南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法

南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法

第11期广东水利水电No．112013年11月GUANGD0NGWATERRES0URCESANDHYDROP0WERNOV．2013南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法谢彦辉，杨海泉，赵雅玲(1．广东水电二局股份有限公司，广东广州511340；2．中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州510610)摘要：该文主要开展了不同气温环境条件、不同外加剂品种对碾压混凝土凝结时间的影响，以及不同处理工艺对层面结合质量的影响研究。提出了优化混凝土配合比、喷雾保湿降温、防晒和快速作业相结合、直接铺筑允许时间比初凝时间提前2h以上、且不超6h的综合施工技术措施。研究成果应用于云南红河南沙水电站碾压混凝土重力施工，成功地解决了工程地处高温干燥气候条件下的碾压混凝土层间结合质量。关键词：碾压混凝土重力坝；质量控制；层面结合质量；高温干燥气候环境中图分类号：TV544．921文献标志码：B文章编号：1008一O112(2013)l1—0058—041概况工程地处典型亚热带气候环境，比龙滩大坝的气温还经过近几十年的发展，我国碾压混凝土筑坝技术要高，高温时间还要长。坝址实测气温资料：年平均已达到世界领先水平。尤其是龙滩水电站高温条件下气温为23℃，绝对最高气温达41．7qC，高温季节长连续快速施工技术，把碾压混凝土筑坝的优越性充分达8个月，最大月平均温度为29．5cIC，高温季节月平展现出来，为节约工程建设成本和早见效益做出了突均温度达27．8，高温季节平均湿度约为50％，多出贡献。然而，碾压混凝土层面结合问题一直是国内年平均风速为2．8～3．3nr／s。由于高温季节占全年的外专家广泛讨论及深入研究的重大课题，尤其是碾压70％，碾压混凝土面临高温干燥季节条件下的施工技混凝土(2001TI以上级)高坝在高震级地震条件下坝体术难题。为了保证高温干燥特殊气候条件下碾压混凝的稳定性问题。由于碾压混凝土筑坝采用大仓面薄层土层问结合质量，工程建设前期进行了针对性的试验研连续浇筑，层与层之间浇筑存在时间间隔，因而对层究，为层问结合质量综合控制措施的制定提供科学依据。面粘结质量有不同程度的影响。若在下层碾压混2碾压混凝土层面凝结状态判断凝土拌和物初凝前铺筑上层碾压混凝土，则在振动碾根据《水工碾压混凝土试验规程》(SL一48—94)规压作用下，上下层混凝土交界处的粗骨料将相互嵌入，定，采用贯入阻力法测定碾压混凝土凝结时间。碾压层面处胶凝材料浆受振液化使上下层混凝土成为一体，混凝土由凝聚结构向结晶结构转变时对外力阻抗存在此时施工层面混凝土性能与本体混凝土性能差异极小。明显的转折点。转折点以前，贯入阻力随时问的增长若在下层碾压混凝土拌和物初凝后，随着上层混凝土缓慢；转折点以后，贯人阻力随时间增长很快。规范铺筑时间的延长，施工层面混凝土性能与混凝土本体规定转折点对应的时间为碾压混凝土初凝时间。采用性能差异越来越大。试验研究结果表明，层面终凝后上述方法，对不同环境条件下碾压混凝土的凝结状态(或／>24h)直接上升，层面抗剪强度不及本体强度的进行了对比研究。50％，直接铺砂浆处理层面抗剪强度为本体强度的2．1碾压混凝土配合比60％～85％，直接铺垫层混凝土处理层面抗剪强度会初凝时间是影响碾压混凝土层间结合质量的关键比铺砂浆好些。因此，碾压混凝土被形象地喻为指标。对高温干燥气候条件下碾压混凝土层面凝结状“千层饼”。层面结合质量被国内外专家认为是碾压混态的准确判断是保证筑坝成功的关键。试验首先对高凝土大坝施工质量控制的主体。温条件下外加剂的品质进行优选。经对比试验选择了南沙水电站工程位于云南省红河州元阳县境内，山西格瑞特高温型高效缓凝减水剂FDN一Ⅱ，掺量为收稿日期：2013—10—24；修回日期：2013—11—11作者简介：谢彦辉(1967)，男，本科，高级工程师，目前主要从事企业管理、水工施工管理及施工技术研究工作。·58·n2013年l1月第11期谢彦辉，等：南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法N0．11Nov．20130．65％；浙江龙游高温型高效缓凝减水剂ZB—有列入。RCC15，掺量为0．7％。引气剂采用浙江龙游ZB一试验方法依据：《碾压混凝土试验规程》(SL一1G，掺量为2／万。