浅析沙沱水电站四级配碾压混凝土原位抗剪试验

浅析沙沱水电站四级配碾压混凝土原位抗剪试验

王春雷

（中国水电八局贵阳施工科研所王春雷550008）

摘要:从物理意义上来讲，摩擦系数f＇是材料常数，无因次量，其量值仅决定于材料和工艺；粘聚力c＇是强度参数，不但决定于材料和工艺而且有尺寸效应。二者是相对独立的物理量，由库仑定律联系起来，复合构成抗剪强度τ，即τ是复合量。

关键词：四级配碾压混凝土原位直剪伺服式

AnalysisofShatuoHydropowerStationgradedRCCinsitusheartest

(eightbureauofChina'sHydropowerConstructionResearchInstituteofGuiyangWangChunlei550008)

Abstract:fromthephysicalpointofview,thefrictioncoefficientofF'isamaterialconstant,dimensionlessquantity,itsvalueonlydependsonthematerialandtechnology;cohesionc'isthestrengthparameters,notonlydependsonthematerialandprocessandsizeeffect.Thetwoisrelativelyindependentofthephysicalquantity,byCoulomblawconnection,compositeshearstrengthτ,namelyτiscompoundcontent.

Keywords:fourgraderollercompactedconcreteinsitudirectshearservotype

1、工程概况

乌江沙沱水电站混凝土现场工艺性碾压试验于2010年7月3日开始，到8月4日浇筑完毕。试验块布置在左岸厂房进水口上游约200m处，将试验场地分为四个试验区，分别为三级配碾压混凝土（C9020W8F100）、四级配碾压混凝土I、Ⅱ、Ⅲ区，I区为（C9015W8F50）X、Y区两种工况试验块，X区“2h不处理”连续浇筑碾压混凝土，Y区“24h冲毛、铺砂浆”碾压混凝土。Ⅱ区为（C9015W8F100）四级配碾压混凝土，Ⅲ区为（C9015W8F50）四级配碾压混凝土连续上升。

2、原位抗剪试验物理意义

从物理意义上来讲，摩擦系数f＇是材料常数，无因次量，其量值仅决定于材料和工艺；粘聚力c＇是强度参数，不但决定于材料和工艺而且有尺寸效应。二者是相对独立的物理量，由库仑定律联系起来，复合构成抗剪强度τ，即τ是复合量。摩擦系数f＇和粘聚力c＇是随机变量，其试验工作量（样本n）应满足统计要求。

3、试验内容

根据《乌江沙沱水电站四级配碾压混凝土工艺性试验大纲》中对现场原位抗剪试验的具体要求，四级配碾压混凝土现场原位抗剪断试验的层面安排在试验块第4、5层的I区之间。根据层面处理措施的不同，将四级配碾压混凝土I区分为X区（2h、不处理）、Y区（24h，冲毛、铺砂浆）。每种层面处理措施进行3组原位抗剪试验，每组5块，共15块。X区、Y区之间不立模，采用斜坡形式衔接，X区、Y区之间2米宽度的混凝土区域在原位抗剪试验观测时经切割后作为反力墙使用。

4、现场试验

4.1试件制备

试验对每种工况各制备三组试样，共6组，每组试样制备5块试件。每组试样布置在相应工况的碾压混凝土层面1.75×19.5m2的范围内。试件布置在第五铺筑层，沿试验场呈纵向排列，试件设计剪切面积为50cm×50cm，高40cm，误差小于2cm。按一定距离作好平面布置后，用人工和机械将试件四周的混凝土凿除，其中三面凿除深度至上下层混凝土的结合面，对施加剪切荷载的试体面，凿除深度直至混凝土层间结合面以下10cm，以便安装千斤顶。试体外周围按一定距离，在事先布置好的位置上打4个锚杆孔埋插Φ36锚杆，以便安装施加垂直压力的反力装置。试件制备好后直至试验前都浸水养护。

4.2伺服式试验设备

本次原位抗剪试验所采用的试验设备是济南海威尔仪器有限责任公司与中国水电八局贵阳施工科研所，联合设计开发具有国内领先水平的，伺服式电脑微机自动控制原位抗剪仪。

4.3测试方法

采用平推法，推力方向与层面方向平行且与振动碾压方向成垂直。

4.4试验结果整理与分析

试件的剪切破坏形式分为两类：第一类是沿碾压砼层面剪断，第二类是沿砼本体剪断。在第二类中又分二种形式，一是砼中部分粗骨料被剪断，另一种形式为从骨料的胶结面剪断。以上为试验试件剪断照片，本次四级配碾压混凝土各层间结合工况的摩擦系数ƒ'在1.03～1.19之间，粘聚力c'在1.13MPa～1.18MPa之间，从本次碾压混凝土原位直剪试验成果可看出，影响四级配碾压混凝土层面抗剪强度的主要因素是施工工艺、施工质量和材料品质，在材料质量相同或相近时，施工工艺和施工质量就变成了主要决定因素，胶凝材料用量对抗剪强度的影响，不特别显著。而施工工艺、施工质量对碾压混凝土层面抗剪有显著影响，如间歇时间，缝面清理质量，碾压质量、层面状况（如泛浆情况、骨料集中、表面局部起层）等。由于本次试验采用（2h不处理）与（24h冲毛铺浆）相同强度等级不同工况的施工工艺，从试验结果来看（2h不处理）要比（24h冲毛铺浆）混凝土层面抗剪断强度稍高些。我国已建类似工程的设计指标和实际检测值，如大朝山水电站碾压混凝土重力坝(坝高120米)的设计指标为f′=1.10、c′=0.9，实测值为f′=1.18～1.54、c′=0.95～1.20；索风营水电站120米高碾压混凝土重力坝设计值为f′=1.10、c′=1.10，实测值为f′=1.20～1.56、c′=1.10～1.33，江垭水电站大坝实测f′=1.14、c′=1.23，岩滩工程实测f′=1.05～1.36、c′=0.95～1.20。乌江沙沱水电站四级配碾压混凝土工艺性试验，碾压混凝土层间各种工况的原位直剪成果f′的最大值为1.19最小值为1.03，c′的最大值为1.18MPa，最小值为1.12MPa。以上成果说明本次工艺性试验中碾压混凝土层间结合处理工艺的质量与国内其它类似工程相接近，其采用的处理方式是合理的，能达到碾压混凝土层间各种工况良好结合的目的。本次试验中的大部分试体沿上层试体或下层试体剪断，少部分沿层面剪断，还有部分试件在试验后出现不同程度的开裂或破碎，说明碾压混凝土层间结合的质量较好，层间不同工况胶结的处理方式合理，碾压混凝土施工总体质量较好，但存在有少量个别部位施工质量较差，在以后的大坝混凝土施工中要总结经验，引起重视。碾压混凝土的凝结时间，是碾压混凝土层间结合质量的关键因素，本次现场试验碾压混凝土的凝结时间较短，再加之施工时气温较高，虽然采取了喷雾等措施，但效果不理想，还是影响了混凝土层间结合质量。在以后的大坝混凝土大仓面施工中一定要引起高度重视，防止类似问题的发生。部分混凝土层面被施工机械设备扰动，对试验结果造成一定的影响，在以后的大坝碾压混凝土施工中要引起重视。

本次大坝混凝土层间结合面原位抗剪试验，由于在试验设计、试体制作和抗剪试验等方面工作做得比较细致，过程控制比较严格，进行得比较顺利。试验数据有规律、相关性好，试验结果准确可靠，可以作为乌江沙沱水电站大坝四级配混凝土层间处理措施、评估坝体结构稳定性的依据。