李家河水库大坝碾压混凝土施工质量控制要点分析

郭 仪 乔 峰

（1.西安市辋川河引水李家河水库工程建管处 陕西 西安 710065；2.中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 陕西 西安 710065）

碾压混凝土（RCC）是一种干硬性贫水泥的混凝土，其主要施工过程为混凝土入仓，薄层铺筑、振动、碾压。与常态混凝土相比，具有施工速度快、机械化强度高、施工分缝少、水泥用量少、工程造价低、施工污染小等优点，但同时，因其干硬性、贫水泥、振动碾压的特点，导致了如下问题的出现：①施工工艺过程复杂；②施工节奏快，对整个系统要求较高；③层间结合强度相对较低、抗渗能力相对变弱。所以，碾压混凝土的质量控制相对常态混凝土环节更多，难度更大，对施工单位和监理单位提出了更高的要求。本文结合李家河水库工程碾压混凝土大坝施工管理，提出质量控制的要点，分析总结各个要点对混凝土质量的影响，力求对施工的相关质量控制起到积极指导作用。

1 工程概况

李家河水库工程位于西安市东南部的灞河支流辋川河中游，水库枢纽位于蓝田县城东南23km的玉川乡李家河村附近，距西安市约68km。该工程大坝为碾压混凝土双曲拱坝，最大坝高98.5 m，碾压混凝土37.84万m3，浇筑常态混凝土28.64万m3。工程主要是解决灞桥、阎良、蓝田县城、洪庆组团、纺织厂组团、阎良航空基地及白鹿塬五乡镇生产生活用水问题。

2 质量控制要点

对于碾压混凝土的施工质量控制按照《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T5112-2009）要求进行。由于本工程各种原材料满足DL/T5112-2009要求，且质量相对稳定，故碾压混凝土施工质量控制工作重点为混凝土从拌合到碾压的过程控制。针对碾压混凝土的特点，主要从混凝土的工作度、凝结时间、摊铺、碾压、层间结合时间、碾压密实度及混凝土浇筑温度等环节进行了控制。

2.1 碾压混凝土工作度

碾压混凝土拌和物的工作度（即VC值）是拌合物性能的一项重要参数，早期的碾压混凝土VC值采用20s±10 s，波动较大，而过大的VC值导致碾压混凝土松散无粘性，在拌和、运输和摊铺过程中极易发生骨料分离和大骨料的集中现象，层间结合和抗渗能力也较差，易形成渗漏通道。

在大量的工程实践中，碾压混凝土不断汲取常态混凝土的优点，其VC值逐渐由大到小，混凝土由起初的非常干硬逐渐发展为无坍落度的半塑性混凝土。现代碾压混凝土设计VC值基本采用2 s～12 s，并且根据施工现场的气候条件变化动态选用和控制，这样不仅将VC值的控制范围缩小，更重要的是对VC值选用提出动态的控制，更为机动灵活、也更接近工程实际。工程实践也表明，较小的VC值能较大的改善碾压混凝土拌合物的粘聚性，有效避免骨料的分离，延长混凝土的凝结时间，容易液化泛浆提高可碾性，有效提高施工进度，同时也提高了层间结合强度、抗渗性能以及整体性能。

2.1.1 影响VC值波动的因素

通过对拌合楼混凝土生产的质量统计分析，影响VC值波动的因素主要有：

（1）用水量

混凝土的用水量对VC值影响明显，本工程试验结果表明，VC值每增/减1 s，用水量减/增约1.5 kg，但如果单纯依靠增减用水量来调整VC值，会对碾压混凝土的水灰比产生影响，进而影响混凝土的强度。而且，如果配合比不太合理，特别是在细骨料石粉含量偏低的情况下，容易出现泌水现象，造成砼表面强度、抗风化和抗侵蚀能力降低，施工中应尽量避免。

（2）浆砂比

浆砂比是指碾压混凝土中的浆体（水+水泥+粉煤灰+石粉）体积与砂浆的体积之比。大量的工程实践统计结果表明，浆砂比对混凝土的碾压质量影响较大，其数值应不小于0.4，适当的提高石粉含量对提高混凝土的碾压质量作用明显。本工程施工配合比其浆砂比基本为0.43～0.46，拌合物粘聚性好，骨料分布均匀，液化泛浆较快，粘性较好而且无泌水现象。

