碾壓混凝土施工工藝在奮斗水庫工程中的應用

朱建華，呂福財，劉景全，彭 龍

(1.穆棱市奮斗水庫管護中心，黑龍江 穆棱 157500；2.穆棱市河長制工作保障中心，黑龍江 穆棱 157500；3.中國水利水電第十六局有限公司，福州 350003)

1 工程概況

奮斗水庫位于穆棱河干流上游，地理坐標E130°16'，N44°28'，壩址以上流域面積1740m2。工程建設任務是以城鎮供水為主，結合防洪，兼顧灌溉和發電等綜合利用。水庫樞紐工程屬于大(2)型水庫，按100a一遇洪水設計，1000a一遇洪水校核。總庫容1.91億m3，總工程量123.56萬m3。樞紐工程主要建筑物包括攔河壩、溢流壩、電站和魚道等工程。攔河壩采用碾壓式混凝土重力壩，壩長406m，最大壩高45.9m，壩頂寬6.5m。溢流壩結構型式為WES堰，電站為壩后式廠房，魚道為豎縫式U型槽結構。工程于2015年11月開工，2020年9月下閘蓄水。

2 碾壓混凝土施工工藝

2.1 施工流程圖

2.2 施工工藝

碾壓混凝土施工工藝主要分為3個階段，第一階段：澆筑前準備；第二階段：碾壓混凝土澆筑；第三階段：混凝土養護。

2.2.1 澆筑前準備

澆筑前準備包括原材料、配合比、倉面、機械設備、施工人員、施工方案等工作。

1)原材料及配合比。碾壓混凝土原材料主要包括水泥、粉煤灰、水、粗細骨料、砂、外加劑等，所采用的原材料品質應符合現行的國家標準，并在使用前作抽樣復檢。混凝土的配合比和參數選擇按經審批的配合比試驗報告和有關試驗成果確定。

2)倉面準備。按照施工圖標識的形體輪廓尺寸進行支模測量放樣；模板采用3m×3m及3m×1.875m翻升式鋼模板，膠帶封堵縫隙，涂刷脫模劑；根據鋼筋圖人工綁扎鋼筋；銅止水片、觀測儀器等埋件安裝就緒，并明確標記，妥善保護；冷卻水管按設計圖紙鋪設；清洗倉面達到驗收標準。施工單位倉面自檢合格后，申請監理工程師簽發開倉簽證。

3)施工機械設備和人員。拌和系統、運輸、入倉、平倉、碾壓以及振搗、沖毛、檢測等所有參與的施工機械設備全部準備就緒，保證狀況良好，運行正常；現場調度、倉面指揮、設備操作、質量檢測、施工作業等人員全部到位。

4)施工方案。澆筑前編制好施工技術方案，包括澆筑前準備、混凝土澆筑及養護等各工序方法和要求，以及澆筑方量、施工強度、技術要點、檢測計劃等，報監理工程師審批。

2.2.2碾壓混凝土澆筑

1)配料及拌和。按照現場試驗室提供的配合比進行配料，試驗室對混凝土拌和質量全面監控并動態調整混凝土配合比。

圖1

2)運輸和入倉。混凝土拌和料的運輸和入倉方式一般有自卸汽車運輸直接入倉、自卸汽車運輸+滿管溜槽入倉、 膠帶機輸送入倉等。奮斗水庫工程采用的是25t自卸汽車運輸直接入倉。

3)平倉、碾壓。攤鋪機平倉，采用通倉薄層碾壓連續鋪筑及斜面薄層連續鋪筑碾壓工藝。攤鋪厚度、碾壓遍數、行走速率等均按照碾壓實驗確定的參數執行。奮斗水庫工程攤鋪厚度34cm-36cm，碾壓層厚度為30cm，振動碾碾壓，碾壓方向平行于壩軸線，行走速度1.0-1.5km/h，先靜碾2遍，再振動碾壓6到8遍，最后靜碾2遍。現場采用核子密度儀按網格布點進行檢測，壓實后密實度≥98%。

4)切縫。由于是通倉碾壓，壩段伸縮縫處采用切縫機切縫成型，彩條布填充縫面，再對縫口進行補碾，切縫深度為20cm，橫縫成縫面積>設計面積的60%。

5)變態混凝土。岸坡基巖面、大壩上下游面、伸縮縫、止水位置、廊道周邊及其它振動碾碾壓不到的部位，采用變態混凝土施工。大面積變態區域采用機拌變態混凝土，小范圍部位采用加漿變態混凝土。

6)溫控措施。施工過程中，倉面采取噴霧、灑水、覆蓋等措施，保持混凝土表面始終呈濕潤狀態。混凝土澆筑完成后，主要采取通水冷卻。冷卻水管按照設計要求鋪設，采用兩期通水：初期通水在混凝土初凝后開始，后期通水在入冬前對當年高溫季節(6月-8月)澆筑的混凝土進行通水冷卻。

2.2.3 混凝土養護

1)清倉。澆筑收倉后進行清理倉面，使倉面混凝土處于整潔狀態，倉面施工機械設備停放整齊有序，材料、設備堆放整齊。

2)表面保護。過冬時對壩體新澆筑混凝土表面及時保溫，采用三防帆布、聚乙烯或聚氨酯保溫被進行臨時保溫。

3)沖毛。碾壓混凝土面的最佳沖毛時間為混凝土終凝后2-6h，以現場試驗為準。

4)養護。施工過程中采取灑水措施養護，使碾壓混凝土的倉面始終保持濕潤。混凝土澆筑完畢后12h-18h內人工灑水養護，對水平施工層面，養護工作應持續至上一層碾壓混凝土開始鋪筑時止。對永久外露面，宜養護28d以上。干燥、炎熱或大風天氣，水分蒸發較大，需要加強灑水養護。

