大壩碾壓混凝土斜層碾壓施工工藝研究與應用

周冠卿

（中國水利水電第十一工程局有限公司河南鄭州450000）

大壩碾壓混凝土斜層碾壓施工工藝研究與應用

周冠卿

（中國水利水電第十一工程局有限公司河南鄭州450000）

碾壓混凝土壩施工具有大倉面、薄層連續快速施工的特點；對于碾壓混凝土高重力壩，由于倉面過大，采用平層碾壓時，很難在混凝土初凝時間內覆蓋；需要減小碾壓倉號面積，斜層碾壓是最好的方法之一。官地大壩大量使用了斜層碾壓施工，取得了較多的經驗，可供類似工程借鑒。

官地水電站；碾壓混凝土；斜層碾壓；施工工藝

1　概述

官地大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高168.0m，壩底寬150m，壩頂長516m，分24個壩段；混凝土總量約360萬m3，其中碾壓混凝土292萬m3，約占壩體混凝土總量的81%。由于諸多原因，大壩混凝土至2009年10月才開始澆筑，較總進度推遲了9個月；后業主又提出提前3個月發電目標，這就等于大壩混凝土澆筑工期壓縮了12個月，實際工期為22個月。

根據大壩工程高度壓縮的建設工期，要求大壩碾壓混凝土必須快速施工，同時為縮短層間間隔時間，提高層面結合質量，也需要加快碾壓混凝土施工速度和提高施工強度。

2　問題提出

2.1不同季節倉號覆蓋面積的控制

根據官地大壩總體施工規劃，大壩分左右2個倉號（每倉12個壩段，每壩段長約20m），由2個承建單位分別施工；主要靠汽車直接入倉，倉號面積控制在10000m2左右。當拌合、運輸等施工條件不能滿足混凝土初凝前覆蓋的要求時需減小倉面面積：常溫季節最好控制在5000m2以內；高溫季節宜控制在3000m2以內，以保證覆蓋時間。

2.2斜層碾壓必要性

減小倉面面積的方法可將左右岸大倉號分別分成3～4個小倉號。汽車入倉道路均沿兩岸山坡，運輸汽車跨倉困難。經比較，采用斜層碾壓施工可以解決減小倉號面積、初凝時間覆蓋問題，特別是高溫季節尤為重要。高溫季節，根據高線拌合樓制冷混凝土拌合能力370m3/h，平層碾壓覆蓋時間需要8h；若采用斜層碾壓覆蓋時間為3.5h，滿足設計要求的4h；斜層碾壓在高溫季節是十分必要的。

2.3斜層碾壓面積的計算

以壩體下部3個壩段為例，長=155m，寬B=62m；平層碾壓倉面面積為9610m2；采用斜層碾壓，碾壓倉號面積W=B×（a+nH）= 62×（10+10×6）=4340m2。見圖1。

圖1　斜層碾壓面積計算圖

3　施工工藝

斜層碾壓混凝土施工工藝與平層碾壓基本相同，但應特別強調如下問題：

3.1進行倉號規劃

右岸采用自卸汽車直接入倉的最大倉面出現在5區，最大倉面面積為12214m2，高程為1232.50m；左岸采用自卸汽車直接入倉的最大倉面出現在4區，最大倉面面積為11734m2高程為1190.50m；采用負壓溜槽入倉的最大倉面出現在12區，最大倉面面積為8834m2，高程為1253.50m。施工均采用平層通倉法施工，層厚30cm，按6h覆蓋一層計算。確定分倉、斜層方向、碾壓坡度、層厚等指標，計算實際碾壓施工面積，使斜層碾壓面積與施工設備等條件匹配，原則上不超過3000m2為宜，常溫季節可擴大為5000m2。

3.2確定斜層坡比

為達到壓實的效果，需根據設備、拌合物性能及其他因素確定坡比。坡比的確定應通過現場試驗，以不影響碾壓遍數和相對密實度為準，一般采用10～15%。

3.3確定斜層方向

官地根據倉號形狀，考慮到對大壩抗剪有利，避免對新澆混凝土反復碾壓，壩下部采用上下游方向碾壓，大壩上部采用左右方向碾壓。斜層碾壓方向應順坡向碾壓，平層碾壓方向應垂直水流方向碾壓，見圖2。

圖2　斜層碾壓方向示意圖

3.4碾壓方法

碾壓混凝土施工將在總結成功經驗的基礎上，結合本工程情況編制《官地大壩碾壓混凝土施工工法》，所有工序均嚴格按照該《工法》施工。每碾壓升層開倉前編制倉面作業指導圖，碾壓混凝土、變態混凝土、冷卻水管、誘導縫施工等關鍵部位由技術人員控制，并配置倉面總指揮負責倉面協調。開倉時應首先進行10m長平層段和斜層一起碾壓；中間碾壓工藝同平層；收倉時，為保護二級配防滲混凝土，必須留10m平層和斜層一起碾壓。見圖3。

圖3　斜層碾壓封倉示意圖

4　施工注意問題

官地水電站大壩碾壓混凝土施工期間，我們將充分考慮特殊氣候造成的施工風險，加強氣象預報信息的收集工作，及時了解現場觀測的雨情和氣溫情況，妥善安排施工進度。并制訂雨天及高、低氣溫條件下的施工細則報監理人批準后執行。和平層碾壓相比，施工中應特別注意的問題：

