山口大壩碾壓混凝土施工技術

山口大壩碾壓混凝土施工技術

摘要：連續(xù)、高強度、快速施工既是碾壓混凝土壩的施工特點。山口大壩位于高溫炎熱的廣東地區(qū)。為達到施工的簡便性與經(jīng)濟性、協(xié)調(diào)筑壩施工中經(jīng)濟、速度和質(zhì)量三方面的關系，從施工過程中的主要典型施工工藝、夏季高溫施工技術措施、防滲措施等3個方面進行討論，并為壩址氣候條件相近的其他地區(qū)提供借鑒技術。

關鍵詞：碾壓混凝土壩，高溫施工，防滲措施

中圖分類號：TU37文獻標識碼：A文章編號：

1前言

由于其具有連續(xù)、高強度、快速施工、節(jié)約大量水泥、利用工業(yè)廢料、簡化施工工藝與溫控措施、能充分發(fā)揮土石壩施工機械的效能的施工特點，碾壓混凝土壩施工技術在大壩施工中得到大力推廣[1]。

為達到施工的簡便性與經(jīng)濟性、協(xié)調(diào)筑壩施工中經(jīng)濟、速度和質(zhì)量三方面的關系，廣東省山口三級水電站攔河大壩選取碾壓混凝土施工工藝進行施工。本文從施工過程中的主要典型施工工藝、夏季高溫施工技術措施、防滲措施等3個方面進行討論，并為壩址氣候條件相近的其他地區(qū)提供借鑒技術。

2工程概述

山口三級電站位于廣東省始興縣山口村都安水（澄江水）管坡河段，為III等工程，庫容約4700萬m3。壩體為碾壓混凝土重力壩，由左岸擋水壩段、主河床溢流壩段、右岸擋水壩段三部分組成，壩頂總長179.44m，壩頂寬6m，壩頂高程▽181.4m，最大壩高為57.4m。

碾壓混凝土重力壩體型尺寸基本為三角形，壩體上游面垂直，至▽140m高程起以下1:0.3傾向上游，下游面設計邊坡1:0.7。

氣象：工程所在地區(qū)屬中亞熱帶氣候，且具有山區(qū)氣候特征。根據(jù)始興縣氣象站觀測資料統(tǒng)計，多年平均氣溫為19.6℃，一月平均氣溫為9.2℃，七月平均氣溫為28.5℃。多年平均降雨量1460mm，降雨量多集中于3~8月份。

3碾壓混凝土施工分析

碾壓混凝土筑壩施工工藝流程主要包括材料含水量測定、攪拌、卸料及平倉、切縫和振動碾壓實等工藝[2-3]，如圖1所示。本文選取典型的施工工藝——施工配合比、碾壓混凝土施工分層、混凝土拌和與運輸、卸料與平倉、碾壓、異種混凝土澆筑等施工環(huán)節(jié)進行重點分析。

3.1施工配合比

通過選用絕對體積法、結合設計對混凝土的要求和施工對混凝土要求和施工控制水平以及原材料的性質(zhì)，經(jīng)過現(xiàn)場碾壓試驗調(diào)整，本工程施工所選配合比見表1，其中H5僅作調(diào)整料源粗骨料生產(chǎn)不均衡時用；氣溫小于20℃時采用H6；夏季高溫季節(jié)施工時用H7、H8；當氣溫在20℃~25℃時使用H7，氣溫大于25℃時使用H8。

表1碾壓混凝土不同氣溫條件下施工配合比

3.2碾壓混凝土施工分層

碾壓施工每層碾壓厚度為30cm（鋪料厚度為35cm），其施工分層指幾個碾壓層連續(xù)上升后的間歇層。施工分層厚度（即每個間歇層連續(xù)上升碾壓層數(shù)）由以下幾個因素確定：

①拌和機的生產(chǎn)能力；②碾壓倉面面積，即全斷面通倉碾壓混凝土方量；③混凝土的初凝時間；④攤鋪碾壓機械的生產(chǎn)效率等；⑤碾壓混凝土鋪筑方法：斜層攤鋪或水平攤鋪；⑥每個間歇層施工完成時間。一般控制在3天以內(nèi)。

