CN1203990A - 碾压砼分层碾筑无层缝施工技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碾压砼分层碾筑无层缝施工技术,解决了已知碾压砼筑坝存在层缝,被喻“千层饼”的难题。它是利用本发明所说的“亚态碾压砼拌合物”为分层铺、碾物料;以一定自重履带推土机为分层铺、碾设备(砼压实层厚24～32cm),并由此在砼相邻压实层间,形成锯齿状相互嵌固、整体胶结的无层缝施工技术。

Description

碾压砼分层碾筑无层缝施工技术

本发明是一种碾压砼分层碾压筑坝新技术，特别是用本发明所称“亚态碾压砼拌合物”为分层铺、碾物料；以具一定尺寸园弧三角齿履板与接地比压的履带推土机为铺、碾设备的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术。

碾压砼是一种干硬性的砼拌合物，以土、石坝填筑方式筑坝，是对常用塑性砼的立模、柱状浇注筑坝法的重大技术突破。可省工程投资 $\frac{1}{3}~\frac{1}{5}$ ，缩短工期 $\frac{1}{2}~\frac{1}{3}$ ，是在修建砼坝与土、石坝竞争中发展起来的。由美国拉菲尔(RAPHAEL)1970年发表《理想的重力坝》一文首次提出，七十年代广泛研究，八十年代迅速发展，至今世界各国已有百余座碾压砼坝建成或正建设中。

已知碾压砼筑坝，将干硬性砼拌合物(一般石子最大粒径80毫米)运入仓内，仓面积多为2000～4000平方米，经普通推土机或专用摊铺机摊铺后(铺料厚度多为35厘米)，以设备自重7～11吨，碾轮宽1．68～2．44米，碾轮直径1．22～1．68米，线压180～400N／cm，总激振力100KN，振动频率40～50HZ，振幅0．6～0．8毫米，行进速度1～2Km／h的振动碾碾压密实，在连续铺、碾至规定层数或高程后，暂停让砼散热，经作表面冲毛、铺砂浆处理后继续碾筑；所用干硬性砼拌合物的合适碾压工作度是：既能承载振动碾作业时设备不致沉陷，又有最少碾压遍数下的最大压实密度(相对压实密度≥97％)。通用维勃仪测定砼拌合物工作度，即以一定量砼拌合物的加压振动至表面均匀泛浆的时间，标Vc值用秒表示，一般10～20秒合适，低于5秒，振动碾即不能作业。

已知碾压砼筑坝的砼技术性有：Vc值、铺碾厚度、碾压遍数、压实密度、初凝时间(即下层砼初凝前完成上层砼碾压的时间)、凝硬强度、抗渗性、抗裂性、耐久性、砼层面胶结抗剪强度与不透水等。其中砼分层碾筑的层面胶结不良，被喻“千层饼”，则是至今仍未解决的课题。已知被动解决措施有：

1．碾压砼作为坝内砼，外包常态塑性砼作防渗、耐久性保护层，俗称“金包艮”。

2．或在碾压砼坝的迎水面设置防渗层，以砼层面断开后的纯摩擦系数作大坝稳定设计参数，加大坝体断面。

3．或在碾压砼分层铺、碾时，于每层砼表面加铺1．0～1．25厘米厚水泥砂浆，增强层面胶结。

4．或暂限于中、低碾压砼堰、坝的修建。

综上述虽然解决了碾压砼筑坝的安全、可靠性，却也大大降低了碾压砼经济、快速筑坝的优越性，通用性。

但是研究分析已知碾压砼筑坝的砼层面结合不良原因仍有不足点：

1)．砼拌合物过于干硬。

由于过于干硬的砼拌合物(因需承载振动碾作业不沉陷)，在通仓大面积、大方量露天铺、碾施工条件下，已碾实平整的砼表面，一般需经2小时以上的风干、日晒才被上层砼覆盖，早已尽失可塑性。在上层砼碾压时，下层砼表面不能液化，必然形成平整而又薄弱的结合面；此外，结合面处砼存在明显的湿度、密度、凝硬强度、干缩差，产生层面剪应力；干硬性砼石子极易分离，摊铺时难免石子堆积层面，形成一定的蜂窝结合面，均是导致层缝，被喻“千层饼”的原因。在爆破折除碾压砼围堰时，砼几乎均成层块状崩溃，即是证明。

2)．碾压设备、压实机理不当。

振动碾压实功，以振动压实为主，由碾轮线压、激振力(重力加速度)、行进推力组成。除了竖向振动压实作功外，尚有碾轮行进时的水平与倾角45度推移力，故最宜碾压路面及无粘聚力散粒体，如堆石。干硬性砼属弹、粘、塑性体，在一定压实厚度与碾压遍数下，砼虽然可达振压液化密实，但也存在以下问题：

①．振动碾线压大，砼拌合物需有足够干硬性，设备作业才不沉陷，砼拌合物过于干硬的问题已如前述。

②．振动碾在弹、粘、塑性体中，激振力衰减快。实践证明，即使上层砼压实层厚30厘米，亦不能使下层已压实砼表面液化，无法达到嵌固性胶结。

③．设备碾轮往返行进时，会在砼压实层内产生倾角45度往返推移力，致使层内竖向产生湿度、密度与凝硬强度差。实测砼压实层厚30厘米的0～10厘米及20～30厘米处砼芯样强度差达10～15％，呈上弱下强。

④．设备碾轮行进时，砼压实层表面还会产生1～3厘米隆起并被波状推移，反复剪切，形成1～3厘米厚薄弱带，更是劣化了砼层面胶结。

本发明的任务，就是提供一种碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，它是采用一种既不能承载振动碾作业，又不粘附砼运输、铺、碾设备，性态介于干硬性砼拌合物与低塑性砼拌合物之间，取名“亚态碾压砼拌合物”为分层铺、碾物料；以自重17～26吨的履带推土机为砼的分层摊铺、碾压设备，并由此在砼的压实层间形成锯齿状相互嵌固、整体胶结的无层缝施工技术。解决了已知碾压砼分层铺、碾筑坝，存在层缝，被喻“千层饼”的难题。为发展碾压砼经济、快速筑坝技术，摸出一套科学方法和一条成功的捷径。

本发明由下列技术、工艺完成：

一、以取名“亚态碾压砼拌合物”为铺、碾物料。

它与已知干硬性碾压砼拌合物，除了压实工作度外，没有其它区别，主要特点有：

1．“亚态碾压砼拌合物”的合适碾压工作度，是在砼Vc值不大于5秒(以国家水利部颁布的SL48-94“水工碾压砼试验规程”作测定)至低塑性砼坍落度下限，即坍落度值不大于0．5厘米之间(按标准坍落筒测定)，并以砼拌合物的入仓Vc值0～2秒为好。此时，砼拌合物既不粘附砼运输设备与履带推土机装有三角形齿履板，又能在砼石子最大粒径8～10厘米，铺料厚度27～36厘米时，经一定重量的履带推土机作5～6遍碾压(往返一次为一遍，下同)，达到碾压砼筑坝的各项技术要求，砼的铺、碾效率不降低。

2．“亚态碾压砼拌合物”具有满足履带推土机三角齿履板作业下的良好适应性和竖向挤压密实性，表现在设备作行进方向的平行移动碾压时，已被压成锯齿状的砼表面不错印(三角形齿高86～123毫米，齿距203～216毫米)，压实后的砼锯齿状表面，经满载8吨砼料的自卸汽车(端退法入仓卸料)多次重复轮碾，仍呈园弧形波状起伏，足以嵌固粒径8～10厘米粗骨料，即可形成的凹凸层面结合特性不改变。

3．“亚态碾压砼拌合物”对比干硬砼拌合物，在原材料与石子级配相同时，砼的用水量与胶凝材料用量约增6～8％，但因胶凝材料中粉煤灰取代水泥的掺量多为50～70％，故对大坝砼的低热性、经济性影响不大。

4．“亚态碾压砼拌合物”的石子最大粒径与级配组合，与已知干硬性碾压砼没有差别，但最大石子粒径不大于10厘米，最好≤8；以最大石粒径8厘米为例，其最大级石子占总石子含量不大于40％，当最大级石径为8～4厘米时，以占30％为最好。

二、采用履带推土机为砼的摊铺、碾压设备，其设备特性如下：

1．自重：17～26(t)，

2．功率：114～162(kw)，

3．履带接地长度：2900～3500(m．m)，

履带板宽度：910～1100(m．m)，

履带板数(每边)：42～45(块)，

链轨节距：203～216(m．m，即齿距)，

履板园弧三角齿齿高：86～123(m．m)，

履带接地比压：0．027～0．041(MPa)，

履带中心距：2250～2300(m．m)，

4．爬坡性能：30°(度)，

5．行速：前进0～11．2km／h、后退0～13．2km／h，

6．铲刀(直倾式)宽×高：4150～4365×945～1248(m．m)。

履带推土机压实机理与振动碾不同，前者类似“羊足碾”，在碾压“亚态碾压砼拌合物”时，压实功为：三角形楔状齿板竖向挤压与履板行进冲击振动液化，故可避免振动碾碾压砼的不利因素。

三、砼的摊铺与碾压。

砼拌合物入仓，可由履带推土机作平仓摊铺、碾压设备，一机多用。砼铺料厚度允许误差不大于±10％，铺料厚度h，可按下式计算并需同时满足砼压实层厚≥石子最大粒径3倍要求。 $h=\[h_2+2\left(\frac{h_1}{2}\right)\]\÷0.88$

式中：h₁为履带推土机园弧三角齿的齿高，以86～123毫米合适；h₂为相邻压实层砼的三角形履齿间的净距，以17±2厘米合适；0．88为砼铺料厚度的压缩系数，其铺料厚度参见图1。

示例：选用国产山东推土机总厂产：TSY160L、TSY200型履带推土机为砼的铺碾设备，其三角形履齿高86～123毫米，故h=(17±2+8．6～12．3)÷0．88=27～36厘米，

砼压实层厚度为：27～36×0．88=24～32厘米，取用砼石子最大粒径宜为 。

需要强调的是，不同工程应据具体设计、施工要求、砼施工配合比、选用履带推土机的性能等，通过现场碾压试验，选定砼的铺、碾厚度、碾压遍数与砼性能间的最优关系。在构筑挡水建筑物时，履带推土机作摊铺、碾压砼时的行进方向应与修建挡水结构物的水流方向相平行，其三角齿履板应与水流方向成正交。

四、间歇施工时的砼表面处理。

在作砼通仓、薄层铺碾，连续上升至一定高程，或因下雨，或因砼质量事故，需作暂停施工时，砼压实后的锯齿形表面应保持原状，可于砼终凝后按照常规办法进行压力水冲毛处理，并用压缩空气吹除表面积水，然后均匀喷撒水胶比≤0．55的水泥净浆，厚度1～2毫米(增进新、归砼层面结合)，即可继续施工。

五、模板周边砼的密实性处理。

由于碾压设备不可能紧贴模板碾压，通常需距10～15厘米，每层不能压实的近模板砼，可于现场外加适量水泥净浆或砂浆，用插入式振捣器振捣密实。所用水泥胶浆或砂浆性能，应比砼设计强度提高1～2个等级。

六、其它。

1．如砼拌合物的生产与现场碾压质量检验、控制，夏季、雨季、冬季施工，异种砼搭接等均按现行设计、施工规范进行，并无特殊要求。

七、实施例。

1．碾压试验时间、地点。

1996年3月8日，广西岩滩水电站右岸进厂公路台地，设置碾压试验段。

2．试验布置。

试验段面积6×22米，砼由左岸2×0．8立方米鼓式拌合机拌合，8吨自卸汽车运输，运距1．2千米，汽车轮胎经冲洗脱水后，端退法入仓卸料，用河北宣化产TS140型履带推土机作平仓摊铺、碾压，砼铺料厚度25～27厘米，压实厚度22×24厘米，用维勃仪测定砼Vc值、核子湿度密度计检测砼压实密度(铲平砼表面锯齿后测定)。

3．砼配合比。

采用525#普通硅酸盐水泥，掺用广西田东电厂产，品质Ⅲ级粉煤灰，掺量占砼总胶凝材料重量58％。采用石灰岩人工砂、石料，石的级配组合：8～4∶4～2∶2～0．5(cm)=3∶4∶3，每立方米砼材料用量(kg／m³)：水102、水泥75、粉煤灰105、砂729、石1477。砼入仓Vc值0～2秒。

4．砼的铺碾设备。

TS140履带推土机平仓、碾压，一机两用，设备自重：17．5吨，总功率114KW，履带型式为装配式园弧三角齿履板，每边42块，园弧形三角齿的齿高86毫米，齿距203毫米，履带板宽1060毫米，接地长度2920毫米，接地比压：0．0275MPa，行速2．72～11．46km／h，铲刀宽4000毫米，高960毫米，切削角58度，爬坡30度，外形尺寸(长×宽×高)：5295×4000×2883毫米。

5．碾压试验与结果。

砼实际铺料厚度25～27厘米，压实层厚22～24厘米，砼入仓温度26～27℃，Vc值0-2秒，平均1．6秒，碾压遍数6遍(以往返一次为一遍，设备行速2．72～3．81km／h)，砼压实密度平均2417kg／m³，相对压实密度＞98％，实测砼芯样128～133d龄期抗压强度平均29．0MPa(试件尺寸203厘米，每组五块，由现场抗剪断试验后的上盘砼切割制成)，芯样抗渗标号＞S10。砼层面原位抗剪断试验共四组，每组试件五块，每块剪面积2500平方厘米，最大正应力3MPa，平均结果为：f′=1．175(最大1．22，最小1．12)，C′=2．375MPa(最大2．75，最小2．12)。砼剪面破坏沿层面结合齿中间剪断，层缝不可见。

碾压试验时，砼不粘附运输设备及履带推土机履板。履带推土机在作进、退与平行移动碾压时，砼表面锯齿状履印不错印，这是由于推土机三角形齿履板模数一定，砼又有很好的压实可塑性。砼压实后的锯齿状表面，砂浆富裕具光泽，可耐满载8吨砼的自卸汽车多次轮碾，仍呈园弧形波状起伏，即可形成的凹凸层面结合特性不改变。

八、用本发明进行碾压砼筑坝的特性、质量及优点：

用“亚态碾压砼拌合物”取代干硬性砼拌合物为筑坝分层铺、碾物料；以履带推土机取代振动碾分层压实砼，具有无层缝，整体胶结筑坝，科学、简便、经济、高效、快速施工的特点，各项技术指标符合筑坝设计、施工要求。可从根本上解决已知碾压砼筑坝存在层面结合不良，被喻“千层饼”的难题，消除由于存在“千层饼”而采取的各种被动措施。为碾压砼经济、快速筑坝(含全断面碾压砼筑坝、修建高坝)，开拓了新途径。

Claims (7)

1．一种碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是：以砼拌合物的性态介于干硬性砼拌合物与低塑性砼拌合物之间，即“亚态碾压砼拌合物”为分层铺、碾物料，以履带推土机为砼的分层铺、碾设备，在砼压实层间形成锯齿状相互嵌固、整体胶结的无层缝施工技术。

2．根据权利要求1所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”的碾压工作度及性态，是在Vc值不大于5秒至低塑性砼拌合物的坍落度值下限不大于0．5厘米之间，并以砼拌合物的入仓Vc值0～2秒为好，砼的最大石子粒径不大于10厘米，最好≤8厘米，最大级石占总石量的含量不大于40％，当最大级石径为8～4厘米时，以占30％为最好。

3．根据权利要求1、2所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”的合适铺料厚度为27～36厘米，压实层厚24～32厘米，强调需据不同工程具体条件，实用履带推土机性能，通过现场碾压试验，调定符合工程设计、施工砼配合比、铺碾厚度、碾压遍数与砼性能的最优关系。

4．根据权利要求1所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”采用履带推土机的设备特征是：

自重：17～26．0(t)，

功率：114～162(kw)，

履带接地长度：2900～3500(m．m)，

履带板宽度：910～1100(m．m)，

履带板数(每边)：42～45(块)，

履带板园弧三角齿的齿高86～123(m．m)、齿距(链轨节距)：203～216(m．m)，

履带接地比压：0．027～0．041(MPa)，

履带中心距：2250～2300(m．m)，

爬坡性能：30°(度)，

行速：前进0～12．5km／h、后退：0～13．2km／h，

铲刀型式：直倾铲，

铲刀(宽×高)：4150～4365×945～1248(m．m)。

5．根据权利要求1、4所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”的平仓铺碾时，履带推土机的作业方向应与修建挡水结构物的水流方向相平行，即其锯齿状履印应与水流方向成正交，碾压砼时的碾履幅搭接宽度应不少于20厘米，在作全仓面砼分层铺碾，连续上升至一定高程时，因下雨、因质量事故需作暂停施工时，已压实的砼锯齿状表面要保持原形，其表面处理可于砼终凝后作压力水冲毛处理，并用压缩空气吹除表面积水，然后均匀喷撒水胶比≤0．55的水泥净浆、厚度1～2毫米，以便增强砼继续施工时的层面胶结。

6．根据权利要求1、4所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”的碾压设备不可能紧贴模板碾压，每层近模板处压实不到的部位，均需于现场外加一定量水泥胶浆亦可为水泥砂浆，用插入式振捣器予以仔细强振捣密实，所用水泥胶浆、亦可用水泥砂浆的凝硬强度，应比砼设计强度等级提高1～2个等级。

7．根据权利要求1、2、4所述的碾压砼分层碾筑无层缝施工技术，其特征是“亚态碾压砼拌合物”与现场碾压质量检验、控制，夏季、雨季、冬季施工措施、异种砼搭接，均按现行碾压砼设计、施工规范以及施工组织设计进行，并无特别规定。

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