周冠卿

（中國(guó)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(yīng)用

周冠卿

（中國(guó)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(cāng)面、薄層連續(xù)快速施工的特點(diǎn)；對(duì)于碾壓混凝土高重力壩，由于倉(cāng)面過(guò)大，采用平層碾壓時(shí)，很難在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)覆蓋；需要減小碾壓倉(cāng)號(hào)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(yàn)，可供類(lèi)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(zhǎng)516m，分24個(gè)壩段；混凝土總量約360萬(wàn)m3，其中碾壓混凝土292萬(wàn)m3，約占?jí)误w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(kāi)始澆筑，較總進(jìn)度推遲了9個(gè)月；后業(yè)主又提出提前3個(gè)月發(fā)電目標(biāo)，這就等于大壩混凝土澆筑工期壓縮了12個(gè)月，實(shí)際工期為22個(gè)月。

根據(jù)大壩工程高度壓縮的建設(shè)工期，要求大壩碾壓混凝土必須快速施工，同時(shí)為縮短層間間隔時(shí)間，提高層面結(jié)合質(zhì)量，也需要加快碾壓混凝土施工速度和提高施工強(qiáng)度。

2　問(wèn)題提出

2.1不同季節(jié)倉(cāng)號(hào)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(gè)倉(cāng)號(hào)（每倉(cāng)12個(gè)壩段，每壩段長(zhǎng)約20m），由2個(gè)承建單位分別施工；主要靠汽車(chē)直接入倉(cāng)，倉(cāng)號(hào)面積控制在10000m2左右。當(dāng)拌合、運(yùn)輸?shù)仁┕l件不能滿(mǎn)足混凝土初凝前覆蓋的要求時(shí)需減小倉(cāng)面面積：常溫季節(jié)最好控制在5000m2以?xún)?nèi)；高溫季節(jié)宜控制在3000m2以?xún)?nèi)，以保證覆蓋時(shí)間。

2.2斜層碾壓必要性

減小倉(cāng)面面積的方法可將左右岸大倉(cāng)號(hào)分別分成3～4個(gè)小倉(cāng)號(hào)。汽車(chē)入倉(cāng)道路均沿兩岸山坡，運(yùn)輸汽車(chē)跨倉(cāng)困難。經(jīng)比較，采用斜層碾壓施工可以解決減小倉(cāng)號(hào)面積、初凝時(shí)間覆蓋問(wèn)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(shí)間需要8h；若采用斜層碾壓覆蓋時(shí)間為3.5h，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(jì)算

以壩體下部3個(gè)壩段為例，長(zhǎng)=155m，寬B=62m；平層碾壓倉(cāng)面面積為9610m2；采用斜層碾壓，碾壓倉(cāng)號(hào)面積W=B×（a+nH）= 62×（10+10×6）=4340m2。見(jiàn)圖1。

圖1　斜層碾壓面積計(jì)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(yīng)特別強(qiáng)調(diào)如下問(wèn)題：

3.1進(jìn)行倉(cāng)號(hào)規(guī)劃

右岸采用自卸汽車(chē)直接入倉(cāng)的最大倉(cāng)面出現(xiàn)在5區(qū)，最大倉(cāng)面面積為12214m2，高程為1232.50m；左岸采用自卸汽車(chē)直接入倉(cāng)的最大倉(cāng)面出現(xiàn)在4區(qū)，最大倉(cāng)面面積為11734m2高程為1190.50m；采用負(fù)壓溜槽入倉(cāng)的最大倉(cāng)面出現(xiàn)在12區(qū)，最大倉(cāng)面面積為8834m2，高程為1253.50m。施工均采用平層通倉(cāng)法施工，層厚30cm，按6h覆蓋一層計(jì)算。確定分倉(cāng)、斜層方向、碾壓坡度、層厚等指標(biāo)，計(jì)算實(shí)際碾壓施工面積，使斜層碾壓面積與施工設(shè)備等條件匹配，原則上不超過(guò)3000m2為宜，常溫季節(jié)可擴(kuò)大為5000m2。

3.2確定斜層坡比

為達(dá)到壓實(shí)的效果，需根據(jù)設(shè)備、拌合物性能及其他因素確定坡比。坡比的確定應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以不影響碾壓遍數(shù)和相對(duì)密實(shí)度為準(zhǔn)，一般采用10～15%。

3.3確定斜層方向

官地根據(jù)倉(cāng)號(hào)形狀，考慮到對(duì)大壩抗剪有利，避免對(duì)新澆混凝土反復(fù)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(yīng)順坡向碾壓，平層碾壓方向應(yīng)垂直水流方向碾壓，見(jiàn)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(jié)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)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(yán)格按照該《工法》施工。每碾壓升層開(kāi)倉(cāng)前編制倉(cāng)面作業(yè)指導(dǎo)圖，碾壓混凝土、變態(tài)混凝土、冷卻水管、誘導(dǎo)縫施工等關(guān)鍵部位由技術(shù)人員控制，并配置倉(cāng)面總指揮負(fù)責(zé)倉(cāng)面協(xié)調(diào)。開(kāi)倉(cāng)時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行10m長(zhǎng)平層段和斜層一起碾壓；中間碾壓工藝同平層；收倉(cāng)時(shí)，為保護(hù)二級(jí)配防滲混凝土，必須留10m平層和斜層一起碾壓。見(jiàn)圖3。

圖3　斜層碾壓封倉(cāng)示意圖

4　施工注意問(wèn)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(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)信息的收集工作，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的雨情和氣溫情況，妥善安排施工進(jìn)度。并制訂雨天及高、低氣溫條件下的施工細(xì)則報(bào)監(jiān)理人批準(zhǔn)后執(zhí)行。和平層碾壓相比，施工中應(yīng)特別注意的問(wèn)題：

