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(xù)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(nèi)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(jīng)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(yè)主又提出提前3個月發(fā)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(jù)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(zhì)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(jié)倉號覆蓋面積的控制

根據(jù)官地大壩總體施工規(guī)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?shù)仁┕l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(jié)最好控制在5000m2以內(nèi)；高溫季節(jié)宜控制在3000m2以內(nèi)，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(jīng)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(jié)尤為重要。高溫季節(jié)，根據(jù)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(jié)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(diào)如下問題：

3.1進行倉號規(guī)劃

右岸采用自卸汽車直接入倉的最大倉面出現(xiàn)在5區(qū)，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(xiàn)在4區(qū)，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(xiàn)在12區(qū)，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(jié)可擴大為5000m2。

3.2確定斜層坡比

為達到壓實的效果，需根據(jù)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(xiàn)場試驗，以不影響碾壓遍數(shù)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(jù)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(jīng)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(yè)指導圖，碾壓混凝土、變態(tài)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(xié)調(diào)。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(xiàn)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(jiān)理人批準后執(zhí)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(chǎn)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?yōu)槠C、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(nèi)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(shù)，加大密實度檢測頻率，以確保碾壓質(zhì)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(shù)，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(tài)混凝土施工

變態(tài)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(tài)混凝土，加漿量為混凝土體積的3～5%，最終通過現(xiàn)場試驗確定。斜層鋪筑變態(tài)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(tài)混凝土全部改為機拌變態(tài)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(qū)，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(jié)，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(chǎn)能力370m3/h；向廠房標供料問題（需要2×3m3自落式），實際產(chǎn)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(zhì)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(tài)及防滲區(qū)內(nèi)（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(jīng)過處理才能繼續(xù)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(cè)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)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(yōu)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(jié)約投資，更有利于高溫季節(jié)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(tài)混凝土施工，實踐證明，只要加強施工現(xiàn)場質(zhì)量控制力度，通過鉆孔取芯、壓水試驗，大壩斜層碾壓施工質(zhì)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(shù)在0.02～0.036Lu之間，滿足設計及相關規(guī)范要求。

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