黃花寨水電站碾壓混凝土現(xiàn)場試驗(yàn)成果及啟示

(1.中國水利學(xué)會碾壓混凝土專委會  北京  100053; 2.水利水電科學(xué)研究院  北京  100044)

　　黃花寨水電站位于貴州省長順縣墩操鄉(xiāng)格凸河上，擋水建筑物為110m碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高110m，頂寬6m，最大底寬26.5m，壩頂弧長274.77m，碾壓混凝土總方量為28萬m3。大壩主體采用90天齡期三級配C20碾壓混凝土，抗?jié)B標(biāo)號W6，抗凍標(biāo)號D50，上游面防滲層采用90天齡期二級配C20變態(tài)混凝土和碾壓混凝土，抗?jié)B標(biāo)號W8，抗凍標(biāo)號D100，變態(tài)混凝土厚度0.5m，下游壩面采用厚度為0.5m的90天齡期三級配C20變態(tài)混凝土，抗?jié)B標(biāo)號W6，抗凍標(biāo)號D50。

　　為了采用先進(jìn)的施工機(jī)具和工藝，在確保工程質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度，簡化或取代溫度控制措施，經(jīng)有關(guān)專家與設(shè)計(jì)單位、項(xiàng)目業(yè)主、項(xiàng)目管理單位和施工單位共同研究，決定采用日本酒井SD451和德國寶馬BW202AD振動壓路機(jī)，在一水電站工地現(xiàn)場(就近使用現(xiàn)有砂石、混凝土系統(tǒng))進(jìn)行層厚100cm、75cm和50cm碾壓混凝土現(xiàn)場對比試驗(yàn)，通過現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)，探討突破現(xiàn)行規(guī)范30cm碾壓層厚，經(jīng)國內(nèi)知名專家評審，提出評審意見，經(jīng)過論證審批，希望在黃花寨碾壓混凝土拱壩次要部位，進(jìn)行工程性試驗(yàn)。

1  試驗(yàn)場地和條件

　　試驗(yàn)場地選擇: 根據(jù)黃花寨水電站地理位置、氣候條件和骨料巖性，經(jīng)各方研究選擇與其條件相似的落腳河水電站工地進(jìn)行試驗(yàn)，其優(yōu)點(diǎn)是有較好的試驗(yàn)場地，完整的砂石和混凝土拌合系統(tǒng)，施工隊(duì)伍是將承擔(dān)黃花寨水電站的中標(biāo)單位，又有新購進(jìn)的德國寶馬BW202AD振動壓路機(jī)。缺點(diǎn)是混凝土拌合樓能力較低，可能對碾壓試驗(yàn)產(chǎn)生不良影響。

2  現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)設(shè)備

　　2.1  碾壓機(jī)具性能對照

　　酒井SD451與寶馬BW202AD性能對照見表1。

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　　2.2  測試儀器: 

　　國產(chǎn)核子水分密度儀;  日本產(chǎn)RI密度儀(只進(jìn)行對比測試)。

　　2.3  混凝土拌合樓:   一座2×1500混凝土拌合樓。 

3  現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)場地布置及試驗(yàn)方案

　　試驗(yàn)場選擇在落腳河水電站永久管理用房和宿舍用房場地，該場地地面高程不能滿足防洪標(biāo)準(zhǔn)要求，需要回填加高約3m，正符合試驗(yàn)要求。原設(shè)計(jì)為3個(gè)倉號，A號倉試驗(yàn)區(qū)為碾壓層厚100cm，B號倉試驗(yàn)區(qū)為碾壓層厚75cm，碾壓機(jī)具為酒井SD451振動壓路機(jī); C號倉試驗(yàn)區(qū)為碾壓層厚75cm、50cm，碾壓機(jī)具為寶馬BW202AD振動壓路機(jī)。

