冲乎尔水电站大坝碾压混凝土质量控制

冲乎尔水电站大坝碾压混凝土质量控制

冲乎尔水电站大坝碾压混凝土质量控制徐超王峰豆云霞张莹键王俊王旭摘要冲乎尔水电站大坝碾压混凝土各项性能指标均满足了设计要求，说明大坝混凝土的质量控制在工艺试验的基础上，通过对混凝土原材料的品质控制、混凝土配合比的控制、混凝土施工过程中各工序的质量控制以及变态混凝土的质量控制等严格有效的控制措施，保证了大坝混凝土的质量。关键词碾压混凝土变态混凝土施工质量控制冲乎尔水电站由于交通不便，筑坝采取碾压混凝土施工；施工工艺复杂、混凝土的耐久性要求高、混凝土的胶凝材料运距较远且难以满足施工高峰期的需求、骨料品质欠佳等等诸多不利因素给大坝混凝土的施工和质量控制带来了一定的难度。几年来，项目部坚持“质量第一”的方针，在作好工艺试验的基础上，紧紧围绕混凝土原材料的品质控制、混凝土配合比控制、混凝土的施工各工序的质量控制做工作，保证了大坝混凝土的质量。1大坝碾压混凝土工艺试验冲乎尔大坝碾压混凝土工艺试验于2007年7月14日～7月16日在出口明渠段进行。1.1试验所用原材料经检测合格的《伊力特》P·O32.5级水泥；《克拉玛依》二电场Ⅱ级粉煤灰；布尔津河天然砂石骨料，砂的细度模数2.04～2.16；新疆天山精细化建材有限公司生产的FDN缓凝型高效减水剂和AER引气剂。1.2试验配合比试验配合比见表1。表1工艺试验所用配合比表级配混凝土等级水胶比煤灰掺量（%）砂率（%）每方混凝土各材料用量（kg/m3）水泥煤灰水砂小石中石大石减水剂引气剂三C18015F50W40.5555276984845924916594940.6120.3061.3施工环境晴天，平均温度22.3℃。1.4主要施工工艺n（1）用广州多维生产的连续强拌机DW240拌制混凝土。审稿：贺成立（2）采用5部自卸汽车进行混凝土运输；梅花重叠式卸料。（3）采用推土机摊铺；入仓后推土机按照摊铺要求厚度将每一卸料堆分两层进行摊铺，平仓后混凝土条带宽约为3.0m，层厚36cm，混凝土搭接采用混凝土自然搭接，骨料分离集中部位采用人工处理。（4）采用宝马BW202-AD-2型振动碾进行碾压，振动碾自重14t，为双钢轮振动碾，振动参数为45Hz，振幅为2.1/1.0mm。（5）采用事先在模板上做好碾压层厚度标记，并在试验过程中进行碾压层厚度检测，碾压厚度初步确定为30cm。（6）采用核子密度仪进行压实度检测。1.5经工艺试验确定的主要参数（1）VC值：仓内Vc值宜控制在5～8s为宜；出机口Vc应按天气、温度实行动态控制，一般为2～5s。（2）采用2-8-2形式进行碾压；即无振碾压2遍，有振碾压8遍，再无振碾压2遍；碾压方向平行于坝轴线；碾压条带间搭接宽度为20～30cm，碾压作业时行走速度为1～1.5km/h，（3）碾压压实厚度：摊铺厚度平均36cm，经过碾压后检测平均厚度为30cm。（4）层间间隔时间宜控制在8～10h。（5）变态混凝土施工：采用挖槽法；注浆量按混凝土体积的5～7%的掺量洒铺，浆液水灰比为0.55，浆液浓度配制主要控制浆液比重，比重控制为1.68～1.72,施工时洒浆应均匀。大坝碾压混凝土施工前的工艺试验，验证了即将使用的混凝土配合比；培训、锻炼并提高了人员的素质；熟悉掌握碾压混凝土施工所用的机械设备和配套工序；确定碾压混凝土的施工工艺及参数。工艺试验完善了大坝碾压混凝土的质量控制措施；为大坝碾压混凝土的质量控制积累了经验并打下了基础。因此，大坝碾压混凝土施工前的工艺试验是十分必要的，冲乎尔的工艺试验是非常成功的。2混凝土原材料的品质控制2.1水泥和粉煤灰2.1.1更换水泥严把品质指标关水泥和粉煤灰是混凝土的胶凝材料，是筑坝材料的重要组成部分，其品质的好坏直接影响了大坝混凝土的质量。