大坝碾压混凝土现场碾压试验技术要求

红水河龙滩水电站

大坝碾压混凝土现场碾压试验技术要求

1 总则

1.1 工程概况及现场试验的必要性

龙滩水电站大坝为碾压混凝土重力坝，设计坝顶高程406.5m，最大坝高为216.50m；初期设计时，坝顶高程为382.00m，最大坝高为192.00m，坝轴线长761.26m；共分31个坝段，坝体混凝土总量约580万m3(其中RCC约为385.4万m3)。根据坝体结构要求，除基础垫层、引水坝高程300.00m以上部位、通航坝段、底孔周边、溢流面、导墙及闸墩等部位为常态混凝土外，其余均为碾压混凝土。坝体防渗结构的二级配碾压混凝土和变态混凝土沿高程各分为一个区(RⅣ和CbⅠ区)，混凝土设计强度等级为C18；内部混凝土沿高程划分为3个区(RⅠ、RⅡ、RⅢ)，混凝土设计强度等级分别为C18、C15、C10。

龙滩碾压混凝土重力坝是目前世界上已建和在建的高度最高、碾压混凝土方量最大的碾压混凝土坝。由于工程规模巨大，施工质量要求高、混凝土浇筑强度大、工期紧，要求全年施工，因此龙滩高碾压混凝土坝的施工质量控制标准及措施，特别是高温和多雨环境下的施工质量控制标准及措施尤为重要，应在大坝碾压混凝土浇筑前针对本工程实际选用的材料和施工设备，室内试验确定的混凝土配合比，拌和预冻方式，常温和高温及多雨环境条件的施工措施等，分别在常温和高温季节各进行一次现场试验，为大坝施工积累经验，确定并提出适合龙滩高碾压混凝土坝的施工质量控制标准及措施。

为便于承包人进行试验安排，特提出本试验技术要求。承包人应根据本本试验技术要求编制完整详细的现场试验大纲报监理人审批。

1.2 本技术要求系根据LT/C-Ⅲ-1《红水河龙滩水电站主体土建工程Ⅲ-1招标文件(右岸大坝工程)》第二卷技术条款和DL/T 5144-2001《水工混凝土施工规范》、DL/T 5112-2000《水工碾压混凝土施工规范》、DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》、SL 48-94《水工碾压混凝土试验规程》的有关条款规定，结合现场碾压混凝土试验的具体要求编写而成。因此，在混凝土试验中，除应遵守本技术要求外，凡技术要求未提及或不够详尽之处，仍应遵守上述文件的相关规定执行。

1.3 在试验过程中，如需采用新技术、新工艺和新材料时，必须预先向监理人申报原因、对策措施等有关事宜，经监理人批准后方可实施。

1.4 第一次现场碾压试验内容全部完成后，应按监理人要求对试验块进行处理；当完成第二次现场碾压试验的钻孔取芯，原位层间接触抗剪试件的取样后，应按监理人的指示进行混凝土回填。

2 试验目的

第一次现场碾压试验在常温季节进行，其目的为：验证室内选定配合比的可碾性和合理性；选择和确定合适的施工参数，包括拌和、运输、摊铺、碾压，变态混凝土的加浆量和加浆方式等；研究不同层面的处理方式和不同间歇时间对层面粘结度的影响；雨天施工标准及措施；实测碾压混凝土各项物理力学指标，评定其强度、抗渗、抗冻、抗剪断强度等特性，验证和确定常温季节碾压混凝土的质量控制标准及措施。

第二次现场碾压试验是在第一次现场试验基础上于高温季节进行，试验目的为：针对高气温条件，研究改善碾压混凝土层间结合的措施，包括碾压混凝土配合比的优化；VC值控制；缓凝高效减水剂的选用，处长混凝土初凝时间的措施；温控措施(如预冻措施、皮带机运输线的防晒、仓面喷雾及其它)等，实测碾压混凝土各项物理力学指标，评定其强度、抗渗、抗冻、抗剪断强度等特性，验证和确定高温季节碾压混凝土的质量控制标准及措施。

