南沙水电站大坝碾压混凝土层面结合质量的控制方法.pdf

第 1 1期 2 0 1 3年 1 1月 广东水利水电 GUA NGD0 NG W A TE R RE S 0URC E S AND HYD ROP 0WER No 1 1 N O V 2 0 1 3 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 5 1 1 3 4 0 ； 2 中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 5 1 0 6 1 0 ) 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 2 h以上 、且不超 6 h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 ：T V 5 4 4 9 2 1 文献标志码 ：B 文章编 号 ：1 0 0 8一 O 1 1 2 ( 2 0 1 3 ) l 1 0 0 5 8 0 4 1 概 况 经过近几十年的发展，我国碾压混凝土筑坝技术 已达到世界领先水平。尤其是龙滩水 电站高温条件下 连续快速施工技术 ，把碾压混凝土筑坝的优越性充分 展现 出来 ，为节约工程建设成本和早见效益做 出了突 出贡献。然而 ，碾压混凝土层面结合问题一直是 国内 外专家广泛讨论及深入研究 的重大课题 ，尤其是碾压 混凝土( 2 0 0 1T I 以上级) 高坝在高震级地震条件下坝体 的稳定性问题 。由于碾压混凝土筑坝采用大仓 面薄层 连续浇筑 ，层与层之间浇筑存在时间间隔，因而对层 面粘结质量有不同程度的影响 。若在下层碾压混 凝土拌和物初凝前铺筑上层碾压混凝土，则在振动碾 压作用下，上下层混凝土交界处的粗骨料将相互嵌入 ， 层面处胶凝材料浆受振液化使上下层混凝土成为一体， 此时施工层面混凝土性能与本体混凝土性能差异极小。 若在下层碾压混凝土拌和物初凝后 ，随着上层混凝土 铺筑时间的延长 ，施工层面混凝土性能与混凝 土本体 性能差异越来越大。试 验研究结果表明，层 面终凝后 ( 或 2 4 h ) 直接上升 ，层面抗剪强度不及本体强度 的 5 0 ，直接铺砂浆处理层面抗剪强度为本体强度的 6 0 8 5 ，直接铺垫层混凝 土处理层面抗剪强度会 比铺砂浆好些 。因此 ，碾压 混凝 土被 形象 地 喻为 “ 千层饼” 。层面结合质量被 国内外专家认为是碾压混 凝土大坝施工质量控制的主体 。 南沙水电站工程位 于云南省红河州元 阳县境 内， 工程地处典型亚热带气候环境 ，比龙滩大坝的气温还 要高 ，高温时间还要长。坝址实测气温资料 ：年平 均 气温为 2 3 ，绝对最高气温达 4 1 7 q C，高温季节长 达 8个月，最大月平均温度为 2 9 5 c IC，高温季节月平 均温度达 2 7 8 ，高温季节平均湿度约为 5 0 ，多 年平均风速为 2 8 3 3 n r s 。由于高温季节 占全年的 7 0 ，碾压混凝土面临高温干燥季节条件下 的施工技 术难题。为了保证高温干燥特殊气候条件下碾压混凝 土层问结合质量 ，工程建设前期进行了针对性的试验研 究，为层问结合质量综合控制措施的制定提供科学依据。 2 碾压 混凝 土层 面凝 结状 态判 断 根据 水工碾压混凝土试验规程 ( S L一 4 8 9 4 ) 规 定 ，采用贯入阻力法测定碾压混凝土凝结时间。碾压 混凝土由凝聚结构 向结晶结构转变时对外力阻抗存 在 明显的转折点。转折点 以前 ，贯入阻力 随时问的增长 缓慢 ；转折点以后 ，贯人阻力随时间增 长很快 。规范 规定转折点对应的时间为碾压混凝土初凝时间。采用 上述方法 ，对不同环境条件下碾压混凝 土的凝结状态 进行 了对比研究。 2 1 碾压混凝土配合比 初凝时间是影响碾压混凝土层间结合质量 的关键 指标。