水電站碾壓混凝土重力壩施工技術(shù)分析

江 華

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

我國(guó)是一個(gè)水資源豐富但是分布極不均衡的國(guó)家，為保障區(qū)域供水安全、防洪安全，滿足灌溉、用電需求等，水利水電工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，并建成了各種材料、形式的大壩，如按照材料可分為土石壩、混凝土大壩等，也可分為堆石壩、重力壩、拱壩等類型。近些年，碾壓混凝土大壩已經(jīng)成為我國(guó)水電站首選壩型之一，兼具常態(tài)混凝土壩的安全性與土石壩的高效施工性。隨著此類大壩在各地的推廣，相應(yīng)的施工技術(shù)也不斷成熟，可滿足各種高壩施工要求。文章圍繞碾壓混凝土重力壩施工技術(shù)展開詳細(xì)分析。

1 碾壓混凝土大壩概述

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)水利事業(yè)發(fā)展迅猛，水電站數(shù)量不斷增加、規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，各種高壩、長(zhǎng)大隧洞的興建對(duì)施工材料、施工技術(shù)均提出了更高的要求，如錦屏一級(jí)高混凝土拱壩工程、古水面板堆石壩工程、龍灘碾壓混凝土壩工程、黃登水電站碾壓混凝土重力壩工程等均是我國(guó)近年來(lái)的重點(diǎn)工程。碾壓混凝土（RCC）是一種干硬性貧水混凝土，自20世紀(jì)90年代以來(lái)，超過(guò)100m的碾壓混凝土大壩進(jìn)入了快速發(fā)展階段，如今更是在各種巨型水利水電工程中被廣泛應(yīng)用。我國(guó)較為典型的碾壓混凝土壩統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 我國(guó)較為典型的碾壓混凝土壩統(tǒng)計(jì)情況

結(jié)合表1分析可知，筑壩時(shí)多采用重力壩結(jié)構(gòu)，沿用土石壩碾壓技術(shù)，筑壩材料性質(zhì)、壓后密實(shí)度的控制情況直接決定大壩質(zhì)量。

2 水電站碾壓混凝土重力壩施工技術(shù)要點(diǎn)

2.1 施工工藝選擇

水電站碾壓混凝土重力壩施工方法常用的有兩種，具體如下：

（1）平層通倉(cāng)法。平層通倉(cāng)法要求現(xiàn)場(chǎng)混凝土攤鋪覆蓋整個(gè)大壩倉(cāng)面，振動(dòng)碾全壩段，其施工流程如圖1所示。一般情況下，倉(cāng)面高度控制在1.5～3m、層厚30cm，若是遭遇高溫，可適當(dāng)減小倉(cāng)面高度。此施工方法層間結(jié)合效果好，倉(cāng)面一次碾壓成型，適用于碾壓混凝土與變態(tài)混凝土的結(jié)合。但是此工法對(duì)施工投入要求較高，必須具備較強(qiáng)的拌和站拌和能力、運(yùn)輸能力以及鋪筑、碾壓能力，要嚴(yán)格控制鋪筑時(shí)間、層間允許間隔時(shí)間，保證壩體質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 平層通倉(cāng)法施工流程

（2）斜層平推法。碾壓混凝土重力壩采用斜層平推法，主要是根據(jù)倉(cāng)面情況，從倉(cāng)面一端開始斜層澆筑，無(wú)需鋪滿整個(gè)澆筑倉(cāng)面，澆筑層按一定坡度朝著另一端延伸。此種工法運(yùn)用目的是減小作業(yè)面積，滿足層間允許間隔時(shí)間要求，最大坡度不得超過(guò)1∶10，防止出現(xiàn)輔料厚度不均的情況。斜層平推法施工工藝流程如圖2所示。此工法對(duì)拌和站拌和能力的要求相對(duì)較低，有利于減少施工單位相關(guān)人力、物力的投入，但是必須注意派專人負(fù)責(zé)坡腳、二次污染清理事宜，保證層間結(jié)合質(zhì)量，同時(shí)定期測(cè)量斜層攤鋪厚度、坡比，加強(qiáng)碾壓混凝土施工過(guò)程控制。

