【水利水电】碾压混凝土坝工程施工作业.pdf

第二十一章碾压混凝土坝工程施工作业 第一节碾压混凝土坝工程概述 碾压混凝土重力坝起源于! “年代， 把混凝土重力坝用土石坝施工方法进行修 筑， 采用干硬性混凝土， 强力振动碾压实， 是柱状浇筑法的一项改革， 具有节约水泥、 降低不化热、 施工方法简单、 速度快， 从而大大降低造价的优点。 # $ % !年建成高& ! % (的福建坑口重力坝 （见图) # * #） 。 图! “ # “坑口水电站碾压混凝土重力坝 $%& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 我国碾压混凝土坝的技术特点， 主要表现在以下几方面： ! “ 坝高超过! # # $的碾压混凝土重力坝建成%座 （岩滩、 水口江垭工程） ， 在 建的&座 （大朝山、 棉花滩工程） ， 己完成设计处于施工准备阶段的有座， 其中 最高的是龙滩重力坝一期工程， 坝高! ( & $， 将是目前世界最高的碾压混凝土重 力坝。 & “ 开展碾压混凝土拱坝的设计、 施工和科研工作， 己建成%座， 最高的是贵 州普定拱坝， 高) * $； 北方寒冷地区修建的温泉堡薄拱坝， 高+ ( $； 福建溪柄溪薄 拱坝， 高 % $， 厚高比仅为# “ ! (， 见图& ! , &、 图& ! , %、 图& ! , +。目前在建的四 川沙牌薄拱坝， 高! & ( $， ! ( ( (年开始碾压混凝土施工。这些工程在倒悬面施 工、 分缝、 并缝、 温控及防渗方面积累了不少经验。 图! “ # !普定碾压混凝土拱坝 % “ 我国幅员辽阔， 气候条件差别大， 无论在亚热带、 北方寒冷地区都有碾压 混凝土工程。采用的材料、 结构和施工方法各有特色。试验证明， 碾压混凝土若 掺用引气剂， 其抗冻性有较大提高。适应高温施工的碾压混凝土外加剂的研究 应用也取得了初步成果。 + “ 高掺粉煤灰可节约水泥， 同时降低水化热， 简化温控措施， 便利施工。对 用于碾压混凝土的水泥、 砂石骨料以及外加剂也做了不少探索， 积累了相当丰富 的经验。 $%& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 图! “ # $温泉堡碾压混凝土拱坝 图! “ # %溪柄溪碾压混凝土拱坝 &( ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 ! “ 在施工中， 拌和、 运输、 摊铺、 压实用的设备和养护也都积累了许多经验， 逐步形成一套成熟的方法。 # “ 在导流工程中采用碾压混凝土围堰优越性显著， 施工速度快， 经济合理。 如三峡、 水口工程的纵向围堰。岩滩、 隔河岩、 五强溪， 大朝山工程横向围堰， 汛 期均允许过水。 $ “ 探索多种上游面防渗技术， 包括常态混凝土、 沥青砂浆、 钢筋混凝土面板、 预制混凝土模板勾缝、 % & 塑料薄膜和二级配碾压混凝土防渗层。其中以二级 配碾压混凝土防渗层全断面碾压最为经济可靠。 第二节碾压混凝土坝施工过程 要保证碾压混凝土坝达到既定的质量要求， 必须在施工过程中对碾压混凝 土进行质量控制。其内容包括： 原材料的质量控制， 混凝土配料拌和质量控制， 浇筑仓面的质量控制， 硬化混凝土试样及钻取芯样的测试等。 一、 原材料的质量控制 ( )水泥 每批水泥进库后， 应按表* ( + (的规定检验其是否符合国家标准。对送入 拌和楼待用的水泥， 用快速法测定其强度， 以考查在储存中水泥有无质量降低的 现象。如在储存期间质量下降， 实际水泥胶砂强度达不到标号， 应降低标号使 用， 并查明原因及时解决。 * )粉煤灰 每批粉煤灰进库后， 应按表* ( + (的规定进行抽样检查， 发现异常变化应及 时查明原因并采取对策， 干粉煤灰在运输和储存过程中要注意防潮、 防污染。粉 煤灰主要品质指标见表* ( + *。 , )砂 砂的细度模数及表面含水率是主要检测项目。当采用人工砂时应检测微粒 （! - “ - $ ! . .） 含量， 因为微粒含量的改变会引起碾压混凝土稠度的变化。 !“! “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 水利水电施工工程师手册 表! “ # “原材料的检测项目和抽样次数 名称检测项目取样地点抽样数检测目的 水泥 快速检测标号拌和厂、 水泥库每! “ “ ! # “ “ $一次验证水泥适性 细度、 安定性、 标准 稠度需水量、 凝结 时间、 标号 水泥库每! “ “ ! # “ “ $一次检测出厂水泥质量 粉煤灰 密度、 细度、 需水量 比、 烧失量 强度比 仓库 每 批 或 每! “ “! # “ “ $一次 评定质量稳定性 必要时进行检定活性 细骨料 细度模数拌和厂、 筛分厂每天一次 筛分厂生产控制， 调整配合 比 含水率拌和厂第% ! ! &一次调整混凝土用水量 含泥量、 表观密度拌和厂、 筛分厂必要时进行 粗 骨 料 大、 中、 小石超逊径拌和厂、 筛分厂每班一次 筛分厂生产控制， 调整配合 比 小石含水率拌和厂每% ! ! &一次调整混凝土用水量 小石 粘土、 淤泥、 细屑含 量 拌和厂、 筛分厂必要时进行 外加剂 有机物含量 （或浓 度） 拌和厂每班一次调整外加剂掺量 砂细度模数每天至少检测一次， 如果检测结果与给定值相差 ! (以上时， 需调整混凝土配合比。 