n冲乎尔水电站大坝混凝土配合比试验和工艺试验用的是《伊力特》P.O32.5和P.O42.5水泥，施工时由于种种原因，需改用《屯河》P.O32.5和P.O42.5水泥，才能保证混凝土施工的正常运转。对《屯河》和《伊力特》水泥进行检验并对其品质指标进行了如下比较：比较水泥的强度：《屯河》P.O32.5级水泥强度富裕系数较《伊力特》P.O32.5水泥大；特别是28天抗压强度：《屯河》P.O32.5水泥在41MPa左右，而《伊力特》P.O水泥在40MPa左右；《屯河》P.O42.5级水泥28天抗压强度在48.6MPa左右，《伊力特》P.O42.5水泥28天抗压强度在50.7.MPa左右，虽然较《伊力特》P.O42.5级水泥28天抗压强度稍低，但配合比选择由于水胶比的限制；计算的水胶比为0.51，而推荐混凝土配合比的水胶比为0.45；混凝土的配合比强度富裕系数较大，就是使用强度稍低的《屯河》水泥，也不会造成低强混凝土。比较水泥的标准稠度需水量；《屯河》P.O32.5级水泥在29%左右，P.O42.5级水泥在27%左右；而《伊力特》P.O32.5级和P.O42.5级水泥都在28%左右，两种水泥的标准稠度需水量基本相差无几，不会造成混凝土配合比大的调整；比较水泥的有害成分——碱含量：《屯河》水泥较《伊力特》水泥碱含量低，有利于抑制混凝土的碱骨料反应。因此，在混凝土配合比基本保持不变的情况下，可以用《屯河》水泥等量替换《伊力特》水泥。2.1.2用《石河子》粉煤灰原混凝土配合比试验和工艺试验用的是《克拉玛依》粉煤灰，施工中也需改用《石河子》粉煤灰替代《克拉玛依》粉煤灰。通过对两种粉煤灰的品质指标进行比较：《克拉玛依》粉煤灰属于Ⅱ级粉煤灰，而《石河子》粉煤灰有Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰，且《石河子》的Ⅱ级粉煤灰在品质上还优于《克拉玛依》Ⅱ级粉煤灰，因此《石河子》粉煤灰完全可以替代《克拉玛依》粉煤灰。2.1.3加强对水泥和粉煤灰的抽检，杜绝不合格的产品进场在施工中对《屯河》P．O32.5水泥抽样121次；P．O42.5水泥抽样181次；对其抽样的水泥进行了细度、标准稠度、凝结时间、强度及化学成分等项目的检验。对《石河子》Ⅰ级粉煤灰抽样111次；《石河子》Ⅱ级粉煤灰抽样170次对其细度、需水量比、烧失量、三氧化硫含量等项目进行了检验。通过检验，杜绝了不合格的产品进场。2.2砂石骨料砂石骨料均采自布尔津河滩天然砂石料场。2.2.1采用天然和人工混合砂施工中由于料源发生了变化，砂的质量不稳定；细度模数普遍低于2.10，最低达到1.60。其中小于0.16mmn的颗粒含量为8.0%～14.8%，而且含泥量超标。在对筛分系统进行了整改，增加了人工砂和水洗设备，虽使含泥量满足了规范要求，但经水洗后，砂中石粉大量流失，导致碾压混凝土可碾性较差。将人工砂和天然砂分开生产，天然砂经水洗，控制含泥量；按要求用不同比例将天然砂和人工砂进行混合，保证了施工用砂的质量。工地使用的DW240连续拌和站的中间料仓有两个砂仓，因此在拌和过程中通过计算按两种砂的比例来掺混；如天然砂的细度模数为1.80，人工砂的细度模数为2.80，经计算天然砂和人工砂比例按40：60掺混后即可得到细度模数为2.40的混合砂。这样保证了砂的级配稳定。几种砂的典型颗分曲线见表2。表2细骨料筛分曲线筛孔尺寸（mm）累计筛余（％）天然砂人工砂5.06.55.72.513.834.41.2517.149.10.6329.161.90.31569.170.50.1687.980.3底100100混合砂生产过程中的质量检验成果见表3。