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(zhèn)供水為主，結(jié)合防洪，兼顧灌溉和發(fā)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(jié)構(gòu)型式為WES堰，電站為壩后式廠房，魚道為豎縫式U型槽結(jié)構(gòu)。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(yǎng)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(zhì)應符合現(xiàn)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(shù)選擇按經(jīng)審批的配合比試驗報告和有關(guān)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(jù)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(jiān)理工程師簽發(fā)開倉簽證。

3)施工機械設備和人員。拌和系統(tǒng)、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(xiàn)場調(diào)度、倉面指揮、設備操作、質(zhì)量檢測、施工作業(yè)等人員全部到位。

4)施工方案。澆筑前編制好施工技術(shù)方案，包括澆筑前準備、混凝土澆筑及養(yǎng)護等各工序方法和要求，以及澆筑方量、施工強度、技術(shù)要點、檢測計劃等，報監(jiān)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(xiàn)場試驗室提供的配合比進行配料，試驗室對混凝土拌和質(zhì)量全面監(jiān)控并動態(tài)調(diào)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(xù)鋪筑及斜面薄層連續(xù)鋪筑碾壓工藝。攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)、行走速率等均按照碾壓實驗確定的參數(shù)執(zhí)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?，F(xiàn)場采用核子密度儀按網(wǎng)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(tài)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(tài)混凝土施工。大面積變態(tài)區(qū)域采用機拌變態(tài)混凝土，小范圍部位采用加漿變態(tài)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(tài)?；炷翝仓瓿珊螅饕扇⊥ㄋ鋮s。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(jié)(6月-8月)澆筑的混凝土進行通水冷卻。

2.2.3 混凝土養(yǎng)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(tài)，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(xiàn)場試驗為準。

4)養(yǎng)護。施工過程中采取灑水措施養(yǎng)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(nèi)人工灑水養(yǎng)護，對水平施工層面，養(yǎng)護工作應持續(xù)至上一層碾壓混凝土開始鋪筑時止。對永久外露面，宜養(yǎng)護28d以上。干燥、炎熱或大風天氣，水分蒸發(fā)較大，需要加強灑水養(yǎng)護。

3 施工中常見問題及解決辦法

3.1 配合比調(diào)整

碾壓混凝土的配合比由現(xiàn)場試驗室確定，但原材料質(zhì)量會在一定范圍內(nèi)波動，例如砂中含水率有時變化較大，拌和時需要及時調(diào)整用水量。按要求檢測出機口VC值，根據(jù)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(jié)合不好，出現(xiàn)滲水情況。施工中，在上游防滲區(qū)碾壓混凝土層間均鋪設2-3mm的水泥漿，加強層間結(jié)合。把握好鋪將時間，混凝土未初凝或超過初凝時間2h以內(nèi)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(xiàn)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(fā)生澆筑溫度偏高，導至混凝土內(nèi)部溫度偏高，內(nèi)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(jié)進行倉面噴霧，降低倉面環(huán)境溫度；盡早進行保溫和灑水養(yǎng)護；充分利用低溫季節(jié)和高溫季節(jié)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(nèi)部溫度較高，經(jīng)過后期通水冷卻后，一般只能降到10℃以上。高緯度地區(qū)冬季寒冷，最低溫度可達到零下30幾度甚至更低，內(nèi)外溫差過大容易造成混凝土出現(xiàn)裂縫?？刹扇误w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(xiàn)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?，F(xiàn)場試驗要按照規(guī)范頻次檢測，發(fā)現(xiàn)達不到指標時，及時調(diào)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(jié)構(gòu)、溫度等因素影響，易產(chǎn)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(wǎng)，沿縫兩側(cè)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(huán)氧砂漿封閉，沿縫兩側(cè)施鉆，鉆斜孔穿過裂縫進行灌漿，灌漿材料采用環(huán)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(cè)布置檢查孔，斜穿裂縫，進行壓水試驗，壓力一般為0.4MPa，持續(xù)時間20min，取最大值計算透水率。經(jīng)檢測，奮斗水庫在試驗水壓下，透水率計算結(jié)果均<0.01Lu，滿足設計要求，處理效果良好。

4)預防措施?？刹扇×⒚娌贾孟蘖唁摻睢⑦m當縮短壩段長度、嚴格執(zhí)行溫控措施、加強越冬保溫防護等措施降低混凝土裂縫產(chǎn)生機率。

4 碾壓混凝土施工的優(yōu)勢與缺點

4.1 優(yōu)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(chǎn)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(tài)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(zhì)量。

4.2 缺點

1)容易出現(xiàn)混凝土層間結(jié)合不好，產(chǎn)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(jié)奏快，對整個系統(tǒng)要求較高，施工中不能輕易延緩。

5 結(jié) 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(yōu)勢，特別是在高緯度地區(qū)，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(jié)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(jīng)驗和借鑒。