碾压混凝土用水量的变化影响到碾压混凝土的稠度和强度的变化， 因此对 砂表面含水率测定显得格外重要。原水电部第七工程局实测资料表明， 砂含水 率变化“ ) * (， 拌和物! “值变化+ ! , -； 变化% (， ! “值变化% . ! % * -。对砂表 面含水率的测定应力求自动连续进行， 以便及时准确地调整混凝土加水量。 砂的表面含水率应力求稳定。要避免 “随筛随用” 。在料场设计中要考虑砂 堆的脱水条件和足够的脱水时间， 尽量做到使砂的表面含水率小于+ (。因为 含水率大于+ (时， 含水率波动较大， 并且砂含水检测仪测值的精度会受到影 响。当砂的表面含水率波动超过 “ ) * (时， 应调整混凝土用水量。 $%& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 表! “ # !粉煤灰的品质标准 标准编号 细度 ! “ ! # $ $ 筛余 （%） 烧失量 （%） 需水量比 （%） & ( （%） 含水率 （%） 强度比 （%） ) * + , - . / 0 -! #! #! + ! ,! (+“ + 1 ! & 2 3 1 ! # / # 1! + 1! + 1! + ! ,! (! +“ + 1 ! 3 2 3 1 # / # . !级# ,# ,# - ,# (# + “级# # # + ! ,# (# + #级# + ,# + ,# + + ,# ( 不规定 注 + “ ) * + , - . / 0 -即 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （国家标准） 。 1 “ & 2 3 1 ! # / # 1即 用于水工混凝土的粉煤灰标准 （原水电部标准） 。 ( “ 3 2 3 1 # / # .即 粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程 ，!、“、#级， 指粉煤灰等级 （原城乡建 设部标准） 。 4 5石子 各级石子的超逊径应在允许取度以内。石子表面含水率的波动若超过 6 ! “ 1 %， 应调整拌加水量。 超逊径的检验采用超逊径筛进行， 超逊径筛的筛孔规格和超逊径评定标准 见表1 + / (。 表! “ # $石子超逊径检验评定标准 骨料规格尺寸 （$ $） 筛孔尺寸 （$ $）评定标准 逊径试验用超径试验用孙径超径 , $ 1 !4 “ + 01 ( “ ( 不得超过 1 ! $ 4 !+ . “ 04 . “ 01 % 全部通过 4 ! $ # !( ( “ (- ( “ ( （按重量计）超径筛 # ! $ + , !. . “ 0+ 0 , %“& $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ 水利水电施工工程师手册 ! “外加剂 外加剂按品种、 进场日期分堆存放， 存放场所应通风干燥。外加剂配成一定 浓度的溶液储存备用时， 应避免雨淋、 日晒及污染。每次配制后应定期检溶液深 度。施工中每班抽查一次溶液比重， 确定实际浓度。浓度变化# ! $时， 应调整 溶液掺量。 二、 配合比的应用 最近在己建、 在建和设计的碾压混凝土坝配合比的技术资料基础上， 建立了 碾压混凝土配合比数据库。首先对五种原材料包括水泥、 混和材、 水、 砂石骨料 和外加剂的各种参数建立数据库。再用规范推荐的绝对体积法、 填充包裹理论 法， 参照实际采用过的配合比进行资料分析、 处理和优化， 得出每米%碾压混凝 土中各种材料的用量。 根据数据库资料， 初步得出三级配碾压混凝土的用水量范围为& !( ! ) * + %， 这主要取决于粉煤灰和外加剂性能； 水胶比在, - . ! ! , - /之间， 也受外加剂 影响很大； 在采用人工骨料时砂率最优为0 ! $! % % $； 粉煤灰掺量为/ , $左右。 这一研究成果将大大减少合比试验工作量， 一般中小型工程可仅用少数原 材料进行控制性试验即可。但每个工程有自特点， 在充分利用己有资料数据库 的基础上， 使配合比更加合理、 经济。大型工程应进行专门试验。 三、 拌和技术措施 碾压混凝土的拌和设备以采用强制式拌和机较好。在采用自落式拌和机 时， 只要控制好下料顺序、 拌和时间及用水量， 拌和出来的碾压混凝土也能符合 设计要求。 