自密实混凝土堆石坝现场试验方案(经专家评审通过的)

某水库堆石混凝土现场工艺试验方案某水库自密实堆石混凝土现场工艺试验方案某水库工程项目经理部2018年1月- 18 -1 现场试验目的利用某水库工程现场的原材料和施工条件，结合消力池右岸混凝土部位施工，进行堆石混凝土现场试验。试验目的：在对某水库堆石混凝土工程应用的综合性能、施工效率、经济社会效益等通过现场试验的方式进行深入分析，从而完善堆石混凝土在本工程中的施工工艺，为客观分析工效与成本提供坚实的研究基础，为下阶段堆石混凝土在某水库主体工程中的浇筑奠定基础。2 堆石混凝土技术简介为了简化水利水电工程中的大体积混凝土施工及温控措施，更好地控制施工质量，清华大学水利水电工程系发明了堆石混凝土施工技术，并获得了国家专利。堆石混凝土技术首先将满足一定粒径要求的大块石/卵石直接入仓，形成有空隙的堆石体，然后在堆石体表面浇注满足特定要求的专用自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称SCC），依靠自重，填充堆石空隙，形成完整、密实、低水化热、满足强度要求的混凝土。采用堆石混凝土技术施工形成的混凝土可称为堆石混凝土，如图2.1所示，其基本力学性能与常规混凝土一致，在水化热温升、施工速度、造价等方面有较大优势。SCC中的骨料堆石SCCSCC图2.1 专用自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土示意图堆石混凝土技术自2003年由清华大学金峰和安雪晖教授发明以来，经过近十年的研究与工程推广，已经在河南国网宝泉抽水蓄能电站、四川宜宾向家坝水电站，山西大同恒山水库大坝加固工程、山西临汾清峪水库大坝工程，山西省晋城市围滩水电站大坝工程等30余个项目中成功应用50多万方。堆石混凝土施工快速、质量稳定、低水化热、低成本的特点在项目实施中得到了充分的体现，受到了建设各方的一致好评。堆石混凝土技术于2008年4月通过了水利部科技成果鉴定，以潘家铮院士为主任委员和刘宁副部长为副主任委员的鉴定小组给予了“该项研究成果总体上达到国际先进水平；在堆石混凝土筑坝技术方面达到国际领先水平”的鉴定意见，同时建议“进一步研究堆石混凝土的性能，并结合实际工程应用，解决施工中的问题，提出有关技术规程的建议，促进堆石混凝土技术的推广应用”。由本研究组成员和实际使用堆石混凝土技术的工程人员在国内外刊物上发表论文近20篇。其中日本土木学会会刊和INTERNAIONAL WATER POWER & DAM CONSTRUCTION等有影响力的国际专业刊物均以封面故事报到了堆石混凝土的研究应用进展。3 现场试验准备3.1 现场试验段部位消力池右岸位置进行试验，浇筑部位从786.42高程开始，高度约6m，总方量约为400方。图3.1 现场试验段剖面图3.2 现场试验所需原材料清单现场试验所需材料与基本要求见表3.2-1。表3.2-1 堆石混凝土现场试验所需材料原材料数量（吨）基本要求水泥40P.O 42.5；提供检测报告复印件。粉煤灰502级粉煤灰；提供检测报告复印件。砂160人工砂；需现场取样复检粒径分布。石子1401级配碎石（520mm），严格控制超径情况；现场取样复检粒径分布。堆石混凝土专用外加剂1.5堆石400方（虚）1 新鲜、完整、质地坚硬，不得有剥落层和裂缝；2 粒径不宜小于300mm；3 含泥量和泥块含量均小于0.5%。4 C9015专用自密实混凝土配合比与常规混凝土相比，专用自密实混凝土对于工作性能的要求更高，在进行专用自密实混凝土配合比设计时一般应首先设计体积配合比，使之满足自密实性能。自密实性能与胶凝材料的细度、化学成份，砂石料的粒形、级配，外加剂的性能及其与水泥、粉煤灰等材料的适应性均有密切关系；因此需要通过专项试验逐步确定外加剂的种类和专用自密实混凝土配合比设计参数。在确定了专用自密实混凝土的体积配合比后，一般通过改变粉煤灰的掺量来调整强度等级。由于专用自密实混凝土胶凝材料用量较高，并且具有优异的密实性，所以在进行配合比设计时并不需要做特殊考虑。经过胶材净浆、砂浆、混凝土试验以及外加剂复配优化试验，最终得到配合比。