水电工程项目中碾压混凝土施工技术研究

王玉琦，王云鹏

（中国水利水电第十一工程局有限公司,河南 郑州 450000）

碾压混凝土广泛应用于重力坝建设、拱坝建设、路面基层建设、围堰结构建筑物建设中,对水电工程的开发与建设具有重要意义[1]。从广义角度分析,大多数学者认为碾压混凝土属于一种新的混凝土施工方法,将强力振动作用与碾压作用相结合,形成一种共同的作用,进而压实超干硬性混凝土[2]。除此之外,还有部分学者将碾压混凝土看作一种具有干硬特性的混凝土,通常情况下用水量较少,塌落度基本为零,多数在搅拌厂经过高强度搅拌作用后,实现固结,通过自卸卡车运输至施工现场使用[3]。由于碾压混凝土与普通混凝土在性质方面存在较大的差异,其对施工技术水平的要求较高。现阶段,传统的碾压混凝土施工技术逐步完善,从安全、节能方面取得了较大突破,对水电工程项目施工建设起到了至关重要的促进作用[4]。然而,传统的碾压混凝土施工技术在应用过程中,仍然存在些许技术问题需要加以优化解决,例如水电工程基础不良地质处理效果不佳、碾压混凝土配合比适配度较低、碾压混凝土抗压强度较低、施工周期较长、坝体整体结构作用不明确等。

基于此,本文在传统的碾压混凝土施工技术基础上,作出了深入研究,以黄藏寺工程项目为例,提出了一种全新的碾压混凝土施工技术。

1.1 设计碾压混凝土配合比

配合比设计得是否合理直接影响了碾压混凝土施工质量的好坏以及混凝土的力学性能。因此,本文首先依据混凝土配合比设计规程（DL/T5 330-2005）的相关标准要求,确定碾压混凝土施工配合比的配制强度,进而设计配合比,为提高水电工程项目碾压混凝土施工质量水平奠定良好的基础。

水电工程项目中碾压混凝土配制强度计算表达式为：

式中：
fcu,0为碾压混凝土配制强度；
fcu,r为碾压混凝土设计龄期对应的抗压强度标准值；
t为碾压混凝土配制概率度系数；
Sa为碾压混凝土立方体的抗压强度标准差[5]。

根据获取到的碾压混凝土配制强度,选取碾压混凝土配制原材料,包括5种,接下来,进行具体设计。

1）水泥。碾压混凝土与普通混凝土在结构特性方面存在一定的差异,其对水泥类别无具体要求,因此,本文采用应用范围广泛的硅酸盐水泥,凝结硬化速度较快,强度较高[6]。水泥的技术指标设置,见表1。

表1 水泥技术指标参数

按照表1的参数,设定水泥原材料的技术指标,保证水泥性能符合相关规范要求。

2）粗集料。本文选用硬质岩石加工而成的碎石,压碎值介于10.5%～11%之间。

3）细集料。选用无风化、无杂质的细集料,其细度模数不能超过2.7,孔隙率小于47%[7]。

4）拌合水。符合生活饮用水标准的水即可。

5）添加剂。包括纤维与减水剂,根据碾压混凝土的配制情况判断是否需要加入添加剂。

结合水电工程项目实际施工需求及碾压混凝土配制强度计算结果,设定集料级配与配合比。

1.2 水电工程基础快速处理

完成碾压混凝土配合比设计后,接下来,对水电工程基础进行快速处理。水电工程基础包括岸坡浅层与坝基。基础快速处理工序介于开挖工序与碾压混凝土工序之间,能够改善工程项目的不良地质,减小不良地质对碾压混凝土施工质量的影响。

本文采用固结灌浆技术,在碾压混凝土间歇期,进行坝基与岸坡浅层的一次性灌浆施工。首先,选用高性能的钻灌设备,规划设定设备每天的钻孔孔段、孔数,控制水电工程基础快速处理在混凝土间歇期内完成[8]。设定灌浆顺序为自上而下,进而保证碾压混凝土与水电工程项目中的岩石接触段灌浆质量[9]。每次灌浆结束后,检查灌浆孔位是否发生变化,及时将基础灌浆资料报送给工程项目监理人[10]。

待水电工程基础快速处理工序完毕后,进行声波检测,检测是否灌浆至盖重厚度以及坝后贴角质量是否符合相关标准规范,检测无误后,方可进入下一碾压混凝土施工工序。

1.3 碾压混凝土施工工艺流程设计

在上述水电工程基础快速处理结束后,在此基础上,设计碾压混凝土施工工艺流程,见图1。

图1 碾压混凝土施工工艺流程

如图1所示,本文设计的水电工程项目中碾压混凝土施工工艺流程由5个部分共同组成。首先,按照上述设计的配合比,采用双卧轴强制式搅拌机,拌合碾压混凝土材料。使用间歇式拌合方法,设定拌合次数为2次,每次拌合时间不小于15 s。

