%。碾压混凝土压实度检测记录及碾压试验配合比调整见表1、表2。

表1 碾压混凝土压实度检测合格率统计表

表2 碾压试验混凝土配合比调整统计表

6.3 碾压混凝土层间间歇时间确定、表观密度、含气量测定

通过进行碾压混凝土的凝结时间测定，二级、三级配碾压混凝土初凝时间分别为12、13 h。C9015W6三级配碾压混凝土表观密度为2 510 kg/m3，C9020W8F150二级配碾压混凝土表观密度为2 491 kg/m3。二级配C9020W8F150、三级配C9015W6碾压混凝土含气量分别为3.80%～4.20%和1.50%～1.80%，含气量满足规范要求。

6.4 碾压混凝土实体强度检测

碾压试验过程中，成型不同部位28、90 d试块，同时进行钻芯取样检测。碾压混凝土试块及芯样抗压强度统计见表3。

表3 碾压混凝土钻芯取样抗压强度统计表

从混凝土芯样外观看，碾压混凝土表面比较光滑致密，骨料分布比较均匀。从成型试块及现场芯样强度看，混凝土强度可满足要求。

通过对现场加浆和机拌变态混凝土芯样进行对比，由于现场加浆为纯水泥浆，机拌变态混凝土加浆为水泥掺加粉煤灰浆液，现场加浆变态混凝土强度比机拌变态混凝土强度稍高。但现场加浆变态混凝土的强度不均匀，机拌变态混凝土取芯强度比较均匀。机拌变态混凝土芯样外观表面比较光滑致密，施工现场加浆变态混凝土表面基本光滑，稍有气孔。

在变态与碾压两种混凝土结合部位进行钻芯取样，机器拌制变态混凝土与现场加浆变态混凝土，经振捣碾压后均能与碾压混凝土结合状态良好。

7 试验结论

试验碾压混凝土采用调整后的配合比，二级配碾压混凝土砂率40%，三级配碾压混凝土砂率37%时，碾压混凝土的拌和时间为50 s，维勃稠度值(工作度VC值)宜控制在5～12 s，碾压后混凝土表面光亮湿润，微泛灰浆，可碾性较好。松铺厚度为35 cm，当震动碾压8遍时，压实度合格率是100%，可满足施工要求。为保证变态混凝土的密实度和均匀性，大坝变态混凝土采用机器拌制变态混凝土效果更好。

8 结语

试验研究确定的碾压工艺参数：虚铺厚度为35 cm，压实后厚度为30 cm，碾压遍数为2遍无振+8遍有振+2遍无振，碾压机具的行走速度控制在1.10～1.50 km/h、拌和时间50 s、维勃稠度值(VC值)5～12 s、变态混凝土采用机器拌制，能够满足现场施工各项指标要求。现场施工严格按照试验参数进行过程质量控制，工程于2017年5月开展第一仓大坝碾压混凝土施工，于2019年9月主体工程完工，至今工程运行状态良好。