3.2.1施工分層厚度（間歇層厚度）

3.0m厚間歇層最小攤鋪混凝土量為3444m3，最大攤鋪量為6198m3，每個碾壓層按水平攤鋪方式大部分在400m3以上；而2.lm厚間歇層最小攤鋪混凝土量為2259m3，最大攤鋪量為4564m3，每個碾壓層按水平攤鋪方式大部分也在400m3以上。因此，為了縮短每個間歇層施工周期，保證混凝土施工質(zhì)量，通過3.0m和2.lm間歇層工程量計算，選用2.lm間歇層較為合適。

3.2.2攤鋪方式

本項目拌和樓臺班產(chǎn)量為400m3（以8小時臺班計）。為了保證碾壓混凝土連續(xù)上升層間結合質(zhì)量，在下層混凝土初凝之前應攤鋪并碾壓完上層混凝土，若每個碾壓層按全段面水平攤鋪方式，每個碾壓層混凝土從拌和到碾壓完成最多允許的時間只有混凝土初凝時間的一半，即4小時左右（混凝土摻緩凝劑，混凝土初凝時間按8小時左右計），則拌和樓生產(chǎn)能力遠不能滿足混凝土水平攤鋪方式。若分區(qū)澆筑，會增加模板工程量和區(qū)間混凝土結合工程量等，因此選擇斜層攤鋪方式攤鋪混凝土。

3.3混凝土拌和

混凝土由▽176.0m平臺拌和樓拌和。拌和樓主要由兩臺JS2000雙軸臥式攪拌機組成。

本工程選用①中石—小石—大石—砂—粉煤灰+水泥—水+外加劑和②砂—小石+中石+大石+水泥+煤灰—水+外加劑兩種投料順序進行實驗，經(jīng)比較，采用投料順序②拌和的混凝土VC值容易控制且偏差小，其VC值、容重及強度均滿足設計要求。因此采用②作為施工的投料順序。

在同等條件下，強制式拌和機拌和時間分別為70S、90S、100S，經(jīng)比較拌和時間為70S時即可獲得較好的均勻性。為滿足規(guī)范要求，確保RCC施工質(zhì)量，采用拌和時間為90S±5S。

3.4卸料與平倉

3.4.1混凝土卸料

采用一車一點方式，呈梅花形布料，堆料高度≤1.5m，料堆旁邊出現(xiàn)的分離骨料，采用人工或機械將其均勻地攤鋪到未碾壓的混凝土中。由于進料速度影響，料不可能大面積一次性地攤鋪，邊卸料，邊平倉，分段碾壓，似鏈條一樣循序向前推進作業(yè)"汽車入倉卸料，要求平穩(wěn)駕駛,行駛速度不應大于10km/h，避免緊急剎車、急轉彎，以避造成骨料分離和損壞倉面已碾實混凝土。推土機平倉要求攤鋪速度均勻，攤鋪平整，提刀速度快，以保證攤鋪厚度滿足規(guī)定要求。卸料、平倉將倉面分成幾個條帶進行。根據(jù)平倉設備性能和倉面寬度，每條帶寬5—8m，從左至右岸方向攤鋪。

3.4.2混凝土平倉

根據(jù)壩體結構特點，碾壓混凝土不分塊施工。因拌合樓生產(chǎn)能力的原因，高程▽167.36m以下采用斜層平推攤鋪法。為減少骨料分離，采用“一堆三推”法平倉，條帶方向平行于壩軸線?！耙欢讶品ā惫橇戏植季鶆?平倉后表面較平整、無坑洼。根據(jù)碾壓層厚與鋪料層厚的關系，同時與拌和樓生產(chǎn)能力相匹配，鋪料厚度選用35cm（壓實后為30cm）且選用D3B平倉機平倉滿足設計和規(guī)范要求。