我国采用的拌和设备情况见表0 1 2 .。拌和楼容量选择取决于最大年浇筑 量。投放材料的顺序有两种： 一种是先放入少量水， 然后放入全部骨料 （大中粒 径） ， 最后放水泥、 粉煤灰进行拌和； 第二种是先投入砂、 水泥和水制成砂浆， 然后 投放骨料进行拌。 我国已建成的混凝土坝详见表0 1 2 !， 在建的混凝土坝见表0 1 2 /， 在设地 的混凝土坝见表0 1 2 &， 已建、 在建的混凝土围堰见表0 1 2 。 !“ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 第三节运输与入仓施工作业 与常态混凝土相似， 碾压混凝土入仓方式也分为水平与垂直运输。但碾压 混凝土运输的特点是要有连续性， 要求速度快， 所以常采用自卸汽车和胶带机， 也可用负压溜管转运混凝土入仓。 一、 自卸汽车直接入仓 利用自卸汽车运输碾压混凝土直接入仓是最简单的办法， 但需随坝面上升 不断改建道路， 同时为了防止仓面污染， 要求冲洗轮胎， 仓面进口处还需注意排 水。自卸汽车入仓后注意碾压混凝土卸料方式， 防止骨料分离。岩滩工程围堰 施工采用自卸汽车边卸料边行驶的方法， 可有效防止骨料分离。另外要限制卸 料下落高度， 避免骨料他离 （见图! “ # $） 。普定在摊铺碾压混凝土时， 注意把底 层集中的在颗粒骨料铲起撒匀， 避免骨料架空。 图! “ # $施工中的普定碾压混凝土拱坝 二、 胶带机入仓 利用胶带机输送碾压混凝土比较方便， 主要原因是： “ %由于碾压混凝土是干硬性的， 沿程损失砂浆较少。 ! %碾压混凝土在胶带上骨料不易分离， 在料斗转向或下落时也能基本保持 “!% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 拌和后的良好状态。 ! “我国试制的深槽胶带机于# $ $ %年# &月在石漫滩进行输送碾压混凝土 试验， 带宽 ( ) *， 最大仰角# + ,， 试生产取得成功。采用胶带运输机可以省去筑 路的土石方， 但必须有足够的塔架得以随仓面上升。另外， 必须与拌机配套， 才 能连续运料。在采用胶带机转向料斗时， 需注意防止料斗出口被堵塞。我国己 有万安、 三峡工程纵向围堰等采用胶带机入仓。 三、 负压溜管转料施工 当拌和楼位置较高， 并有道路通过坝肩时， 碾压混凝土垂直运输均可采用负 压溜管转料。经荣地、 广蓄下库、 水车、 普定、 江垭等工程实际应用， 效果很好， 排 除了骨料分离现象。负压溜管的使用情况可见表& # - $， 其优点是设备简单， 投 资省。通常是先用自卸汽车将碾压混凝土运到坝肩处， 倒入开放性料箱， 下连溜 管至仓面， 自卸汽车在仓面上接料， 再运往坝面摊铺。 表! “ # $我国碾压混凝土坝采用负压溜管情况 工程名称 坝高 碾压混凝土 方量 （万* !） 负压溜管 直径 （*） 全长 （*） 倾斜 （,） 总落差 （*） 输送碾压混 凝土 （万* !） 备注使用年 荣地 % ! . !( . /! /0 /! ! 右岸#条 # $ / $ 广蓄下库 0 ! . %! . & # % 左岸#条 # $ $ # 水东 / . %( . (0 %0 +% . ( % # $ $ ! 普定 + %# ( . !( . % &0 %0 (0 . % 右岸&条 # / ( * ! 1 # $ $ + 江垭 # ! #$ $( . + # . & 0 + % . $ + & + & . $ 左岸0条 （二级） # $ $ + 沙牌 # & $! 0 . /( . % !% ( 0 0 . % % + . % 计划+ . 和# $ . % 左右岸各 一条 & ( ( ( 如普定碾压混凝土拱坝初期用自卸汽车直接入仓浇筑大， 坝升高! ( *后在 右岸坝肩处顺坡设两条负压溜管 （见图& #-） 。受料斗布置在重力墩上， 距拌 和楼 + ( *， 由0 . % 2和# % 2自卸汽车将碾压混凝土自拌和楼至右坝肩处， 倾入受 !% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 料斗， 通过负压溜管入仓。溜管长! “ #， 直径$ % & #， 用自然抽排形成真空， 当稠 度! “ ( $ ) ! *时， 平均下滑速度#+! # *， 输送的碾压混凝土均匀性好。 普定工程利用负压溜管输送碾压混凝土+ % !万# , （占总量+ “ -） ， 既简单， 又经 济可靠。 图! “ # $普定碾压混凝土拱坝采用负压溜管 在靠近坝顶部分， 因碾压混凝土量己不多， 可采用缆机或门机吊运碾压混凝 土入仓， 这种运输方式与常态混凝土的运输无大差别。 ( . . /年， 江垭碾压混凝土重力坝一期施工采用的负压溜管位， 布置于左岸， 如图“ ( 0 /。