黄花寨水电站碾压混凝土现场试验成果启示

作者：李春敏1 刘树坤2(1.中国水利学会碾压混凝土专委会北京100053;2.水利水电科学研究院北京100044)

黄花寨水电站位于贵州省长顺县墩操乡格凸河上，挡水建筑物为110m碾压混凝土双曲拱坝，坝高110m，顶宽6m，最大底宽26.5m，坝顶弧长274.77m，碾压混凝土总方量为28万m3。大坝主体采用90天龄期三级配C20碾压混凝土，抗渗标号W6，抗冻标号D50，上游面防渗层采用90天龄期二级配C20变态混凝土和碾压混凝土，抗渗标号W8，抗冻标号D100，变态混凝土厚度0.5m，下游坝面采用厚度为0.5m的90天龄期三级配C20变态混凝土，抗渗标号W6，抗冻标号D50。

为了采用先进的施工机具和工艺，在确保工程质量的前提下加快施工进度，简化或取代温度控制措施，经有关专家与设计单位、项目业主、项目管理单位和施工单位共同研究，决定采用日本酒井SD451和德国宝马BW202AD振动压路机，在一水电站工地现场(就近使用现有砂石、混凝土系统)进行层厚100cm、75cm和50cm碾压混凝土现场对比试验，通过现场碾压试验，获取第一手数据，探讨突破现行规范30cm碾压层厚，经国内知名专家评审，提出评审意见，经过论证审批，希望在黄花寨碾压混凝土拱坝次要部位，进行工程性试验。

1试验场地和条件

试验场地选择:根据黄花寨水电站地理位置、气候条件和骨料岩性，经各方研究选择与其条件相似的落脚河水电站工地进行试验，其优点是有较好的试验场地，完整的砂石和混凝土拌合系统，施工队伍是将承担黄花寨水电站的中标单位，又有新购进的德国宝马BW202AD振动压路机。缺点是混凝土拌合楼能力较低，可能对碾压试验产生不良影响。

2现场碾压试验设备

2.1碾压机具性能对照

酒井SD451与宝马BW202AD性能对照见表1。

2.2测试仪器:

国产核子水分密度仪;

日本产RI密度仪(只进行对比测试)。

2.3混凝土拌合楼:

一座2×1500混凝土拌合楼。

3现场碾压试验场地布置及试验方案

试验场选择在落脚河水电站永久管理用房和宿舍用房场地，该场地地面高程不能满足防洪标准要求，需要回填加高约3m，正符合试验要求。原设计为3个仓号，A号仓试验区为碾压层厚100cm，B号仓试验区为碾压层厚75cm，碾压机具为酒井SD451振动压路机;C号仓试验区为碾压层厚75cm、50cm，碾压机具为宝马BW202AD振动压路机。

试验中由于拌合楼系统生产能力太小，现场改为A、B2个仓号进行试验，A号仓采用酒井SD451振动压路机，碾压层厚100cm，试验碾压3层，共3m厚;B号仓采用宝马BW202AD振动压路机，碾压层厚75cm、50cm，各试验碾压一层，共2层厚125cm。

A、B仓面积均为11.5m×30m，每个仓面分3条碾压条带，每个条带面积3.5m×29m，四周边为0.5m的变态混凝土，3条碾压条带分别进行不同碾压遍数的试验;第一条带为2-8-2，即先静碾压2遍，振动碾压8遍，后静碾压2遍;第二条带为2-10-2，即是先静碾压2遍，振动碾压10遍，后静碾压2遍;第三条带为2-12-2，即是先静碾压2遍，振动碾压12遍，后静碾压2遍。(试验场地A、B仓条带图，图1所示)

4试验原材料及混凝土配合比

现场试验采用落脚河水电站现有材料，骨料为灰岩轧制，骨料为三级配，人工砂细度模数2.90，石粉含量12.8％;与黄花寨水电站进行试验的人工砂接近，细度模数2.8，石粉含量13.4％。水泥为大方水泥厂生产的筑字牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为安顺电厂的二级灰，外加剂为北京科宁外加剂厂出品的高效缓凝型减水剂(表2)。

5试验检测数据(核子水分密度仪)

5.1A仓(酒井SD451振动压路机)

试验碾压混凝土第一碾压层厚100cm，由于混凝土拌合能力限制，每层分4次摊铺，每次摊铺厚度为27cm。

试验日期:2006年9月27日;

底部100cm厚。

第一碾压层1检测层30cm深检测点位置(距碾压层面)(表3)。

第一碾压层1检测层检测结果(检测深30cm)(表4)。

第一碾压层2检测层60cm深检测点位置(距碾压层面)(表5)。

第一碾压层2检测层检测结果(检测深60cm)(表6)。

第一碾压层3检测层90cm深检测点位置(距碾压层面)(表7)。

第一碾压层3检测层检测结果(检测深90cm)(表8)。

试验碾压混凝土第二碾压层厚100cm，合计总厚200cm，由于混凝土拌合能力限制，分4次摊铺，每次摊铺厚度为27cm。

试验日期:2006年9月29日

第二碾压层检测层检测点布置(表9)。

第二碾压层只检测层深30cm(距碾压层面)数据(表10)。

试验碾压混凝土第三碾压层厚100cm，合计总厚300cm，由于混凝土拌合能力限制，分4次摊铺，每次摊铺厚度为27cm。

试验日期:2006年9月29日

第三碾压层检测层检测点布置(表11)。

第三碾压层只检测层深30cm(距碾压层面)数据(表12)

