碾壓混凝土斜層鋪筑質量控制關鍵措施淺析

(中國水利水電第六工程局有限公司二分局，遼寧 丹東 118001)

1 工程概況

朱昌河水庫大壩采用碾壓混凝土重力壩，共分10個壩段，最大壩高100.9m，壩頂長264.9m、寬8.2m，壩底最大寬度約90m。壩體采用全斷面碾壓混凝土澆筑，并按照全壩段通倉連續澆筑的方案施工。由于現場條件所限，實際入倉最大強度約為150m3/h，按照6h單層鋪筑時間控制，其最大鋪層面以控制在不超過3000m2(單層壓實厚度30cm)為宜。然而，在全壩段通倉連續澆筑時采用常規平層鋪筑法，其大部分倉號的單層鋪筑面積均超出了擬定的控制面積要求。為此，經與參建各方協商，并借鑒以往工程實踐經驗，最終擬定采用斜層鋪筑法，以滿足控制倉面鋪層面積的要求。采用斜層鋪筑法澆筑碾壓混凝土后，有效縮減了倉面鋪層面積和單層鋪筑時間，實現了層間快速覆蓋，保證了層間結合質量；同時，隨著鋪層面積的減少，便于噴霧保濕等人工氣候措施和排水、覆蓋等防雨措施的實施，有利于保證碾壓混凝土澆筑質量。

2 碾壓混凝土斜層鋪筑法工藝原理

碾壓混凝土斜層鋪筑法是按照起始端以平段起始、中間以不陡于1∶10的斜面逐層向前平推鋪筑、至末端以平層收倉的層面結構進行鋪筑作業(起始和末端平段長度應以不小于10m的寬度控制，以滿足機械作業要求)；同時，通過以斜層平推鋪筑的方式逐段進占進行基面二次沖洗、鋪設砂漿、攤鋪碾壓、冷卻水管鋪設等工序作業，從而完成碾壓混凝土的鋪筑；單次進占新增鋪筑寬度以鋪筑層坡腳前鋪延展寬度控制，并按鋪料和澆筑方向逐條帶進行卸料攤鋪(需沿澆筑方向逐條帶進行卸料攤鋪作業，并按照鋪料方向控制條帶攤鋪的先后順序)、按照澆筑方向進行逐條帶碾壓(條帶及碾壓方向平行于澆筑方向)；斜層鋪筑方式及工藝控制原理見圖1～圖3。

圖1 斜層鋪筑法平面展示圖

圖2 斜層鋪筑法剖面展示圖

圖3 砂漿鋪設平面展示圖

斜層鋪筑平推方向應沿長度方向(以短邊寬度作為斜層鋪筑面的固定邊長)，但不能形成傾向下游的斜面。斜層鋪筑以盡可能陡的斜面(但坡度不應陡于1∶10)替代平面，以斜面作為攤鋪碾壓面進行鋪筑作業。通過控制斜面坡度，從而保證鋪料厚度均勻和碾壓質量，其要求斜面坡度應以保證攤鋪碾壓機械能正常作業為標準，尤其是要保證振動碾能在斜面上緩慢勻速行駛(一般不大于1.5km/h)。為有效控制鋪層面積，需要控制單倉升程的高度，通常為3.0m左右(約束區有要求的，應執行設計規定)，基本與單塊模板支立的高度一致。相較平鋪法來說，采用斜層鋪筑工藝，其攤鋪碾壓的具體工藝并沒有改變，均參照平鋪法執行，如仍按照分條帶鋪料、碾壓，鋪層厚度也參照平鋪法進行控制，通常壓實厚度約為30cm、虛鋪厚度約為35cm。混凝土內溫控冷卻水管則沿斜面鋪設，并按照圖紙設計的管間距及每層間隔高度進行水管鋪設(鋪設時，每層間隔高度可以變相換作以斜層垂直厚度進行控制，厚度數值與間隔高度數值一致)。

3 碾壓混凝土斜層鋪筑法質量風險分析

碾壓混凝土的材料質量和配比控制仍是關鍵，拌制的碾壓混凝土具有較好的可碾性是保證鋪筑質量的關鍵所在；但由于材料質量不佳、配比參數選擇不佳及拌和摻量控制不準等原因，造成碾壓混凝土料骨料裹漿差、分離嚴重，導致碾壓泛漿效果差、碾壓層干硬缺乏彈性，從而無法保證層面結合質量。

碾壓工藝參數同樣直接決定了碾壓混凝土的鋪筑質量，壓實機具、層厚、壓實遍數、碾壓行駛速度等參數如未按碾壓試驗確定相應參數控制，將導致鋪筑的碾壓混凝土不密實，不僅影響了實體混凝土強度，也會導致滲水問題發生。

