滑模混凝土脫模強(qiáng)度檢測(cè)方法的研究及應(yīng)用

2024-01-02 10:46:42李鳳玉,胡建立

四川水力發(fā)電 2023年6期

李鳳玉, 胡建立

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 611730)

1 概述

滑模施工是水利水電工程混凝土施工的主要方式之一,廣泛應(yīng)用于豎井、面板、斜井、溢流面、隧洞底拱、渠道等結(jié)構(gòu)建筑物。在滑?；炷潦┕み^程中,滑模脫模時(shí)的混凝土強(qiáng)度是影響其能否滑升的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。其脫模強(qiáng)度是否適宜關(guān)系到混凝土澆筑的質(zhì)量:脫模強(qiáng)度較低時(shí)混凝土易出現(xiàn)垮塌、表面鼓脹現(xiàn)象;脫模強(qiáng)度過高時(shí)則會(huì)出現(xiàn)模板滑升困難、混凝土拉裂等現(xiàn)象[1]。

雙江口水電站為大渡河干流水電28級(jí)梯級(jí)規(guī)劃中(自上游向下游)的第 5 級(jí)水電站,位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣、金川縣境內(nèi),是大渡河流域水電梯級(jí)開發(fā)的上游控制性水庫工程,其壩址位于大渡河上源河流——足木足河與綽斯甲河匯合口以下約2 km處,電站處于高海拔、高寒地區(qū)。雙江口水電站的開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電,電站裝機(jī)容量為2 000 MW,多年平均發(fā)電量為77.07億kW·h,電站水庫正常蓄水位高程為2 500 m,總庫容為27.32億m3,調(diào)節(jié)庫容為19.17億m3。雙江口水電站為一等大(1)型工程,壩高315 m,為目前已建和在建的世界第一高堆石壩,樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河大壩為礫質(zhì)土心墻堆石壩,心墻兩岸岸坡采用蓋板混凝土。雙江口水電站心墻防滲體岸坡部分蓋板混凝土澆筑采用滑模施工,兩岸岸坡坡比為1∶0.58～1∶1.3,具有邊坡高陡、施工難度大的特點(diǎn)。同時(shí),蓋板混凝土采用低熱水泥拌制,受現(xiàn)場強(qiáng)光照、晝夜溫差大(極差達(dá)到18℃)的氣候條件影響,難以對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展進(jìn)行精確地預(yù)測(cè)和控制,而滑模的脫模強(qiáng)度則與其相關(guān)[2]。《水工建筑物滑模施工技術(shù)規(guī)范》DL/T 5400-2016中規(guī)定采用貫入阻力法評(píng)價(jià)滑?；炷恋拿撃?qiáng)度[3]。在室內(nèi)通過篩取砂漿測(cè)定貫入阻力并繪制時(shí)間與貫入阻力的關(guān)系曲線圖,根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求的脫模強(qiáng)度在曲線圖上找到對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為脫模時(shí)間。但該方法存在無法進(jìn)行現(xiàn)場檢測(cè)和無法真實(shí)反映現(xiàn)場滑?；炷撩撃?qiáng)度的問題,其誤差較大,容易造成質(zhì)量和安全事故。鑒于此,項(xiàng)目部依托雙江口水電站工程進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān),研制出滑?；炷连F(xiàn)場脫模強(qiáng)度測(cè)量裝置,并對(duì)滑?；炷撩撃?qiáng)度檢測(cè)方法進(jìn)行了探索。該測(cè)量裝置及檢測(cè)方法已在雙江口水電站工程中成功應(yīng)用并取得了較好的效果,本文介紹了該裝置具體的研究與應(yīng)用過程。

2 滑模施工混凝土脫模強(qiáng)度測(cè)量裝置的研制

滑模施工混凝土脫模強(qiáng)度現(xiàn)有的檢測(cè)方法是在室內(nèi)通過篩取砂漿并測(cè)定貫入阻力、繪制時(shí)間與貫入阻力的關(guān)系曲線圖[4],根據(jù)不同部位(如豎井、墩墻、混凝土面板、斜井)要求的脫模強(qiáng)度在曲線圖上找到與其相對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為脫模時(shí)間?，F(xiàn)場施工時(shí),只要混凝土達(dá)到上述脫模時(shí)間即可脫模。但該檢測(cè)方法在現(xiàn)場使用時(shí)存在以下缺陷:(1)需要篩取砂漿,導(dǎo)致試驗(yàn)人員工作量大,同時(shí)需要處理試驗(yàn)后的廢棄物;(2)該方法無法對(duì)滑模混凝土脫模后的強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè);(3)現(xiàn)場滑模混凝土受氣溫、風(fēng)速、光照等氣候條件影響較大,且該方法不能反映現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度的實(shí)時(shí)變化。綜上所述:該檢測(cè)方法無法真實(shí)反映現(xiàn)場滑模混凝土脫模時(shí)的強(qiáng)度,誤差較大,容易發(fā)生質(zhì)量和安全事故。