　　試驗(yàn)中由于拌合樓系統(tǒng)生產(chǎn)能力太小，現(xiàn)場改為A、B2個(gè)倉號進(jìn)行試驗(yàn)，A號倉采用酒井SD451振動壓路機(jī)，碾壓層厚100cm，試驗(yàn)?zāi)雺?層，共3m厚; B號倉采用寶馬BW202AD振動壓路機(jī)，碾壓層厚75cm、50cm，各試驗(yàn)?zāi)雺阂粚樱?層厚125cm。

　　A、B倉面積均為11.5m×30m，每個(gè)倉面分3條碾壓條帶，每個(gè)條帶面積3.5m×29m，四周邊為0.5m的變態(tài)混凝土，3條碾壓條帶分別進(jìn)行不同碾壓遍數(shù)的試驗(yàn); 第一條帶為2-8-2，即先靜碾壓2遍，振動碾壓8遍，后靜碾壓2遍; 第二條帶為2-10-2，即是先靜碾壓2遍，振動碾壓10遍，后靜碾壓2遍; 第三條帶為2-12-2，即是先靜碾壓2遍，振動碾壓12遍，后靜碾壓2遍。(試驗(yàn)場地A、B倉條帶圖，圖1所示)

4  試驗(yàn)原材料及混凝土配合比

　　現(xiàn)場試驗(yàn)采用落腳河水電站現(xiàn)有材料，骨料為灰?guī)r軋制，骨料為三級配，人工砂細(xì)度模數(shù)2.90，石粉含量12.8％; 與黃花寨水電站進(jìn)行試驗(yàn)的人工砂接近，細(xì)度模數(shù)2.8，石粉含量13.4％。水泥為大方水泥廠生產(chǎn)的筑字牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為安順電廠的二級灰，外加劑為北京科寧外加劑廠出品的高效緩凝型減水劑(表2)。 

5  試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)(核子水分密度儀)

　　5.1  A倉(酒井SD451振動壓路機(jī))

　　試驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋谝荒雺簩雍?00cm，由于混凝土拌合能力限制，每層分4次攤鋪，每次攤鋪厚度為27cm。

　　試驗(yàn)日期: 2006年9月27日;  

　　底部100cm厚。

　　第一碾壓層1檢測層30cm深檢測點(diǎn)位置(距碾壓層面)(表3)。

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　　第一碾壓層1檢測層檢測結(jié)果(檢測深30cm)(表4)。

 
　　第一碾壓層2檢測層60cm深檢測點(diǎn)位置(距碾壓層面)(表5)。

　　第一碾壓層2檢測層檢測結(jié)果(檢測深60cm)(表6)。

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　　第一碾壓層3檢測層90cm深檢測點(diǎn)位置(距碾壓層面)(表7)。

　　第一碾壓層3檢測層檢測結(jié)果(檢測深90cm)(表8)。

　　試驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋诙雺簩雍?00cm，合計(jì)總厚200cm，由于混凝土拌合能力限制，分4次攤鋪，每次攤鋪厚度為27cm。

　　試驗(yàn)日期: 2006年9月29日

　　第二碾壓層檢測層檢測點(diǎn)布置(表9)。

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　　第二碾壓層只檢測層深30cm(距碾壓層面)數(shù)據(jù)(表10)。

　　試驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋谌雺簩雍?00cm，合計(jì)總厚300cm，由于混凝土拌合能力限制，分4次攤鋪，每次攤鋪厚度為27cm。

　　試驗(yàn)日期: 2006年9月29日

　　第三碾壓層檢測層檢測點(diǎn)布置(表11)。

　　第三碾壓層只檢測層深30cm(距碾壓層面)數(shù)據(jù)(表12)

　　5.2  B倉(寶馬BW202AD)

　　試驗(yàn)?zāi)雺夯炷恋谝荒雺簩雍?0cm，由于混凝土拌合能力限制，分2次攤鋪，每次攤鋪厚度為27cm。

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　　試驗(yàn)日期: 2006年10月5日

　　底部第一碾壓試驗(yàn)層50cm厚。 

　　第一碾壓層檢測點(diǎn)布置(表13)