3.5碾壓

混凝土攤鋪完成后，隨即碾壓混凝土。采用BM202AD-2振動碾碾壓，混凝土從出機到碾壓完畢，要求在2h內(nèi)完成。碾壓同樣按攤鋪順序施工：即分條帶，從左岸到右岸方向碾壓，按從上游到下游的順序逐條帶碾壓。為了保證碾壓質(zhì)量，碾壓行走速度為1—1.5Km/h。壓實方式為：先無振動2遍，有振6—8遍，最后無振2遍。碾壓時，按反復“錯距法”碾壓，重疊寬度不小于20cm，端部為100cm。同時混凝土在碾壓時，利用振動碾自行適當噴水。

壓實作業(yè)完成后，用核子密度儀檢查碾壓層密實度，如達不到設計規(guī)定要求，分析原因，進行補救或返工。

3.6異種混凝土澆筑

在大壩下游▽137m以下，為加強壩體防滲，設計布設了2m厚常態(tài)混凝土。本工程異種混凝土澆筑即為碾壓混凝土與壩下游▽137m以下常態(tài)混凝土交叉施工。

碾壓混凝土與常態(tài)混凝土銜接，要求兩種混凝土同步上升，以保證兩種混凝土結合的質(zhì)量。由于兩種混凝土初凝時間不同，給同步施工帶來困難，在施工中采取如下措施：

①常態(tài)混凝土摻緩凝劑,延長凝結時間。②兩種混凝土保證必要的施工速度，以保證兩種混凝土都在初凝內(nèi)相互覆蓋。③混凝土結合部位，不管是振搗或碾壓，都應超出異種混凝土邊界20cm上，互相重疊。

這部分的施工方法為：

①先碾壓碾壓混凝土，再振搗常態(tài)混凝土。②振動碾采用進退方式行走，并最大限度的接近常態(tài)混凝土，盡量搭接20cm左右。③兩種混凝土結合部的表面振動輪跡用手持振搗器，在一側斜向插入振搗消除，最后用小型振動碾找平與壓光，并輔以人工拍打。

4夏季高溫施工技術措施

山口電站碾壓混凝土大壩工程因客觀原因錯過了冬季施工的黃金季節(jié)，大壩工程于2000年1月12日開始進行碾壓混凝土施工，當年5月碾壓混凝土大壩施工被迫進入夏季高溫季節(jié)，按慣例面臨停工的可能。通過參考其它工程的經(jīng)驗，結合實際和山口電站的特點，充分發(fā)揮碾壓混凝土水泥用量少、水泥水化熱低、混凝土收縮小、徐變度小及混凝土儲熱量少等特點[4]，制定了碾壓混凝土夏季高溫施工技術措施，高溫季節(jié)不間斷施工，達到預期效果。

4.1調(diào)整施工配合比

優(yōu)化混凝土原材料及施工配合比主要是采用低脆性、低熱水泥，高摻粉煤灰，摻高溫型緩凝高效減水劑等技術，并根據(jù)溫度變化及時調(diào)整施工配合比。

工程從5月開始使用龍游混凝土外加劑廠生產(chǎn)的BZ—1RCC15高溫型緩凝高效減水劑，外加劑摻量根據(jù)混凝土入倉溫度來確定，小于20℃時為0.55%，20—25℃時為0.60%，大于25℃時為0.7%。摻量為0.7%時，初凝時間為12h；同時在相同條件下，可降低水泥水化熱44%。

本工程所用的水泥具有高鐵、低鋁、高硅的低脆性低水化熱水泥，水化熱7d為239.2J/g，比中熱水泥低18%，同時在煤灰摻量為65%時僅為102J/g，比中熱水泥降低65%。

本工程及時調(diào)整粉煤灰摻量，使用合理的混凝土配合比，保證混凝土的絕熱溫升小于14℃，讓混凝土入倉溫度放寬到大于36℃，這成為夏季高溫施工的關鍵措施。

4.2降低混凝土的入倉溫度

（1）為保證混凝土入倉溫度不大于36℃，盡可能地降低原材料拌和時的基礎溫度，將各種材料料倉均搭設涼棚及噴霧設施。另外為減少砂石料的含水量損失，便于控制混凝土VC值，料倉上安裝噴霧設施。水泥、粉煤灰采取措施后平均降低溫度18.5℃。