表3砂石厂生产砂过程检测表项目天然砂人工砂混合砂细度模数含泥量（%）泥团含量细度模数石粉含量（%）泥团含量细度模数石粉含量（%）泥团含量最大2.083.8无3.0521.8无2.3918.3无最小1.801.1无2.5311.9无2.189.4无平均值2.002.2无2.7917.2无2.3013.3无经试拌：掺混合砂对混凝土拌和物的性能无大影响，但混凝土可碾性有明显改善。2.2.2对施工用的砂石骨料及时进行抽检，保证混凝土骨料的质量在施工中对砂石骨料进行了抽检；砂共抽样262组，对其细度模数、含泥量、泥团、密度、有机质、坚固性、云母、硫化物和硫酸盐等项目进行了检验。石子共抽样174组，对其进行了超、逊径、含泥、压碎指标、坚固性、针片状等项目的检验。通过检验，发现问题及时解决，保证了混凝土骨料的质量。n2.3混凝土外加剂外加剂由于水泥的更换等原因，也几经更换。主要从减水率、坍落度损失、凝结时间和含气量等项目和工程用的原材料的适应性试验，并经过技术经济比较后，选择新疆天山建材集团精细化工有限责任公司生产FDN型缓凝高效减水剂AER型引气剂、水电十一局外加剂厂生产的SN－2型缓凝高效减水剂和SN－9型引气剂等外加剂。在使用中共抽样17组，代表410余吨的高效缓凝型减水剂；抽样6组，代表62吨引气剂；对其减水率、泌水率比、含气量、凝结时间差、和抗压强度比等项目的检验。通过检验：对于由于混凝土原材料的波动，导致混凝土拌和物发生较大变化的如VC值过大或过小；含气量不够等，通过及时调整外加剂的掺量，保证了混凝土的质量。3混凝土配合比的控制混凝土配合比的控制主要包括：施工配合比的控制；施工全程Vc值的控制；混凝土拌和物水胶比的控制；出机口混凝土强度的控制；出机口混凝土的耐久性控制。3.1控制施工混凝土配合比混凝土配合比是混凝土施工过程的质量关键，因此一定要严格控制混凝土配合比。施工中由于水泥标准的更换，国家已经不再生产P.O32.5级水泥了，因此需用P.O42.5水泥替换P.O32.5水泥；尽管强度超强，但考虑到施工的可碾性，还用等量替换。施工用混凝土配合比见表4。表4混凝土施工配合比表配比编号级配水胶比煤灰掺量(%)减水剂(%)引气剂(/万)砂率(%)计算密度(kg/m3)混凝土材料用量(kg/m3)水水泥煤灰砂子小石中石大石1二0.45500.6512312424869696654744749—2二0.47500.6010312433889494657748753—3三0.55550.405272472846984592491659494备注2#配合比2008年6月前用32.5水泥，2008年6月后用42.5水泥。3.2控制Vc值和含气量Vc值是控制水工碾压混凝土质量的关键性指标，在施工过程中以控制混凝土入仓的Vc值为主，对Vc值进行了全程控制。影响Vc值的因素除水泥.粉煤灰.砂石骨料和外加剂等原材料的波动外,环境条件对Vc值也有较大的影响；原材料的波动对Vc值的影响可按有关规范进行调整；环境条件则根据冲乎尔的具体情况进行如下调整：控制入仓Vc值3s～8s，则出机口Vc值根据环境条件控制见表5。表5出机口Vc值控制表表天气晴天阴天无风小雨晚上Vc值（s）3～53～55～8n对混凝土拌和物Vc值和含气量控制结果见表6。通过对出机口的Vc值和含气量的检测控制，保证了入仓混凝土的质量。3.3混凝土拌和物水胶比的控制水胶比是影响混凝土强度的主要因素；只有严格控制水胶比，才能保证混凝土的质量。混凝土拌和物水胶比控制检测结果如表7。