　　第一碾壓層檢測結(jié)果(檢測深45cm)(表14)。

　　試驗(yàn)日期: 2006年10月6日; 

　　底部第二碾壓試驗(yàn)層75cm厚。

　　第二碾壓層檢測點(diǎn)布置(表15)。

　　第二碾壓層檢測結(jié)果(檢測深70cm)(表16)。 

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6  碾壓混凝土28d齡期，鉆孔芯樣檢測數(shù)據(jù)

　　A、B兩倉碾壓混凝土試驗(yàn)塊，28d齡期后，用地質(zhì)勘探鉆機(jī)鉆取巖芯樣，芯樣直徑120mm，對芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，并對鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)。

　　碾壓混凝土28d齡期鉆孔取芯示意圖(表17)。

　　A倉碾壓遍數(shù)2-8-2條帶芯樣抗壓試驗(yàn)結(jié)果(表18)。

　　A倉碾壓遍數(shù)2-10-2條帶芯樣抗壓試驗(yàn)結(jié)果(表19)。

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　　A倉碾壓遍數(shù)2-12-2條帶芯樣抗壓試驗(yàn)結(jié)果(表20)。

　　A號倉芯樣抗壓強(qiáng)度匯總表(表21)。

　　B號倉芯樣抗壓強(qiáng)度匯總表(表22)。

7  結(jié)論和啟示

　　(1) 試驗(yàn)選在落腳河水電站，與黃花寨水電站自然條件相近，同是貴州灰?guī)r地區(qū)，碾壓混凝土的配合比和原材料基本相似，試驗(yàn)成果可以適用于黃花寨水電站。

　　(2) 酒井SD451振動壓路機(jī)，A倉經(jīng)現(xiàn)場100cm層厚(分4次攤鋪每次攤鋪27cm)三層碾壓試驗(yàn)(共300cm): 

　　第一碾壓層 距碾壓表面30cm處: 
　　碾壓條帶2-8-2、2-10-2、2-12-2各測6個(gè)點(diǎn)共18個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均大于97％，符合規(guī)范要求; 

　　第一碾壓層 距碾壓表面60cm處: 
　　碾壓條帶2-8-2檢測4個(gè)點(diǎn)相對密實(shí)度均大于97％，符合規(guī)范要求; 
　　碾壓條帶2-10-2檢測4個(gè)點(diǎn)，有2個(gè)點(diǎn)相對密實(shí)度均大于97％，另2個(gè)點(diǎn)小于97％，分別為96.9％、96.5％; 
　　碾壓條帶2-12-2測2個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均大于97％，符合規(guī)范要求; 
　　60cm深共檢測10個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均值為98.92％; 

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　　第一碾壓層 距表面90cm處: 
　　碾壓條帶2-8-2檢測2個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均小于97％，不符合規(guī)范要求; 
　　碾壓條帶2-10-2檢測2個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均大于97％，符合規(guī)范要求; 
　　碾壓條帶2-12-2檢測2個(gè)點(diǎn)，均大于相對密實(shí)度97％，符合規(guī)范要求; 
　　90cm深共檢測6個(gè)點(diǎn)，除1個(gè)點(diǎn)值屬異常，其余相對密實(shí)度均值為97.44％; 

　　本試驗(yàn)A倉共取芯樣37個(gè)，試驗(yàn)結(jié)果: 芯樣強(qiáng)度未達(dá)到強(qiáng)度等級有2個(gè)分別為19.0MPa、19.9MPa，占5.4％，芯樣強(qiáng)度超過30MPa的有27個(gè)，占73％，芯樣強(qiáng)度超過40MPa的有17個(gè)，占45.9％，芯樣強(qiáng)度超過50MPa的有9個(gè)，占24.3％。未達(dá)到強(qiáng)度的試件，抗壓強(qiáng)度也達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度95%～99.5％。初步分析5-1/2、4-1/3兩芯樣，可能是由于挖坑測試密實(shí)度，回填碾壓不密實(shí)或時(shí)間過長造成的。