（3）外加剂掺量

通过调整外加剂掺量的办法调整混凝土VC值大小，可达到改善混凝土拌合物性能的目的，能满足不同条件下碾压混凝土施工。

2.1.2 调整VC值的措施

混凝土的施工配合比是在规程规范规定的标准条件下试验确定的，但施工现场情况复杂，可能与之差异较大。为了保证碾压混凝土在高温、干燥和大风等不利自然气候条件下的施工质量，必须对施工配合比进行动态的控制和适当调整。而VC值的调整是保证碾压混凝土质量的关键。

在李家河水库工程混凝土前期施工方案讨论时，曾考虑施工中调整VC值的措施主要有：①调整拌合用水量；②仓面直接洒水；③调整外加剂的掺量等。但由于调整拌合用水量和仓面直接洒水的方法容易改变碾压混凝土的水胶比，影响混凝土的强度，对层间结合也不利，通过对VC值影响因素的综合分析，放弃了这两种措施。本工程采取的主要措施是：严格保证配合比的基本参数不变，适当调整外加剂的掺量，达到延缓凝结时间和降低VC值的目的。另外，通过喷淋水雾改善仓面小气候，从而达到降温和保持混凝土表面的湿度，减小浇筑过程中的VC值损失。

李家河水库工程碾压混凝土拌和物的设计工作度（VC值）以混凝土入仓到碾压完毕有良好的可碾性，并且在上层混凝土覆盖前，下层混凝土表面仍然能保持良好的可碾性为准。其数值根据施工现场的气候条件变化动态选用和控制：遇到雨天或夏天太阳直射时，VC值按照规定值的上限或下限控制，比如在5月份实际采用仓面VC值为3s～7s，出机口VC值为1s～3s进行控制。

2.2 凝结时间

碾压混凝土的凝结时间尤其初凝时间，是施工组织设计中应重点考虑的因素之一，混凝土凝结时间直接影响到层间结合效果、浇筑分仓的大小、浇筑上升速度、混凝土原材料储备、拌合运输能力、摊铺碾压机械配置和混凝土浇筑温度控制等各个方面。本工程地处秦岭北麓山区，施工中，通过混凝土配合比试验，在春季气温为2℃～15℃时，采用混凝土凝结时间初凝约为12 h，终凝约为25 h；5月份以后气温较高，中午可达30℃以上，及时对混凝土凝结时间进行调整，采用在标准条件下（温度20±3℃）混凝土初凝时间约为19 h，终凝时间约为32 h，模拟施工环境下的凝结时间初凝约为15 h，终凝约为21 h进行控制，满足了浇筑层间结合和浇筑温度控制的需要。

对本工程混凝土的凝结时间进行大量试验检测后发现，在目前外加剂品种及石粉含量基本稳定的常温条件下，减小碾压混凝土的VC值，可延长混凝土的凝结时间。VC值每减小/增加1 s，碾压混凝土初凝时间相应延长/缩短约20min～30min；在气温接近30℃的情况下，VC值每减小/增加1 s，碾压混凝土初凝时间相应延长/缩短约10min～20min。在VC值基本一致的情况下，气温每升高1℃，碾压混凝土初凝时间相应缩短约10min～20min。在高温季节施工时，应尽量保证碾压混凝土的VC值按下限控制，并在施工现场做好相应的保湿工作，减小混凝土的VC值损失。

在这些检测统计结果的指导下，混凝土的凝结时间控制难度大幅降低，同时混凝土的生产质量和效率明显提高。

2.3 摊铺

碾压混凝土的施工速度主要受拌和能力和布料速度的影响，选择合适的布料方式和布料厚度以及施工机械是非常重要的。碾压混凝土比较干硬，表面粗糙，平整度差，合适的机械能使布料的密实度和虚铺厚度均匀一致，混凝土表面平整度得到提高，有利于混凝土碾压质量的控制。

本工程采用SD-160履带式推土机平仓，功率为220马力，摊铺宽度4 m，能控制并保持摊铺厚度符合要求，平整度高，适合大面积施工。但也存在转弯不灵便、边角部位无法施工的缺点，故而在施工现场备用一台反铲用于边角部位及预制件周围的混凝土摊铺，使得碾压混凝土的摊铺能高质量高效率的完成，保证了施工进度。同时，安排专人负责检查处理机械摊铺中出现的骨料集中，及时对其部位进行人工分散处理。

2.4 碾压

在原材料质量合格和混凝土拌合物性能符合要求的情况下，RCC混凝土的强度和其他性能主要取决于碾压混凝土所能达到的密实度。要达到要求的密实度，正确选用压实机械和工艺参数极其重要。