对高温干燥气候条件下碾压混凝 土层面凝结状 态的准确判断是保证筑坝成 功的关键。试验首先对高 温条件下外加剂的品质进行优选 。经对 比试验选择 了 山西格瑞特高温型高效缓凝减水剂 F D N一，掺量为 收稿 日期 ：2 0 1 3 1 0 2 4 ；修 回 日期 ：2 0 1 31 11 1 作者简介：谢彦辉( 1 9 6 7 ) ，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。 5 8 2 0 1 3年 l 1月 第 1 1 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 N 0 1 1 N o v 2 0 1 3 0 6 5 ；浙 江 龙 游 高 温 型 高 效 缓 凝 减 水 剂 Z B R C C 1 5 ，掺量 为 0 7 。引气 剂采 用 浙江 龙 游 Z B一 1 G，掺量为 2 万 。混凝土材料采用 4 2 5普通硅酸盐 水泥 、级普通粉煤灰 、天然砂石骨料。另外还有几 有列入。 试验方法依据： 碾压混凝土试验规程( S L一 1 9 9 4 ) 、 水工碾压 混凝土施工规范( D L T一5 1 1 2 2 0 0 0 ) 水工混凝土试 验规程 ( D L 5 1 5 02 0 0 1 ) 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 。 1 0 0 、C 。 2 0 0两个等级 ，z B R C C 1 5 、F D N一两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 。 1 0 0与 C 。 。 2 0 0两个等级的试 验结果差别不大 ，限于 篇幅 ，文中只列举 了 C 。 2 0 0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 ：曝晒环境 ：试验从 上午 1 0时开始 ，试验过程含盖 1 d的高温时段 ，曝晒 环境实测 温度 为 3 0 4 5 ，实 测湿度 为 2 5 5 0 ；遮 阳( 通风 ) 环境 ：试验在凉棚下进行 ，试验 从上午 1 O时开始 ，试验过程含盖 1 d的高温时段 ，遮 阳环境实测温度为 3 0 4 1 7 ，实测湿度为 2 5 5 0 ； 喷雾 保湿 降温 环境 ：试验从 上午 1 0时开 始 ，试验过程含盖 1 d的高温时段 ，实测环境温度为 3 0 3 6，实测湿度为 9 5 ；标准环境采用 碾 压混凝土试验规程 ( S L一1 9 9 4 ) 规范要求 。 3 5 3 0 重 2 5 20 1 5 1 0 5 O _ l ， 1 0 5 1 O 1 5 2O 25 30 历 时， h 图 1 不 同环境条件对凝结 时间的影响 ( 配合 比 3 ) 由图 1 、图 2得 知 ，在 曝晒环 境条件下 ，混凝土 初凝时间只有 4 h左 右，当温度 由 3 5 ( 1 1时) 快速 提高到 4 6( 1 5： 4 0时) 时 ，初凝时间产生显著变化 ， 混凝土严重失水 ，表面产生一层硬皮。通过遮 阳，环 境最高温度为 3 9 5，比曝晒降低 了5 5 c 【 = ，混凝土 初凝时间为 6 h ，通过遮阳可有效延长初凝时间。当采 用喷雾保湿降温措施后 ，环境最高温度为 3 8 ，环境 温度降低了7，混凝土初凝时间延长为 8 h ，可大大 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 1 6 h ， 终凝 时间为 3 0 h 。试验证 明，Z BR C C 1 5 、F D N一 两种高温型高效缓凝减水剂的缓凝效果能满足施 工要 求 ，前者的缓凝效果略好于后者。 上述数据说明 ，环境条件对碾压混凝土的凝结状 态有 明显影 响。