表6混凝土拌和物Vc值和含气量结果表部位混凝土等级级配出机口VC值(s)含气量（%）总组数范围(s)合格率(%)总组数范围（%）合格率(%)大坝内部C18015F50W4三23663.0～8.01007192.8～4.099.9大坝防渗区C18020F200W8二15513.0～7.51006333.3～5.498.6大坝EL740以上C18020F300W8二3173.0～6.21001294.5～5.699.2表7混凝土拌和物水胶比控制检测结果表序号混凝土等级设计水胶比检测结果检测组数合格组数合格率备注1C18020F300W80.450.44～0.46104104100P.O42.52C18020F200W80.450.42～0.482626100P.O42.53C18020F200W80.470.45～0.509898100P.O32.54C18020F200W80.500.45～0.5231630897.5P.O42.55C18015F50W40.550.52～0.58527527100P.O32.53.4混凝土出机口抗压强度的控制按规范对出机口混凝土抗压强度进行抽样检测并统计，结果见表8。表8混凝土出机口抗压强度统计表部位混凝土等级级配取样组数龄期到龄期组数强度变化范围（MPa）平均值（MPa）均方差（MPa）离差系数大坝内部C18015F50W4三712286988.5～22.713.12.020.15大坝内部C18015F50W4三66618057715.1～34.319.53.090.16大坝防渗区C18020F200W8二469284428.0～22.315.02.120.14大坝防渗区C18020F200W8二49218037020.1～34.525.42.940.12大坝EL740以上C18020F300W8二6328508.7～19.315.72.670.17大坝EL740以上C18020F300W8二59180720.6～26.423.8//3.5混凝土耐久性的抽样检测本工程有抗冻F200和F300的高抗冻等级的混凝土，施工时严格控制含气量，使抽样的混凝土试件的抗冻抗渗检验结果全部合格。n以上结果表明：由于加强了对混凝土配合比的控制，从而使混凝土拌和物性能、混凝土强度和耐久性也都得到了保证。4混凝土施工各工序质量控制4.1各工序的施工质量控制混凝土施工质量控制指：混凝土的拌和、运输、卸料、摊铺、碾压、层面处理、养护等各工序在施工过程中的质量控制，以满足混凝土的浇筑温度和压实度等的要求，保证混凝土的施工质量。在施工中各工序质量控制要点如下：（1）拌和：DW240连续式强拌站，加强对机械的保养和检修，定期对衡器的校检；控制好混凝土拌和的时间，保证了混凝土的计量准确和碾压混凝土的正常生产。（2）运输：控制了混凝土的运输车辆要干净，防止混凝土污染；道路要平整，防止急刹车，避免混凝土分离。夏季施工要有遮阳和防雨设施，减少外界环境对混凝土的影响。（3）卸料：控制了直接卸料（直接卸在混凝土的层面上）和间接卸料（卸在摊铺好的混凝土面上）的数量；卸料的高度不高于1.5m。（4）摊铺：按具体情况控制了条带法施工的宽度；平仓时要有专人负责处理骨料分离，要把局部集中的骨料均匀分散开；在模板上划线，控制了摊铺厚度（摊铺厚度36cm，可按两层施工，每层16～18cm；压实厚度30cm）。（5）碾压：控制了碾压遍数、碾压错距、碾压行走速度、搭接碾压条带重叠长度和端头部位搭接宽度；控制了需用手扶振动碾的碾压部位；控制了变态混凝土和碾压混凝土接合部位的碾压宽度和碾压遍数；控制了在碾压过程中局部出现裂纹的处理。（6）层缝处理：控制了冷缝或施工缝的表面处理。