大壩混凝土缺陷處理施工技術(shù)的實例探析

李書鑫

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

我國幅員遼闊、江河縱橫，水能資源豐富，水利水電工程是實現(xiàn)水能資源開發(fā)利用的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對我國能源戰(zhàn)略調(diào)整、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。大壩修建是水利項目實施的關(guān)鍵內(nèi)容之一，作為重要的樞紐建筑物，大壩的質(zhì)量在一定程度上直接決定了水利工程運行的可靠性，為此必須落實大壩質(zhì)量缺陷的預(yù)防與處理工作。文章主要圍繞大壩碾壓混凝土施工問題展開詳細分析，此類筑壩施工技術(shù)充分利用混凝土壩斷面緊湊、整體性強等優(yōu)點，將土石壩施工機械化方法移植到混凝土壩鋪筑上，實現(xiàn)了快速、大倉面連續(xù)作業(yè)。

1 大壩混凝土施工技術(shù)概述

目前，隨著我國水利事業(yè)的發(fā)展，筑壩技術(shù)不斷提高，碾壓混凝土技術(shù)憑借機械化程度高、工期短、造價低等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用，截至2016年我國已建、在建碾壓混凝土壩共計192座，在全部水庫大壩中占比達0.2%，在筑壩經(jīng)驗、工藝創(chuàng)新等方面處于領(lǐng)先地位。

碾壓混凝土筑壩主要采用強力振動與碾壓的方法，將超干硬性混凝土壓實，具有特殊的結(jié)構(gòu)特性。結(jié)合工程實踐分析可得，采用薄層攤鋪、振動壓實的方法，大壩存在諸多層面，若是混凝土施工不到位，極易出現(xiàn)層面結(jié)合不好、壩身開裂以及壩體滑移等質(zhì)量缺陷，不利于大壩安全運行，甚至帶來不可估量的損失?；诖饲闆r，文章主要以大壩碾壓混凝土施工為研究對象，分析了常見的質(zhì)量缺陷及其影響因素，由此提出相應(yīng)的缺陷預(yù)防、處理技術(shù)，保證水利大壩安全可靠運行。碾壓混凝土大壩施工工藝流程如圖1所示。

2 大壩碾壓混凝土施工特點與常見質(zhì)量缺陷

2.1 碾壓混凝土施工特點

結(jié)合我國大壩碾壓混凝土施工方法的實際運用情況分析可知，其方法類似土石壩，但是體積更小、強度更高、防滲性更好，目前在水利工程項目中得到了廣泛運用，具體分析如下。

（1）碾壓混凝土特點。與常規(guī)混凝土相比，碾壓混凝土在以下四個方面存在顯著差異：

①膠凝材料用量少，通常為常規(guī)混凝土用量的60%。②摻合料（如粉煤灰）用量大，可達膠凝材料30%～60%。③混凝土基本無坍落度，以拌和物VC值表示混凝土干硬程度，一般為5～12s。④混凝土攪拌需采用強制式生產(chǎn)設(shè)備，以提高拌和效率。

圖1 碾壓混凝土大壩施工工藝流程

（2）碾壓混凝土筑壩特點?；谀雺夯炷敛牧献陨淼奶厥庑裕鄳?yīng)的筑壩施工也存在一些不同之處，具體特點歸納如下：①大壩基本不設(shè)縱橫縫，碾壓混凝土水泥用量低，水化熱少，通常情況下無需設(shè)置縱橫縫滿足伸縮需求，有利于大規(guī)模作業(yè)。②混凝土澆筑基本無需振搗，大壩碾壓混凝土施工時，主要是將混凝土料卸至倉面進行攤鋪、碾壓，不進行振搗操作。③大壩可實現(xiàn)全斷面施工，在節(jié)約人工、模板材料等方面具有顯著優(yōu)勢。④大壩碾壓混凝土施工方法類似堆石壩，但是由于采用混凝土材料，因此對攤鋪層厚、碾壓工藝要求更為嚴格，否則極易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。⑤與堆石壩不同的是，碾壓混凝土無專門的防滲體，需要靠壩體實現(xiàn)整體防滲，防止出現(xiàn)滲漏隱患，這對碾壓層面結(jié)合質(zhì)量提出了更高的要求。

2.2 碾壓混凝土常見質(zhì)量缺陷

大壩碾壓混凝土施工較為特殊，在攤鋪層厚、碾壓工藝、層面結(jié)合質(zhì)量方面提出了較高的要求，結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗，可將常見的碾壓混凝土缺陷及影響因素歸納如下。