李家河水库工程碾压混凝土大坝施工组织设计中振动机械的选择考虑多方面的因素，主要是施工作业面较大，最大可达4500m2。综合考虑，采用两台B W202AD-2型串联式振动碾(10 t)作为主要的压实机械，其压实效果和牵引性能较强，它以两个光轮的振动作用进行压实作业，其前后轮分配值量均等，碾压宽度为1.8 m，最小转弯半径为6.2 m，振动频率和振幅分别是：高振幅为40Hz、0.74mm；低振幅为50Hz、0.35mm。其激振力高振幅时为270kN，低振幅时为360kN。对于振动碾不能到达的边角、有预制件或观测仪器埋设的部位周围，则采用B W-75 s型手扶式振动碾进行压实，同时也可对变态混凝土表面收平作业。

本工程碾压混凝土施工前，进行了现场生产性工艺试验。根据试验结果，现场施工中摊铺厚度按35cm控制，碾压后层厚30cm，在静压2遍，振动碾压6遍的情况下，施工速度较快，碾压效果较好。对于个别部位混凝土层厚较大，振动碾的能量传递越往深处越小，混凝土液化效果相对表层变差，由于核子密度仪检测深度为30cm，虽然检测结果显示正常，但在厚度加大的部位如大坝预埋件周围等，其密实度实际结果可能与检测值有所出入。故而，要求施工时要尽量严格控制摊铺厚度，对于个别厚度加大部位，采用适当增加碾压遍数的方法来保证混凝土的碾压密实度。

在碾压过程中，振动碾的行进速度、碾压遍数以及碾压方向都对压实效果产生直接影响，因此，在碾压过程中按照以下要求进行操作：

（1）卸料和平仓应严格控制三级配、二级配碾压混凝土的分界线，碾压混凝土推铺宽度应满足施工设计的规定。条带宽度最大误差应小于30cm。

（2）在施工缝面上铺砂浆、水泥粉煤灰净浆前，应清除二次污染物，铺浆后立即覆盖碾压混凝土。铺砂浆、水泥粉煤灰净浆时，应确保铺料均匀。

（3）碾压方向应垂直于水流方向，碾压作业采用搭接法。碾压条带间的搭接宽度为20cm～30cm，端头部位的搭接宽度不小于100cm。

（4）振动碾行走速度控制在1.0km/h～1.5km/h内。

（5）对碾压条带开始和结束的部位，振动压路机只有后轮或前轮进行碾压，即比正常碾压部位少碾压一半，需予以补碾后方可完成本条带的碾压作业。对作为水平施工缝的层面或冷缝，在达到规定的遍数及密实度后，尚需进行1～2遍的静压作业。

（6）对连续上升铺筑的混凝土，混凝土从拌和到碾压完毕的时间控制在2 h内。

（7）对碾压层内铺筑的条带边缘，预留20cm～30cm的宽度与下一条带同时碾压。并且碾压时间应控制在直接铺筑所允许的时间内。

（8）每层碾压作业结束后，采用核子密度仪，按网格布点及时检测混凝土的密实度。当所测密实度低于规定指标时，立即采取补碾措施。

检测结果表明，在规定的碾压行进速度和碾压遍数下，其密实度均符合设计要求的98%，压实效果良好，压实设备和工艺参数选择合理。

2.5 层间间隔时间

层间结合面是碾压混凝土坝防渗的薄弱环节，为了保证碾压混凝土施工的层间结合质量，碾压施工时，应尽量保证在下层混凝土初凝前覆盖完上层混凝土，即控制层间间隔时间在合适的范围内。

根据本工程工艺试验结果，并结合大量工程实践，如果是在初凝后覆盖的，新混凝土浇筑前，碾压混凝土尚未终凝的，层面要求铺洒水泥粉煤灰浆；如果是在下层混凝土完全终凝以后覆盖上层混凝土的，层面应按施工缝处理，要求凿毛清理，并在覆盖混凝土前先铺10mm～20mm的水泥砂浆。

本工程施工速度基本能够保证在下层混凝土初凝前覆盖完上层混凝土，故可连续上升。对于个别时段因拌合楼或施工机械故障引起的施工进度滞后，也根据具体时间采取了相应的措施，可有效保证层间结合效果。通过对坝体碾压混凝土钻孔取芯，直观地观察碾压混凝土的层间结合情况，经过多次钻孔取样观察，各碾压层间结合良好，证明本工程对混凝土凝结时间的控制措施得当。

