水電工程項目中碾壓混凝土施工技術研究

王玉琦，王云鵬

（中國水利水電第十一工程局有限公司,河南 鄭州 450000）

0 引言

碾壓混凝土廣泛應用于重力壩建設、拱壩建設、路面基層建設、圍堰結構建筑物建設中,對水電工程的開發與建設具有重要意義[1]。從廣義角度分析,大多數學者認為碾壓混凝土屬于一種新的混凝土施工方法,將強力振動作用與碾壓作用相結合,形成一種共同的作用,進而壓實超干硬性混凝土[2]。除此之外,還有部分學者將碾壓混凝土看作一種具有干硬特性的混凝土,通常情況下用水量較少,塌落度基本為零,多數在攪拌廠經過高強度攪拌作用后,實現固結,通過自卸卡車運輸至施工現場使用[3]。由于碾壓混凝土與普通混凝土在性質方面存在較大的差異,其對施工技術水平的要求較高?，F階段,傳統的碾壓混凝土施工技術逐步完善,從安全、節能方面取得了較大突破,對水電工程項目施工建設起到了至關重要的促進作用[4]。然而,傳統的碾壓混凝土施工技術在應用過程中,仍然存在些許技術問題需要加以優化解決,例如水電工程基礎不良地質處理效果不佳、碾壓混凝土配合比適配度較低、碾壓混凝土抗壓強度較低、施工周期較長、壩體整體結構作用不明確等。

基于此,本文在傳統的碾壓混凝土施工技術基礎上,作出了深入研究,以黃藏寺工程項目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術。

1 碾壓混凝土施工技術研究

1.1 設計碾壓混凝土配合比

配合比設計得是否合理直接影響了碾壓混凝土施工質量的好壞以及混凝土的力學性能。因此,本文首先依據混凝土配合比設計規程（DL/T5 330-2005）的相關標準要求,確定碾壓混凝土施工配合比的配制強度,進而設計配合比,為提高水電工程項目碾壓混凝土施工質量水平奠定良好的基礎。

水電工程項目中碾壓混凝土配制強度計算表達式為：

式中： fcu,0為碾壓混凝土配制強度；fcu,r為碾壓混凝土設計齡期對應的抗壓強度標準值；t為碾壓混凝土配制概率度系數；Sa為碾壓混凝土立方體的抗壓強度標準差[5]。

根據獲取到的碾壓混凝土配制強度,選取碾壓混凝土配制原材料,包括5種,接下來,進行具體設計。

1）水泥。碾壓混凝土與普通混凝土在結構特性方面存在一定的差異,其對水泥類別無具體要求,因此,本文采用應用范圍廣泛的硅酸鹽水泥,凝結硬化速度較快,強度較高[6]。水泥的技術指標設置,見表1。

表1 水泥技術指標參數

按照表1的參數,設定水泥原材料的技術指標,保證水泥性能符合相關規范要求。

2）粗集料。本文選用硬質巖石加工而成的碎石,壓碎值介于10.5%～11%之間。

3）細集料。選用無風化、無雜質的細集料,其細度模數不能超過2.7,孔隙率小于47%[7]。

4）拌合水。符合生活飲用水標準的水即可。

5）添加劑。包括纖維與減水劑,根據碾壓混凝土的配制情況判斷是否需要加入添加劑。

結合水電工程項目實際施工需求及碾壓混凝土配制強度計算結果,設定集料級配與配合比。

1.2 水電工程基礎快速處理

完成碾壓混凝土配合比設計后,接下來,對水電工程基礎進行快速處理。水電工程基礎包括岸坡淺層與壩基?；A快速處理工序介于開挖工序與碾壓混凝土工序之間,能夠改善工程項目的不良地質,減小不良地質對碾壓混凝土施工質量的影響。

本文采用固結灌漿技術,在碾壓混凝土間歇期,進行壩基與岸坡淺層的一次性灌漿施工。首先,選用高性能的鉆灌設備,規劃設定設備每天的鉆孔孔段、孔數,控制水電工程基礎快速處理在混凝土間歇期內完成[8]。設定灌漿順序為自上而下,進而保證碾壓混凝土與水電工程項目中的巖石接觸段灌漿質量[9]。每次灌漿結束后,檢查灌漿孔位是否發生變化,及時將基礎灌漿資料報送給工程項目監理人[10]。

待水電工程基礎快速處理工序完畢后,進行聲波檢測,檢測是否灌漿至蓋重厚度以及壩后貼角質量是否符合相關標準規范,檢測無誤后,方可進入下一碾壓混凝土施工工序。

1.3 碾壓混凝土施工工藝流程設計

在上述水電工程基礎快速處理結束后,在此基礎上,設計碾壓混凝土施工工藝流程,見圖1。

圖1 碾壓混凝土施工工藝流程

如圖1所示,本文設計的水電工程項目中碾壓混凝土施工工藝流程由5個部分共同組成。首先,按照上述設計的配合比,采用雙臥軸強制式攪拌機,拌合碾壓混凝土材料。使用間歇式拌合方法,設定拌合次數為2次,每次拌合時間不小于15 s。