（1）結(jié)合面強度不達標。碾壓混凝土采用多層攤鋪、碾壓施工工藝，結(jié)合面質(zhì)量控制十分關(guān)鍵，關(guān)鍵點包括：混凝土從拌和到碾壓結(jié)束時長控制在2h內(nèi)；碾壓混凝土層面鋪漿后下料；合理選用分層斜坡碾壓施工方法，縮短層間間隔。若是在工程作業(yè)中上述三點控制不當(dāng)，如混凝土初凝后方進行上層碾壓覆蓋、鋪漿范圍與下料范圍不一致，砂漿長時間暴露等問題，均將導(dǎo)致結(jié)合面出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，使結(jié)合面的強度不滿足設(shè)計要求，甚至引發(fā)嚴重的開裂、滲漏事故。

（2）壩身裂縫滲漏。壩身裂縫是大壩碾壓混凝土施工常見缺陷之一，碾壓混凝土大壩主要靠壩體防滲，一旦出現(xiàn)裂縫極易引發(fā)滲漏事故。碾壓混凝土壩身層間結(jié)合一般是薄弱環(huán)節(jié)，必須加強控制工藝。同時，原材料質(zhì)量不合格、配合比設(shè)計不當(dāng)、碾壓施工不當(dāng)、設(shè)備選型不合理，均會導(dǎo)致壩身產(chǎn)生裂縫，壩身裂縫滲漏主要影響因素如圖2所示。

圖2 壩身裂縫滲漏主要影響因素

（3）壩體滑移。壩體滑移也是大壩碾壓混凝土施工常見質(zhì)量缺陷，其主要是壩體填筑碾壓施工質(zhì)量不合格所致，壩體與地基結(jié)合不牢固，極易產(chǎn)生嚴重的安全事故，主要影響因素有碾壓混凝土配合比設(shè)計不合理、鋪筑厚度過厚、壓實功不足等，為此必須結(jié)合實際情況合理調(diào)整相關(guān)施工參數(shù)，保證大壩碾壓混凝土質(zhì)量達標。

3 大壩碾壓混凝土施工與缺陷處理實例

3.1 工程概況

文章僅以某大（Ⅰ）型水電站工程為例展開分析，此項目建設(shè)主要任務(wù)為發(fā)電，兼具防洪、航運等作用，樞紐工程壩型選用碾壓混凝土重力壩，具體設(shè)計參數(shù)如表1所示，大壩按初期斷面施工，引水發(fā)電系統(tǒng)土建部分除進水口壩段外按400m設(shè)計一次建成。該項目采用隧洞導(dǎo)流施工方法，分左、右岸布置，尺寸為16m×21m（寬×高），長度分別為598.63m、849.42m，采用碾壓混凝土圍堰。

表1 碾壓混凝土重力壩設(shè)計參數(shù)

3.2 大壩碾壓混凝土施工缺陷預(yù)防措施

該項目大壩碾壓混凝土施工中，主要采用以下控制措施，防止出現(xiàn)各種質(zhì)量缺陷：

（1）混凝土配合比優(yōu)化控制。①原材料質(zhì)量控制。該項目選用低水化熱水泥、Ⅰ級粉煤灰，選用人工砂石骨料（石灰?guī)r破碎生產(chǎn)），摻入0.60%的緩凝高效減水劑與引氣劑，每種材料廠家均經(jīng)過嚴格比選，并進行了相應(yīng)的試驗分析，確保原材料品質(zhì)合格。②配合比設(shè)計優(yōu)化控制。結(jié)合該項目碾壓混凝土大壩施工現(xiàn)場實際情況分析可知，施工質(zhì)量影響因素眾多，若選用低貧碾壓混凝土施工，如何達到密實度指標是一大難點；選用富漿混凝土施工，則膠凝材料的用量與常規(guī)混凝土基本一致，壩體溫度不容易控制。故該項目在設(shè)計混凝土配合比時，決定采用較富膠凝材料用量、較小單位用水量，參考碾壓混凝土技術(shù)指標要求進行試驗分析，如表2所示。

由此可得，具體優(yōu)化控制要點如下：骨料選用連續(xù)級配，砂率比同等級標號混凝土大3%～5%，試驗確定RⅠ、RⅣ砂率分別為32%、38%；碾壓混凝土夏季高溫、大倉面施工，必須添加外加劑，高效緩凝減水劑（ZB-1RCC15、JM-Ⅱ）、引氣劑（ZB-1G）復(fù)合雙摻，濕篩混凝土含氣量、VC值分別為3.0%～4.0%、3～7s。