溜管直径$ % & #， 长/ ( % “ #， 落差为! & % . #和/ “ #， 其中两条溜管设 有中间转料漏斗； 另两条溜管从高程“ , $ #直接卸料到高程( / 1 % . #， 可转运碾 压混凝土1 $万# ,。与其他工程不同点是碾压混凝土从拌和楼到集料斗采用长 “ . + #、 宽& ! 2 #的深槽胶带直接运输， 带速为, % + #*， 输送能力“ ! $ # , 3， 能满 足碾压强度要求。 沙牌碾压混凝土拱坝采用负压溜管转运混凝土“ / % (万# ,， 超过总量的一 半 （见图“ ( 0 1） 。 %!& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 图! “ # $江垭碾压混凝土重力坝负压溜管示意图 图! “ # %沙牌碾压混凝土拱坝负压溜管浇筑部位示意图 !自卸汽车入仓；“、#缆机吊! “ #罐入仓； $负压溜管入仓 &!% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 第四节仓面的控制作业 仓面质量控制的主要内容有： !卸料、 平仓、 碾压各项作业的控制；“碾压时 拌和物干湿度的控制； #碾压密度控制。 一、 卸料、 平仓、 碾压作业的控制 ! “减轻骨料分离 碾压混凝土拌和物是由大小不同的颗粒及密度不同的材料混合而成的。在 拌和、 运输、 卸料过程中容易发生骨料分离。分离出现后， 若不妥善处理， 就会影 响碾压混凝土的质量。 为了减轻骨料分离可以采取一系列措施， 包括从配合比设计到拌和、 运输、 卸料、 平仓等各个环节。 # “控制铺料厚度 坝面碾压作业是通过碾压试验后确定下来的， 对于既定的混凝土碾压机具， 碾压多少遍能够达到设计要求是针对一定的铺料厚度而言的。因此， 实际铺料 厚度应严格控制， 其偏差控制在$ % & 以内为宜。铺料太厚， 下部不易碾压密实 并降低了与下层的粘结。平仓厚度不均匀也会影响刷毛机的工作。铺料厚度的 检查可用水准仪或激光水准仪。 % “减少碾压层面的扰动破坏和污染 仓内各种机械应严格防止漏油， 发现油污应予挖除。当用汽车直接入仓时， 入仓前应冲洗车辆并经脱水后方能进入仓内。当用推土机平仓时， 应避免原地 转动。 刷毛和冲毛时， 要掌握进行时间。若时间太早则容易造成石子松动， 不利于 层面很好地结合。 层面除应保持清洁外， 还应保持湿润状态， 直到覆盖上层混凝土为止。可用 喷雾或洒水方法进行。 ( “掌握几个时间间隔 混凝土拌和物出机以后， 随着时间的推移， 其性状不断发生变化。为了获得 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 良好的质量， 运输、 卸料、 平仓、 振压以及上层碾压混凝土的覆盖并碾压， 应当尽 可能迅速、 连续不断进行。从拌和物加水拌和开始至上一层碾压完毕的时间间 隔， 时最重要的一个时间间隔， 它不应超过规定的允许间隔， 否则就不能保证两 层之间的塑性结合。这一点前面己经讲过。 另外还有几个时间间隔也密切关系到碾压混凝土的质量。例如美国混凝土 学会提出以下几项要求： （!） 碾压混凝土拌和物从出机至碾压完毕时间， 不超过“ # $ % &。 （） 碾压混凝土拌和物从入仓至开始碾压， 不超过! # $ % &。 （(） 施工缝面的垫层料， 从摊铺到覆盖碾压混凝土， 不超过! ) $ % &。 显而易见， 以上几项时间间隔若能在施工中得到实现， 对于保证碾压混凝土 及其结合层面的质量是十分有利的。有些工程规定的标准比较宽松， 有些工程 则没有明确的规定。从加水拌和至上层碾压完毕， 是最重要的一个时间间隔， 虽 然以不同的形式出现， 然而是任何工程都必然提出和必须遵守的。 二、 碾压混凝土初凝时间的现场检测 以碾压混凝土初凝时间作为确定的上下层的混凝土允许时间的依据， 是我 国 “水工碾压混凝土施工规范” 所规定的。执行这一规定的关键在于如何根据现 场条件确定碾压混凝土初凝时间。武汉水利电力大学建材教研室在这方面进行 了研究并取得了初步成果。 ! *初凝时间的测定原理 （!） 碾压混凝土中胶凝材料浆体的凝结。 水泥浆是以水泥颗粒为分散相、 水为连续相构成的分散体系， 具有溶胶性 质。其中的水泥颗粒及其迅速水化产生的水化产物形成胶粒。胶粒在表面能作 用下相互吸附凝聚成较大颗粒。凝聚后构成连续的网状絮凝结构， 体系失去流 动性， 称为凝胶。这种凝聚结构相互连结的力， 主要是范德华分子力， 其强度是 不大的， 而且彼此吸附连结的胶粒之间有一个残留的薄溶剂化层。所以在外力 作用下， 这种凝聚结构的坡坏具有触变复原性质。水泥浆在凝结期间不同程度 地具有这种结构特征。 随着水泥的不断水化、 大量水化产物的生成， 水泥浆的结构由凝聚结构逐渐 向凝聚 结晶结构网和结晶结构网转变。结晶结构中粒子之间的相互作用力 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 不再是范德华分子力， 而是化学键力或次化学键力， 因而具有大得多的强度。