目前國內(nèi)尚無準(zhǔn)確檢測(cè)滑?；炷连F(xiàn)場脫模強(qiáng)度的儀器設(shè)備及測(cè)試方法?；Ｌ嵘?由于混凝土脫模強(qiáng)度不滿足相關(guān)技術(shù)要求將造成質(zhì)量事故或存在安全隱患。混凝土的脫模強(qiáng)度不滿足相關(guān)要求造成的事故有兩種形式。A類形式:混凝土強(qiáng)度偏低,倉面混凝土出現(xiàn)垮塌、鼓包現(xiàn)象;B類形式:混凝土強(qiáng)度偏高,混凝土出現(xiàn)拉裂、模板變形現(xiàn)象。以雙江口水電站右岸高程2 360 m以下蓋板C25W10F50二級(jí)配混凝土為例:單次出現(xiàn)A類質(zhì)量事故后,停工處理10 d后才恢復(fù)施工,所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為74 562元;單次出現(xiàn)B類質(zhì)量事故后,將停工處理12 d后才能恢復(fù)施工,所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為89 512元。

針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)方法存在的不足,此次研制的滑?；炷撩撃?qiáng)度測(cè)量裝置(以下簡稱測(cè)量裝置)結(jié)合了混凝土貫入阻力儀和混凝土回彈儀的混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)原理[5]。該測(cè)量裝置由測(cè)針、連接桿、壓力傳感器、集成電路板、電源、控制面板、數(shù)顯屏幕等組成。其工作原理為:通過測(cè)針貫入混凝土一定深度測(cè)定混凝土的貫入壓力,據(jù)此計(jì)算混凝土的強(qiáng)度。該裝置主要用于檢測(cè)滑?；炷撩撃r(shí)的強(qiáng)度,測(cè)量范圍為0.1～1.5 MPa,其具有體積小、重量輕、操作簡單的特點(diǎn);同時(shí)現(xiàn)場檢測(cè)時(shí)無需進(jìn)行混凝土取樣篩取砂漿。該測(cè)量裝置見圖1。

圖1 測(cè)量裝置示意圖

采用該測(cè)量裝置進(jìn)行檢測(cè)的步驟為:室內(nèi)標(biāo)定和現(xiàn)場測(cè)試。

(1)室內(nèi)標(biāo)定:①將同一批混凝土拌和物試樣分為兩份,一份篩取砂漿后將砂漿裝入試模按照貫入阻力試驗(yàn)的方法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度;②將另一份混凝土裝入試模振搗密實(shí)后用于標(biāo)定測(cè)量裝置;③將測(cè)量裝置的測(cè)針垂直于混凝土表面施加垂直壓力,待垂直壓力達(dá)到貫入阻力法的壓力時(shí)停止施壓,記錄測(cè)針的貫入深度和貫入壓力,每次需測(cè)試3點(diǎn),貫入深度取算術(shù)平均值;④繪制貫入壓力-時(shí)間-貫入深度曲線,將采用兩種試驗(yàn)方法建立的曲線圖做差異性比較,進(jìn)一步精確脫模時(shí)間以減少誤差。通過曲線圖查找適宜的脫模強(qiáng)度和脫模時(shí)間。室內(nèi)標(biāo)定成果見表1,貫入阻力與時(shí)間關(guān)系曲線見圖2,貫入阻力儀室內(nèi)測(cè)試情況見圖3,新研制儀器室內(nèi)測(cè)試標(biāo)定情況見圖4。

表1 室內(nèi)標(biāo)定成果表

圖2 貫入阻力與時(shí)間關(guān)系曲線圖

圖3 貫入阻力儀室內(nèi)測(cè)試照片

圖4 新研制儀器室內(nèi)測(cè)試標(biāo)定照片

(2)現(xiàn)場測(cè)試:①滑?；?～10 cm高度;②將測(cè)量裝置的測(cè)針垂直于混凝土表面施加垂直壓力,待測(cè)針貫入深度達(dá)到室內(nèi)標(biāo)定試驗(yàn)的貫入深度時(shí)停止施壓,記錄貫入壓力值;③現(xiàn)場每次測(cè)試16點(diǎn),去掉3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后取剩余10點(diǎn)測(cè)值的算術(shù)平均值為測(cè)定壓力值;④根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定滑模是否繼續(xù)滑升。新研制儀器現(xiàn)場測(cè)試情況見圖5。

圖5 新研制儀器現(xiàn)場測(cè)試照片

3 新研制的測(cè)量裝置與貫入阻力法相比具有的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

該測(cè)量裝置研制時(shí)遵循簡單、適用、方便、試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的原則。該儀器于2019年在雙江口水電站投入使用,滑模施工時(shí)采用該測(cè)量裝置測(cè)量滑?；炷恋拿撃?qiáng)度并依據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定脫模時(shí)間、指導(dǎo)滑模施工。

所研制的測(cè)量裝置與貫入阻力法相比具有以下特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn):(1)儀器小巧、輕便,能夠隨身攜帶;(2)無需混凝土取樣篩取砂漿進(jìn)行檢測(cè),從而降低了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;同時(shí),無檢測(cè)棄渣產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保;(3)能夠在現(xiàn)場及時(shí)檢測(cè),每次檢測(cè)僅需10 min,并可在現(xiàn)場提供檢測(cè)結(jié)果;(4)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠,能夠真實(shí)反映現(xiàn)場混凝土的實(shí)際強(qiáng)度。

采用該測(cè)量裝置在施工現(xiàn)場不同環(huán)境條件下對(duì)滑?；炷恋拿撃?qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)混凝土貫入阻力隨環(huán)境溫度的升高而逐漸增大?，F(xiàn)場不同氣候條件下測(cè)量裝置與貫入阻力法結(jié)果比對(duì)情況見表2。

表2 現(xiàn)場不同氣候條件下測(cè)量裝置與貫入阻力法結(jié)果比對(duì)表

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

在滑?；炷潦┕み^程中,第一層混凝土澆筑完成后,按照室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行現(xiàn)場脫模強(qiáng)度的時(shí)間進(jìn)行預(yù)估,待該時(shí)間達(dá)到后,將滑模提升約7 cm進(jìn)行現(xiàn)場混凝土脫模強(qiáng)度檢測(cè),將現(xiàn)場脫模強(qiáng)度測(cè)量裝置的測(cè)針端部與混凝土表面接觸,測(cè)針應(yīng)垂直于混凝土表面,經(jīng)10 s后使測(cè)針貫入室內(nèi)試驗(yàn)確定的深度,記錄貫入阻力值,該值即為即時(shí)混凝土強(qiáng)度?，F(xiàn)場測(cè)試時(shí),每次檢測(cè)16個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)均勻分布在混凝土表面,測(cè)點(diǎn)不得布置在氣孔、裸露的石子表面或浮漿上。去掉16個(gè)測(cè)值中3個(gè)最大值和3個(gè)最小值后取剩余10個(gè)測(cè)值的算術(shù)平均值作為檢測(cè)結(jié)果。依據(jù)脫模強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果及施工應(yīng)用情況后發(fā)現(xiàn):將脫模強(qiáng)度控制在0.3～0.5 MPa較為適宜。滑模提升后,觀察混凝土是否存在坍塌、鼓包、拉裂等現(xiàn)象。如無上述現(xiàn)象發(fā)生,則所確定的脫模強(qiáng)度適宜;如存在上述現(xiàn)象,則應(yīng)調(diào)整脫模時(shí)間。通過采用新的檢測(cè)方法,蓋板滑模混凝土未發(fā)生因脫模時(shí)間過短出現(xiàn)的“坍塌、鼓包”現(xiàn)象,同時(shí)亦未發(fā)生因脫模時(shí)間過長出現(xiàn)的“混凝土拉裂”現(xiàn)象?；；炷翝仓笃浔砻婀饣?形體結(jié)構(gòu)滿足要求。運(yùn)用該檢測(cè)方法后,可以有效保障滑?；炷恋拿撃?qiáng)度(時(shí)間)和適宜的滑升速度,減少因現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)不能完全反映滑?，F(xiàn)場脫模強(qiáng)度造成的質(zhì)量事故及安全事故,減少返工處理和缺陷修補(bǔ)造成的經(jīng)濟(jì)損失。該檢測(cè)方法成功應(yīng)用后,“滑模混凝土現(xiàn)場脫模強(qiáng)度測(cè)量裝置”獲得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利證書(證書編號(hào):ZL 2020 2 2012546.2),所編寫的《滑?；炷撩撃?qiáng)度檢測(cè)施工工法》獲得中國水利水電第七工程局有限公司的公司工法(工法編號(hào):QJGF-2021),目前該工法正在申報(bào)中國電建集團(tuán)工法,所實(shí)施的《滑?；炷连F(xiàn)場脫模強(qiáng)度測(cè)量裝置研制》獲得中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)“2022年度電力職工技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)”(證書號(hào):PIA-2022-ZG-3254)。

5 結(jié) 語

采用依托雙江口水電站工程施工研制的測(cè)量裝置對(duì)滑?；炷连F(xiàn)場脫模強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)的工程實(shí)踐證明:該裝置能夠在現(xiàn)場及時(shí)確定滑模的脫模時(shí)間,檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高,能夠有效控制滑模的滑升時(shí)間和滑升速度,從而為現(xiàn)場施工提供了有力的技術(shù)支持。采用該方法能夠有效降低人工成本費(fèi)用并減少混凝土取樣的成本費(fèi)用;能夠防止滑模脫模時(shí)間過早或延遲而造成的混凝土坍塌、鼓脹、拉裂等質(zhì)量事故,進(jìn)而產(chǎn)生間接的經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)還能夠避免脫模過晚造成的滑模動(dòng)力提升系統(tǒng)負(fù)荷過大產(chǎn)生的安全隱患,進(jìn)而產(chǎn)生安全效益。該裝置在整個(gè)檢測(cè)過程中無混凝土棄渣,進(jìn)而產(chǎn)生出環(huán)保效益。