5.2B仓(宝马BW202AD)

试验碾压混凝土第一碾压层厚50cm，由于混凝土拌合能力限制，分2次摊铺，每次摊铺厚度为27cm。

试验日期:2006年10月5日

底部第一碾压试验层50cm厚。

第一碾压层检测点布置(表13)

第一碾压层检测结果(检测深45cm)(表14)。

试验日期:2006年10月6日;

底部第二碾压试验层75cm厚。

第二碾压层检测点布置(表15)。

第二碾压层检测结果(检测深70cm)(表16)。

6碾压混凝土28d龄期，钻孔芯样检测数据

A、B两仓碾压混凝土试验块，28d龄期后，用地质勘探钻机钻取岩芯样，芯样直径120mm，对芯样进行抗压强度试验，并对钻孔进行压水试验。

碾压混凝土28d龄期钻孔取芯示意图(表17)。

A仓碾压遍数2-8-2条带芯样抗压试验结果(表18)。

A仓碾压遍数2-10-2条带芯样抗压试验结果(表19)。

A仓碾压遍数2-12-2条带芯样抗压试验结果(表20)。

A号仓芯样抗压强度汇总表(表21)。

B号仓芯样抗压强度汇总表(表22)。

7结论和启示

(1)试验选在落脚河水电站，与黄花寨水电站自然条件相近，同是贵州灰岩地区，碾压混凝土的配合比和原材料基本相似，试验成果可以适用于黄花寨水电站。

(2)酒井SD451振动压路机，A仓经现场100cm层厚(分4次摊铺每次摊铺27cm)三层碾压试验(共300cm):

第一碾压层距碾压表面30cm处:

碾压条带2-8-2、2-10-2、2-12-2各测6个点共18个点，相对密实度均大于97％，符合规范要求;

第一碾压层距碾压表面60cm处:

碾压条带2-8-2检测4个点相对密实度均大于97％，符合规范要求;

碾压条带2-10-2检测4个点，有2个点相对密实度均大于97％，另2个点小于97％，分别为96.9％、96.5％;

碾压条带2-12-2测2个点，相对密实度均大于97％，符合规范要求;

60cm深共检测10个点，相对密实度均值为98.92％;

第一碾压层距表面90cm处:

碾压条带2-8-2检测2个点，相对密实度均小于97％，不符合规范要求;

碾压条带2-10-2检测2个点，相对密实度均大于97％，符合规范要求;

碾压条带2-12-2检测2个点，均大于相对密实度97％，符合规范要求;

90cm深共检测6个点，除1个点值属异常，其余相对密实度均值为97.44％;

本试验A仓共取芯样37个，试验结果:芯样强度未达到强度等级有2个分别为19.0MPa、19.9MPa，占5.4％，芯样强度超过30MPa的有27个，占73％，芯样强度超过40MPa的有17个，占45.9％，芯样强度超过50MPa的有9个，占24.3％。未达到强度的试件，抗压强度也达到设计强度95%～99.5％。初步分析5-1/2、4-1/3两芯样，可能是由于挖坑测试密实度，回填碾压不密实或时间过长造成的。

A号仓压水试验:透水率0.095～0.11Lu。说明碾压层厚100cm的碾压混凝土具有良好的抗渗性能。

由此可以得出:碾压层厚100cm，分4次摊铺，每次27cm，经10～12遍SD451振动压路机碾压，相对密度可以达到97％规范要求;

(3)宝马BW202AD振动压路机，B仓现场碾压试验检测表明，碾压层厚50cm，检测18个点，相对密实度均小于97％，不符合规范要求;碾压层厚75cm，检测16个点，除2个点相对密实度大于97％外，其余均不符合规范要求。

本试验B仓共取芯样20个，试验结果:芯样强度未达到强度等级有2个，分别为12.6MPa、14.8MPa，占10％，芯样强度超过30MPa的有9个，占45％，芯样强度超过40MPa的有1个，占5％，未达到强度的试件，抗压强度也达到设计强度63%～74％，这与试验过程有间歇降雨有关。

B号仓压水试验结果，透水率分别0.47Lu、0.47Lu、0.47Lu、0.28Lu，平均0.42Lu。

宝马BW202AD对于碾压层厚50～75cm不适用;

(4)由于落脚河水电站试验场，混凝土拌合生产能力限制，每次摊铺时间较长，对现场试验有一定影响;

(5)现场试验检测仪器核子水分密度仪，检测深为30cm，为检测60cm、90cm深，现场采取挖坑下卧检测，由于挖坑对已碾压的混凝土有一定扰动，对碾压混凝土质量有一定影响。

碾压混凝土层厚100cm试验成功带来的启示:

(1)碾压混凝土施工，碾压层厚从30cm增大为100cm，功效增加2倍，施工速度加快，工程工期缩短。

由于施工速度加快，对于100m～130m级的碾压混凝土坝，工期可以在3～4个月。

(2)完成坝体碾压混凝土施工，对于100m级以下的碾压混凝土坝，可以在2～3个月完成坝体碾压混凝土施工，这样一来，坝体施工完全可安排在枯水期完成，减化导流，取消或减化温控措施，不仅加快速度、节约投资，还能保证碾压混凝土施工质量。