本發(fā)明涉及膠凝砂礫石壩施工
技術領域：
，具體為富漿振搗膠結砂礫石制備及用于防滲保護結構施工的方法。
背景技術：
：膠凝砂礫石壩作為一種新壩型，目前國內在圍堰等臨時工程中有了較多的應用。但在永久工程中應用還剛處于起步階段，而其膠凝材料用量少、砂石骨料要求低導致其長期耐久性指標相對較低。在水利水電工程應用中，壩體只要設置了有效的防滲保護結構，其內部結構基本處于干燥狀態(tài)，也基本不會受到凍融影響。但是，在工程現(xiàn)場，膠凝砂礫石壩對筑壩材料要求比較低，現(xiàn)場無需布置骨料加工設備。所以，如果采用常規(guī)混凝土面板或變態(tài)混凝土作為膠凝砂礫石壩的防滲保護結構，施工現(xiàn)場則必須布置骨料加工設備，這樣就導致施工成本很難控制，更破壞了膠凝砂礫石壩作為一種環(huán)境友好型壩的初衷。隨著越來越多的人開始關注大壩與環(huán)境之間的關系，建設成本低、施工效率高及環(huán)境影響小的筑壩技術也日益成為壩工界追求的目標。在充分結合混凝土壩和土石壩各自優(yōu)點的基礎上，并結合國內外相關研究，提出一種集材料合理化、設計合理化以及施工合理化于一體的膠結砂礫石壩，使簡易處理的砂礫石骨料與少量膠凝材料經(jīng)過拌合，充分利用效率比較高的機械化施工，形成位于土石壩散粒體和混凝土壩固結體之間的一種過渡性的連續(xù)體材料。通過“宜材適構”和“功能分區(qū)”的筑壩理念，基本做到零棄料，物盡其用，降低環(huán)境壓力。該筑壩技術對我國面廣量大的中小型水利水電工程具有重要的現(xiàn)實意義。膠結砂礫石的膠凝材料用量較少，長期耐久性指標相對較低。在水利水電工程應用中，壩體只要設置了有效的防滲保護結構，其內部結構基本處于干燥狀態(tài)，也基本不會受到凍融影響。所以，為了保障大壩長期運行安全，大壩表面應設置防滲保護結構?，F(xiàn)有膠結砂礫石壩工程防滲保護結構多采用常態(tài)、碾壓變態(tài)混凝土或變態(tài)膠結砂礫石等形式，但是，在膠結砂礫石壩工程應用現(xiàn)場，膠結砂礫石壩對筑壩材料要求比較低，僅需剔除超徑骨料無須水洗即可，現(xiàn)場無需布置骨料加工設備。所以，對于中小型水利水電工程，如果采用常規(guī)混凝土面板或變態(tài)混凝土作為膠結砂礫石壩的防滲保護結構，施工現(xiàn)場則必須布置骨料加工設備，這樣就導致施工成本很難控制，更破壞了膠凝砂礫石壩作為一種環(huán)境友好型壩的初衷。并且，由于專用拌合設備只能拌制干硬性材料，且設備本身缺陷導致骨料離析嚴重，以及骨料粒徑大，導致在倉面人工加漿振搗，漿液分布不均勻，在拆模后出現(xiàn)蜂窩麻面問題。技術實現(xiàn)要素：針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供富漿振搗膠結砂礫石的制備方法及其用于防滲保護結構的施工方法，該方法不必在施工現(xiàn)場布置骨料加工設備，符合膠凝砂礫石壩作為一種環(huán)境友好型壩的初衷，且可避免倉面人工加漿振搗時漿液分布不均勻，拆模后出現(xiàn)蜂窩麻面等問題。技術方案如下：一種富漿振搗膠結砂礫石的制備方法，包括以下步驟：步驟1：在施工現(xiàn)場采集天然砂礫石，剔除粒徑80mm以上的顆粒，并以此級配的砂礫石作為配制母體材料用的砂礫石料；步驟2：對上述砂礫石料進行篩分、復摻或外摻，以控制鉆石帶大小，即天然砂礫石的最細級配作為第一邊界級配，以天然砂礫石的平均級配作為第二邊界級配；步驟3：分別確定第一邊界級配和第二邊界級配各自的水膠比，然后取二者的最小值作為富漿振搗膠結砂礫石的水膠比；步驟4：以上述水膠比進行第一邊界級配和第二邊界級配試驗，使結果滿足富漿振搗膠結砂礫石性能要求，分別得到第一邊界級配和第二邊界級配膠凝材料用量，取較大的值作為富漿振搗膠結砂礫石的膠凝材料用量；步驟5：根據(jù)上述凝膠材料用量，以工作性滿足施工要求，適時調整用水量，最后進行富漿振搗砂礫石拌合。進一步的，所述富漿振搗砂礫石拌合通過將母體材料一次性拌合成型。