山口大坝碾压混凝土施工技术

 摘要：连续、高强度、快速施工既是碾压混凝土坝的施工特点。山口大坝位于高温炎热的广东地区。为达到施工的简便性与经济性、协调筑坝施工中经济、速度和质量三方面的关系，从施工过程中的主要典型施工工艺、夏季高温施工技术措施、防渗措施等3个方面进行讨论，并为坝址气候条件相近的其他地区提供借鉴技术。 

　　关键词：碾压混凝土坝，高温施工，防渗措施 

　　中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 

　　1 前言 

　　由于其具有连续、高强度、快速施工、节约大量水泥、利用工业废料、简化施工工艺与温控措施、能充分发挥土石坝施工机械的效能的施工特点，碾压混凝土坝施工技术在大坝施工中得到大力推广[1]。 

　　为达到施工的简便性与经济性、协调筑坝施工中经济、速度和质量三方面的关系，广东省山口三级水电站拦河大坝选取碾压混凝土施工工艺进行施工。本文从施工过程中的主要典型施工工艺、夏季高温施工技术措施、防渗措施等3个方面进行讨论，并为坝址气候条件相近的其他地区提供借鉴技术。 

　　2 工程概述 

　　山口三级电站位于广东省始兴县山口村都安水（澄江水）管坡河段，为III等工程，库容约4700万 m3。坝体为碾压混凝土重力坝，由左岸挡水坝段、主河床溢流坝段、右岸挡水坝段三部分组成，坝顶总长179.44 m，坝顶宽6 m，坝顶高程▽181.4 m，最大坝高为57.4 m。 

　　碾压混凝土重力坝体型尺寸基本为三角形，坝体上游面垂直，至▽140 m高程起以下1:0.3倾向上游，下游面设计边坡1:0.7。 

　　气象：工程所在地区属中亚热带气候，且具有山区气候特征。根据始兴县气象站观测资料统计，多年平均气温为19.6℃，一月平均气温为9.2℃，七月平均气温为28.5℃。多年平均降雨量1460mm，降雨量多集中于3~8月份。 

　　3 碾压混凝土施工分析 

　　碾压混凝土筑坝施工工艺流程主要包括材料含水量测定、搅拌、卸料及平仓、切缝和振动碾压实等工艺[2-3]，如图1所示。本文选取典型的施工工艺——施工配合比、碾压混凝土施工分层、混凝土拌和与运输、卸料与平仓、碾压、异种混凝土浇筑等施工环节进行重点分析。 　 

　　3.1 施工配合比 

　　通过选用绝对体积法、结合设计对混凝土的要求和施工对混凝土要求和施工控制水平以及原材料的性质，经过现场碾压试验调整，本工程施工所选配合比见表1，其中H5仅作调整料源粗骨料生产不均衡时用；气温小于20℃时采用H6；夏季高温季节施工时用H7、H8；当气温在20℃~25℃时使用H7，气温大于25℃时使用H8。 

　　表1 碾压混凝土不同气温条件下施工配合比 

　　3.2 碾压混凝土施工分层 

　　碾压施工每层碾压厚度为30cm（铺料厚度为35cm），其施工分层指几个碾压层连续上升后的间歇层。施工分层厚度（即每个间歇层连续上升碾压层数）由以下几个因素确定： 

　　① 拌和机的生产能力；② 碾压仓面面积，即全断面通仓碾压混凝土方量；③ 混凝土的初凝时间；④ 摊铺碾压机械的生产效率等；⑤ 碾压混凝土铺筑方法：斜层摊铺或水平摊铺；⑥ 每个间歇层施工完成时间。一般控制在3天以内。 