表2 水電站大壩工程碾壓混凝土技術(shù)指標

（2）VC值優(yōu)化控制。該項目碾壓混凝土施工中，選用改良型HGC-1型振動臺測定VC值，同時該項目主體碾壓混凝土澆筑量超過500萬m3，且入場方式、運輸時間以及碾壓間隔時間、倉內(nèi)噴霧情況存在較大差異，VC值損失波動大，為此必須加強施工管理，具體控制要點如下：①動態(tài)控制VC值。機口、倉面VC值控制在5～9s、4～10s，盡可能保持穩(wěn)定。②噴霧機改進措施。該項目內(nèi)胎噴霧機選裝3～5個KB80100型空圓錐形噴嘴，以便調(diào)整噴霧機流量。

（3）層間間歇時間控制。層間間歇時間控制是保證碾壓混凝土層間結(jié)合面質(zhì)量的重要措施，該項目主要以碾壓混凝土初凝時間為標準進行控制，結(jié)合區(qū)域氣候、配合比設(shè)計情況，經(jīng)由室內(nèi)試驗、現(xiàn)場工藝試驗后確定層間間歇時間要求如表3所示，施工中嚴格按此參數(shù)進行控制。

表3 層間間歇時間要求 單位：h

（4）倉內(nèi)保濕降溫措施。該項目倉內(nèi)保濕降溫措施：一是碾壓好的混凝土面及時覆蓋EPE混凝土保溫被（厚度2cm）；二是噴霧保濕。經(jīng)實測顯示，混凝土溫度回升較小、表面濕潤。

（5）混凝土溫控防裂。考慮到該項目碾壓混凝土施工實際情況，每年3—10月澆筑的混凝土，采用通10℃水冷卻14d，水管間距1.5m，防止混凝土出現(xiàn)溫縮裂縫。

3.3 大壩碾壓混凝土施工缺陷處理措施

該項目施工完成后，檢查發(fā)現(xiàn)一些施工層面裂縫，均屬于無危害性裂縫，對于此類施工缺陷主要采用以下處理措施：（1）表面蜂窩、麻面。此類缺陷直接鑿除、打磨，并使用比澆筑混凝土高一等級的混凝土、砂漿進行修補。（2）錯臺、掛簾。此類缺陷使用鐵鏟鏟除、角磨機打磨即可。（3）壩體薄弱面。該項目施工中發(fā)現(xiàn)部分壩段存在滲水區(qū)域，具體如表4所示，根據(jù)調(diào)查顯示主要是冷水管擠破或接頭脫開漏水后帶走層面漿體所致。經(jīng)綜合分析決定采用化學(xué)灌漿、細水泥灌漿處理處理方法，同時滲水區(qū)域設(shè)鋼筋樁。

3.4 大壩碾壓混凝土施工質(zhì)量情況

該項目碾壓混凝土379個單元，合格率100%、優(yōu)良率88.6%，工程質(zhì)量目標完成情況優(yōu)良。

表4 滲水區(qū)域統(tǒng)計情況

4 結(jié)束語

綜上所述，在我國水利大壩施工中，碾壓混凝土逐漸成為一種主流筑壩材料，其在利用工業(yè)廢料、節(jié)約水泥以及加快施工速度等方面均有一定的優(yōu)勢，尤其是我國近些年在此筑壩技術(shù)方面獲得了較多的研究成果，筑壩數(shù)量、高度、工藝等均居于世界領(lǐng)先地位。文章主要圍繞碾壓混凝土筑壩施工質(zhì)量控制問題展開分析，其常見的質(zhì)量缺陷有結(jié)合面強度不達標、壩身裂縫、壩體滑移等，究其根本主要是原材料質(zhì)量、配合比設(shè)計以及攤鋪厚度、碾壓施工控制不到位所致，對此必須加強對碾壓混凝土筑壩各道工序的質(zhì)量管理，預(yù)防各種缺陷問題的出現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)蜂窩、麻面、裂縫、薄弱面等問題應(yīng)及時處理，尤其是必須做好裂縫、薄弱面問題的追溯工作，根據(jù)缺陷產(chǎn)生的原因確定處理方法，保證大壩實際運行安全可靠。