3 试验规模及计划

3.1 试验规模

第一次现场碾压试验在坝区附近进行，试验块面积约100m×10m(长×宽)、至少3～5个浇筑层(层厚30cm)，碾压混凝土工程量约为1500m3，其平面位置规划示意图见图1(试验块面积和工程量可根据现场实际情况适当调整)。

图1 第一次现场碾压试验平面位置规划示意图

第二次现场碾压试验在上游碾压混凝土围堰的右岸堰肩上进行，试验块面积约72m ×10m(长×宽)，10～14个浇筑层(层厚30cm)碾压混凝土工程量约为3000m3, 其平面位置规划示意图见图2(试验块面积和工程量可根据现场实际情况适当调整)。

图2 第一次现场碾压试验平面位置规划示意图

3.2 计划安排

第一次现场碾压试验，需待右岸低平台(308.5m)混凝土生产系统安装完成，且2×6m3强制式搅拌楼投入运行后开始，为尽可能模拟大坝常温季节施工，计划于2003年11月进行。

第二次现场碾压试验，要求利用曾用于上游碾压混凝土围堰混凝土生产的强制式搅拌楼、高速皮带机和计划用于大坝的摊铺及碾压设备，模拟大坝高温季节施工，计划于2004年6月在上游碾压混凝土围堰施工完成后进行。

在第一次和第二次现场碾压试验完成后，按本文的有关要求分阶段进行钻孔取芯并分别进行各项试验。

4 设计与施工要求

4.1 坝体碾压混凝土技术指标

坝体碾压混凝土技术指标见表4.1-1

表4.1-1 碾压混凝土技术指标表

注：①混凝土设计强度等级是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在28d 龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度标准值；

②90d强度指标是指按标准方法制作养护的边长为150mm的立方体试件，在90d龄期用标准试

验方法测得的具有80%保证率的抗压强度标准值。

4.2 混凝土原材料及配合比

(1) 胶凝材料：采用525中热硅酸盐水泥，Ⅰ级粉煤灰。

(2) 外加剂：采用缓凝高效减水剂和高温缓凝减水剂及引气剂等，需通过室内试验优选外加剂品种及数量。

(3) 砂石骨料：采用大法平灰岩料场的人工砂石骨料，骨料生产质量技术要求见表

4.2-1、4.2-2。

表4.2-1 大法平砂石加工系统粗骨料生产质量技术要求

表4.2-2 大法平砂石加工系统细骨料(砂)生产质量技术要求

(4) 碾压混凝土配合比：按承包人完成并经监理人批准的室内试验成果进行现场碾压试验。

4.3 混凝土施工方式及措施

4.3.1 混凝土生产系统

混凝土生产系统设于右岸下游，布置3座2×6m3强制式搅拌楼和1座4×3m3自落式搅拌楼，强制式搅拌楼以生产碾压混凝土为主。混凝土拌和系统分上下两级平台布置，下级平台高程308.50m(在通航建筑物的开挖平台上)，布置2座2×6m3强制式搅拌楼；上级平台高程360.00m，布置1座2×6m3强制式搅拌楼和1座4×3m3自落式搅拌楼。

用于现场碾压试验的混凝土应用2×6m3强制式搅拌楼生产。

4.3.2 碾压混凝土施工方式及要求

(1) 拟用于大坝碾压混凝土的运输方式，主要采用自升式高速皮带机(带宽约760mm、带速3.5～4m/s)运输上坝，坝面转塔带机(布料半径100m、带宽及带速与运输线相同)直接布料或再转自卸汽车布料；其次是由高速皮带机水平运输，经右岸坝肩的负压溜槽垂直运输入仓，转自卸汽车布料。各皮带机尾部分别与右岸混凝土搅拌楼衔接，首部接塔带机及负压溜槽受料。为尽可能模拟坝体混凝土运输方式并结合现场条件，第一次现场试验采用自卸汽车直接入仓，第二次现场试验采用高速皮带机运输，仓面车汽车卸料。