　　3.2.1 施工分层厚度（间歇层厚度） 

　　3.0 m厚间歇层最小摊铺混凝土量为3444 m3，最大摊铺量为6198 m3，每个碾压层按水平摊铺方式大部分在400 m3以上；而2.l m厚间歇层最小摊铺混凝土量为2259 m3，最大摊铺量为4564 m3，每个碾压层按水平摊铺方式大部分也在400 m3以上。因此，为了缩短每个间歇层施工周期，保证混凝土施工质量，通过3.0 m和2.l m间歇层工程量计算，选用2.lm间歇层较为合适。 

　　3.2.2 摊铺方式 

　　本项目拌和楼台班产量为400 m3（以8小时台班计）。为了保证碾压混凝土连续上升层间结合质量，在下层混凝土初凝之前应摊铺并碾压完上层混凝土，若每个碾压层按全段面水平摊铺方式，每个碾压层混凝土从拌和到碾压完成最多允许的时间只有混凝土初凝时间的一半，即4小时左右（混凝土掺缓凝剂，混凝土初凝时间按8小时左右计），则拌和楼生产能力远不能满足混凝土水平摊铺方式。若分区浇筑，会增加模板工程量和区间混凝土结合工程量等，因此选择斜层摊铺方式摊铺混凝土。 

　　3.3 混凝土拌和 

　　混凝土由▽176.0 m平台拌和楼拌和。拌和楼主要由两台JS2000双轴卧式搅拌机组成。 

　　本工程选用①中石—小石—大石—砂—粉煤灰+水泥—水+外加剂和②砂—小石+中石+大石+水泥+煤灰—水+外加剂两种投料顺序进行实验，经比较，采用投料顺序②拌和的混凝土VC值容易控制且偏差小，其VC值、容重及强度均满足设计要求。因此采用②作为施工的投料顺序。 

　　在同等条件下，强制式拌和机拌和时间分别为70S、90S、100S，经比较拌和时间为70S时即可获得较好的均匀性。为满足规范要求，确保RCC施工质量，采用拌和时间为90S±5S。 

　　3.4 卸料与平仓 

　　3.4.1 混凝土卸料 

　　采用一车一点方式，呈梅花形布料，堆料高度≤1.5 m，料堆旁边出现的分离骨料，采用人工或机械将其均匀地摊铺到未碾压的混凝土中。由于进料速度影响，料不可能大面积一次性地摊铺，边卸料，边平仓，分段碾压，似链条一样循序向前推进作业"汽车入仓卸料，要求平稳驾驶,行驶速度不应大于10km/h，避免紧急刹车、急转弯，以避造成骨料分离和损坏仓面已碾实混凝土。推土机平仓要求摊铺速度均匀，摊铺平整，提刀速度快，以保证摊铺厚度满足规定要求。卸料、平仓将仓面分成几个条带进行。根据平仓设备性能和仓面宽度，每条带宽5—8 m，从左至右岸方向摊铺。 

　　3.4.2 混凝土平仓 

　　根据坝体结构特点，碾压混凝土不分块施工。因拌合楼生产能力的原因，高程▽167.36 m以下采用斜层平推摊铺法。为减少骨料分离，采用“一堆三推”法平仓，条带方向平行于坝轴线。“一堆三推法”骨料分布均匀,平仓后表面较平整、无坑洼。根据碾压层厚与铺料层厚的关系，同时与拌和楼生产能力相匹配，铺料厚度选用35 cm（压实后为30cm）且选用D3B平仓机平仓满足设计和规范要求。 

　　3.5 碾压 

　　混凝土摊铺完成后，随即碾压混凝土。采用BM202AD-2振动碾碾压，混凝土从出机到碾压完毕，要求在2h内完成。碾压同样按摊铺顺序施工：即分条带，从左岸到右岸方向碾压，按从上游到下游的顺序逐条带碾压。为了保证碾压质量，碾压行走速度为1—1.5 Km/h。压实方式为：先无振动2遍，有振6—8遍，最后无振2遍。碾压时，按反复“错距法”碾压，重叠宽度不小于20 cm，端部为100 cm。同时混凝土在碾压时，利用振动碾自行适当喷水。 