混凝土材料采用42．5普通硅酸盐1994)、《水工碾压混凝土施工规范》(DL／T一5112—水泥、Ⅱ级普通粉煤灰、天然砂石骨料。另外还有几2000)《水工混凝土试验规程》(DL／5150—2001)等技种减水剂由于不能满足高温缓凝的技术要求，本文没术规范。试验碾压混凝土配合比见表1。表1碾压混凝土凝结时间对比试验配合比2．2试验结果及分析工程开工前，对C。100、C。200两个等级，zB—RCC15、FDN一Ⅱ两种高温型高效缓凝组成的4种碾压混凝土进行对比试验。试验在曝晒、遮阳(通风)、喷雾保湿降温、标准4种环境条件下同时进行。由于C。100与C。。200两个等级的试验结果差别不大，限于篇幅，文中只列举了C。200强度等级的试验结果，图1为配合比编号3的试验结果，图2为配合比编号4的试验结果。4种环境温度、湿度条件：①曝晒环境：试验从上午10时开始，试验过程含盖1d的高温时段，曝晒由图1、图2得知，在曝晒环境条件下，混凝土环境实测温度为30℃～45℃，实测湿度为25％～初凝时间只有4h左右，当温度由35℃(11时)快速50％；②遮阳(通风)环境：试验在凉棚下进行，试验提高到46℃(15：40时)时，初凝时间产生显著变化，从上午1O时开始，试验过程含盖1d的高温时段，遮混凝土严重失水，表面产生一层硬皮。通过遮阳，环阳环境实测温度为30℃～41．7℃，实测湿度为25％境最高温度为39．5℃，比曝晒降低了5．5c【=，混凝土～50％；③喷雾保湿降温环境：试验从上午10时开初凝时间为6h，通过遮阳可有效延长初凝时间。当采始，试验过程含盖1d的高温时段，实测环境温度为用喷雾保湿降温措施后，环境最高温度为38℃，环境30℃～36℃，实测湿度为95％；④标准环境采用《碾温度降低了7℃，混凝土初凝时间延长为8h，可大大压混凝土试验规程》(SL一1994)规范要求。缓解混凝土施工强度的压力，使保证层间结合质量成为可能。在标准环境条件下，混凝土初凝时间为16h，35终凝时间为30h。试验证明，ZB—RCC15、FDN一Ⅱ30两种高温型高效缓凝减水剂的缓凝效果能满足施工要重25求，前者的缓凝效果略好于后者。20l上述数据说明，环境条件对碾压混凝土的凝结状_15}■态有明显影响。随着外界气温升高、环境湿度降低，10碾压混凝土初凝时间显著缩短，当环境气温达到40℃1，．以上时，如不采取降温保湿措施，表面5em厚混凝土5被晒干，已不是初凝和终凝的概念了，振动碾不能使O051O152O2530层面泛浆，层问结合质量无法保证。当采取喷雾保湿历时，h图1不同环境条件对凝结时间的影响(配合比3)降温措施后，由于温度降低，尤其是混凝土被保湿，．9．n2013年l1月第11期广东水利水电胶材正常水化，只是由于气温的升高胶材水化加快一般认为，只要在混凝土初凝时间内完成覆盖，而已，只要在初凝前铺筑上一层，层间结合质量还层问结合应该有保证，但根据姜福田的试验研究发是有保证的。试验证明，ZB—RCC15、FDN一Ⅱ两现J，即使在初凝时间内完成覆盖，随着覆盖时间的种高温型高效缓凝减水剂能满足40cC以下气温条件延长其层面结合质量有较明显的下降。因此，在现场下的缓凝要求，配合喷雾保湿和加盖保温材料等施碾压试验中除取得有关碾压参数外，本课题重点进行工技术措施，混凝土初凝时间可达6～8h，为保证了不同覆盖时间与不同层面处理工艺对层面质量影响高温干燥气侯条件碾压混凝土层问结合质量提供了的试验，试验结果见表2、表3。表4为长江科学院首要条件。对不同层面间隔时间对抗渗等级影响的试验结果。3现场碾压试验与层面处理工艺试验表2初凝时间内不同层面间隔时间对层面结合质量的影响结合质量本体／％初凝后终凝前直接铺筑／％初凝后终凝前先铺砂浆／％终凝后刷毛铺砂浆／％终凝后刷毛铺细石昆凝土／％表4不同层面间隔时间对层面抗渗等级的影响凝土层与层可直接结合的缝面，层间结合抗拉、抗剪强度与本体差别微小；温缝：层与层采用铺筑砂浆作缝面处理，使层间结合抗拉、抗剪强度与本体差别微小；冷缝：层与层采用冲毛、铺筑砂浆或细石混凝土众所周知，普通混凝土只要在初凝时间内结合，作缝面处理，使层间结合抗拉、抗剪强度与本体差别其层面抗拉和抗渗强度等级与本体没有区别，因此人微小。们习惯认为，碾压混凝土层面直接结合的标准也控制表5南沙水电站工程RCC层间凝结状态时限判定及处理工艺在初凝时间内，其实并不然。上述试验证明，随着覆盖时间延长碾压混凝土层面抗拉和抗渗强度等级有明显下降。这主要因为：普通混凝土初凝时间的确定是以混凝土振捣能出浆为标准。因此，上层混凝土在振捣力作用下能与下层混凝土充分胶结在一起。而碾压混凝土初凝时间是根据水泥胶材水化，由凝聚结构向结晶结构突变来判断混凝土是否初凝，没有考虑层面4．