3 施工中常見問題及解決辦法

3.1 配合比調整

碾壓混凝土的配合比由現場試驗室確定，但原材料質量會在一定范圍內波動，例如砂中含水率有時變化較大，拌和時需要及時調整用水量。按要求檢測出機口VC值，根據VC值加大或減少用水量，使其達到設計要求。

3.2 層面處理

碾壓混凝土由采取分層碾壓，容易層間結合不好，出現滲水情況。施工中，在上游防滲區碾壓混凝土層間均鋪設2-3mm的水泥漿，加強層間結合。把握好鋪將時間，混凝土未初凝或超過初凝時間2h以內的層面增鋪水泥粉煤灰凈漿；超過初凝時間2-4h的層面增鋪15mm的水泥砂漿。超過終凝時間的混凝土層面為冷縫，按施工縫面處理。

3.3 埋設設備處置

在埋有管道、觀測儀器、止水、伸縮縫及其它埋件部位進行碾壓混凝土施工時，容易出現漏壓、漏振或造成埋設設備損壞情況，施工時應對埋件妥善保護并嚴格按設計要求進行施工。

3.4 溫控措施

碾壓混凝土澆筑溫度應滿足設計要求，施工中易發生澆筑溫度偏高，導至混凝土內部溫度偏高，內外溫差偏大，造成混凝土裂縫。采取措施：縮短混凝土拌和料的運送時間，采取相應保溫措施，減少溫度回升；高溫季節進行倉面噴霧，降低倉面環境溫度；盡早進行保溫和灑水養護；充分利用低溫季節和高溫季節的早晚及夜間氣溫較低的時段澆筑混凝土。

3.5 越冬防護

當年澆筑的壩體混凝土由于內部溫度較高，經過后期通水冷卻后，一般只能降到10℃以上。高緯度地區冬季寒冷，最低溫度可達到零下30幾度甚至更低，內外溫差過大容易造成混凝土出現裂縫。可采取壩體越冬保溫措施解決。奮斗水庫第一年已澆筑的壩體混凝土頂面高程較低，在地下水位以下一定距離，采用了蓄水保溫措施越冬，效果很好。后幾年采取混凝土表面保溫措施，采用橡塑海綿保溫板+聚乙烯薄模+三防帆布，保溫層下可保持在零度左右，保溫效果較好。

3.6 外加劑的適應性

某些外加劑標準檢測附合國家標準，但是按配合比拌合后，由于外加劑與其它原材料存在不適應性，可能會出現達不到設計指標的情況。比如摻加引氣劑后，混凝土試塊含氣量不滿足要求。現場試驗要按照規范頻次檢測，發現達不到指標時，及時調整摻加比例，直至滿足要求。

3.7 混凝土裂縫

1)裂縫成因。成品混凝土為脆性材料，不能承受拉應力，由于受基礎、結構、溫度等因素影響，易產生裂縫。

2)處理方法。水平裂縫一般采用并縫鋼筋。沿縫倒扣半圓騎縫鋼管，其上布設并縫鋼筋網，沿縫兩側鉆斜孔進行化學灌漿；豎向裂縫采化學灌漿，對裂縫刻槽，采用高強環氧砂漿封閉，沿縫兩側施鉆，鉆斜孔穿過裂縫進行灌漿，灌漿材料采用環氧樹酯或聚氨酯。

3)效果檢測。裂縫處理效果采用壓水試驗法進行檢測，在裂縫一側布置檢查孔，斜穿裂縫，進行壓水試驗，壓力一般為0.4MPa，持續時間20min，取最大值計算透水率。經檢測，奮斗水庫在試驗水壓下，透水率計算結果均<0.01Lu，滿足設計要求，處理效果良好。

4)預防措施。可采取立面布置限裂鋼筋、適當縮短壩段長度、嚴格執行溫控措施、加強越冬保溫防護等措施降低混凝土裂縫產生機率。

4 碾壓混凝土施工的優勢與缺點

4.1 優勢

1)通倉澆筑，分層碾壓，施工速度相對較快。

2)大量摻加粉煤灰，粉煤灰摻量為凝膠總量的30%-60%，水泥和水用量較少，有利于降低水泥水化熱，減少裂縫產生。

3)混凝土配合比水泥用量少，可減少30%以上，有效降低工程材料成本。

4)水化熱相對較低，溫控措施相對常態混凝土簡單，有效降低施工成本。

5)可最大限度提高施工機械化程度，減少勞動力，有利于提高工程施工質量。

4.2 缺點

1)容易出現混凝土層間結合不好，產生層間滲水通道。

2)施工工藝程序增多，施工相對復雜。

3)對模板要求較高，趨向于易拆裝、高強度的大模板。

4)施工節奏快，對整個系統要求較高，施工中不能輕易延緩。

5 結 語

碾壓混凝土施工工藝確定了其在水利工程大體積混凝土施工的優勢，特別是在高緯度地區，有效施工期集中在5-10月份，還要受汛期降雨的影響，提高施工速度，縮短施工工期，降低工程造價，節約施工成本，是項目法人和施工單位追求的目標。碾壓混凝土施工工藝在奮斗水庫工程中的應用，為同類工程提供了經驗和借鑒。