随着外界气 温升高 、环境 湿度降低 ， 碾压混凝土初凝时间显著缩短 ，当环境气温达到4 0 以上时 ，如不采取降温保湿措施 ，表面 5 e m厚混凝土 被晒干 ，已不是初凝 和终凝 的概念 了，振动碾不能使 层面泛浆 ，层问结合质量无法保证。当采取喷雾保湿 降温措施后 ，由于温度 降低 ，尤其是混凝土被 保湿 ， 9 2 0 1 3年 l 1月第 1 1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 而 已，只要 在初凝前 铺筑 上一层 ，层 间结 合质量 还 是有 保证 的。试验 证 明，Z BR C C 1 5 、F D N一两 种高温型高效缓凝减水剂能满 足 4 0 c C以下气 温条件 下的缓凝要求，配合喷雾保湿和加盖保温材料等施 工技术措施 ，混凝 土初凝 时间可达 68 h ，为保 证 高温干燥气侯条 件碾压混 凝土层 问结合质 量提供 了 首要条件 。 3 现 场碾压 试验 与层 面处理 工艺 试验 一 般认为 ，只要 在混凝土初凝 时间 内完成覆盖 ， 层问结 合应该 有保证 ，但 根据 姜福 田的试验研 究 发 现 J ，即使在初凝时间内完成覆盖 ，随着覆盖时间的 延长其层面结合质量有较明显的下降。因此，在现场 碾压试验中除取得有关碾压参数外 ，本课题重点进行 了不同覆盖时间与不 同层 面处理工艺对层面质量影响 的试验 ，试验结果见表 2 、表 3 。表 4为长江科学院 对不同层面间隔时间对抗渗等级影响的试验结果 。 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 众所周 知，普通混凝 土只要在 初凝 时间 内结合 ， 其层面抗拉和抗渗强度等级与本体没有区别 ，因此人 们习惯认为，碾压混凝土层面直接结合 的标准也控制 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 能否泛浆 ，这种方法确定 的初凝时问与抗拉 和抗渗性 能没有直接联系。试验证明，用初凝 时间来控制层问 结合质量存在一定 的问题 。高温干燥气候条件下要充 分保证层间结合质量 ，直接铺筑允许 时间比初凝时间 提前 2 h以上 ，控制在 4 5 h以内，不允许超过 6 h 。 4 质量控制措施与工程实施效果 4 1 层面质量控制标准 控 制好层面结合质量是碾压混凝土筑坝质量控制 的关键 。根据试验结果和参考他人成 功经验 ，制定 了南沙水电站工程碾压混凝土施工层 间凝结状态时 限 判断标准及处理工艺 ，结果见表 5 。 在表 5中，凝结状态 的定义如下 ：热 缝 ：碾压混 6 0 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 作缝面处理 ，使层 间结合抗拉 、抗剪强度与本体差别 微小。 表 5 南沙水 电站工程 R C C层 间凝结状态时 限判定及处理工艺 4 2 施工技术措施 为 了保证层 面结合质量 ，在工程施工 中全面 、严 格执行以下技术措施 ： 1 )运输车辆加盖 ，防止混凝土曝晒。 2 )仓面采用冲毛机( 配专用喷雾喷嘴 ) 进行喷雾保 湿 、降温。 3 )采用小 值施工 ，以仓 面不 陷碾 、无弹簧土 为佳 。 4 )加快覆盖速度 ，混凝 土从拌和 、运输 、平仓 、 碾压须在 2 h内完成 ，减少温度倒灌。 5 )对碾压完的层仓及时加盖塑料彩条布 ，特别是 对仓面 中的异种混凝土 ，对普通混凝土加喷 3 浓度的 2 0 1 3年 l 1月 第 1 1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。 6 )仓面收仓后 ，采用塑料彩条布覆盖 ，混凝土终 凝后采用流水养护 。 4 3 工程施工质量 为了检验坝体碾压混凝土 的质量 ，业 主委托第三 方承担南沙水电站碾压混凝土的抽芯和压水试验检查。 通过实验检测 ，混凝土芯样 质量 、层面抗剪强度 、坝 体抗渗性能均满足设计要求 。