(2) 按通仓薄层碾压(碾压层厚30cm)方式施工，所采用的摊铺、碾压设备，应尽量与计划用于大坝碾压混凝土仓面的施工设备相同。

(3) 防渗区变态混凝土应随着碾压混凝土浇筑层的上升逐层施工，变态混凝土铺层厚度应与平仓厚度相同。加浆方式拟采用以下2种(需经现场碾压试验确定其中1种)。

1) 分层平铺或底层平铺法

分层平铺法：铺筑层厚为34cm左右，分两层摊铺，在底层和中层加浆，即在处理好的层面上水平铺高一层水泥掺合料浆，其体积为变态混凝土中规定浆液掺量的一半，

摊铺第一层碾压混凝土后，在层面上铺设另外一半的水泥掺合料浆(在④-2区进行)；底层平铺法：即在碾压并处理好的层面上，一次性将上层所需的变态混凝土浆液摊铺在其上，然后摊铺上层碾压混凝土(在③-2区、④-2区进行)。要求采用专用加浆设备，均匀加浆，并采用大功率的振捣器将碾压混凝土和浆液的混合物振捣均匀密实。层面连续上升时，要求浇筑上层变态混凝土时振捣器应深入下层变态混凝土内5～10cm。振捣器拨出时，混凝土表面不得留有孔洞。

2) 抽槽法

摊铺碾压混凝土至一个碾压层厚，采用专用抽槽及注浆设备，均匀地在碾压混凝土中抽槽(槽的间距和深度由试验确定)，然后将浆液注入槽中，注入的浆液应分布均匀，计量准确(在③-2区、④-2区进行)。要求采用大功率的振捣器将碾压混凝土和浆液的混合物振捣均匀密实。振捣器拨出时，混凝土表面不得留有孔洞。

(4) 施工缝、冻缝及上游防渗区层面处理

1) 对连续上升的部位，当层面超过层间允许间歇时间时，要求进行在层面上铺砂浆、水泥掺合料或小级配混凝土，再铺筑上一层碾压混凝土的对比试验，确定不同施工季节的层间允许间歇时间、适宜的层面处理方式和层面处理材料及配合比。

2) 对施工缝及冻缝(当层面间歇时间超过加铺垫层的时间)，层面应采用高压水冲毛等方法清除表面的浮浆及松动骨料，处理合格后，均匀铺一层1.52cm厚的砂浆或铺3cm厚的小级配常态混凝土，其强度应比碾压混凝土等级高一级，在其上摊铺碾压混凝土后，须在砂浆或小级配常态混凝土初凝前碾压完毕。通过对比试验，选择施工缝和冻缝的处理方式(含高压水冲毛时间及压力)和层面处理材料及配合比。

3) 对上游防渗区内(二级配范围内)每个碾压层面，要求进行铺砂浆或水泥掺合料的对比试验，通过试验，层面处理材料及配合比。

5 试验内容及要求

5.1第一次现场碾压试验

5.1.1 检验室内试验推荐的各分区(RⅠ、RⅡ、RⅢ、RⅣ及CbⅠ)碾压混凝土配合比在常温季节的可碾性和合理性，并按本节5.1.2和5.1.4条要求分别进行施工工艺性试验及各项物理力学性能试验。通过本次试验，确定在常温季节各分区混凝土施工配合比。

5.1.2 施工工艺及工法试验

(1) 混凝土拌和、运输、铺料及碾压：

1) 拌和：通过试验，确定碾压混凝土拌和时的投料顺序、拌和时间；

2) 运输：因试验块混凝土浇筑时，高速皮带机尚投入使用，故只宜采用自卸汽车运输，需对自卸汽车分次卸料方式及防骨料分离措施进行试验研究，自卸汽车在入仓前的轮胎冲洗、脱水也包括在试验范围内；