2.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）碾壓混凝土配比與拌和。碾壓混凝土屬于干硬性混凝土，在原材料質(zhì)量要求方面與常態(tài)混凝土基本相同，所有原材料均要檢驗(yàn)合格后方可投入使用，混凝土拌和需控制好投料順序、拌和容量與時(shí)間，保證拌和均勻，且每次拌和由專門的檢測(cè)人員進(jìn)行檢測(cè)，保證混合料質(zhì)量與設(shè)計(jì)要求相符。配合比參數(shù)選擇需落實(shí)各項(xiàng)試驗(yàn)，選擇最優(yōu)方案，具體要點(diǎn)如下：

圖2 斜層平推法施工流程

①最佳砂率骨料級(jí)配試驗(yàn)選擇試驗(yàn)。選擇設(shè)定條件下混凝土拌和物液化泛漿好、骨料掛漿充分、單位用水量最小時(shí)的砂率。以某工程試驗(yàn)為例，水膠比值為0.5時(shí)，砂率增加，含氣量隨之增加，二級(jí)配、三級(jí)配砂率分別為34%、32%時(shí)，單位用水量低，但是存在拌和物漿體不足、液化一般的情況，綜合確定碾壓混凝土二級(jí)配、三級(jí)最佳砂率分別為36%、33%，碾壓混凝土最佳砂率選擇試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。②骨料級(jí)配試驗(yàn)?？刹捎米畲笕葜胤ǎ?jí)配容重最大或空隙率最小的組合為最優(yōu)級(jí)配。③外加劑摻量試驗(yàn)。需根據(jù)《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5100—2014）進(jìn)行相關(guān)性能指標(biāo)對(duì)比試驗(yàn)，確定實(shí)際摻量，包括減水劑、引氣劑等。結(jié)合某項(xiàng)目分析顯示，減水劑摻量選擇0%～0.9%，先按0.05%遞加試驗(yàn)；引氣劑為0%～0.08%，然后按0.01%遞加試驗(yàn)。綜合分析確定減水劑摻量為0.7%、引氣劑為0.07%。碾壓混凝土重力壩施工中應(yīng)根據(jù)實(shí)際天氣、施工情況適當(dāng)調(diào)整配比，以VC值為主要參照指標(biāo)，如一般情況下確保拌和機(jī)口VC值為5～12s，高溫氣候調(diào)整為5～8s，低溫氣候則控制在9～12s，由此保證碾壓混凝土實(shí)際施工效果符合要求。碾壓混凝土拌和物檢測(cè)項(xiàng)目如表3所示。