（7）特殊气温环境条件下的施工：夏季高温控制了布尔津河水对粗骨料的喷淋并保证有一定的堆高；仓内的喷雾器降温形成适宜的人工仓面小气候；必要的遮阳措施。控制了雨季和低温季节的施工措施及冬季对混凝土的保护措施。（8）混凝土表面养护：要配备专人按要求对混凝土表面进行了洒水养护。各工序在施工过程中的质量控制配备有专人负责，各工序通力协作把好质量关。4.2混凝土压实度检测采用美国HS－5001EZ型核子密度仪检测压实度，使用前采用工地原材料拌制碾压混凝土对核子密度仪进行标定。相对压实度按98％控制，通过现场检测，碾压混凝土相对压实度均能够达到设计要求，相对压实度检测结果见表9。表9相对压实度检测结果表部位混凝土等级级配组数压实密度平均值均方差压实度变化区间（%）平均压实度（%）均方差坝体内部C18015F50W4三65242454.816.098.0～102.099.30.65n大坝740以下防渗区C18020F200W8二49582427.224.098.0～101.499.70.95大坝740以上防渗区C18020F300W8二8932431.522.198.2～102.499.90.915变态混凝土的质量控制5.1配合比的控制由试验室开配料单，严格计量和配制浆液。5.2加浆量的控制经验证，加浆量为5％，可满足坍落度1～3cm的要求；现场变态混凝土宽度30cm，每米加浆量可按4.5升计；宽度50cm每m加浆量按7.5升计；如果碾压混凝土的VC值有变化时，根据施工情况适当调整加浆量。5.3浆液的控制用ZJ-400灰浆制浆机拌制，通过中转站设置的自动记录仪测量灰浆量，由注浆泵通过管道输送至仓内。仓面采用装载机或斗车送浆到加浆部位，人工用5升小桶加浆。要求水泥净浆从搅拌到掺洒、振捣在1小时内完成。浆液浓度以试验室采用比重法控制，如达不到要求时，应掺加水泥。5.4挖槽和洒浆摊铺平整好的碾压混凝土层面用人工挖深0.1～0.15m、宽0.10m的两道沟槽后将浆液匀速铺洒到沟槽里；局部出现的富余浆体，人工转移至贫浆部位。加浆量必须严格控制，加浆必须使用能计量的专用器具。如碾压混凝土的VC值有变化时，可适当调整加浆量。摊铺后应在15min内完成灰浆铺洒。5.5振捣采用广东佛山产的100型高频振捣器，将碾压混凝土和浆液的混合物振捣均匀密实，振捣时间应大于常态混凝土1～2倍，保证浆液翻至表面。同时振捣器应垂直插入下层混凝土5～10cm。振捣器拔出要缓慢，混凝土表面不得留有孔洞。变态混凝土从加浆到振捣完毕控制在40min内。5.6碾压在变态混凝土与碾压混凝土的结合部位，应专门进行碾压密实，相邻区域混凝土碾压时与变态混凝土区域搭接宽度应大于20cm。碾压遍数为仓面碾压遍数的二分之一。5.7止水周围施工止水片周围是变态混凝土施工的关键部位之一，必须严格按设计要求施工。在止水埋设处的变态混凝土施工过程中，应采取措施妥善保护止水材料，对该部位混凝土中的大骨料应人工予以合理剔除，振捣应仔细谨慎，避免产生渗漏通道。5.8质量检验对加浆振捣后的混凝土进行取样。C18015Fn50W4现场抽检10组，抗压强度变化范围在20.5～28.4MPa，平均值为23.1MPa；C18020F200W8现场抽检37组，抗压强度变化范围在23.1～28.3MPa，平均值为25.7MPa；C18020F300W8现场抽检8组，到令期试件的抗压强度26.2MPa。抽检的混凝土抗压强度、抗冻及抗渗等级均满足设计要求。6结语冲乎尔水电站大坝碾压混凝土各项性能指标均满足了设计要求，说明大坝混凝土的质量控制在工艺试验的基础上，通过对混凝土原材料的品质、混凝土配合比的控制、混凝土施工过程中各工序的质量以及变态混凝土的质量等有效的控制措施，保证了大坝混凝土的质量。