4.1在老混凝土面上及時(shí)鋪筑砂漿

碾壓坡度按照1：10，砂漿鋪筑寬度約3m，可計(jì)算出一次鋪筑量；碾壓混凝土鋪料前及時(shí)按面積鋪筑砂漿，不能多鋪或少鋪。

4.2鋪料前對(duì)坡腳前緣進(jìn)行清理

坡腳前緣部位容易產(chǎn)生骨料集中，加之振動(dòng)碾碾壓和汽車(chē)等設(shè)備行走，骨料易被壓碎或形成透水帶，需在鋪料前對(duì)坡腳前緣及時(shí)清理。否則整個(gè)間歇層面將成為薄弱透水層面，垂直水流風(fēng)向斜層碾壓時(shí)尤為重要。

4.3認(rèn)真組織收倉(cāng)段碾壓混凝土施工

斜層碾壓混凝土施工進(jìn)入收倉(cāng)段，混凝土入倉(cāng)方式可能改變?yōu)槠C(jī)、或溜管、或溜槽、或貝雷橋等間接入倉(cāng)手段，其施工強(qiáng)度將降低，為此，需增加設(shè)備投入，認(rèn)真組織，保證在混凝土初凝時(shí)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(shí)度檢測(cè)頻率，以確保碾壓質(zhì)量。

4.4加大密實(shí)度檢測(cè)頻率

由于斜層碾壓時(shí)振動(dòng)碾對(duì)斜面正壓力減弱，和平層碾壓同樣遍數(shù)，不能達(dá)到最大壓實(shí)度要求，必須增加碾壓1～2遍再檢測(cè)。壓實(shí)度檢測(cè)頻率應(yīng)增加10～20%，碾壓設(shè)備應(yīng)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(shè)處、廊道周邊和其它孔口周邊等不能用振動(dòng)碾碾壓部位。通過(guò)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(shí)，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(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。斜層鋪筑變態(tài)混凝土施工時(shí)，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(shí)，變態(tài)混凝土全部改為機(jī)拌變態(tài)混凝土施工。

5　倉(cāng)號(hào)實(shí)例

以倉(cāng)號(hào)14#～16#壩段EL1186～EL1196為例，介紹斜層碾壓工藝，見(jiàn)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(yīng)要求

該倉(cāng)號(hào)屬?gòu)?qiáng)約束區(qū)，倉(cāng)號(hào)面積9010m2，升層6m，混凝土總量54000m3。澆筑時(shí)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(jī)口混凝土溫度≤12℃，混凝土澆筑溫度≤17℃，混凝土覆蓋時(shí)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(qiáng)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(biāo)供料問(wèn)題（需要2×3m3自落式），實(shí)際產(chǎn)量為75+220=295m3/h。

5.3混凝土澆筑強(qiáng)度分析（見(jiàn)表1）

表1　斜層碾壓與平層碾壓混凝土澆筑強(qiáng)度分析表

通過(guò)表1分析可見(jiàn)，該倉(cāng)號(hào)若采用平層碾壓，覆蓋時(shí)間需要9.2h，只能采用斜層鋪筑碾壓。由于收倉(cāng)速度變慢，實(shí)際施工用了9d時(shí)間，保證了層間結(jié)合質(zhì)量。

6　碾壓混凝土卸料、攤鋪、平倉(cāng)

碾壓混凝土采用大倉(cāng)面通倉(cāng)薄層鋪筑。鋪設(shè)碾壓混凝土前，施工縫鋪設(shè)1.5～2cm厚水泥砂漿，變態(tài)及防滲區(qū)內(nèi)（二級(jí)配范圍）每個(gè)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(shí)間，因氣溫、空氣濕度而異，一般為6～8h。超過(guò)此時(shí)段，要經(jīng)過(guò)處理才能繼續(xù)澆筑。

卸料、攤鋪、平倉(cāng)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(cāng)條帶可平行水流方向，但迎水面8～15m范圍內(nèi)碾壓方向應(yīng)垂直水流方向。平倉(cāng)厚度每層34cm，每次攤鋪厚度為17cm左右。

采用負(fù)壓溜槽入倉(cāng)時(shí)，倉(cāng)內(nèi)配25t自卸汽車(chē)倒運(yùn)攤鋪。自卸汽車(chē)采用退鋪法兩點(diǎn)式卸料，汽車(chē)卸料要做到邊慢行邊卸。兩點(diǎn)式卸料可減小堆料高度，減輕骨料分離。汽車(chē)卸料要卸在已平倉(cāng)尚未碾壓的碾壓混凝土面上，以免平倉(cāng)機(jī)攤鋪平倉(cāng)時(shí)擾動(dòng)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(shí)平倉(cāng)，原則上要求邊卸料、邊平倉(cāng)以便碾壓混凝土料始終卸在已平倉(cāng)的碾壓混凝土面上。卸料堆出現(xiàn)骨料分離時(shí)，人工配合將分離骨料均勻散鋪到未完成平倉(cāng)作業(yè)的含砂漿較多處或新混凝土面上。

平倉(cāng)采用平板式履帶平倉(cāng)機(jī)，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(jié)束語(yǔ)

斜層碾壓最大優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行大倉(cāng)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(shí)間，提高層間混凝土的結(jié)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(jī)拌變態(tài)混凝土施工，實(shí)踐證明，只要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制力度，通過(guò)鉆孔取芯、壓水試驗(yàn)，大壩斜層碾壓施工質(zhì)量是可以保證的。芯樣最大長(zhǎng)度18.28m，骨料分布均勻，無(wú)明顯碾壓縫和間歇縫痕跡，各種強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；壓水試驗(yàn)滲透系數(shù)在0.02～0.036Lu之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

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