C9015专用自密实混凝土配合比（kg/m3）理论配合比水泥粉煤灰水砂石子外加剂1673471869626556.45 现场试验浇筑方案与技术要求5.1 现场试验浇筑计划消力池右岸K0+0000+030段每层浇筑高度2m，分三层浇筑。预计浇筑高度6米左右，试验段共计3仓堆石混凝土。具体试验段计划信息见表5.1-1。消力池右岸K0+030消力池右岸K0+015消力池右岸K0+0003-32-21-1横向剖面示意图浇筑分仓示意图 某水库堆石混凝土现场工艺试验方案表5.1-1 堆石混凝土现场试验计划表仓号计划日期计划项目挡墙桩号底部高程仓面厚度（m）堆石混凝土计划方量（m3）堆石计划方量（m3）自密实混凝土计划方量（m3）拟定入仓方式1-111.30立模及堆石入仓消力池右岸k0+000-k0+030786.422.01839390自卸汽车+挖机1-112.03自密实混凝土浇筑消力池右岸k0+000-k0+030786.422.01839390泵送2-212.04立模及堆石入仓消力池右岸k0+000-k0+030788.422.01206060自卸汽车+挖机2-212.09自密实混凝土浇筑消力池右岸k0+000-k0+030788.422.01206060泵送3-312.10立模及堆石入仓消力池右岸k0+000-k0+030790.422.0974750自卸汽车+挖机3-312.13自密实混凝土浇筑消力池右岸k0+000-k0+030790.422.0974750泵送合计14天6800400400 某水库堆石混凝土现场工艺试验方案表5.2-2 各阶段试验材料数量计划表 材料仓号水泥（吨）粉煤灰（吨）砂（吨）石子（吨）堆石料（虚方）外加剂（吨）1-1192476671830.72-2121548421200.53-39113631970.35.2 现场试验施工流程与基本要求支立模板堆石入仓自密实混凝土生产自密实混凝土浇筑（泵送）养护1 支撑加固强度应能抵抗自密实混凝土产生的相当于2.5倍水压力的侧压力；2 成型的模板应构造紧密、不漏浆，缝隙小于2mm；3 堆石应与模板间保留3cm以上的保护层层。1. 汽车运输至仓面，人工、挖机辅助入仓；1 粒径大于30cm；1 双卧轴强制式搅拌机；2 保证各原材料计量准确性；3 严格控制出机自密实砼性能。1 泵送混凝土前必须泵送水泥砂浆润泵；2 泵管布置于仓面中部，从低向高顺序浇筑，浇筑点间隔23m；3 每个浇筑点的混凝土基本浇满后（保证块石裸露510cm）方可移动泵管。1 养护方式与常态混凝土相同；2 养护至自密实混凝土强度达到2.5MPa时，可进行下一仓堆石。图5.2堆石混凝土现场试验浇筑流程图5.3 堆石入仓的要求（1）堆石的运输采用自卸车加挖机入仓的方式。为避免车轮带入泥土，应在入仓道路上设置冲洗台，对车轮进行冲洗。（2）当没有合适的入仓道路时，堆石采用吊车、缆车、人工等其他方式入仓。（3）在堆石过程中，堆石体外露面所含有的粒径小于200mm的石块数量不得超过10块/m2。5.4 模板的要求（1）模板形式采用传统钢模板。（2）模板及其支护部件应根据工程结构形式、荷载大小、地基土类别、施工程序、施工机具和材料供应等条件进行选择。（3）模板及其支护应具有足够的承载能力、刚度和稳定性，能可靠地承受浇筑专用自密实混凝土的侧压力、施工过程中产生的荷载。（4）成型的模板应构造紧密、不漏浆，不影响堆石混凝土均匀性及强度发展，并能保证结构的形状正确、规整。（5）模板的支撑立柱应置于坚实的地（基）面上，并应具有足够的刚度、强度和稳定性，间距适度，防止支撑沉陷，引起模板变形。上下层模板的支撑立柱应对准。5.5 专用自密实混凝土的生产要求（1）各种固体原材料的计量均应按质（重）量计，水和液体外加剂的计量可按体积计。（2）原材料的计量允许偏差应符合表5.5-1的规定。表5.5-1原材料计量允许偏差序号原材料品种水泥%骨料%水%外加剂%掺合料%1每盘计量允许偏差231122累计计量允许偏差12111注：累计计量允许偏差是指每一运输车中各盘专用自密实混凝土的每种材料计量和的偏差，该指标只适用于采用微机控制的搅拌站。（3）与生产普通混凝土相比应适当延长搅拌时间。（4）生产过程中应测定骨料的含水率，每一个工作班应不少于2次。当含水率有显著变化时，应增加测定次数，并依据检测结果及时调整用水量及骨料用量，不得随意改变配合比。