2施工技术措施能否泛浆，这种方法确定的初凝时问与抗拉和抗渗性为了保证层面结合质量，在工程施工中全面、严能没有直接联系。试验证明，用初凝时间来控制层问格执行以下技术措施：结合质量存在一定的问题。高温干燥气候条件下要充1)运输车辆加盖，防止混凝土曝晒。分保证层间结合质量，直接铺筑允许时间比初凝时间2)仓面采用冲毛机(配专用喷雾喷嘴)进行喷雾保提前2h以上，控制在4～5h以内，不允许超过6h。湿、降温。4质量控制措施与工程实施效果3)采用小值施工，以仓面不陷碾、无弹簧土4．1层面质量控制标准为佳。控制好层面结合质量是碾压混凝土筑坝质量控制4)加快覆盖速度，混凝土从拌和、运输、平仓、的关键。根据试验结果和参考他人成功经验¨，制定碾压须在2h内完成，减少温度倒灌。了南沙水电站工程碾压混凝土施工层间凝结状态时限5)对碾压完的层仓及时加盖塑料彩条布，特别是判断标准及处理工艺，结果见表5。对仓面中的异种混凝土，对普通混凝土加喷3％浓度的在表5中，凝结状态的定义如下：热缝：碾压混·60·n2013年l1月第11期谢彦辉，等：南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法缓凝剂。合适的外加剂。直接铺筑允许时间应比初凝时间提前6)仓面收仓后，采用塑料彩条布覆盖，混凝土终2h以上，且控制在6h以内，这是确保碾压混凝土层面凝后采用流水养护。结合质量的关键。施工中需做好喷雾保湿降温、防晒、4．3工程施工质量快速流水作用，以及混凝土的养护等工作。为了检验坝体碾压混凝土的质量，业主委托第三南沙水电站碾压混凝土重力坝的施工实践证明，方承担南沙水电站碾压混凝土的抽芯和压水试验检查。本文提出的优化混凝土配合比与施工控制标准、措施，通过实验检测，混凝土芯样质量、层面抗剪强度、坝有效地确保了工程施工质量。研究成果为RCC筑坝，体抗渗性能均满足设计要求。主要检查成果如下：尤其是高温干燥气候条件下的RCC筑坝提供了有益的1)混凝土芯样获得率为99．7％、单根芯样最长达参考。8．5m、混凝土芯样优良率达到96．3％、混凝土芯样合参考文献：格率为99．22％。芯样外观：混凝土芯样表面光滑致[1]刘亚莲，胡建平．提高碾压混凝土重力坝层面抗滑稳定性的措施[J]．广东水利水电，2003(4)：24—26．密、结构密实、骨料分布均匀、胶结情况良好。混凝[2]吴旭．碾压混凝土坝铺筑层面结合质量控制技术[J]水利土整体质量优良。水电施工，2012(1)：19—21，29．2)钻孔取芯钻遇层缝面共计246个，断裂l3个，[3]吴斌平，崔博，任成功，等．龙开口碾压混凝土坝浇筑层缝面折断率为5．3％。其中钻遇层面共计217个，断碾压施工质量实时监控系统研究与应用[J]．水利水电技裂11个，层面折断率为5．1％；钻遇缝面共计29个，术，2013，44(1)：62—65．断裂2个，缝面折断率为6．9％。因此大坝混凝土层缝[4]姜福田．碾压混凝土坝的层面与影响[J]．水利水电技面结合情况较好。术，2008，39(2)：19—21．3)压水试验共进行了44段次：小于0．001Lu的[5]乔勇，白涛，续继峰．浅议四川舟坝大坝碾压混凝土坝11段次，占25％；小于0．01Lu的21段次，占的层面控制和处理[J]．地下水，2006，28(3)：10747．7％；小于0．1Lu的35段次，占79．5％；小于—108．[6]李德淮．水电站碾压混凝土层面处理技术[J]．中国西部1．0Lu的42段次，占95．5％；有2段次超过1．0Lu，科技，2010，9(6)：44—46．占4．5％。坝体整体抗渗性能较好。[7]姜荣梅，覃理利，等．龙滩大坝碾压混凝土层间结合质4)抗剪切强度值共检测18组，平均强度为量识别标准[c]∥龙滩工程建设论文集，水利水电混凝土2．3MPa，最大值为3MPa，最小值为1．1MPa。满足坝信息网大会，2005：13—19．设计要求。[8]姜福田．碾压混凝土坝层面质量实时检控[c]∥2005年工程蓄水发电至今已6年多，坝体无层间渗漏现度碾压混凝土材料及质量检测专题会议论文汇编，南京．象发生，工程防渗性能良好。2005：107—110．5结语[9]杨华全，任旭华．碾压混凝土的层面结合与渗流[M]．碾压混凝土的层面结合质量是RCC筑坝质量控制北京：中国水利电力出版社，1999．的主体，高温干燥气候环境条件下施工碾压混凝土更[10]吴旭，杨世平．龙滩水电站碾压混凝土坝高气温条件下施工技术[J]．四川水利发电，2005(12)：6—10．是如此。施工中采用不同品质外加剂在高温条件下的(本文责任编辑马克俊)缓凝效果有显著差异，需根据实际施工工况要求选择·61·