拌合完畢后,利用運輸車,將拌合后的碾壓混凝土混合料運輸至施工現場。為了防止碾壓混凝土水分蒸發,應當采用帆布覆蓋碾壓混凝土混合料,保證混合料的工作性能。運輸至場地后,由試驗員檢測混合料的含水量,若含水量過低,則根據實際情況進行加水,直至混合料含水量符合攤鋪標準。

采用穩定的碾壓混凝土細粒材料作為攤鋪的下承層,設定碾壓混凝土的攤鋪厚度。清理下承層后,撒鋪水泥凈漿,對下承層的頂面進行拉毛處理。而后,使用功率不小于120 kW的瀝青混凝土攤鋪機,攤鋪碾壓混凝土基層。

攤鋪完畢后,壓實碾壓混凝土基層,使用的壓路機及壓實步驟,見表2。

表2 壓路機選型及壓實步驟

按照表2所示,分步完成碾壓混凝土基層壓實工序。最后,采用不小于1 mm厚度的薄膜覆蓋碾壓混凝土,通過砂土壓填,對其進行養生處理,保證碾壓混凝土能夠充分進行水化反應,使其性能達到最佳效果,完成水電工程項目中碾壓混凝土施工。

2 實例分析

2.1 工程概況

選取青海省黃藏寺工程項目作為此次實例分析對象。黃藏寺工程的重力壩結構由壩體混凝土、閘墩混凝土、溢流堰混凝土、胸墻混凝土組成。不同約束部位澆筑的混凝土厚度不同,施工縫錯縫布置,且在施工縫處預留了插筋。重力壩結構混凝土的特點存在一定的差異,見表3。

表3 黃藏寺重力壩混凝土結構特點

通過表3,獲取黃藏寺重力壩混凝土對應的結構特點。該水庫工程中,相關概況信息,見表4。

表4 黃藏寺概況信息

在獲取黃藏寺工程項目建設概況信息后,按照上述本文設計的碾壓混凝土施工技術,開展施工。施工中,發揮該技術在降低混凝土結構裂縫、提高混凝土施工質量方面的作用和效果,降低碾壓混凝土內外表溫差,防治混凝土出現裂縫等病害。通過檢驗碾壓混凝土施工質量,進而判定本文提出施工技術的可行性。

2.2 結果分析

為了使此次實例分析的結果更加直觀且具有說服力,將上述本文提出的碾壓混凝土施工技術設置為實驗組,在此基礎上,將文獻[1]、文獻[2]提出的施工技術分別設置為對照組01與對照組02。模擬三種施工技術的施工流程,通過對比分析的方法,測定并對比三種施工技術的施工效果。

選取水電工程項目中碾壓混凝土抗壓強度作為此次實例分析的評測指標,其計算表達式為：

式中：F為碾壓混凝土破壞時的荷載值；A為碾壓混凝土的受壓面積。

通過計算,得出混凝土試件的抗壓強度結果,評定施工質量水平?；炷猎嚰目箟簭姸仍礁?說明其內部穩定性能越好,發生混凝土開裂病害的概率越低,與水電工程項目原始混凝土基體黏結更緊密,穩固性越高。應用上述三種施工技術后,根據配制混凝土的強度,選取適配度較高的加載速率范圍,利用SPSS統計軟件,實時記錄碾壓混凝土破壞時的荷載值變化。為了避免試驗結果存在偶然性,減小試驗結果偏差,隨機在水電工程項目多個施工區域內選取混凝土試件,分別標號為F01-1A、F01-1B、F01-1C、F01-1D、F01-1E、F01-1F。待混凝土試件使用一段時間后,利用MATLAB模擬分析軟件,測定并計算6組碾壓混凝土試件的抗壓強度,并進行對比,繪制評測指標對比示意圖見圖2。

圖2 碾壓混凝土試件抗壓強度對比結果

通過圖2可以看出,三種施工技術應用后,6組碾壓混凝土試件的抗壓強度表現出了一定的差異性。其中,本文提出的碾壓混凝土施工技術應用后,可以明顯看出,混凝土試件的抗壓強度始終高于另外兩種施工技術,且未出現下降變化趨勢。而對照組01與對照組02提出的技術應用后,碾壓混凝土試件的抗壓強度均存在大幅度下降變化。由此對比結果不難看出,本文提出的碾壓混凝土施工技術可行性更高,能夠顯著提升混凝土試件的抗壓強度,使其與水電工程項目原始混凝土基體黏結得更加緊密,優化混凝土的分散性、穩固性與安全性,保證水電工程的順利建設與運營。

3 結語

水電工程項目能夠為大眾生活及各個行業的發展提供水資源支持,對碾壓混凝土施工質量方面的作用與效果要求較高。為了改善傳統水電工程項目中碾壓混凝土施工技術不完善,無法降低混凝土結構裂縫與內外表溫差的問題,本文以黃藏寺工程項目為例,提出了一種全新的碾壓混凝土施工技術。通過本文的研究,能夠對水電工程項目中壩體混凝土的變形應力分布作出合理分析,避免應力集中引發混凝土結構出現裂縫。較傳統的碾壓混凝土施工技術相比,本文提出的施工技術顯著提高了混凝土施工質量,多維度補償了混凝土結構的收縮拉應力,有效地降低了碾壓混凝土裂縫風險,具有良好的應用發展前景。