4.1在老混凝土面上及時鋪筑砂漿

碾壓坡度按照1：10，砂漿鋪筑寬度約3m，可計算出一次鋪筑量；碾壓混凝土鋪料前及時按面積鋪筑砂漿，不能多鋪或少鋪。

4.2鋪料前對坡腳前緣進行清理

坡腳前緣部位容易產生骨料集中，加之振動碾碾壓和汽車等設備行走，骨料易被壓碎或形成透水帶，需在鋪料前對坡腳前緣及時清理。否則整個間歇層面將成為薄弱透水層面，垂直水流風向斜層碾壓時尤為重要。

4.3認真組織收倉段碾壓混凝土施工

斜層碾壓混凝土施工進入收倉段，混凝土入倉方式可能改變為皮帶機、或溜管、或溜槽、或貝雷橋等間接入倉手段，其施工強度將降低，為此，需增加設備投入，認真組織，保證在混凝土初凝時間內覆蓋。該部位碾壓坡度較陡，容易形成漏斗狀，需增加碾壓遍數，加大密實度檢測頻率，以確保碾壓質量。

4.4加大密實度檢測頻率

由于斜層碾壓時振動碾對斜面正壓力減弱，和平層碾壓同樣遍數，不能達到最大壓實度要求，必須增加碾壓1～2遍再檢測。壓實度檢測頻率應增加10～20%，碾壓設備應增加20%。

4.5重視變態混凝土施工

變態混凝土主要用于大壩上、下游面、靠岸坡部位、止水埋設處、廊道周邊和其它孔口周邊等不能用振動碾碾壓部位。通過在碾壓混凝土攤鋪層面注入適量的水泥凈漿或粉煤灰水泥漿后，用φ130型振搗器振搗密實，形成新形態混凝土，加漿量為混凝土體積的3～5%，最終通過現場試驗確定。斜層鋪筑變態混凝土施工時，人工鋪撒漿液難保均勻，坡腳處漿液較豐富，坡頂處漿液貧乏，振搗困難。為此，官地大壩斜層碾壓時，變態混凝土全部改為機拌變態混凝土施工。

5　倉號實例

以倉號14#～16#壩段EL1186～EL1196為例，介紹斜層碾壓工藝，見圖4。

圖4　14#～16#壩段EL1186～EL1192碾壓工藝平面布置圖

5.1澆筑情況與相應要求

該倉號屬強約束區，倉號面積9010m2，升層6m，混凝土總量54000m3。澆筑時段為2010年4月上旬，月平均氣溫22.8℃，極端最高氣溫39.4℃；按官地溫控要求屬高溫季節，需使用制冷混凝土，出機口混凝土溫度≤12℃，混凝土澆筑溫度≤17℃，混凝土覆蓋時間不得大于4h（晚上可放寬到6h）。

5.2混凝土拌合能力

使用高線4×3m3自落式和2×6m3強制式拌合樓（底線拌合樓為左岸使用），制冷混凝土生產能力370m3/h；向廠房標供料問題（需要2×3m3自落式），實際產量為75+220=295m3/h。

5.3混凝土澆筑強度分析（見表1）

表1　斜層碾壓與平層碾壓混凝土澆筑強度分析表

通過表1分析可見，該倉號若采用平層碾壓，覆蓋時間需要9.2h，只能采用斜層鋪筑碾壓。由于收倉速度變慢，實際施工用了9d時間，保證了層間結合質量。

6　碾壓混凝土卸料、攤鋪、平倉

碾壓混凝土采用大倉面通倉薄層鋪筑。鋪設碾壓混凝土前，施工縫鋪設1.5～2cm厚水泥砂漿，變態及防滲區內（二級配范圍）每個碾壓混凝土層面鋪灑水泥粉煤灰凈漿。碾壓層的允許間歇時間，因氣溫、空氣濕度而異，一般為6～8h。超過此時段，要經過處理才能繼續澆筑。

卸料、攤鋪、平倉條帶原則上垂直于水流方向，受橫向廊道切割及孔底側邊的窄條形部位等的制約，攤鋪平倉條帶可平行水流方向，但迎水面8～15m范圍內碾壓方向應垂直水流方向。平倉厚度每層34cm，每次攤鋪厚度為17cm左右。

采用負壓溜槽入倉時，倉內配25t自卸汽車倒運攤鋪。自卸汽車采用退鋪法兩點式卸料，汽車卸料要做到邊慢行邊卸。兩點式卸料可減小堆料高度，減輕骨料分離。汽車卸料要卸在已平倉尚未碾壓的碾壓混凝土面上，以免平倉機攤鋪平倉時擾動料堆底部，并可使料堆底部骨料集中現象得以分散。卸料后及時平倉，原則上要求邊卸料、邊平倉以便碾壓混凝土料始終卸在已平倉的碾壓混凝土面上。卸料堆出現骨料分離時，人工配合將分離骨料均勻散鋪到未完成平倉作業的含砂漿較多處或新混凝土面上。

平倉采用平板式履帶平倉機，并配備有控制鋪料厚度的激光儀，保證鋪層表面平整，分兩次攤鋪到位，不允許向下游傾斜。

7　結束語

斜層碾壓最大優點是可以進行大倉面碾壓混凝土施工，這樣可大大縮短碾壓混凝土層間間隔時間，提高層間混凝土的結合力，節約投資，更有利于高溫季節碾壓混凝土施工。官地碾壓混凝土重力壩大量使用了斜層碾壓和機拌變態混凝土施工，實踐證明，只要加強施工現場質量控制力度，通過鉆孔取芯、壓水試驗，大壩斜層碾壓施工質量是可以保證的。芯樣最大長度18.28m，骨料分布均勻，無明顯碾壓縫和間歇縫痕跡，各種強度滿足設計要求；壓水試驗滲透系數在0.02～0.036Lu之間，滿足設計及相關規范要求。

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