更進一步的，所述富漿振搗砂礫石拌合采用二次加漿拌合，具體為：根據(jù)確定好的水膠比、膠凝材料用量和用水量先拌制富漿干硬性凝砂砂礫石，再在倉面附近與水泥凈漿進行二次拌合得到富漿振搗膠結砂礫石。更進一步的，所述二次加漿拌合中采用水灰比為0.8的水泥凈液，加漿量根據(jù)現(xiàn)場塌落度試驗滿足5～12cm確定，加漿量質量比在5％～20％。一種富漿振搗膠結砂礫石用于防滲保護結構的施工方法，所述富漿振搗膠結砂礫石用于墊層、防滲層或/和保護層的施工，施工步驟如下：步驟a：將篩分完成的砂礫石母料與水、水泥、粉煤灰和外加劑按比例進行一次拌合制成富漿干硬性膠凝砂礫石；步驟b：將制備好的富漿干硬性膠凝砂礫石運輸至澆筑倉附近，再與水泥凈漿按比例進行二次拌合，得到富漿振搗膠結砂礫石；步驟c：將二次拌合得到富漿振搗膠結砂礫石入倉進行人工振搗；步驟d：振搗完畢進行下一層澆筑或進行養(yǎng)護工作。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明從施工成本和環(huán)境角度出發(fā)，利用壩址附近砂礫石，在此基礎上增加膠凝材料用量，形成富漿振搗膠結砂礫石作為膠結砂礫石壩得防滲保護結構，施工現(xiàn)場無需布置骨料加工設備，施工成本得到了控制，符合膠凝砂礫石壩作為一種環(huán)境友好型壩的初衷；且避免了在倉面人工加漿振搗時漿液分布不均勻，在拆模后出現(xiàn)蜂窩麻面問題。附圖說明圖1為本發(fā)明富漿振搗膠結砂礫石的級配控制示意圖。圖2為本發(fā)明富漿振搗膠結砂礫石的鉆石帶理論示意圖。圖3為本發(fā)明二次加漿拌合施工工藝流程圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。本實施例關于富漿振搗膠結砂礫石配合比設計方法及其現(xiàn)場常態(tài)拌合和加漿拌合的兩種施工工藝方法。一種富漿振搗膠結砂礫石的制備方法包括以下內容：步驟1：于施工現(xiàn)場采集天然砂礫石，剔除粒徑80mm以上的顆粒，并以此級配的砂礫石作為配制母體材料用的砂礫石料。以此得到的砂礫石級配離散性比較大，應對骨料離散程度進行簡單的篩分、復摻或外摻，控制鉆石帶大小，關于其代表性級配確定如下：以天然砂礫石的最細級配作為第一邊界級配，以天然砂礫石的平均級配作為第二邊界級配，如圖1所示。步驟2：根據(jù)工作性和相應的強度及其耐久性指標進行水膠比配制，得到相應的膠凝材料用量，用水量及外加劑作為母體材料。常規(guī)混凝土配合比設計為點控制，而富漿振搗膠結砂礫石為面控制，此面稱之為鉆石帶，為了使設計指標做到可控，提出鉆石帶理論：以上述第一邊界級配、第二邊界級配的砂礫石料進行配合比設計試驗，分別滿足工程設計強度、配制強度要求，如圖2所示。鉆石帶為由砂礫石最粗級配、平均級配和最細級配組成的級配包絡線；鉆石帶理論為：以最細級配、平均級配的砂礫石料進行配合比設計試驗，分別滿足工程設計強度、配制強度要求。以鉆石帶理論分別確定第一邊界級配和第二邊界級配，分別進行配合比設計，滿足各自的性能要求，得到相應的水膠比，然后取二者的最小值作為富漿振搗膠結砂礫石的水膠比。再以上述水膠比進行第一邊界級配和第二邊界級配試驗，使結果滿足富漿振搗膠結砂礫石性能要求，分別得到第一邊界級配和第二邊界級配膠凝材料用量，取較大的值作為富漿振搗膠結砂礫石的膠凝材料用量根據(jù)實驗室得到的膠凝材料用量，在施工現(xiàn)場由于骨料級配離散比較大，根據(jù)確定的膠凝材料用量，以工作性滿足要求，適時調整用水量。最后進行富漿振搗砂礫石配合比，具體拌合工藝如下：a、在現(xiàn)場膠凝振搗膠結砂礫石可以一次常態(tài)拌合，即把母體材料一次性拌合成型；b、在不滿足一次常態(tài)拌合的前提下，可以進行二次加漿拌合。本實施例加漿拌合具體工藝過程是首先拌制富漿干硬性砂礫石，在此基礎上再倉面附近進行二次加漿拌合。二次加漿拌合的膠凝材料用量與一次常態(tài)拌合用量相同，單位用水量具體根據(jù)現(xiàn)場vc值試驗滿足(2～5s)確定。富漿振搗膠結砂礫石二次加漿拌合采用水灰比為0.8的漿液，加漿量根據(jù)現(xiàn)場塌落度試驗滿足(5～12cm)確定，加漿量一般在5％～20％(質量比)。