　　A號倉壓水試驗(yàn): 透水率0.095～0.11Lu。說明碾壓層厚100cm的碾壓混凝土具有良好的抗?jié)B性能。

　　由此可以得出: 碾壓層厚100cm，分4次攤鋪，每次27cm，經(jīng)10～12遍SD451振動壓路機(jī)碾壓，相對密度可以達(dá)到97％規(guī)范要求; 

　　(3) 寶馬BW202AD振動壓路機(jī)，B倉現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)檢測表明，碾壓層厚50cm，檢測18個(gè)點(diǎn)，相對密實(shí)度均小于97％，不符合規(guī)范要求; 碾壓層厚75cm，檢測16個(gè)點(diǎn)，除2個(gè)點(diǎn)相對密實(shí)度大于97％外，其余均不符合規(guī)范要求。

　　本試驗(yàn)B倉共取芯樣20個(gè)，試驗(yàn)結(jié)果: 芯樣強(qiáng)度未達(dá)到強(qiáng)度等級有2個(gè)，分別為12.6MPa、14.8MPa，占10％，芯樣強(qiáng)度超過30MPa的有9個(gè)，占45％，芯樣強(qiáng)度超過40MPa的有1個(gè)，占5％，未達(dá)到強(qiáng)度的試件，抗壓強(qiáng)度也達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度63%～74％，這與試驗(yàn)過程有間歇降雨有關(guān)。

　　B號倉壓水試驗(yàn)結(jié)果，透水率分別0.47Lu、0.47Lu、0.47Lu、0.28Lu，平均0.42Lu。

　　寶馬BW202AD對于碾壓層厚50～75cm不適用; 

　　(4) 由于落腳河水電站試驗(yàn)場，混凝土拌合生產(chǎn)能力限制，每次攤鋪時(shí)間較長，對現(xiàn)場試驗(yàn)有一定影響; 

　　(5) 現(xiàn)場試驗(yàn)檢測儀器核子水分密度儀，檢測深為30cm，為檢測60cm、90cm深，現(xiàn)場采取挖坑下臥檢測，由于挖坑對已碾壓的混凝土有一定擾動，對碾壓混凝土質(zhì)量有一定影響。

　　碾壓混凝土層厚100cm試驗(yàn)成功帶來的啟示: 

　　(1) 碾壓混凝土施工，碾壓層厚從30cm增大為100cm，功效增加2倍，施工速度加快，工程工期縮短。

　　由于施工速度加快，對于100m～130m級的碾壓混凝土壩，工期可以在3～4個(gè)月。 

　　(2) 完成壩體碾壓混凝土施工，對于100m級以下的碾壓混凝土壩，可以在2～3個(gè)月完成壩體碾壓混凝土施工，這樣一來，壩體施工完全可安排在枯水期完成，減化導(dǎo)流，取消或減化溫控措施，不僅加快速度、節(jié)約投資，還能保證碾壓混凝土施工質(zhì)量。

　　(3) 由于碾壓混凝土澆筑強(qiáng)度增加，相應(yīng)要求砂石系統(tǒng)、混凝土拌合系統(tǒng)、水平、垂直運(yùn)輸系統(tǒng)和倉面平倉等都要大幅度增加生產(chǎn)能力和設(shè)備，增加一定投資，造成單個(gè)工程使用率較低。

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　　(4) 壩體施工模板承受荷載和錨固方式的變化，要求研發(fā)新型模板和錨固方式。

　　(5) 變態(tài)混凝土的施工層厚發(fā)生變化，施工強(qiáng)度增大，要改變?nèi)斯げ僮鞴に?，適應(yīng)碾壓混凝土層厚變化。

　　(6) 碾壓混凝土壩體施工工期縮短，使整個(gè)工程施工強(qiáng)度變的極不均衡，施工組織設(shè)計(jì)要適應(yīng)新的變化。

　　(7) 目前規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量檢測設(shè)備核子水分密度儀，檢測范圍不能滿足要求，要研制新的檢測設(shè)備。