（2）混凝土運輸控制

主要在皮帶機、真空溜槽上搭設遮陽棚等，減少混凝土在運輸過程中吸熱溫升，嚴格控制混凝土的停放時間，從出機口到現(xiàn)場碾壓的歷時不大于2h。

4.3倉面施工控制

倉面施工高溫施工的主要手段有：

（1）倉面噴霧保濕降溫是夏季高溫季節(jié)施工的重要手段。試驗證明通過倉面噴霧降溫，可使倉面氣溫降低5—10℃；同時，可使倉面VC值控制在小于15秒之內(nèi)，保證混凝土的壓實度及層間結合良好。（2）混凝土在碾壓時，利用碾壓機本身自行噴水2—4遍。（3）在可能出現(xiàn)冷縫的邊界及層面及時噴灑緩凝劑，延緩層面混凝土的初凝時間；加強條帶邊部混凝土的質(zhì)量控制；盡量避開溫峰時間開倉；加強混凝土的養(yǎng)護。

4.4控制效果

總體來說，在采取措施后比采取措施前降低約4℃。在近4年的運行過程中，山口電站大壩壩體上、下游均未發(fā)現(xiàn)有溫度裂縫。

5碾壓混凝土工程的防滲措施

滲漏問題是碾壓混凝土筑壩技術中較為普遍的問題。形成壩體滲漏通道的主要原因是，碾壓混凝土壩是采用大面積薄層碾壓而成的層狀結構，層面抗剪斷強度及抗?jié)B能力均低于本體，是影響壩體滲漏的關鍵因素。本工程采用的斜層平攤鋪筑法是從施工工藝上解決碾壓混凝土壩的滲透問題[5]。

斜層平推鋪筑法充分發(fā)揮了碾壓混凝土壩持續(xù)快速施工的特點，使層間間隔時間顯著降低。層間間隔時間是影響碾壓混凝土壩抗?jié)B性的關鍵因素，當層面處理方式相同時，碾壓混凝土的層面抗?jié)B標號也隨著層間間隔時間的延長而降低。若在下層混凝土未初凝前，澆筑上層碾壓混凝土，層面抗?jié)B性能較好，但若在下層混凝土初凝后再澆筑上層碾壓混凝土，則層面抗?jié)B性能會顯著降低。同時，斜層平推鋪筑法可以通過調(diào)節(jié)斜層坡比，人為地控制層間間隔時間，使其小于層間允許間隔時間。因此，斜層平推鋪筑法施工可改善和提高碾壓混凝土的層面抗?jié)B性能，提高碾壓混凝土壩自身的抗?jié)B能力。

斜層平推鋪筑法的鋪筑面積比較小，覆蓋時間較短，對高溫季節(jié)施工的制冷混凝土，可以減少溫度倒灌，噴霧等措施也易于實施，這就減小了壩體出現(xiàn)裂縫的可能性，從而增強了壩體的抗?jié)B性。在降雨中，由于斜坡面的存在，可以降低雨水對新澆碾壓混凝土的侵害，保證了碾壓混凝土的質(zhì)量。另外，碾壓混凝土壩施工入倉口的質(zhì)量始終是個薄弱環(huán)節(jié)，而采用斜層平推鋪筑法可取消入倉口，自然提高了碾壓混凝土大壩的綜合質(zhì)量。這些都是提高壩體抗?jié)B性的有利因素。

6結論

針對山口水電站碾壓混凝土壩的施工特點所采取的施工技術方案和措施在現(xiàn)場施工過程中得到了有效的實施。針對工程錯過了冬季施工黃金期、不得不在夏季高溫條件下施工的現(xiàn)象，制定了一系列措施，保證了各項指標符合設計要求，并按時完工。通過鉆孔取芯檢查，大壩碾壓混凝土質(zhì)量得到了業(yè)主和咨詢專家的一致好評，山口大壩的建設，為熱帶高溫地區(qū)的碾壓混凝土施工積累了了寶貴經(jīng)驗，奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]王圣培.我國碾壓混凝土筑壩技術的發(fā)展[A].中國水力發(fā)電工程學會碾壓混凝土筑壩專委會2003年度學術年會技術交流論文匯編[C].2