结 晶结构网坡坏以后， 不再具有触变复原性质。 水泥浆的凝结时间应当相应于水泥浆结构特性的转变。初凝以前， 水泥浆 的结构为凝聚结构， 初凝标志着凝聚结构向结晶结构的转变。 粉煤灰的细度与水泥属同一数量级， 水泥粉煤灰浆体仍具有胶体性质。 唯一不同的是， 粉煤灰不像水泥熟料具有迅速水化的性质， 它必须受水泥水化产 物! “（# $） %较长时间作用才使其表面致密的活性氧化物与! “ （# $） %发生火山 灰反应。因此， 水泥粉煤灰浆体与稠度相同的水泥浆体相比较， 凝聚结构维持 时间较长， 由凝聚结构向结晶结构转变较慢， 相应浆体初凝时间较长。 掺缓凝剂可以延缓水泥浆体由凝聚结构向结晶结构转变， 延长不水泥浆体 的初凝时间。增大浆体的水胶比将增大胶粒的距离， 减弱胶粒之间的范德华分 子力， 浆体初凝时间增长。在浆体中掺入粗细骨料， 由于骨料的亲水性， 在其颗 粒表面将形成一定厚度的水膜层， 使混凝土及砂浆中浆体本身实际水胶比明显 降低， 初凝时间缩短。 碾压混凝土中由于掺有粉煤灰、 缓凝剂， 砂浆率小、 砂率较大、 拌和物的超干 硬性等原因， 使其初凝时间的测定复杂化， 但其凝结过程的规律与水泥浆和常态 混凝土没有原则的不同。 （%） 初凝时间测定原理 如前所述， 初凝标志着水泥浆结构由凝聚结构向结晶结构的转变。卡尔梅 科娃 （& & ( “ ) * + , * ( # - “） 和米哈依洛夫 （$ - + . / “ 0 ) 1 # -） 用粘度计研究水 泥浆的结构形成过程进， 测定了水泥浆在不同水灰比时的极限剪应力! 2和塑性 粘度“ 。2随时间变化的曲线。所有曲线都有一个转折点。对于某一个确定的水 泥， 不管其水灰比如何， 转点的! 2及“ 。2值都是确定的。这个转折点就相应于 水泥浆由凝聚结构向结晶结构的转变。 还有一些学者对这个问题进行了研究， 结果表明， 水泥浆凝结过程由凝聚结 构向结晶结构转变的， 对外力的阻抗发生明显的变化。我们可以利用这一特征 来判断水泥浆及混凝土的初凝时间。 室内混凝土拌和物凝结时间测定是在恒温恒湿条件下进行的。施工现场的 环境条件比室内复杂得多。有许多变化着的因素促成或阻碍了浆体由凝聚结构 向结晶结构的转变， 使拌和物初凝时间缩短或延长。根据水泥结构形成的动力 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 学理论及图! “ # $的试验结果， 不管初凝时间缩短还是延长， 同一混凝土拌和物 初凝时对外力的阻抗能力应该是基本一致的。 图! “ # $水泥浆的极限剪应力! %和塑性粘度“ 。%随时间的变化 ! %测定设备及测试方法 室内试验使入阻力仪 （或混凝土凝结时间自动测定仪） 。施工现场初凝时间 测定使用碾压混凝土现场初凝时间测定仪。 （“） 碾压混凝土室内初凝时间测定方法 测定碾压混凝土室内初凝时间的操作步骤如下： #筛除混凝土用砂中天于& 的石子。 $按碾压混凝土中的砂浆配合比称料， 配制砂浆试样“ ( )。 %将砂浆平均分装于*个边长“ & + 的立米体试模中， 置试模于振动台上。 砂浆表加压重， 总压重按压强! * & , - .计算。振动后， 刮去试模表面多余砂浆， 抹 平表面。 &试样成型后马上用贯入阻力仪 （或混凝土凝结时间自动测定仪） 测定贯入 阻力。以后每隔“ /测贯入阻力一次， 直到砂浆试样的贯入阻力大于0 , 1 - .为 止。试样放于! , 2 ! 3 4的恒温室中， 试模上加盖玻璃板防止水分蒸发。 以上是操作步骤。施测时将装试样的试模置于磅秤上， 读记此时的重量作 为基数。然后使测杆端部与砂浆表面接触。按动贯入阻力仪把手， 均匀加压 “ , 5， 使测杆贯入砂浆深度为! & 。读记加压过程中磅秤显示的最大读数， 此 值减去基数得到贯入压力。贯入压力除以测杆面积 （, 6 ! + !） 即得到贯入阻力。 使用混凝土凝结时间自动测定仪施测时， 加荷速度及加压时间仪器上己固定， 贯 入压力直接从仪器上的压力表读取。 每次施测时测三个点 （三个测点不在同一试样中） ， 以三个测点贯入阻力的 &!& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 平均值作为该时刻的贯入阻力值。测点与测点间、 测点与模壁间的距离不小于 ! “ #。 以贯入阻力为纵坐标， 测试时间为横坐标， 将测试结果点绘于图上。依据测 点的具体分布情况， 在转折点附近将该点划分为两组。且 “平均法” 或 “最小二乘 法” 将两组测点分别用直线表示。求两直线的交点， 该交点对应的时间即为混凝 土拌和物的初凝时间。 （!） 碾压混凝土现场初凝时间测定方法 测定碾压混凝土现场初凝时间的操作步骤如下： !在拌制混凝土的同时， 按混凝土中的砂浆合比， 拌制浆试样$ % &， 其中砂 子事先筛除大于$ # #的石子。 “在现场平仓后的碾压混凝土某一预定位置挖一面积不小于 % “ #( % “ #， 深! $ # ) % “ #的坑， 将砂浆试样倒于坑内， 此时试样表面应略高于混凝土 面。 $在砂浆试样周围设置标记， 于砂浆试样表面覆盖一层尼龙编织袋， 让砂浆 试样与混凝土拌和物一起承受碾压并一起养护。注意防止碾压过程中石子带进 砂浆试样中。碾压完毕， 除去尼龙编织袋。 %预先根据室内初凝时间测定结果计算初时间对应的贯入压力， 扣除现场 初凝时间测定仪 （图! * + * %） 滑杆重量， 作为现场施测时的附加压重。 &将现场初凝时间测定仪置于待测砂浆试样上， 调整支架升降螺丝， 使测杆 竖直。转动卡环把滑杆锁住， 调整测杆螺丝使测杆端部与试样表面接触。 转动卡环松开滑杆， 同时将附加压重在* % ,内逐渐加于承重盘上。超过 * % ,马上除去附加压重， 观察卡环上方滑杆上的红线下落距离， 此距离即为测杆 的贯入深度。每次测三个点， 以贯入深度的平均值作为测试结果。 (从混凝土拌和加水至贯入深度另! $ # #所经历的时间， 即为混凝土拌和 物的初凝时间。当现场初凝时间测定仪贯入深度小于! $ # #时， 说明混凝土己 超过初凝。相反， 贯入深度大于! $ # #时， 说明混凝土尚未初凝， 施工层面可以 不处理而连续上升。 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 图! “ # “ $现场初凝时间测定仪 !承重盘；“刻度尺；#滑杆；$卡环；%测杆螺丝； &测杆；三角架；(支架升降螺丝；)支架垫板；! *垂球 第五节摊铺与碾压施工作业 一、 摊铺施工作业 在摊铺碾压混凝土前， 通常先在建基面上铺一层常态垫层混凝土找平， 基厚 度根据坝高、 坝址地质及建基面起伏状态而定， 一般厚! + * ! “ + * ,， 在常态混凝 土中可布置灌浆廊道。但由于垫层混凝土受岩基约束过大， 极易开裂， 宜尽可能 减薄。例如大朝山工程， 建基面上仅用* + % ,厚常态混凝土找平， 即开始碾压混 凝土铺筑。 碾压混凝土入仓虽用不同的运输工具， 但摊铺方法基本相同。不论采用自 卸汽车直接入仓， 或用负压溜管入仓， 或斜坡运输车通过集料斗再用自卸汽车入 仓， 摊铺时都要注意防止骨料分离。 我国常采用碾压层厚为# * - ,， 最大骨料粒径为( * , ,的三级配碾压混凝 土。如仓面过大， 可以分成两薄层铺筑， 即“.! - ,， 然后碾压成# * - ,， 但两层 $%& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 间隔时间不能过长。有时也可采用! “ # $或% & # $厚层。 如果坝较高， 坝轴线过长， 仓面过大， 除用模板缝分仓外， 也可以临时分仓， 但必须留好自卸汽车通道。 在采用胶带运输机入仓时， 也可通过自卸汽车转运， 或直接从料斗下料， 但 必须控制下落高度， 防止骨料分离。 仓面常用推土机， 摊铺找平， 宜平行坝轴线方向摊铺， 其宽度与自卸汽车相 近。推土机型号为 ( &、 ( “或上海! & &型、 黄河! ! &型。为了保证推平后没有 凹凸不平现象， 普定碾压混凝土拱坝对 ( “推土机履带板进行了消齿处理， 台 班产量达) & & $ *。较小仓面曾用 * “平仓推土机， 效果较好。江垭碾压混凝土 重力坝采用湿地推土机*台， 其中重+ , -的 ) “ ./ (两台， * + .重0 -的+台。 卸料时如发现大骨料滚落集中， 需用人工及时将大骨料铲开， 铺在砂浆较多处， 以免碾压后大骨料集中于层面， 形成漏水通道。 为加强层面结合， 需在层面上铺薄层水泥粉煤灰浆或砂浆， 特别是采用二级 配全断面碾压混凝土做防渗层时， 这层浆能起相当重要的作用。过去， 如荣地、 普定等工程采用人工铺浆， 影响施工速度， 不易保证质量。江垭碾压混凝土重力 坝采用无齿胶轮装载机摊铺砂浆层， 只有边角局部层面用人工摊铺， 大朝山工程 曾用过管道输浆到仓面。 在碾压混凝土坝中也可以布置廊道和泄水设施。若廊道设置在底部常态混 凝土中， 则与一般施工方法无大差别。若廊道设置于碾压混凝土中， 则以采用预 制混凝土廊道模板为好， 吊装就位后， 在廊道模板周边小心摊铺碾压混凝土， 用 手扶振动碾压实。 在设置泄水钢管时要特别注意管壁与碾压混凝土的结合， 通常在管壁周围 浇筑常态混凝土， 以保证结合坚密。 二、 碾压施工作业 碾压混凝土工艺最重要的环节是碾压。碾压混凝土特别干硬， 骨料间阻力 大到骨料自重不能克服的程度， 虽在振动下骨料颗粒周围出现局部液化现象， 仍 必须增加压重使骨料在不同位置产生不等的位移， 此时骨料表面胶凝材料暂时 出现分离， 最后使封闭的气泡在连续振动和碾压下随渗液排出， 仓面有时会出现 少量沁水促使骨料与砂浆进一步密实， 达到设计要求的密度。 