主要检查成果如下 ： 1 )混凝土芯样获得率为 9 9 7 、单根芯样最长达 8 5 m、混凝土芯样优 良率达到 9 6 3 、混凝土芯样合 格率为 9 9 2 2 。芯样外 观 ：混凝 土芯样 表面光 滑致 密、结构密实 、骨料分 布均匀 、胶结情况 良好 。混凝 土整体质量优 良。 2 )钻孔取芯钻遇层缝面共计 2 4 6个 ，断裂 l 3个 ， 层缝面折断率为 5 3 。其 中钻遇层面共计 2 1 7个 ，断 裂 1 1个 ，层面折断率为 5 1 ；钻遇缝面共计 2 9个 ， 断裂 2个 ，缝面折断率为 6 9 。因此大坝混凝土层缝 面结合情况较好。 3 )压水试验共进行了 4 4段次 ：小 于 0 0 0 1 L u的 1 1段 次 ， 占 2 5 ；小 于 0 0 1 L u 的 2 1段 次 ，占 4 7 7 ；小 于 0 1 L u的 3 5段 次 ，占 7 9 5 ；小 于 1 0 L u 的4 2段次 ，占9 5 5 ；有 2段次 超过 1 0 L u ， 占4 5 。坝体整体抗渗性能较好。 4 ) 抗 剪 切 强 度 值 共 检 测 1 8组 ，平 均 强 度 为 2 3 MP a ，最大值为 3 MP a ，最小值为 1 1 M P a 。满足 设计要求 。 工程蓄水发 电至今 已 6年多 ，坝体无层 间渗漏现 象发生 ，工程防渗性能 良好 。 5 结语 碾压混凝土的层面结合质量是 R C C筑坝质量控制 的主体 ，高温干燥气候环境条件下施工碾压混凝土更 是如此。施工 中采用不 同品质外加剂在高温条件下 的 缓凝效果有显著差异 ，需 根据实际施工工况要求选择 合适的外加剂 。直接铺筑允许时间应 比初凝 时间提前 2 h以上 ，且控制在 6 h以内，这是确保碾压混凝土层面 结合质量的关键 。施工 中需做好喷雾保湿降温 、防晒、 快速流水作用 ，以及混凝土 的养护等工作。 南沙水 电站碾压 混凝 土重力坝 的施工实 践证 明， 本文提出的优化混凝土配合 比与施工控制标准 、措施 ， 有效地确保 了工程施工 质量。研究成果为 R C C筑坝 ， 尤其是高温干燥气候条件下的 R C C筑坝提供 了有益的 参考 。 参考文献 ： 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，2 0 0 3 ( 4 ) ： 2 4 2 6 2 吴旭碾压混凝土坝铺筑层面结合质量控制技术 J 水利 水电施工 ，2 0 1 2 ( 1 ) ：1 92 1 ， 2 9 3 吴斌平，崔博 ，任成功，等龙开 口碾压混凝土坝浇筑 碾压施工质量实时监控系统研究与应用 J 水利水电技 术 ，2 0 1 3 ， 4 4 ( 1 ) ：6 2 6 5 4 姜福田碾压混凝土坝的层面与影响 J 水利水 电技 术 ，2 0 0 8 ，3 9 ( 2 ) ：1 9 2 1 5 乔勇，白涛，续继峰浅议四川舟坝大坝碾压混凝土坝 的层面 控制 和处理 J 地下 水，2 0 0 6 ，2 8( 3) ：1 0 7 1 0 8 6 李德淮水电站碾压混凝土层面处理技术 J 中国西部 科技，2 0 1 0，9 ( 6 ) ：4 4 4 6 7 姜荣梅，覃理利 ，等龙滩大坝碾压混凝土层间结合质 量识别标准 c 龙滩工程建设论文集，水利水电混凝土 坝信息网大会， 2 0 0 5 ：1 31 9 8 姜福田碾压混凝土坝层面质量实时检控 c 2 0 0 5年 度碾压混凝土材料及质量检测专题会议论文汇编，南京 20 05： 1 071 1 0 9 杨华全，任旭华碾压混凝土的层面结合与渗流 M 北京：中国水利电力出版社 ，1 9 9 9 1 0 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，2 0 0 5 ( 1 2 ) ：61 0 ( 本文责任编辑马克俊 ) 61