3) 铺料及平仓：采用推土面或平仓机铺料，进行铺料厚度，条带宽度，平层铺料，钭层铺料的坡度及坡脚防骨料分离处理措施试验；

4) 碾压：根据工程实际采用的振动碾，按碾压层厚30cm进行不同碾压参数(包括振动碾的行走速度、碾压遍数、振频及振幅等)与压实容重及压实密度的关系等的试验。

(2) 碾压混凝土连续升层的层间允许间歇时间试验

针对RⅠ～RⅣ区层面初凝时间的试验成果，在初凝时间内分别选取2～3种层间允许间歇时间进行碾压试验，并根据本节5.1.4条要求，对层面结合情况进行相关的物理力学性能试验(包括层面抗剪试验等)。通过试验，确定常温季节碾压混凝土连续升层的层间间歇允许时间。

(3) 对水平施工缝或冻缝及层间间隔时间超过允许间歇时间的层面，需按拟定的不同处理措施进行以下试验：

1) 对水平施工缝：①冲毛或刷毛的工艺、时间及冲水压力等试验；②RⅠ区分别采用铺砂浆、小级配混凝土及水泥掺合料浆的措施，进行对比试验，选定层面处理材料、确定层面处理工艺(包括对选定机具的检验)；对RⅡ、RⅢ只针对RⅠ选定的一种工况进行上述工艺性试验。

2) 对层间浇筑时间超过允许间歇时间(未达到冲毛时间)的层面，按水平施工中的第②项内容进行工艺性试验。

3) 上游防渗区(RⅣ)内每个碾压层面，进行铺砂浆及水泥掺合料浆措施的对比试验，选定层面处理材料、确定层面处理施工工艺。

(4) 变态混凝土加浆配合比及施工工艺

1) 检验室内推荐变态混凝土掺水泥掺合料浆的配合比和掺量的合理性、可振性等；

2) 对制浆及运输工艺进行试验；

3)根据大坝变态混凝土拟采取的两种(平铺法、抽槽法)工艺进行试验(包括所采用的加浆机具等)。

(5) 成缝：根据设计要求，对横缝成缝方式，按切缝与填(嵌)缝材料及相应的施工方法进行试验。

(6) 施工过程中不同降雨强度对施工质量影响的试验：以降雨强度分别为0.15mm/6min、0.30mm/6min、0.60mm/6min的降雨强度的进行洒水模拟，并进行铺料及

碾压工艺试验，观测其影响程度及采取须处理措施的效果。

5.1.3 混凝土表面保护

坝区10月～次年4月的平均气温为11～21.1℃，且气温骤降频繁，碾压混凝土早期强度低，应进行防寒及保温措施试验，以选择保温效果好，施工简易、经济的方案。

5.1.4 施工质量控制检验

(1) 原材料品质检验；

(2) 搅拌机机口取样试件的试验

搅拌机机口取样试件的试验内容及要求见表5.1-1

表5.1-1 试验内容及要求表

(3) 仓面环境(气温、风速、湿度)的测试；

(4) 仓面碾压混凝土指标测试，主要包括工作度(VC值)、入仓温度、浇筑温度、初凝时间、压实容重的测定等；

(5) 针对混凝土表面保护措施，测试表面保温材料的等效放热系数；

(6) 现场声测及回弹测试：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区)测试在28d、90d龄期的声

速值及回弹值；

(7) 钻孔取芯试验：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区)测试芯样在90d、180d龄期的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸；90d、180d龄期的抗冻、抗渗以及90d和180d龄期的层间接触面抗剪断强度、抗拉强度；

(8) 钻孔压水试验：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区) 在90d、180d龄期，测试本体和层面的渗水特性；