用于防滲保護結構其具體施工工藝流程如下：富漿振搗膠結砂礫石可用于墊層、防滲層和保護層的施工，一次常態(tài)拌合施工工藝流程與常態(tài)混凝土施工沒有本質卻別；二次加漿拌合施工工藝流程如圖3所示。具體步驟如下：步驟a：將篩分完成的砂礫石母料與水、水泥、粉煤灰和外加劑按比例進行一次拌合制成富漿干硬性膠凝砂礫石；步驟b：將制備好的富漿干硬性膠凝砂礫石運輸至澆筑倉附近，再與水泥凈漿按比例進行二次拌合，得到富漿振搗膠結砂礫石；步驟c：將經(jīng)過二次拌合的富漿振搗膠結砂礫石入倉進行人工振搗；步驟d：振搗完畢進行下一層澆筑或進行養(yǎng)護工作。為便于理解，下面以取自料源地的天然砂礫石為材料，制備一種設計強度為c9020w906f9050，配制強度為24.2mpa，(保證率p取85％)的富漿振搗膠結砂礫石作為本發(fā)明的實施例來具體說明本發(fā)明的技術效果。本實例中的天然砂礫石，采集22組，去最粗級配、最細級配和平均級配如表1。表1砂礫石骨料顆粒級配比例(骨料最大粒徑80mm)以最細級配和平均級配的砂礫石作為母體材料，其配成母體材料的具體的配合比和強度如表2、表3所示，試驗方法采用sl352-2006《水工混凝土試驗規(guī)程》。表2包絡線最細和平均級配配合比設計表3包絡線最細和平均級配配合比實驗結果選取0.60的水膠比，最細級配對應的膠凝材料用量225kg/m3；平均級配對應的膠凝材料用量200kg/m3；選取膠凝材料用量為225kg/m3，根據(jù)工作性確定用水量。富漿干硬性材料初次拌合，膠凝材料用量與常態(tài)拌合用量，單位用水量具體根據(jù)現(xiàn)場vc值試驗滿足(2～5s)確定，具體配比如表4所示。表4富漿干硬性膠結砂礫石初次配合比設計及試驗結果根據(jù)膠結砂礫石筑壩材料的特點及變態(tài)混凝土配合比設計經(jīng)驗，在富漿干硬性砂礫石配合比試驗的基礎上，主要考查加漿量(灰漿與膠結砂礫石重量比)、粉煤灰摻量、水膠比、拌合時間(以拌合次數(shù)計算)4因素對加漿拌合膠結砂礫石性能的影響。用正交設計安排試驗，選用l16(43×23)正交表，其水平因素見表5，配比表6，根據(jù)正交表設計，實驗結果見表7。表5凈漿配合比試驗設計水平因素表表6加漿拌合二次拌合材料配合比試驗編號水膠比拌合次數(shù)加漿量(％)粉煤灰摻量(％)引氣劑(％)減水劑(％)10.8151.500020.8202.000130.8252.5300.02040.8303.0300.02151.2152.0300.02061.2201.5300.02171.2253.000081.2302.500191.6152.500.021101.6203.000.020111.6251.53001121.6302.0300013純水153.0300114純水202.5300015純水252.000.02116純水301.500.020表7正交試驗抗壓強度匯總表分析得出，從中選取最優(yōu)漿液配合比為水膠比為0.8、拌合時間(拌合次數(shù))為30次、加漿量為1.5％、減水劑為1％、引氣劑為0.02％、粉煤灰摻量為30％。但由于材料本身的離散性很大，且在施工的過程中，工人的操作波動性很大，導致16組抗壓試件的最終結果離散型比較大，且同一配比的3組試件數(shù)據(jù)離散型也比較大，所以二次拌合配合比應盡量簡化，減小試驗結果的離散型，即最終配合比的選取如下：加強初次拌合，在此基礎上對二次拌合的配合比如下：水膠比0.8，加漿量1.5(水泥凈量)，拌合次數(shù)為25，減水劑、引氣劑和粉煤灰摻量均取為0，如表8所示。在初次拌合級配(e1組)試驗的基礎上進行二次拌合其試驗結果如下表9所示。表8加漿拌合膠結砂礫石配合比實驗設計表9加漿拌合膠結砂礫石配合比實驗結果由于本章試驗只對包絡線平均級配進行試驗，且砂礫石的平均級配代表原材料的整體平均情況，與常態(tài)拌合膠結砂礫石平均級配的試驗結果進行對比，判斷加漿振過程對試驗過程強度的影響，如表10所示。為以后加漿拌合膠結砂礫石的配合比設計提供經(jīng)驗參考。表10常態(tài)拌合與加漿拌合膠結砂礫石的強度對比當前第1頁12