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 根据碾压层厚、 仓面尺寸、 碾压混凝土和易性、 骨料最大粒径和性质 （人工碎 石或是天然卵石） ， 振动碾的机动性、 压力、 碾的尺寸、 频率、 振幅、 速度等， 以及其 他方面的因素选择碾压设备。采用人工骨料， 由于骨料间阻力较大， 宜选择较重 的振动碾。 摊铺平整后的仓面宜向上游倾斜， 不能倾向下游， 以利坝体稳定。 我国碾压混凝土多采用! “系列振动碾压实。这种碾压有各种不同重量， 重型碾用于坝体内部， 在靠近模板特别是上游面二级配碾压混凝土防渗区， 用轻 型或其他手扶小型振动碾。 在推土机平仓后， 先无振碾压#遍， 然后再有振碾压$ ! %遍， 达到设计密度 后， 再无振碾压#遍。靠近模板处用轻碾 （重& ( )） 有振碾压& * ! # *遍。在碾压 过程中， 一般都是顺坝轴方向纵向碾压， 每条压边& ( + ,， 以防止漏压， 保证碾压 后碾压混凝土的密度都能达到标准。 当上下游有常态混凝土进， 交界处要形成- ( .交错斜坡， 保证结合良好。但 由于异种混凝土的胶凝材料不同， 温升、 收缩都有著差别， 交界处容易产生裂缝， 所以在碾压和振捣时必须注意保证密实。在坝肩斜坡上采用常态混凝土垫层 时， 应与碾压混凝土顺序交叉上升， 先填筑碾压混凝土， 然后再填常态混凝土， 常 态混凝土面宜低于碾压混凝土， 再用高频振捣器从基岩侧向碾压混凝土侧方向 振捣， 并插入下层混凝土( + ,左右。 三、 改性混凝土 在迎水面， 为了保证碾压混凝土表面光滑， 防渗性良好， 在荣地、 普定坝首次 采用了改性 （变态） 混凝土。改性混凝土是在碾压混凝土铺料前和铺料中洒铺一 定数量的水泥粉煤灰浆， 予以变性， 然后用高频振捣器振捣密实。加入水泥粉煤 灰浆数量不宜过多， 但过少又不易捣密实， 必须按设计严格控制水灰比和加浆 量， 试验证明， 以振捣后泛浆振平为合格。普定坝加相当于碾压混凝土体积- / 的浆量， 振捣时间0 * 1左右。这种办法也适用于大小振动碾压不能到达的死角。 通过钻孔取芯检验， 结合良好。石漫滩工程改性混凝土的施工方法稍有不同， 即 在靠模板处摊铺的碾压混凝土中挖一深约# * + ,小槽， 填以灰浆， 然后振捣， 效 果也较好。 山仔工程用改性混凝土代替坝肩常态混凝土垫层， 提高了施工速度。沙牌 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 高拱坝的坝肩， 也准备用这种改性混凝土取代常混凝土垫层。 四、 碾压时拌和物干湿程度的控制 碾压时拌和物合适的干湿程度是碾压密实的先决条件。为了掌握仓内拌和 物的! “值， 可以仓面设置! “测试仪， 也可采用核子水分密度仪测定拌和物的 含水率。速度最快的办法是肉眼观察、 凭经验作出判断。 对于中等胶凝材料用量的碾压混凝土， 拌和物干湿程度是否合适， 可根据下 述碾压过程中的状况进行判断： 拌和物太干时， 振动碾压! ! “遍后， 表面没有明 显的灰浆泛出， 时有粗骨料被碾碎的现象， 或表面出现一些条状裂纹。拌和物太 湿时， 振动碾碾压# ! $遍后， 表面就明显有灰浆泛出， 或有较多的灰浆粘在振动 轮上。若拌和物干湿度适中则振动碾碾压! ! “遍的碾压面明显有类浆泛出， 表 面平整有光泽， 呈现一定的弹性。 在碾压过程中发现拌和物干湿度不合适时， 应及时进行调整。调整的作法 大致有两种。 一种作法是， 用加水或减水来调整拌和物的干湿。只要加水后胶比不超过 规定的上限就不需要改变胶凝材料用量。我国龙门滩坝， 美国陆军工程师团等 采用这一作法。 另一作法是， 区别原因分别对待。如果由于骨料含水量变化造成拌和物干 湿变化， 则只调整拌和用量而不改变胶凝材料用量。如果由于气温、 风速、 日照 及搁置时间等因素造成干湿度不合适， 则需重新确定机口控制的! “标准值， 并 在保持水胶比不变的前提下对用水量和胶凝材料用量进行调整。铜街子工程等 采用这一种作法。 !“ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 第六节层面处理作业 一、 层厚与处理 如前所述， 我国碾压混凝土采用的碾压层厚多为! “ # $。对于重力坝， 特别 是高% “ “ $以上的坝， 多达数百层面， 如果处理不好， 会成为坝体的薄弱环节， 轻 者成为渗漏通道， 影响碾压混凝土的耐久性， 严重时甚至会影响大坝的安全运 行。因此， 层面结合、 层面抗剪强度成为高碾压混凝土重力坝的关键课题之一。 碾压混凝土坝一般有两种层面： 一种是正常的间歇面， 层面处理采用刷毛或 冲毛清除乳皮， 露出无浆膜的骨料， 再铺厚% !% & # $砂浆或灰浆， 继续铺料碾 压； 另一种是连续碾压的时施工层面， 一般不进行处理， 但在全新面碾压混凝土 坝上游面防渗区， 必须铺砂浆或水泥浆， 防止层面漏水。 