拌合完毕后,利用运输车,将拌合后的碾压混凝土混合料运输至施工现场。为了防止碾压混凝土水分蒸发,应当采用帆布覆盖碾压混凝土混合料,保证混合料的工作性能。运输至场地后,由试验员检测混合料的含水量,若含水量过低,则根据实际情况进行加水,直至混合料含水量符合摊铺标准。

采用稳定的碾压混凝土细粒材料作为摊铺的下承层,设定碾压混凝土的摊铺厚度。清理下承层后,撒铺水泥净浆,对下承层的顶面进行拉毛处理。而后,使用功率不小于120 kW的沥青混凝土摊铺机,摊铺碾压混凝土基层。

摊铺完毕后,压实碾压混凝土基层,使用的压路机及压实步骤,见表2。

表2 压路机选型及压实步骤

按照表2所示,分步完成碾压混凝土基层压实工序。最后,采用不小于1 mm厚度的薄膜覆盖碾压混凝土,通过砂土压填,对其进行养生处理,保证碾压混凝土能够充分进行水化反应,使其性能达到最佳效果,完成水电工程项目中碾压混凝土施工。

2.1 工程概况

选取青海省黄藏寺工程项目作为此次实例分析对象。黄藏寺工程的重力坝结构由坝体混凝土、闸墩混凝土、溢流堰混凝土、胸墙混凝土组成。不同约束部位浇筑的混凝土厚度不同,施工缝错缝布置,且在施工缝处预留了插筋。重力坝结构混凝土的特点存在一定的差异,见表3。

表3 黄藏寺重力坝混凝土结构特点

通过表3,获取黄藏寺重力坝混凝土对应的结构特点。该水库工程中,相关概况信息,见表4。

表4 黄藏寺概况信息

在获取黄藏寺工程项目建设概况信息后,按照上述本文设计的碾压混凝土施工技术,开展施工。施工中,发挥该技术在降低混凝土结构裂缝、提高混凝土施工质量方面的作用和效果,降低碾压混凝土内外表温差,防治混凝土出现裂缝等病害。通过检验碾压混凝土施工质量,进而判定本文提出施工技术的可行性。

2.2 结果分析

为了使此次实例分析的结果更加直观且具有说服力,将上述本文提出的碾压混凝土施工技术设置为实验组,在此基础上,将文献[1]、文献[2]提出的施工技术分别设置为对照组01与对照组02。模拟三种施工技术的施工流程,通过对比分析的方法,测定并对比三种施工技术的施工效果。

选取水电工程项目中碾压混凝土抗压强度作为此次实例分析的评测指标,其计算表达式为：

式中：F为碾压混凝土破坏时的荷载值；
A为碾压混凝土的受压面积。

通过计算,得出混凝土试件的抗压强度结果,评定施工质量水平。混凝土试件的抗压强度越高,说明其内部稳定性能越好,发生混凝土开裂病害的概率越低,与水电工程项目原始混凝土基体黏结更紧密,稳固性越高。应用上述三种施工技术后,根据配制混凝土的强度,选取适配度较高的加载速率范围,利用SPSS统计软件,实时记录碾压混凝土破坏时的荷载值变化。为了避免试验结果存在偶然性,减小试验结果偏差,随机在水电工程项目多个施工区域内选取混凝土试件,分别标号为F01-1A、F01-1B、F01-1C、F01-1D、F01-1E、F01-1F。待混凝土试件使用一段时间后,利用MATLAB模拟分析软件,测定并计算6组碾压混凝土试件的抗压强度,并进行对比,绘制评测指标对比示意图见图2。

图2 碾压混凝土试件抗压强度对比结果

通过图2可以看出,三种施工技术应用后,6组碾压混凝土试件的抗压强度表现出了一定的差异性。其中,本文提出的碾压混凝土施工技术应用后,可以明显看出,混凝土试件的抗压强度始终高于另外两种施工技术,且未出现下降变化趋势。而对照组01与对照组02提出的技术应用后,碾压混凝土试件的抗压强度均存在大幅度下降变化。由此对比结果不难看出,本文提出的碾压混凝土施工技术可行性更高,能够显著提升混凝土试件的抗压强度,使其与水电工程项目原始混凝土基体黏结得更加紧密,优化混凝土的分散性、稳固性与安全性,保证水电工程的顺利建设与运营。

水电工程项目能够为大众生活及各个行业的发展提供水资源支持,对碾压混凝土施工质量方面的作用与效果要求较高。为了改善传统水电工程项目中碾压混凝土施工技术不完善,无法降低混凝土结构裂缝与内外表温差的问题,本文以黄藏寺工程项目为例,提出了一种全新的碾压混凝土施工技术。通过本文的研究,能够对水电工程项目中坝体混凝土的变形应力分布作出合理分析,避免应力集中引发混凝土结构出现裂缝。较传统的碾压混凝土施工技术相比,本文提出的施工技术显著提高了混凝土施工质量,多维度补偿了混凝土结构的收缩拉应力,有效地降低了碾压混凝土裂缝风险,具有良好的应用发展前景。

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