(9)对碾压混凝土进行膨胀爆破，以直观了解碾压混凝土层间、层面的结合情况；

(10) RⅠ～RⅢ区在采取不同措施处理的层面上，分别制作3组(每组4个)试块，在90d和180d龄期进行原位层间接解面抗剪断强度试验。

5.2 第二次现场碾压试验

5.2.1检验经第一次现场碾压试验推荐的坝体各分区(RⅠ、RⅡ、RⅢ、RⅣ及CbⅠ)碾压混凝土配合比，掺超缓凝高效减水剂在高温季节的可碾性和合理性，并按本节5.2.2和5.2.4条要求分别进行施工工艺性试验及各项物理力学性能试验。通过本次试验，确定在高温季节各分区混凝土施工配合比(包括确定超缓凝高效减水剂的品种及掺量)。

5.2.2施工工艺及工法试验

(1) 混凝土拌和、运输、铺料及碾压：

1) 拌和：通过试验，验证高温季节碾压混凝土预冷工艺(二次风冷骨料、加冷水及加冰)，确定碾压混凝土拌和时的投料顺序、拌和时间；

2) 运输：通过试验，确定高速皮带机的防骨料分离、防晒、隔热措施；

3) 铺料及平仓：采用推土面或平仓机铺料，进行铺料厚度，条带宽度，平层铺料，钭层铺料的坡度及坡脚防骨料分离处理措施试验；对平层铺料要求在早晚夜间进行，避免太阳辐射；

4) 碾压：按第一次现场碾压试验推荐值及5.1.2条的相关要求进行该项试验；

(2) 碾压混凝土连续升层的层间允许间歇时间试验

针对RⅠ～RⅣ区层面初凝时间的试验成果，在初凝时间内分别选取2种层间允许间歇时间进行碾压试验，并根据本节5.2.4条要求，对层面结合情况进行相关的物理力学性能试验(包括层面抗剪试验等)。通过试验，确定常温季节碾压混凝土连续升层的层间间歇允许时间。

(3) 对水平施工缝或冻缝及层间间隔时间超过允许间歇时间的层面，需根据高温季节的施工条件，参考第一次现场碾压试验推荐的措施进行处理，并通过试验确定层面处

理方式和施工工艺。

(4) 变态混凝土加浆配合比及施工工艺

根据高温季节的施工条件，结合第一次现场碾压试验推荐的变态混凝土加浆配合比及施工工艺进行试验，并按5.2.4条要求进行相关的物理力学性能试验，通过试验确定高温条件下，变态混凝土配合比及施工工艺；

(6) 施工过程中不同降雨强度对施工质量影响的试验：以降雨强度分别为0.15mm/6min、0.30mm/6min、0.60mm/6min的降雨强度的进行洒水模拟，并进行铺料及碾压工艺试验，观测其高温季节的影响程度及采取须处理措施的效果。

5.2.3 温控措施试验

除混凝土采取预冷、皮带机运输线采取防哂保温措施外，仓面需进行喷雾降低环境气温的试验，并在适当部位采取埋冷却水管，进行通水冷却试验。

5.2.4 施工质量控制检验

(1) 原材料品质检验；

(2) 搅拌机机口取样试件的试验

搅拌机机口取样试件的试验内容及要求见表5.1-1

(3) 仓面环境，即气温、风速、湿度的测试，仓面喷雾环境小气候等测试；

(4) 现场碾压过程，混凝土指标测试，主要包括工作度(VC值)、入仓温度、浇筑温度、初凝时间、压实容重的测定等；

(5) 当采用埋冷水管却进行通水冷却试验时，需进行浇筑温度、混凝土内部温度，冷却水管的冷却水流量、流向、压力、入口温度及出口温度进行测试与记录；

(6) 现场声测及回弹测试：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区)测试在28d、90d龄期的声速值及回弹值；

