淺談全斷面三級配碾壓混凝土的研究與應(yīng)用

中國水利水電第三工程局有限公司 西安 710018

摘要：幾內(nèi)亞凱樂塔水電站碾壓混凝土大壩斷面尺寸小，屬于典型的長窄型結(jié)構(gòu)，經(jīng)過碾壓試驗及分析論證，將碾壓混凝土分區(qū)C9020W6（二）+C9015W4（三）修改為C9020W6（三）單一混凝土結(jié)構(gòu)，取得了良好的設(shè)計指標(biāo)、施工工藝和工程成果。

關(guān)鍵詞：水利水電碾壓混凝土壩施工技術(shù)；全斷面；三級配

1.研究背景

1.1工程概況

凱樂塔（Kaléta）水電站位于幾內(nèi)亞共和國（TheRepublic OfGuinéa）的西部，距離首都科納克里（Conakry）162km。電站位于孔庫雷河（Konkouré）干流中游，壩址以上控制流域面積11380km2。

大壩采用碾壓混凝土重力壩和均質(zhì)土壩兩種結(jié)構(gòu)型式，合計40個壩段，壩軸線長度1150.01m，庫容2300萬m3。由擋水壩段、發(fā)電引水壩段、泄流底孔壩段、溢流壩段組成，壩頂高程114.00m，最大壩高31m，壩頂寬5m；溢流壩段布置在右岸KONKOURE主河床上，呈弧形布置，溢流堰采用無閘門控制的開敞式自由溢流，總長360m，堰頂高程110m。大壩混凝土總量23.13萬m3，其中碾壓混凝土約7.52萬m3。

電站為壩后式地面廠房，采用“一機一管”布置。總裝機額定容量為234.6MW，安裝3臺立式軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量為9.46億kW.h。

1.2課題由來

根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計型式、施工條件，存在以下特點和困難。

（1）攔河壩充分利用實際地形、地質(zhì)條件，碾壓混凝土大壩呈“S”型布置，碾壓倉面狹長，最大碾壓倉號寬度12m，入倉及鋪料難度大，施工強度難以提高，對施工質(zhì)量控制有一定的影響。

（2）碾壓混凝土壩上游防滲區(qū)設(shè)計2m寬RCC9020W6（二），壩體混凝土為RCC9015W4（三）。而BW202AD-4振動碾鋼輪寬度2135mm，D31PX22平倉機鏟刀寬度2875mm，混凝土分區(qū)設(shè)計不滿足平倉機和振動碾工作所需的寬度，與常規(guī)設(shè)備符合性差，施工工效降低。

為了解決以上施工難度和設(shè)計矛盾，響應(yīng)碾壓混凝土“薄層連續(xù)快速施工”的設(shè)計理念，經(jīng)并報工程師批準(zhǔn)，碾壓工藝試驗增加研究取消防滲層、采用全斷面三級配結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性分析。

2.試驗研究

2.1試驗準(zhǔn)備

2013年2月14日～4月25日，通過四次專題會議研究并報送工程師審核、討論，確定了試驗方案。

5月8日由施工項目總工向作業(yè)團隊（包括幾內(nèi)亞雇員）進行技術(shù)、施工組織交底，詳細(xì)講解了碾壓混凝土試驗實施步驟、操作細(xì)節(jié)及注意事項。

2.2試驗布置

試驗場地布置于安裝間坡頂下游平臺，長×寬=11m×30m，首先完成0層30cm厚常態(tài)混凝土墊層澆筑；第Ⅰ～Ⅲ層、第Ⅳ層碾壓混凝土分兩次澆筑，以分別驗證熱升層、冷升層層間結(jié)合質(zhì)量、抗?jié)B性能。

試驗塊劃分為兩個條帶，一個為寬度6m的C9015W4（三）條帶，一個為寬度4m的C9015W4（三）、C9020W6（二）條帶（第Ⅲ、Ⅳ層左半幅驗證C9015W4全斷面三級配，即壩體不分區(qū)、全斷面為三級配碾壓混凝土），四周0.5m為變態(tài)混凝土。

2.3試驗過程

2013年4月8日完成墊層（0層）混凝土澆筑；5月9日開始碾壓混凝土第Ⅰ～Ⅲ層（熱升層）碾壓試驗，持續(xù)時間約16h；5月19日施工第Ⅳ層（冷升層）碾壓混凝土；6月8日開始觀察坑鉆芯和檢查孔取芯，6月19日完成壓水試驗，室外試驗全部完成；委托長江水利委員會長江科學(xué)院于8月22日進行了原位抗剪試驗。

試驗?zāi)M大壩斷面尺寸進行了常態(tài)混凝土、變態(tài)混凝土、碾壓混凝土、低VC值混凝土澆筑，對混凝土各種性能指標(biāo)進行分析，試驗內(nèi)容全面，達到了試驗?zāi)康摹?/p>