　　压实作业完成后，用核子密度仪检查碾压层密实度，如达不到设计规定要求，分析原因，进行补救或返工。 

　　3.6 异种混凝土浇筑 

　　在大坝下游▽137m以下，为加强坝体防渗，设计布设了2m厚常态混凝土。本工程异种混凝土浇筑即为碾压混凝土与坝下游▽137 m以下常态混凝土交叉施工。 

　　碾压混凝土与常态混凝土衔接，要求两种混凝土同步上升，以保证两种混凝土结合的质量。由于两种混凝土初凝时间不同，给同步施工带来困难，在施工中采取如下措施： 

　　①常态混凝土掺缓凝剂,延长凝结时间。②两种混凝土保证必要的施工速度，以保证两种混凝土都在初凝内相互覆盖。③混凝土结合部位，不管是振捣或碾压，都应超出异种混凝土边界20 cm上，互相重叠。 

　　这部分的施工方法为： 

　　①先碾压碾压混凝土，再振捣常态混凝土。②振动碾采用进退方式行走，并最大限度的接近常态混凝土，尽量搭接20 cm左右。③两种混凝土结合部的表面振动轮迹用手持振捣器，在一侧斜向插入振捣消除，最后用小型振动碾找平与压光，并辅以人工拍打。 

　　4 夏季高温施工技术措施 

　　山口电站碾压混凝土大坝工程因客观原因错过了冬季施工的黄金季节，大坝工程于2000年1月12日开始进行碾压混凝土施工，当年5月碾压混凝土大坝施工被迫进入夏季高温季节，按惯例面临停工的可能。通过参考其它工程的经验，结合实际和山口电站的特点，充分发挥碾压混凝土水泥用量少、水泥水化热低、混凝土收缩小、徐变度小及混凝土储热量少等特点[4]，制定了碾压混凝土夏季高温施工技术措施，高温季节不间断施工，达到预期效果。 

　　4.1 调整施工配合比 

　　优化混凝土原材料及施工配合比主要是采用低脆性、低热水泥，高掺粉煤灰，掺高温型缓凝高效减水剂等技术，并根据温度变化及时调整施工配合比。 

　　工程从5月开始使用龙游混凝土外加剂厂生产的BZ—1RCC15高温型缓凝高效减水剂，外加剂掺量根据混凝土入仓温度来确定，小于20℃时为0.55%，20—25℃时为0.60%，大于25℃时为0.7%。掺量为0.7%时，初凝时间为12h；同时在相同条件下，可降低水泥水化热44%。 

　　本工程所用的水泥具有高铁、低铝、高硅的低脆性低水化热水泥，水化热7d为239.2J/g，比中热水泥低18%，同时在煤灰掺量为65%时仅为102J/g，比中热水泥降低65%。 

　　本工程及时调整粉煤灰掺量，使用合理的混凝土配合比，保证混凝土的绝热温升小于14℃，让混凝土入仓温度放宽到大于36℃，这成为夏季高温施工的关键措施。 

　　4.2 降低混凝土的入仓温度 

　　（1）为保证混凝土入仓温度不大于36℃，尽可能地降低原材料拌和时的基础温度，将各种材料料仓均搭设凉棚及喷雾设施。另外为减少砂石料的含水量损失，便于控制混凝土VC值，料仓上安装喷雾设施。水泥、粉煤灰采取措施后平均降低温度18.5℃。 

　　（2）混凝土运输控制 

　　主要在皮带机、真空溜槽上搭设遮阳棚等，减少混凝土在运输过程中吸热温升，严格控制混凝土的停放时间，从出机口到现场碾压的历时不大于2h。 

　　4.3 仓面施工控制 

　　仓面施工高温施工的主要手段有： 

　　（1）仓面喷雾保湿降温是夏季高温季节施工的重要手段。试验证明通过仓面喷雾降温，可使仓面气温降低5—10℃；同时，可使仓面VC值控制在小于15秒之内，保证混凝土的压实度及层间结合良好。（2）混凝土在碾压时，利用碾压机本身自行喷水2—4遍。（3）在可能出现冷缝的边界及层面及时喷洒缓凝剂，延缓层面混凝土的初凝时间；加强条带边部混凝土的质量控制；尽量避开温峰时间开仓；加强混凝土的养护。 