(7) 钻孔取芯试验：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区)测试芯样在90d、180d龄期的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、极限拉伸；90d、180d龄期的抗冻、抗渗以及90d和180d龄期的层间接触面抗剪断强度、抗拉强度；

(8) 钻孔压水试验：对各分区(RⅠ～RⅣ、Cb区) 在90d、180d龄期，测试本体和层面的渗水特性；

(9)对碾压混凝土进行膨胀爆破，以直观了解碾压混凝土层间、层面的结合情况；

(10) RⅠ～RⅢ区在采取不同措施处理的层面上，分别制作4组(每组4个)试块，在90d和180d龄期进行原位层间接解面抗剪断强度试验。

6 试验质量控制

6.1 一般要求

现场碾压试验过程中必须对混凝土原材料、配合比、各项工艺措施、混凝土施工质量进行严格控制的检测；同时在进行混凝土各项物理力学性能试验中，包括机口取样和浇筑现场取样、钻孔取芯、钻孔压水试验、层面原位抗剪断强度试验等均应遵照有关现行规程、规范的要求进行。

试验期间，必须认真细致的观察、量测，并作好详尽的施工记录，各项试验成果应及时整理分析，发现不符合要求时，应查明原因，采取相应的措施，及时纠正改进。

6.2 抽样次数及测试要求

6.2.1 在搅拌楼机口随机取样

(1) 机口随机取样，检测项目和频率按表6.2-1规定进行；

表6.2-1 碾压混凝土检测项目和频率

(2) 机口随机取样，成型试件检测项目和频率：

1) 对同一次现场试验，同一强度等级混凝土的试样数量按表6.2-2的规定进行取样。同组试件取自同一盘混凝土，试件必须在机口随机取样，不得有意挑选。

表6.2-2 混凝土各强度等级不同龄期试件取样表

2) 同一次试验，同一强度等级的混凝土，对90d和180d龄期取1～2组试件进行抗渗、抗冻试验(抗渗每组6个试件，抗冻每组3个试件)。

6.2.2 碾压混凝土现场质量控制

(1) 碾压混凝土铺筑时，应按表6.2-3的规定进行检测，并作好记录。

表6.2-3 碾压混凝土铺筑现场检测项目和标准

注：压实容重检测采用核子密度仪，以碾压完毕10min后的核子密度仪测试结果作为压实容重判定依据。

(2) 钻孔取芯检测项目和频率

分别按5.1.4和5.2.4条要求进行有关物理力学性能试验，试件取样数量参见表6.2-4和表6.2-5的要求进行，可根据现场实际情况适当调整。

表6.2-4 混凝土各区不同龄期试件取样表

注：表中为垂直钻孔芯样直径≥Φ200mm

表6.2-5 混凝土不同分区各龄期试件取样表

(3) 钻孔压水试验：钻孔直径Φ76mm，按5.1.4和5.2.4条有关要求进行试验。

(4) 原位抗剪试验：按5.1.4和5.2.4条有关要求进行。

7 提交报告及日期

7.1 提交试验报告

在第一次和第二次现场试验完成后，分别提出全面完整的原始记录，阶段性试验报告及最终试验报告。试验报告主要包括以下内容：

(1) 分次现场试验施工技术说明；

(2) 原材料及物理试验测试成果；

(3) 现场碾压过程测试成果；

(4) 机口样品指标试验测试成果；

(5) 现场声波测试及回弹测试成果；

(6) 钻孔芯样指标测试成果；

(7) 钻孔压水试验成果；

(8) 层面原位抗剪测试成果；

(9) 碾压混凝土进行膨胀爆破，试验观测碾压混凝土施工质量和层间及层面结合情况的分析成果等。

7.2 提交报告时间

为满足工程使用需要，要求第一次和第二次现场试验分别在90d龄期试验完成后提出阶段试验报告，最终试验报告应分别在2004年6月和2005年2月提出，2005年提出总报告。