2.4試驗分析

（1）混凝土VC值控制在3～5s，45分鐘VC值增長率50%左右，含氣量大于3%；可碾性、泛漿效果良好，不陷碾、不粘碾；碾壓2+6+2遍（往返為2遍），壓實度均大于97%。

（2）倉面設(shè)備布置緊張，兩種碾壓混凝土分區(qū)不便于倉號內(nèi)設(shè)備平行作業(yè)，混凝土的入倉、攤鋪和碾壓施工相互干擾影響，倉面略顯零亂。測算入倉強度在20m3/h左右，約為碾壓混凝土生產(chǎn)強度的1/3，除各種試驗占用時間外，主要原因為倉面狹小、混凝土分區(qū)導(dǎo)致的入倉強度偏低。。

（3）采用XY-2型地質(zhì)鉆機周邊套接切割形成兩個觀察坑，尺寸1m×1m×1.2m（長×寬×深），經(jīng)觀察，層間結(jié)合良好，揭露面表面光滑致密，骨料分布均勻，結(jié)構(gòu)密實。

（4）采用XY-2PC地質(zhì)鉆機鉆φ60mm檢查孔3個，分別布置于C9015W4、C9020W6條帶及C9015W4全斷面區(qū)域，自上而下分段壓水，壓水成果表1。

（5）按照DL/T 5433-2009《水工碾壓混凝土試驗規(guī)程》及DL/T 5368-2007《水電水利工程巖石試驗規(guī)程》的規(guī)定，采用平推法對C9015W4碾壓混凝土試驗區(qū)段的1組試件（共計5組試驗塊）進行了90d齡期現(xiàn)場層面原位抗剪斷試驗，結(jié)果為：摩擦系數(shù)?'=1.05>1.0，粘聚力c'=2.04MPa>1.0MPa，滿足抗滑穩(wěn)定計算采取的力學(xué)參數(shù)。

表1 碾壓混凝土鉆孔壓水成果匯總表

孔號代表

混凝土壓力

（MPa）分段壓水成果（Lu）折合滲透

系數(shù)K

（cm/s）備注

0～0.30.3～0.60.6～0.90.9～1.2平均值

h1R9015W40.43.420.001.711.671.72×10-5

h2R9020W60.62.051.671.991.671.852×10-5

h3R9015W40.61.091.614.922.692.583×10-5

（6）試驗結(jié)論

KALETA水電站大壩C9015W4、C9020W6兩種混凝土分區(qū)設(shè)計不便于攤鋪、碾壓和快速施工，進而導(dǎo)致層間結(jié)合質(zhì)量下降；根據(jù)C9015W4三級配全斷面碾壓混凝土試驗分析成果，入倉難度降低，入倉強度有所提高。經(jīng)報送工程師審批，為確保壩體防滲指標(biāo)，采用提高一級技術(shù)指標(biāo)的單一C9020W6（三）碾壓混凝土全斷面設(shè)計和施工，取消大壩混凝土分區(qū)，既可加快施工強度，又能提高質(zhì)量保證率。

3.施工工藝

根據(jù)大壩布置形式、結(jié)構(gòu)、工程量、場區(qū)道路等按照3～4個壩段合并倉號，分層厚度3m。

3.1混凝土生產(chǎn)

電站配置一座HZ120-2S1500雙臥軸強制式混凝土拌和站和總制冷量為1336kW的制冷車間，實際碾壓混凝土生產(chǎn)能力約60m3/h，攪拌時間60s。

3.2混凝土運輸

混凝土水平運輸采用KERAX 380.35 6X4 HD雷諾自卸車，車廂設(shè)置帆布遮陽棚，105m以下倉號自卸汽車直接入倉，單車運輸碾壓混凝土6m3。105m以上采用自卸汽車水平運輸，通過BLJ600-40布料機轉(zhuǎn)料入倉。

3.3混凝土澆筑

碾壓混凝土采用斜層平推法鋪筑方式，4m×4m梅花形布料，退鋪法依次卸料，松鋪厚度35cm。

鋪料條帶長度達到12m左右后采用D31PX-22平倉機進行平倉，BW202AD雙鋼輪振動碾搭接法碾壓；變態(tài)混凝土采用犁槽法、人工加漿方式；封倉口采用長臂反鏟澆筑低VC值混凝土；邊角部位采用BW75H手扶雙鋼輪振動碾碾壓、補碾。

4.分析推廣應(yīng)用

全斷面三級配碾壓混凝土的提出是基于KALETA水電站壩體結(jié)構(gòu)斷面小，分區(qū)鋪料、碾壓施工功效降低，可能造成質(zhì)量缺陷而采取的一種措施，在低壩上應(yīng)用取得了成果。

（1）減少分區(qū)鋪料交叉干擾，提高入倉強度，縮短層間直接鋪筑間隔時間

采取不分區(qū)鋪料條帶劃分合理均衡，施工層次分明，便于有序施工，入倉強度提高20%左右，層間間隔時間控制在直接鋪筑允許時間內(nèi)；但仍受到了狹長斷面帶來的入倉降效，主要原因是混凝土運輸、攤鋪、碾壓、