　　4.4 控制效果 

　　总体来说，在采取措施后比采取措施前降低约4℃。在近4年的运行过程中，山口电站大坝坝体上、下游均未发现有温度裂缝。 

　　5 碾压混凝土工程的防渗措施 

　　渗漏问题是碾压混凝土筑坝技术中较为普遍的问题。形成坝体渗漏通道的主要原因是，碾压混凝土坝是采用大面积薄层碾压而成的层状结构，层面抗剪断强度及抗渗能力均低于本体，是影响坝体渗漏的关键因素。本工程采用的斜层平摊铺筑法是从施工工艺上解决碾压混凝土坝的渗透问题[5]。 

　　斜层平推铺筑法充分发挥了碾压混凝土坝持续快速施工的特点，使层间间隔时间显著降低。层间间隔时间是影响碾压混凝土坝抗渗性的关键因素，当层面处理方式相同时，碾压混凝土的层面抗渗标号也随着层间间隔时间的延长而降低。若在下层混凝土未初凝前，浇筑上层碾压混凝土，层面抗渗性能较好，但若在下层混凝土初凝后再浇筑上层碾压混凝土，则层面抗渗性能会显著降低。同时，斜层平推铺筑法可以通过调节斜层坡比，人为地控制层间间隔时间，使其小于层间允许间隔时间。因此，斜层平推铺筑法施工可改善和提高碾压混凝土的层面抗渗性能，提高碾压混凝土坝自身的抗渗能力。 

　　斜层平推铺筑法的铺筑面积比较小，覆盖时间较短，对高温季节施工的制冷混凝土，可以减少温度倒灌，喷雾等措施也易于实施，这就减小了坝体出现裂缝的可能性，从而增强了坝体的抗渗性。在降雨中，由于斜坡面的存在，可以降低雨水对新浇碾压混凝土的侵害，保证了碾压混凝土的质量。另外，碾压混凝土坝施工入仓口的质量始终是个薄弱环节，而采用斜层平推铺筑法可取消入仓口，自然提高了碾压混凝土大坝的综合质量。这些都是提高坝体抗渗性的有利因素。 

　　6 结论 

　　针对山口水电站碾压混凝土坝的施工特点所采取的施工技术方案和措施在现场施工过程中得到了有效的实施。针对工程错过了冬季施工黄金期、不得不在夏季高温条件下施工的现象，制定了一系列措施，保证了各项指标符合设计要求，并按时完工。通过钻孔取芯检查，大坝碾压混凝土质量得到了业主和咨询专家的一致好评，山口大坝的建设，为热带高温地区的碾压混凝土施工积累了了宝贵经验，奠定了良好的基础。 

　　参考文献 

　　[1] 王圣培. 我国碾压混凝土筑坝技术的发展[A]. 中国水力发电工程学会碾压混凝土筑坝专委会2003年度学术年会技术交流论文汇编[C]. 2003. 

　　[2] 彭兰波. 梯子洞水电站大坝碾压混凝土施工质量控制[J]. 人民长江, 2009, 40(1): 104-106 

　　[3] 刘光廷, 胡 昱, 王恩志, 等. 石门子碾压混凝土拱坝温度场实测与仿真计算[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2002, 42(4): 116–119. 

　　[4] 朱伯芳. 当前混凝土坝建设中的几个问题[J]. 水利学报, 2009, 40(1): 1–9. 

　　[5] 郝巨涛, 刘增宏. 水工沥青混凝土防渗技术. In: 中国大坝委员会.中国大坝技术发展水平与工程实例[M]. 北京: 中国水利水电出版社, 2007, 12: 186–192.