在高坝建设上， 为控制抗剪强度 （!， “） ， 龙滩工程在设计阶段对层面胶结强 度作了% “种工况的现场碾压混凝土和相应的抗剪断试验， 试验成果表明采用以 下措施可以提高层间结合强度。 % (适当提高胶凝材料含量； ) (尽量缩短上层铺料碾压时间， 保证在下层碾压混凝土初前完成； ! (在配合比中适当增加缓凝外加剂； * (切实防止骨料分离和骨料中掺杂软弱颗粒； (在层上铺一薄层砂浆或水泥粉煤灰浆； + (防止仓面污染。 二、 层面间歇时间控制 两层之间的间歇时间控制。如下层碾压混凝土己初凝， 上层才开始铺料碾 压， 会影响层间黏结强度， 所以判断碾压混凝土拌和物的初凝时间相当重要。我 国研制成的电子贯入阻力仪 （见图) % , % %） ， 可以现场测试碾压混凝土的初凝时 间。 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 水利水电施工工程师手册 图! “ # “ “碾压混凝土现场初凝时间测定仪示意图 !承重盘；“刻度尺；#滑杆；$止环；%测杆螺丝； &测杆；三角架；(支架升降螺丝；)支架垫板；! *垂球 测定拌和物贯入阻力的方法， 是用直径! + % , ,探针在碾压密实的混凝土表 面插探孔， 孔深! % , ,， 然后用该仪器进行贯入阻力测定， 绘出贯入阻力一历时 曲线， 曲线中的转折点就是该层碾压混凝土的初凝时间。 为了保证层面胶结处于最佳状态， 务必在下层碾压混凝土初凝前完成上层铺 料碾压， 以便上层的骨料有可能嵌入到下层， 形成犬牙交错， 提高层间抗剪强度。 在高温季节， 碾压混凝土初凝时间缩短， 需要在碾压混凝土中掺缓凝外加剂， 以延 长初凝时间。特别是仓面面积较大， 上层碾压混凝土拌和物铺满一层需时较长， 如果气温过高， 还需要采用特殊的高温缓凝外加剂。 普定、 江垭等工程由于严格控制层面间歇， 所取碾压混凝土芯样长达%! & ,， 层面不明显。普定工程层面胶结强度超过设计要求。 在普定工程中做过碾压混凝土重复压振对初凝时间影响的研究， 由于振动 碾压激振力可深达& * - ,， 碾压时下层都能受到重复压振， 发现初凝时间会有所 延长， 而且证明即使碾压混凝土初凝两小时后扰动， 碾压混凝土抗压强度也没有 不利影响。 三、 层面铺浆效果 在层面铺一薄层砂浆或水泥粉煤灰浆， 据室内试验结果， 铺砂浆层面抗拉强 $%& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇坝体工程 度可提高! “ #， 抗剪强度可提高$ % #； 在层面刷水泥粉煤灰浆， 层间抗拉强度、 抗剪强度分别提高& #和% #， 效果明显。但是铺砂浆或刷水泥粉煤灰浆后必 须立即铺料覆盖， 否则一旦失水， 效果反而更差。 四、 碾压混凝土斜层平摊铺筑法 碾压混凝土重力坝高度超过“ ( ( )时， 由于底部仓面过大， 若采用通常的通 仓平铺碾压上升方法， 由于每仓摊铺、 碾压需时较长， 很难保证上一层碾压混凝 土在下一层碾压混凝土初凝之前铺满全仓， 并进行碾压。为此需要加大拌和和 运输设备的容量。特别是坝高接近! ( ( )时， 底部仓面采用通仓， 平铺上升， 困 难更大。 在江垭碾压混凝土重力坝初期施工时， 由于拌和容量不够， 采用斜层平铺摊 铺筑法， 主要是改水平仓面为斜坡仓面， 坡度为“： “ *， 沿坝轴线自左向右推进。 为了防止坡脚骨料集中形成通道， 采取了摊铺条带错开的措施。虽然施工过程 略为复杂， 但缩短覆时间效果明显。经钻孔取芯检， 质量满足要求， 层面也不明 显。蓄水后尚未发现坝体渗漏， 证明这种施工法的可靠性。随后在其他一些高 碾压混凝土重力坝如汾河二库、 棉花滩和大朝山等坝也都采用这种施工方法。 应当指出， 这种斜层碾压法如果改为从下游向上游倾斜更为合理。它不仅 可消除坡脚的薄弱点， 而且可提高坝体的抗滑稳定安全强度。尤其是在高温气 候条件下， 由于仓面缩小， 覆盖时间可进一步缩短， 使碾压混凝土温度回升小， 并 可减小表面失水。因此在龙滩碾压混凝土高重力坝施工时拟采用这种施工法。 五、 相对压实度的控制与检查 碾压混凝土只有达到很高的相对压实度， 才能具有预期的强度、 不透水性的 拉伸应变能力。前苏联的研究认为， 碾压混凝土相对压实度下降“ #， 混凝土强 度下降约+ #! “ ( #， 日本的实测资料表明， 碾压混凝土相对压实度下降“ #， , ( 天龄期强度下降! - ( . / 0， 可见相对压实度对碾压混凝土性能有的影响是非常 显著的。因此， 对碾压混凝土的相对压实度应给予足够重视， 并把它作为施工质 量的主要指标之一予以严格控制。 美国混凝土学会大体积委员会要求碾压混凝土相对压实度达到, + #以上。 !“# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !