一种用于精确控制碾压混凝土层间施工质量的方法

技术领域

本发明属于水利水电工程领域，具体涉及一种用于精确控制碾压混凝土层间施工质量的方法。

背景技术

在水利水电工程中，碾压混凝土重力坝浇筑过程层间结合质量控制是整个大坝施工的控制重点。一般情况下，层间质量控制要求“下层碾压混凝土初凝前可连续铺上层碾压混凝土”，施工过程可通过控制“直接铺筑允许时间”来完成；特殊情况下，下层碾压混凝土初凝但未终凝，要求层间铺砂浆或灰浆后方可继续上层混凝土施工；若下层碾压混凝土已终凝则要求按施工缝进行处理层面。即进行仓面刷毛或冲毛、养护、验收、铺垫层拌合物(灰浆、砂浆、水泥浆)，然后继续进行上层碾压混凝土的浇筑。此外，浇筑过程要求在仓面每2小时实测一次碾压混凝土的VC值(碾压混凝土拌合物的工作度)来控制碾压混凝土的质量。

采用目前施工控制方法遇到以下问题：(1)不能实时对层间缝浇筑质量进行跟踪。(2)对层间缝未量化判别，仅从初凝、终凝时间考虑是否进行层间处理导致层间质量控制力度较低。(3)通过试验确定碾压混凝土配合比，其确定的碾压混凝土初凝、终凝时间易受外界环境(包括气温、日照、湿度、风速等)影响，导致初凝、终凝时间变化，用试验确定的固定时间来控制层间质量不可靠。(4)浇筑过程遇到突发情况如设备故障、气温突变等，不能可靠的掌握下层表面混凝土的强度指标，层间质量控制较差，不能及时采取相应的应对措施。(5)我国区域性差异大、气候多样，对VC值的控制范围差异性较大，需要对VC值实行动态控制。VC值控制易受人为因素干扰，碾压混凝土质量偏差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于精确控制碾压混凝土层间施工质量的方法。本发明对碾压混凝土层间缝进行分类判别，应用混凝土成熟度和暴露时间双重指标对碾压混凝土层间质量进行动态管控，并针对不同层间缝提出不同处理措施，使得层间缝质量能够量化，并实时掌握层间缝的结合强度，提高碾压混凝土的浇筑质量。

一种用于精确控制碾压混凝土层间施工质量的方法，包括以下步骤：

S1，碾压混凝土试验准备，确定试验场地及碾压混凝土试块尺寸，对试块划分区域；

S2，碾压试验过程，对试块分层碾压，获得试块不同层间缝试验的成熟度成果；

S3，对碾压混凝土试块进行养护、取芯，获取芯样的试验成果数据；

S4，对芯样抗拉、抗压成果进行分析，得到试样抗拉、抗压成果分析结论；

S5，根据S2到S4，制定不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施；

S6，碾压混凝土坝施工过程中，根据不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施进行对应的处理措施；

S7，碾压混凝土大坝施工完成，对施工质量进行检查及成果验证。

优选的，所述S2中，分层碾压的实验包括：

S201，对不同分区的碾压混凝土层间缝进行不同时间间隔不同处理方法的对比试验；

S202，对不同分区的碾压混凝土层间缝进行不同处理方法的对比试验。

优选的，所述S3中，获取芯样的试验成果数据的具体步骤为：对碾压混凝土试块进行养护，达到设计龄期后在试块不同部位钻孔取芯，并对芯样进行编号、对断裂的芯样继续识别标记，在实验室加工芯样并分别进行抗拉、抗压试验，获取芯样的试验成果数据。

优选的，所述S5中，制定不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施的具体步骤包括：

S501，确定实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间；

S502，通过S501和S2，确定实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的成熟度；

S503，确定非实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间和成熟度；

S504，制定“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的处理措施标准；

S505，根据S501到S504，制定不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施。

优选的，所述S501中，实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间由初凝暴露时间和终凝暴露时间确定。

优选的，所述初凝暴露时间和终凝暴露时间根据S3中芯样的试验成果数据和S4的试样抗拉、抗压成果分析结论确定。

优选的，所述S503中，非实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间通过实验月份的暴露时间计算，计算公式为：

T

其中：T

优选的，所述S503中，非实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的成熟度通过实验月份的成熟度计算，计算公式为：

F

其中：F

优选的，所述S504中，“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的处理措施，根据S3的芯样的试验成果数据和S4的试样抗拉、抗压成果分析结论确定。

优选的，所述S6中，碾压混凝土坝施工过程中，根据不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施进行对应的处理措施的具体步骤包括：

S601，记录本次仓号浇筑信息；

S602，碾压混凝土施工过程填写层间质量监控表；

S603，每浇筑完一层，填写层间浇筑质量结论，根据浇筑月份，依据S6中不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施，判断该层间缝的类别及处理方式。

本发明的有益效果在于：

1、通过成熟度指标及暴露时间指标对每层混凝土早期强度进行实时跟踪，实现质量控制标准化。

2、对层间缝进行分类判断，有利于及时采取应对措施，提供层间结合的质量控制。

3、对下层已碾压完混凝土的表层进行动态跟踪，实现表层暴露部分及未及时碾压完的层间混凝土质量控制数据化。

4、考虑不同季节、月份的气温对层间缝及碾压混凝土的影响，制定每月的层间缝浇筑控制标准，有利于提高混凝土层间缝的精细化质量控制能力。

5、对于施工中断情况，不同停仓时间的层间缝能够得到及时判定并立即采取相应措施，有利于提高层间缝的质量把控。

6、减少现场碾压混凝土的试验，提高施工效率及施工质量。

7、根据每月的层间控制要求，可精细化推测每层混凝土的每小时铺设强度，有助于合理划分仓面、安排机械、人工，从而提高碾压混凝土浇筑的连续性，确保层间质量。

8、有利于高坝特别是坝轴线长、体积大的碾压混凝土大坝层间质量控制对层间缝进行分类判断，有利于及时采取应对措施，提供层间结合的质量控制。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明的碾压混凝土试块三维效果图。

图3是本发明的层间水泥浆处理区的三个芯样的芯样照片。

图中：1、地基；2、试块高度边线；3、下游变态混凝土层间缝；4、下游变态混凝土区(Ⅰ区)；5、层间砂浆处理区(Ⅱ区)；6、层间不处理区(Ⅲ区)；7、层间水泥浆处理区(Ⅳ区)；8、上游变态混凝土区(Ⅴ区)；9、试块长度边线；10、试块结构缝；11、缝间止水；12、水流方向；13、下游分区线；14、层间对比分区线；15、砂浆处理层间缝；16、试块宽度边线；17、水泥浆处理层间缝；18、上游分区线；19、上游变态混凝土层间缝。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚完整的描述。

本发明包括从碾压混凝土前期试验、施工过程的管控及施工完的质量检查等整个施工管控流程，如图1所示，公开一种用于精确控制碾压混凝土层间施工质量的方法，包括以下步骤：

S1，碾压混凝土试验准备，确定试验场地及碾压混凝土试块尺寸，对试块划分区域。

如图2所示，碾压混凝土试验，确定合适的试验场地地基1，碾压混凝土试块尺寸可采用40m×15m×2.4m，其中试块高度边线2的长度为2.4m、试块长度边线9的长度为40m、试块宽度边线16的长度为15m。水流方向12垂直于试块长度边线9，沿水流方向12自上游至下游通过上游分区线18、下游分区线13把试块依次分为上游变态混凝土区-Ⅴ区8、碾压混凝土区(包括层间砂浆处理区-Ⅱ区5、层间不处理区-Ⅲ区6、层间水泥浆处理区-Ⅳ区7)、下游变态混凝土区-Ⅰ区4共3块。在长度边线中间通过试块结构缝10，把试块分成左右两部分并且在试块结构缝10的上游设置缝间止水11，其中左侧部分沿试块宽度边线16方向依次被上游分区线18及下游分区线13划分为3块(自上游至下游依次为上游变态混凝土区-Ⅴ区8、层间不处理区-Ⅲ区6、下游变态混凝土区-Ⅰ区4)，右侧部分沿试块宽度边线16方向依次被上游分区线18、层间对比分区线14及下游分区线13划分为4块(自上游至下游依次为上游变态混凝土区-Ⅴ区8、层间水泥浆处理区-Ⅳ区7、层间砂浆处理区-Ⅱ区5、下游变态混凝土区-Ⅰ区4)。上游变态混凝土区-Ⅴ区8每层的层间缝为上游变态混凝土层间缝19、间砂浆处理区-Ⅱ区5每层的层间缝为砂浆处理层间缝15、层间水泥浆处理区-Ⅳ区7每层的层间缝为水泥浆处理层间缝17、下游变态混凝土区-Ⅰ区4每层的层间缝为下游变态混凝土层间缝3。

碾压混凝土试块抗压强度满足根据坝的设计强度要求，并根据施工强度需求调整碾压混凝土的初凝及终凝控制时间。(本专利以碾压混凝土圆柱体试块抗压强度设计值为12Mpa，抗拉强度设计值为1.15Mpa，初凝控制在21±3小时，终凝控制在53±3小时，设计龄期90天为例进行介绍)。

S2，碾压试验过程，对试块分层碾压，获得试块不同层间缝试验的成熟度成果。

对试块划分5个区域(包括下游变态混凝土区-Ⅰ区、层间砂浆处理区-Ⅱ区、层间不处理区-Ⅲ区、层间水泥浆处理区-Ⅳ区、上游变态混凝土区-Ⅴ区)后，对试块分层碾压，层间厚度取30cm，共8层。分别进行以下内容试验：

S201，对不同分区的碾压混凝土层间缝进行不同时间间隔不同处理方法的对比试验。

对不同分区的碾压混凝土分别进行不同时间间隔不同处理方法的对比试验，时间间隔宜分为4h、10h、16h、22h、36h、48h、60h。

S202，对不同分区的碾压混凝土层间缝进行不同处理方法的对比试验。

(1)对第1～5层碾压混凝土Ⅱ～Ⅳ区的层间缝进行不同处理方法试验，包括Ⅱ区层间加砂浆处理、Ⅲ区层间不处理及Ⅳ区层间加水泥浆处理等对比试验，Ⅰ区、Ⅴ区均按层间不处理实验。

(2)对第6～8层碾压混凝土下部的层间缝(共3个层间缝)进行以下实验：Ⅲ区层间凿毛和不凿毛、Ⅳ区层间凿毛加水泥浆处理及不凿毛加水泥浆处理、Ⅱ区层间凿毛加砂浆处理及不凿毛加砂浆处理，Ⅰ区、Ⅴ区均做凿毛和不凿毛的对比试验。

针对以上试验需求，在浇筑实验过程中需要分别记录层间暴露时间及气温，并计算相应的成熟度，获得试块试验的成熟度成果(见表1)。修正后成熟度采用修正后的层间气温与层间缝暴露时间相乘，其中修正后的层间气温为层间缝暴露平均气温与数值15之和。

表1碾压混凝土试块成果表

S3，对碾压混凝土试块进行养护、取芯，获取芯样的试验成果数据。

对碾压混凝土试块进行养护，达到设计龄期后在试块不同部位钻孔取芯，具体步骤如下：

在试块的5个区分别钻孔取芯3组芯样(共15组)，每组取芯分别加工7个柱状试样(试样直径192mm，长度385mm)，每个试块均跨约层间缝，能够代表试块8层碾压混凝土中的7个层间缝。

对芯样进行编号、对断裂的芯样继续识别标记，在实验室加工芯样并分别进行抗拉、抗压试验，获取芯样的试验成果数据，形成芯样试验成果表(见表2)。下表2为层间水泥浆处理区(Ⅳ区)的钻孔试样实验成果。

表2芯样试验成果表

如表2所示，层间水泥浆处理区(Ⅳ区)的三个芯样的编号分别为芯样编号K1、芯样编号K2、芯样编号K3，芯样层间缝外观状况分为完好和撕裂，芯样的完整率为完好的芯样数量/3，每个芯样抗拉、抗压强度为试验实测值，芯样抗压强度平均值为3个芯样抗压强度的平均值，芯样抗拉强度平均值为3个芯样抗拉强度的平均值。

对芯样的断裂应分类标识，断裂情况共4种。

如图3所示，三个芯样的芯样层间缝外观状况通过三个芯样的芯样照片判断，如图3所示，三个芯样出现2种断裂情况，断裂情况为搬运过程断裂和层间薄弱断裂。

S4，对芯样抗拉、抗压成果进行分析，得到试样抗拉、抗压成果分析结论。

对15组芯样制作的105个试样抗拉、抗压成果进行分析，可得出以下结论：

1试样的抗压强度均满足设计强度(圆柱体12Mpa)的要求，试样的抗压、抗拉强度随着层间暴露时间增大而减小。

2碾压混凝土区1层～5层混凝土中的四个层间缝分别暴露4h、10h、16h、22h试验结论为：

2.1层间缝暴露时间越短，其试样的抗拉强度越大。

2.2层间不同处理方式，其抗拉强度依次为：水泥浆处理≥砂浆处理＞层间不处理。

3碾压混凝土区6层～8层混凝土中的三个层间缝分别暴露36h、48h、60h试验结论为：

3.1试样暴露小于36.5小时时，其抗拉强度满足设计强度(1.15Mpa)的要求。。

3.2层间处理方式不同时，对比的时候仅一个变量对比，凿毛和不凿毛对比，试样抗拉强度：凿毛≥不凿毛，在不凿毛的情况下进行水泥浆处理、砂浆处理及不处理三种情况对比，试样抗拉强度：水泥浆处理≈砂浆处理＞层间不处理。

4变态混凝土区结论为：

4.1层间缝暴露时间不同时，试样抗拉强度:4hrs≥10hrs>16hrs＞22hrs，暴露36h、48h、60h试样抗拉强度基本相同。

4.2层间不同处理方式，试样抗拉强度：凿毛≥不凿毛。

S5，制定不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施。

S501，确定实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间。

为精确判断并量化层间缝层的质量，本发明通过碾压混凝土的初凝、终凝时间，把碾压混凝土层间缝划分为“热缝”、“暖缝”、“冷缝”，制定碾压混凝土层间控制原则。其中，“热缝”表示下层混凝土暴露时间较短而未初凝，其修正后的成熟度较小，可不必对层间缝进行处理，达到连续浇筑情况。其次，“暖缝”表示下层混凝土暴露时间稍长而已经初凝，但未终凝，其修正后的成熟度较大，而“冷缝”表示下层混凝土暴露时间过长而已经终凝，不能进行浇筑。

实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间由初凝暴露时间和终凝暴露时间确定。“热缝”与“暖缝”的临界判断时间为初凝暴露时间，“暖缝”与“冷缝”的临界判断时间为终凝暴露时间。

碾压混凝土初凝、终凝暴露时间根据S3中芯样的试验成果数据和S4的试样抗拉、抗压成果分析结论确定。

实验前初步确定的初凝时间为21±3小时，根据表2对试样的取样分析，碾压混凝土层间暴露时间超过22.1小时以后，由层间薄弱而断裂引起的试样完整性变差，从实验的分析结论可知，试验抗拉强度在暴露36.5小时以内满足要求。综上分析，确定实验当月(8月)试块所有分区的初凝时间均为22小时(向下取整)，因此“热缝”与“暖缝”的临界判断时间为22小时。

实验前初步确定的终凝时间为53±3小时，从表2的实验结果可知，层间缝暴露在36.5小时以内，试样抗拉强度、抗压强度均满足要求。因此，实验当月试块所有分区的终凝定为36小时(向下取整)，因此“暖缝”与“冷缝”的临界判断时间为36小时。

因此，“热缝”的暴露时间控制在22小时以内，“暖缝”的暴露时间控制在36小时以内，“冷缝”的暴露时间超过36小时。

S502，通过S501和S2，确定实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的成熟度。

实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的成熟度根据S501中“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间和S2中试块试验的成熟度成果确定。

对于“热缝”，8月实验时层间缝暴露时间控制在22小时，查表1，层间缝对应的成熟度可控制在824h·℃(向下取整)；对于“暖缝”，8月层间缝暴露时间控制在36小时，查表1，层间缝对应的成熟度为1438h·℃(向下取整)，保守考虑取其80％，即为1150h·℃；对于“冷缝”，8月层间缝暴露时间超过36小时，相应成熟度大于等于1150h·℃。

S503，确定非实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间和成熟度。

非实验月份碾压混凝土“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的暴露时间和成熟度通过实验月份计算得到。

对施工项目所在地多年平均月气温进行统计(见表3)，并根据表4各月碾压混凝土浇筑时初凝、终凝暴露时间的转换系数表，计算非实验月份施工时层间缝控制的暴露时间及成熟度。

暴露时间计算公式为：

T

其中：T

成熟度计算公式为：

F

其中：F

表3项目所在地每月平均气温表

表4各月碾压混凝土浇筑时初凝、终凝暴露时间的转换系数表

S504，制定“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的处理措施标准。

“热缝”、“暖缝”、“冷缝”的处理措施，根据S3中芯样的试验成果数据和S4中试样抗拉、抗压成果分析结论确定。

层间缝为“热缝”时，碾压混凝土未初凝，满足连续浇筑，层间可不处理持续浇筑。

层间缝为“暖缝”时，由于碾压混凝土已初凝，根据表2数据可知，层间缝结合较差，根据试样抗拉、抗压成果分析结论，层间处理方式中按“水泥浆处理”效果最好，且施工速度最快。因此，对于“暖缝”的层间缝进行水泥浆处理后方可继续进行上层混凝土施工。

层间缝为“冷缝”时，由于碾压混凝土已终凝，根据表2数据可知，层间缝抗拉强度不满足要求，层间缝易因结合薄弱而断裂。因此，施工需要中断，需要按施工缝进行凿毛、验收等工序处理合格方可进行后续的碾压混凝土施工。

S505，根据S501到S504，制定不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施。

不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施见表5。

表5各月层间缝控制标准即对应处理措施表

S6，碾压混凝土坝施工过程中，根据不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施进行对应的处理措施。

碾压混凝土坝施工施工前，制定施工仓号信息表、层间质量监控表、层间浇筑质量结论。在坝施工过程中，根据不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施进行对应的处理措施的具体步骤包括：

S601，记录本次仓号浇筑信息。

填写施工仓号信息表(见表6.1)，记录本次仓号浇筑信息。

表6.1施工仓号信息表

S602，碾压混凝土施工过程填写层间质量监控表。

碾压混凝土施工过程填写层间质量监控表(见表6.2)，浇筑起始时间为碾压混凝土拌合完成的时间，监测、记录每小时仓面温度及层间成熟度等信息，从而精确对层间质量进行监控。

表6.2层间质量监控表

S603，每浇筑完一层，填写层间浇筑质量结论，根据浇筑月份，依据S6中不同月份碾压混凝土层间缝控制标准及处理措施，判断该层间缝的类别及处理方式。

每浇筑完一层，填写层间浇筑质量结论(见表6.3)，根据浇筑月份，依据表5判别本仓浇筑的层间缝成熟度要求及暴露时间要求，并判断本仓的层间缝类别以及填写本仓的层间缝处理方式。

表6.3层间浇筑质量结论

S7，碾压混凝土大坝施工完成，对施工质量进行检查及成果验证。

当碾压混凝土大坝浇筑完成，并达到设计龄期后，分别在不同坝段取芯，进行抗拉、抗压等其他内容的相关试验，用于验证本发明在大坝施工的层间缝质量控制的合理性及有效性。