表2 碾壓混凝土最佳砂率選擇試驗(yàn)結(jié)果

表3 碾壓混凝土拌和物檢測(cè)項(xiàng)目

（2）碾壓混凝土層間結(jié)合施工。無(wú)論采用平層通倉(cāng)法，還是斜層平推法，碾壓混凝土重力壩澆筑施工流程相對(duì)清晰，做好施工組織安排即可，其主要關(guān)鍵點(diǎn)也是薄弱點(diǎn)在于層間結(jié)合，碾壓混凝土層間結(jié)合質(zhì)量直接決定了大壩滲透性、抗剪強(qiáng)度。①新老結(jié)合面處理。當(dāng)碾壓混凝土一個(gè)升程澆筑完畢后，下一個(gè)升程澆筑前需做好原混凝土面的處理工作，控制好高壓水槍沖毛時(shí)間，具體根據(jù)施工時(shí)段的氣溫條件、混凝土強(qiáng)度以及設(shè)備性能等因素，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定，一般為碾壓混凝土終凝后的2～4h，不得提前。結(jié)合面要處理至縫面無(wú)乳皮，松動(dòng)骨料，以露出砂粒、小石為準(zhǔn)；縫面無(wú)積水、積渣、表面濕潤(rùn)等。若是處理效果不達(dá)目標(biāo)，要適當(dāng)進(jìn)行人工鑿毛處理。新混凝土澆筑前，平層通倉(cāng)法需先人工攤鋪水泥砂漿，斜層平推法則需在開倉(cāng)段鋪筑水泥砂漿，其余部位隨碾壓混凝土澆筑過(guò)程平推即可。②碾壓混凝土層間結(jié)合施工。碾壓混凝土施工中，鋪筑厚度控制是保證層間良好結(jié)合的重要措施之一，尤其是斜層平推法涉及斜層跛腳薄層尖角、二次污染問(wèn)題，必須在每一層攤鋪時(shí)落實(shí)測(cè)量檢查；及時(shí)清除坡腳、坡頂薄層尖角；每一倉(cāng)澆筑前規(guī)劃好入倉(cāng)道路，減少入倉(cāng)車輛帶來(lái)的水、混凝土污染等。此外，在進(jìn)行碾壓混凝土層間結(jié)合施工時(shí)，還需提高施工效率，減少層面暴露時(shí)長(zhǎng)，防止VC值損失過(guò)多，影響混凝土質(zhì)量。碾壓混凝土攤鋪時(shí)，由于骨料自重作用，可能會(huì)出現(xiàn)底部骨料偏多的情況，尤其是連續(xù)升程的層面上，一般在層面上是不鋪設(shè)砂漿的，又可能出現(xiàn)層面骨料架空的情況。因?yàn)榈撞抗橇掀嗷蚣?，碾壓混凝土又屬于干硬性材料，因此只靠振?dòng)、碾壓難以使骨料孔隙填滿，層間結(jié)合質(zhì)量不佳。對(duì)此，結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，需注意以下要點(diǎn)：控制好碾壓混凝土間隔時(shí)間，以控制在初凝時(shí)間為最佳；合理優(yōu)化碾壓混凝與配比，細(xì)骨料中細(xì)顆粒含量應(yīng)≥6%；上層混凝土VC值應(yīng)取小值，保證混凝土可碾性；碾壓時(shí)必須最后進(jìn)行靜壓，保證表面壓實(shí)度。③碾壓混凝土養(yǎng)護(hù)管理。碾壓混凝土是干硬性混凝土，在整個(gè)澆筑期間必須維持倉(cāng)面濕潤(rùn)，尤其在高溫天氣下，需適當(dāng)灑水、噴霧，減少碾壓混凝土表面水分的蒸發(fā)?；炷镣瓿蓾仓螅杓皶r(shí)落實(shí)相關(guān)養(yǎng)護(hù)措施，主要有灑水養(yǎng)護(hù)、噴霧養(yǎng)護(hù)、防護(hù)膜養(yǎng)護(hù)等，尤其是壩體永久外露面的養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為28d，保證壩體質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

3 工程案例

3.1 工程概況

案例項(xiàng)目為梯級(jí)水電站，主要任務(wù)為發(fā)電，總庫(kù)容為7.6億m3，屬于日調(diào)節(jié)水庫(kù)。該項(xiàng)目樞紐建筑物包括左右岸擋水壩、中孔八段以及溢流壩段，采用碾壓混凝土重力壩，最大壩高、壩頂長(zhǎng)度分別為168m、516m，碾壓混凝土方量約270萬(wàn)m3。該項(xiàng)目大壩混凝土（含消力池）工程量統(tǒng)計(jì)情況如表4所示。

表4 大壩混凝土工程量統(tǒng)計(jì)情況 單位：萬(wàn)m3

3.2 壩型選擇

該項(xiàng)目在可研階段確定了采用重力壩方案，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確與施工經(jīng)驗(yàn)豐富、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)比了碾壓與常態(tài)兩種不同材料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)綜合分析顯示，碾壓混凝土重力壩在工期、造價(jià)方面均占優(yōu)勢(shì)，最終決定采用碾壓混凝土重力壩建設(shè)方案。壩體內(nèi)部碾壓混凝土分為三個(gè)區(qū)域，具體如表5所示。

表5 碾壓混凝土分區(qū)情況

3.3 碾壓混凝土施工方法

該項(xiàng)目為實(shí)現(xiàn)盡快投產(chǎn)，經(jīng)優(yōu)化分析后決定采用斜層平推法+平層攤鋪法相結(jié)合的施工工藝，具體要點(diǎn)如下：