采用斜層鋪筑法時，斜層坡腳形成薄層尖角，粗骨料易被壓碎、新舊混凝土結合不好，且初凝速度快易被碾碎，直接影響坡腳處混凝土鋪筑質量；同時，坡腳在碾壓過程中會因擠壓向前延展，易超出砂漿攤鋪區域，造成層間結合不良。

采用斜層鋪筑法時，其斜面鋪層是由一端逐層向前平推進占，未鋪筑段混凝土基面在機械車輛行走過程中易形成二次污染物；同時，因振動碾黏料帶入未鋪筑段，與污染物摻雜，并在振動碾碾壓作用下會附著于混凝土基面上形成薄殼；以上情況如未及時進行清洗處理，而直接在該基面上鋪筑混凝土，將直接影響新老混凝土面的層間結合質量，容易形成滲漏通道。

斜面坡度過陡，振動碾等壓實機械易打滑，尤其是在噴霧或降雨情況下，碾壓面光滑且較濕，振動碾很容易打滑而無法正常行駛進行碾壓作業，必然影響碾壓層的壓實質量，從而影響實體混凝土強度和抗滲等性能指標。

初凝時間控制也是影響碾壓混凝土鋪筑質量的關鍵，由于碾壓混凝土單層鋪筑時間長，初凝時間過短無法滿足單倉碾壓混凝土最大層面在下層混凝土初凝前完成鋪筑，將嚴重影響層間結合質量，易形成層間滲漏面。

不良天氣也將影響混凝土鋪筑質量，晴熱的高溫天氣、雨天和低溫天氣都不利于碾壓混凝土澆筑：氣溫過高致使混凝土水分散失快、初凝時間大幅縮短，易出現下層混凝土已初凝但上層混凝土卻尚未鋪筑完成的質量問題，以及因溫度過高造成入倉澆筑溫度超標而不利于溫控防裂；雨天雨水沖刷和滲透，易造成漿液流失和摻水加大水灰比等問題，從而影響層間結合質量和混凝土本身的強度、抗滲等性能指標；低溫，尤其是環境氣溫低于0℃時，極易形成凝凍天氣，易造成攤鋪的混凝土料發生凍融而影響混凝土澆筑質量。

4 質量控制關鍵措施

4.1 材料質量和配比控制

原材料質量和配比控制仍是碾壓混凝土澆筑質量控制的關鍵環節，是保證各項性能指標的前提條件。

a.原材料質量控制。原材料規格及質量必須符合設計及規范要求：砂料細度、砂料石粉含量、粗骨料超遜徑及砂石料級配等關鍵指標符合要求。宜使用低水化熱水泥及高效緩凝減水劑，粉煤灰等其他材料符合質量標準，均是保證拌制合格碾壓混凝土料的前提保證。

b.配比控制。要保證混凝土性能指標和施工可碾性，需要通過適宜的配比控制來實現。碾壓混凝土澆筑正式開始前，必須根據初步選定的原材料和現場條件進行配比試驗，確定合理的配料參數。通過配比試驗，以盡可能低的水泥摻量、適宜的砂率和粗骨料比例(三級配料大石∶中石∶小石為30∶40∶30，二級配料中石∶小石為55∶45)，獲得具有較好施工性能和符合設計各項指標要求的混凝土料。

澆筑過程中，尚需根據原材料質量檢測情況進行施工配比調整，重點以控制VC值(倉面一般控制在3～5s為宜)來確保碾壓混凝土的可碾性，主要通過控制砂料石粉含量(宜為16%～20%，不足時可臨時采取適量粉煤灰替代砂料的方案解決)、砂率(宜為32%～36%)、減水劑含量(宜為0.8%～1.5%)、配比微調(可適當增加單位用水量，但不應過多，以保持水膠比相對穩定)等方式對VC值進行調整。

4.2 碾壓工藝參數控制

在完成碾壓混凝土配比試驗后，應按照現場施工條件進行碾壓工藝試驗，以確定合理的工藝控制參數，包括壓實機具、鋪層厚度、壓實遍數、碾壓行駛速度、適宜的VC值控制標準等。實際施工中，需要做好過程監督控制，澆筑時段技術質檢、試驗檢測實行24小時跟班控制，澆筑過程中嚴格按照經報批的工藝試驗成果確定的工藝參數進行施工。工藝參數控制需要現場管理人員和技術工人共同協作來實現，為此，在碾壓混凝土正式施工前，必須做好施工技術交底，讓其熟知和理解這些工藝參數，切實嚴格執行。