（5）专用自密实混凝土配合比使用过程中，应根据原材料的变化或专用自密实混凝土质量动态信息及时进行调整。（6）专用自密实混凝土的工作性能可采用坍落扩展度试验、V漏斗试验检测，其指标应符合表5.5-2的要求。表5.5-2专用自密实混凝土自密实性能指标检测项目合格指标坍落度（mm）250280坍落扩展度（mm）550650V漏斗通过时间（s）2 T500 65.6 专用自密实混凝土的浇筑要求（1）为了保证堆石混凝土的质量，专用自密实混凝土浇筑时应考虑结构的浇筑区域、范围、施工条件及专用自密实混凝土拌和物的品质，并选用适当机具与浇筑方法。（2）专用自密实混凝土浇筑之前必须检查模板及支架、预埋件等的位置、尺寸，确认正确无误后，方可进行浇筑。为防止浇筑不均匀及表面气泡，可在模板外侧辅助敲击。（3）当采用泵送入仓时，应根据试验结果及施工条件，合理确定混凝土泵的种类、输送管径、配管距离等，并应根据试验结果及施工条件确定专用自密实混凝土的浇筑速度。（4）专用自密实混凝土的泵送和浇筑应保持其连续性，当因停泵时间过长，混凝土不能达到要求的工作性时，应及时清除泵及泵管中的混凝土，重新浇筑。（5）对现场浇筑的混凝土要进行监控，运抵现场的混凝土坍落扩展度低于设计扩展度下限值不得施工，可采取经试验确认的可靠方法调整坍落扩展度。（6）中雨以上的雨天不得新开堆石混凝土浇筑仓面，有抗冲耐磨和有抹面要求的堆石混凝土不得在雨天开工。（7）浇筑时的最大自由落下高度宜在5m以下。（8）在浇筑过程中，当浇筑点混凝土溢满后方可移动，浇筑点应单向从低高程向高高程移动，移动距离不宜超过3m，应避免在浇筑点的反复浇筑。（9）浇筑时要防止模板、定位装置等的移动和变形。（10）当分层浇筑连续混凝土时，为使上、下层混凝土一体化，应在下一层混凝土初凝前将上一层混凝土浇筑完毕。（11）上述规定外，其它可按普通混凝土相关标准规定执行。（12）堆石混凝土收仓时，除达到结构物设计顶面以外，专用自密实混凝土浇筑应以大量块石高出浇筑面50150mm为限，以加强层面结合。（13）堆石混凝土抗压强度达到2.5MPa以前，不得进行下一仓面的准备工作。（14）对有防渗要求的堆石混凝土，施工水平缝宜采用25MPa50MPa高压水冲毛机。也可采用低压水、风砂枪、刷毛机或人工凿毛等方法对浇筑完毕的专用自密实混凝土表面进行处理。5.7 堆石混凝土的养护（1）养护是防止堆石混凝土产生裂缝的重要措施，应充分重视，并制定养护方案，派专人负责养护工作。（2）混凝土浇筑完毕，应及时养护，养护时间一般不得少于28d。（3）浇筑后的堆石混凝土可采用覆盖、洒水、喷雾或用薄膜保湿、喷养护剂（液）等养护措施。（4）堆石混凝土浇筑完毕，混凝土抗压强度达到2.5MPa后，必要时可松动模板，离缝约35mm，在顶部架设淋水管，喷淋养护。拆除模板后，应在表面覆挂麻袋或草帘等覆盖物，避免阳光直照堆石混凝土表面，连续喷水养护时间应根据工程环境条件确定。（5）冬期施工时不能向裸露部位的堆石混凝土直接浇水养护，应用保温材料和塑料薄膜进行保温、保湿养护。保温材料的厚度应经热工计算确定。6 现场试验检测方案为了更为真实、客观地了解堆石混凝土的实际施工质量与性能，特制定了本检测方案，利用得到的客观检测数据，对堆石混凝土在某水库工程中的技术施工和经济可行性进行分析和评价，为下一步主体工程浇筑奠定坚实的基础。6.1 专用自密实混凝土出机性能检测应按“附录A：专用自密实混凝土出机性能检测表”所列项目检测并记录每仓专用自密实混凝土的出机工作性能，在混凝土生产前准备好记录表格和检测工具。出泵口自密实性能指标必须满足5.5-2中的相关标准。6.2 专用自密实混凝土抗压强度在专用自密实混凝土生产浇注过程中，每仓应留取15cm标准立方体试块，根据水工混凝土试验规程（SL352-2006）中的相关规定检测专用自密实混凝土3d、7d、28d、90d不同龄期的抗压强度以及与芯样抗压试验同龄期检测，养护方式均采用标准养护，具体检测计划见表6.2-1。针对所获得的28d和90d龄期标准试块抗压强度和，分别进行统计分析，计算得到实际生产专用自密实混凝土时强度的标准偏差，根据混凝土强度检验评定标准（GB501072010）评定专用自密实混凝土28d和90d龄期强度等级。