（1）施工流程。該項(xiàng)目碾壓混凝土施工流程如圖3所示。

圖3 碾壓混凝土施工流程

（2）施工方法。該項(xiàng)目倉(cāng)面面積較大，平層法需要較長(zhǎng)的層間覆蓋時(shí)間，而斜層施工可更好地保證層間間歇期，經(jīng)綜合決定采用平層+斜層鋪筑方法。具體實(shí)施方法如下：①開倉(cāng)部位平層鋪筑；②逐層縮短鋪筑長(zhǎng)度，形成斜坡面；③逐層斜層攤鋪碾壓，坡度控制在1∶15；④臨近收倉(cāng)部位，底層預(yù)留20m平層澆筑，并逐層加長(zhǎng)至收倉(cāng)。⑤部分倉(cāng)面較小部位，平層攤鋪碾壓。

（3）施工要點(diǎn)。該項(xiàng)目碾壓混凝土施工要點(diǎn)如下：①入倉(cāng)、平倉(cāng)、攤鋪。該項(xiàng)目開倉(cāng)前要做好倉(cāng)內(nèi)混凝土處理與邊界線、控制線的標(biāo)注工作，嚴(yán)格按施工方案實(shí)施作業(yè)；準(zhǔn)確把握卸料位置，使用TSY160L型激光平倉(cāng)機(jī)+D31Q-20小型平倉(cāng)機(jī)配合完成大面積與邊角部位的平倉(cāng)作業(yè)；每層攤鋪厚度控制在17cm，連續(xù)攤鋪兩層碾壓一次，兩層攤鋪厚度誤差≤3cm。②碾壓。采用流水作業(yè)法組織開展平倉(cāng)、碾壓施工，待澆筑部位分為多個(gè)條帶，平倉(cāng)機(jī)完成每一個(gè)條帶后，振動(dòng)碾立刻碾壓，采用進(jìn)退錯(cuò)距法，碾壓遍數(shù)為無(wú)振2遍+起振6～8遍+無(wú)振2遍；已攤鋪完成碾壓條帶邊緣、坡腳部位預(yù)留20～30cm，與下一條帶同時(shí)碾壓。③伸縮縫施工。該項(xiàng)目壩段間設(shè)伸縮縫，采用切縫機(jī)切縫，深度＞20cm，嵌入彩條布，尺寸為50cm×20cm（長(zhǎng)×寬）。④養(yǎng)護(hù)與噴霧。該項(xiàng)目碾壓完成后，采用噴霧養(yǎng)護(hù)方法，確保倉(cāng)面全部處于霧化區(qū)內(nèi)，當(dāng)陽(yáng)光直射較為強(qiáng)烈時(shí)，調(diào)大噴霧量，注意避免形成水滴，保證混凝土順利成型，減少裂縫問(wèn)題。

3.4 施工質(zhì)量管理

在碾壓混凝土重力壩施工中，質(zhì)量管理十分關(guān)鍵，該項(xiàng)目采用了澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)、混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)、PDA采集系統(tǒng)、進(jìn)度動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)碾壓混凝土各工序的全面管理。質(zhì)量評(píng)定結(jié)果顯示，碾壓混凝土的優(yōu)良率超過(guò)94.9%，工程等級(jí)為優(yōu)良，運(yùn)行中尚未出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在我國(guó)水電站工程建設(shè)中，碾壓混凝土重力壩建設(shè)數(shù)量越來(lái)越多，施工中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)項(xiàng)目情況、施工條件等合理選擇施工工法，包括平層碾壓、斜層碾壓，或者將兩種工法結(jié)合使用，嚴(yán)格按規(guī)范實(shí)施各道工序，把握好每層碾壓質(zhì)量，加強(qiáng)結(jié)合面施工控制，切實(shí)保證大壩順利成型，并通過(guò)合理的養(yǎng)護(hù)措施最大限度地減少裂縫問(wèn)題，為項(xiàng)目后期穩(wěn)定運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。