4.3 坡腳處理

斜層鋪筑法的特點決定了其坡腳部位必然會形成薄層尖角，而這嚴重影響碾壓混凝土鋪筑質量。由于振動碾碾壓作業時，坡腳攤鋪的混凝土在擠壓過程中會向前延展，因此在攤鋪作業時，其先前鋪設的砂漿必須保證超出混凝土攤鋪范圍0.3～0.5m，以保證坡腳碾壓過程中不因擠壓延展造成層間砂漿漏鋪。同時，砂漿鋪設范圍還應跨過坡腳向斜面延展10～15cm，以包裹較為薄弱的坡腳，增強結合質量。對于坡腳形成的薄層尖角，應在砂漿鋪設前對坡腳進行適當切除(切除高度以10～15cm為宜)；如局部切出的混凝土底部無砂漿時，應該繼續往后切，直至切出的混凝土底部出現砂漿。

4.4 倉面二次沖洗

為保證層間結合質量，在斜層向前平推進占過程中，必須在每個斜層鋪料前對鋪料范圍的混凝土基面進行沖洗，清除污染物和薄殼體。在沖洗過程中，易采用高壓水槍先行進行沖洗，以有效清除黏附于表面的薄殼體；然后采用水管跟進洗面，最后排干積水。二次沖洗后，應進行基面檢查，確認潔凈、濕潤且無積水后方可進行砂漿鋪設。

4.5 坡度控制

為保證機械有效作業，必須合理控制斜面坡度，按照規范要求應不陡于1∶10，常規應控制在1∶10～1∶20，具體應根據入倉澆筑強度、氣溫條件等因素合理確定，以滿足倉面鋪層面積控制需要和保證層間及時覆蓋為標準。為此，開倉前應在模板面采用噴漆標識起始端平段寬度，并標識每層前鋪的寬度；鋪筑期間，由質檢人員和倉面指揮人員嚴格控制鋪料范圍，以保證斜面成形坡度符合要求。

4.6 初凝時間控制

首先應根據入倉澆筑強度和鋪層面積合理確定所需的初凝時間，之后通過控制高效緩凝減水劑摻量、調整VC值及倉面噴霧保濕等措施來獲得所需的初凝時間，但具體還應根據不同季節時段的天氣溫度情況合理選用，并通過試驗驗證。通過降低VC值、保持水膠比不變下提高高效緩凝減水劑摻量、倉面噴霧保濕等措施均可達到不同程度延長初凝時間的效果，其中以調整高效緩凝減水劑摻量最有效，延長的初凝時間最長。在調整時，應以保持配比水膠比不變為原則，涉及配比調整的幅度不應過大。

4.7 不良天氣質量管控措施

a.晴熱高溫天氣澆筑措施。主要是通過保持施工所需的初凝時間、控制入倉澆筑溫度、倉面噴霧及防曬等措施來降低晴熱高溫天氣對碾壓混凝土澆筑的影響，保證混凝土料可碾性和層間結合質量。同時，注重和加強澆筑后的碾壓混凝土保濕養護和通水冷卻管理，避免和減少因養護不到位而造成溫的度裂縫等質量問題。

b.雨天澆筑措施。降雨量不大于3mm/h時，可在采取防雨措施后正常澆筑；降雨量大于3mm/h時，不得開倉澆筑，已開倉澆筑的應安排停倉遮蓋防雨，對已攤鋪未碾壓的應盡快完成碾壓，已卸料未攤鋪的應進行遮蓋防淋。雨天澆筑應適當提高VC值，以保證倉面鋪筑時獲得適宜的VC值，并保持倉面混凝土配比實際的水膠比穩定。同時，可采取邊遮蓋、邊攤鋪、邊碾壓的方式，分區域交替流水作業，并加強坡腳附近區域和碾壓完的混凝土面上的積水排出工作。

c.低溫時段澆筑措施。日平均氣溫低于3℃時或最低氣溫低于-3℃時，應采取低溫施工措施，主要采取提高混凝土出機口溫度，運輸澆筑過程中做好覆蓋保溫和增加機械設備提高單層鋪筑速度等措施。但對于南方濕度大的區域，低溫易形成凝凍天氣，在遇有凝凍天氣時，仍應暫停混凝土澆筑工作。

5 結 語

由于碾壓混凝土斜層鋪筑法可縮減鋪層面積和層間覆蓋時間，便于噴霧保濕等人工氣候措施和排水、覆蓋等防雨措施的實施，使得斜層鋪筑法具有極大的施工優勢，已被越來越多的水電工程所采用。因此，如何掌握和做好碾壓混凝土斜層鋪筑施工質量控制，顯得尤為重要。通過對朱昌河水庫大壩碾壓混凝土斜層鋪筑法的工藝特點和質量風險分析，并借鑒以往工程實踐經驗，確定并實施了關鍵質量控制措施，保證了朱昌河水庫大壩碾壓混凝土的澆筑質量，可為類似工程提供借鑒。