表6.2-1专用自密实混凝土抗压强度试模成型检测计划（48h龄期后拆模，标准养护）仓号计划浇筑日期15cm立方体试件成型组数检测内容3d7d28d90d180d芯样同期1-112.03101231122-212.09101231123-312.1310123112合计11天30369336混凝土取样成型应满足表6.2-2中的要求。表6.2-2专用自密实混凝土取样成型基本要求编号工作内容基本要求1混凝土取样的时机应在每仓混凝土开盘至收盘，间隔均匀时间取样，每盘混凝土只取样一组。2成型的要求将混凝土均匀倒入试模即可，不可振捣。3试件的养护试件成型后应立即至于标养环境或背阴处，应避免阳光直射；脱模后置于标准养护室养护。4脱模脱模时应尽量避免对混凝土造成早期损伤。5试件的编号试件编号应按以下格式：“仓号龄期成型日期”，例如：1-1仓取得的28d龄期试样“1-1-28d 121213”。6.3 抗渗性能检测堆石混凝土的抗渗性能是本次现场试验需要关注的项目之一，拟采用现场钻孔压水试验进行检测评价，钻孔压水宜贯穿整个试验段的各条冷缝进行分段压水，以评价堆石混凝土本体和冷缝部位的抗渗性能。钻孔压水应遵照水利水电工程钻孔压水试验规程（SL31-2003）中的相关规定，对钻孔后的堆石混凝土进行压水试验，评价堆石混凝土的抗渗性能。每段各钻压水孔两个，进行分段压水，压水孔径6cm10cm。钻孔底部留不少于1.50m的混凝土保护层，钻孔位置离边界距离不小于3m左右，具体如下图所示。图6.3 钻孔压水示意图6.4 钻孔取芯与芯样评定通过钻孔取芯的方法对堆石混凝土试验段的密实度、密度、强度进行检测评价，在护岸堆石混凝土浇筑完成7天后，方可进行钻孔取芯。钻孔取芯和芯样加工应满足钻芯法检测混凝土强度技术规程（JCJT 384 2016）中的钻取、加工及技术要求中的相关规定，进行钻孔取芯，芯样直径不小于20cm。取仓面0+0000+015及0+0150+030两段进行钻孔取芯，共计4根约20m长，钻孔取芯的编号、位置和深度如图6.2所示，取芯的直径不小于20cm。检测要求见表6.4。在取芯后应对芯样进行编号、拍照、外形描述。图6.4 钻孔取芯位置示意图*根据现场具体条件是否做常态砼对比试验。表6.4 芯样检测要求编号工作内容技术要求1芯样编号将取出芯样按照孔号、深度顺序编号，须完全保留芯样，不得遗失。2外形描述将2根芯样排开，对每根芯样的外观进行逐一拍照，对所发现的孔隙进行记录，得到缺陷率与分布比例。3密度检测对所获得的全部芯样进行称重记录，通过排水法计算其密度。4芯样加工抗压试件：按照长径比1.0的要求加工抗压试件，试件高度为20cm。5芯样加工部位的选取应尽可能选取自密实混凝土与堆石均匀胶结的部位进行试件加工。所得试件进行28d抗压强度检测，检测数量均不应小于15个，以便进行统计计算其标准偏差；其余试件用于90d龄期抗压强度检测。加载和数据处理应满足水工混凝土试验规程（SL352-2006）中“混凝土芯样强度试验”的相关规定。6.5水化温升检测使用预埋电阻式测温元件的方法对现场浇筑的堆石混凝土内部水化温升进行监测，得到堆石混凝土试验段水化温升的实测数据，数据应测量至峰值出现后的第7天。测温点埋设信息见表6.5，位置如图6.5所示。表6.5 测温点埋设信息测温电阻种类每仓埋设数量埋设仓号埋设时间预计测量周期PT-100热敏电阻探头（或同类产品）17个1-111.3012.01-12.15PT-100热敏电阻探头（或同类产品）17个2-212.0412.05-12.20图6.5每段挡墙测温点埋设位置示意图6.6 超声波检测堆石混凝土密实度在0+000-0+015及0+0150+030段钻孔进行超声波检测，钻孔位置如图6.6所示，每段钻直径为6cm的孔5个，检测方案分为（1）孔间对穿超声波检测3组，（2）孔间与外露面超声波对穿检测4组。现场检测及成果整理按照水利水电工程岩石试验规程（SL2642001）进行。图6.6 超声波试验钻孔位置示意图6.7堆石混凝土施工信息统计与分析堆石混凝土施工信息作为堆石混凝土技术、经济可行性分析的基础至关重要，必须由施工方实事求是的进行统计，并由监理方进行审核，汇总后提交业主。所需统计的信息参见“附录B：堆石混凝土施工信息统计表”。7 进度计划时间工作内容备注11月18日堆石混凝土试验工作启动会11月19日材料采购及技术服务