2.6 密实度检测

对于碾压混凝土，目前主要是通过检查密实度是否达到规范或设计要求来控制其施工质量，所以控制其密实度是施工现场质量控制的重中之重。因有时受骨料集中的影响，某些点的混凝土密度可能大于控制密度，但其碾压质量却不一定符合要求。为防止出现这一现象，我们在核子密度仪检测的同时，还对碾压混凝土进行坑探，观察断面是否存在骨料集中、内部疏松或空洞，综合判断其密实度是否满足要求。经多次检测，两者判断结果基本一致。截止目前已经检测1250个点，其中一次检测合格点1180个，复碾后检测点70个，压实度一次合格率94.4%，总体合格率100%。

2.7 混凝土浇筑温度控制

李家河水库大坝混凝土浇筑最大仓面达4500m2左右，属大体积混凝土施工，为防止产生温度应力裂缝，施工中从原材料、工艺措施和施工质量控制等方面进行综合控制。

2.7.1 设计温控措施

在本工程设计阶段，我们委托西安理工大学针对李家河水库大坝工程实际，进行了温度应力计算和施工温控方案专题研究。根据温控仿真计算，确定在坝体强约束区混凝土容许温差为14.5℃～12℃，弱约束区混凝土容许温差为16.5℃～14.5℃，新老混凝土层间容许温差为17℃，混凝土内外温差控制标准为23℃，各月混凝土允许浇筑温度见表1。设计在沿坝轴线方向布设了5条诱导缝和2条横缝，来改善坝体温度应力分布。同时，在坝体内每隔1.5 m设置一层间距1.5 m的冷却水管，在混凝土浇筑初期就进行冷却水降温。

2.7.2 施工温控措施

本工程大坝碾压混凝土施工，采取的主要温控工作分为混凝土浇筑前、浇筑中和浇筑后三个阶段进行，主要措施有：

表1 李家河水库大坝混凝土各月允许浇筑温度 （单位：℃）

（1）在浇筑前加强混凝土原材料及混凝土性能的研究，经过了三次配合比试验，在混凝土中掺加Ⅱ级粉煤灰和F DN-3缓凝高效减水剂，在保证混凝土强度、抗渗、抗冻、极限拉伸、均匀性等各项指标的前提下，优化混凝土配合比，有效降低混凝土中的水化热温升，提高混凝土的抗裂能力。

（2）施工中的温控措施有：①对原材料的温度进行控制。通过提高骨料堆高度、地垄取料、搭设料场遮阳棚等，在高温季节，采用5℃的冷水、加冰拌合，对混凝土粗骨料进行预冷，降低混凝土出机口温度。2012年6月份，当地环境平均温度23℃，混凝土出机口实测温度为12.5℃～14.5℃。②控制混凝土浇筑温度。混凝土运输过程中，在运输车辆上加盖遮阳布，周密组织运输车辆，努力缩短混凝土运输和卸料等待时间。在高温季节晴天的上午9时到下午4时，浇筑仓面采用6台喷雾机和4把高压喷枪进行喷雾降温，利用低温水和高压风形成低温水雾，以反射阳光，改变仓面环境气候，增加仓内湿度，减少VC值损失，可降低仓面环境温度8℃～10℃。加快混凝土入仓覆盖速度，混凝土自出机口至摊铺碾压的暴露时间控制在2小时以内。通过以上措施，保证浇筑温度控制在设计允许浇筑温度内。

（3）浇筑后的温度控制。为控制混凝土的最高温升，减小内外温差，在冷却水管上层混凝土浇筑后，立即通水冷却。冷却水管采用内径28mm的HDPE管，间距为1.5 m×1.5 m，冷却水与混凝土温差不超过20℃，实际采用冷却水温度为6℃～10℃。同时，对浇筑碾压完成的混凝土及时用无纺土工布进行覆盖、洒水保湿，从而保证混凝土内外温差。

3 结语

碾压混凝土的施工质量控制是系统化工作，任何一个环节控制不到位都将影响工程质量，尤其是层间结合和碾压密实度，否则将可能导致抗压强度、耐久性能及层间结合强度不符合要求。大体积混凝土的浇筑温度控制和各种综合温控措施是防止出现温度拉应力过大而产生贯穿性裂缝的关键。紧密围绕上述要点进行质量控制，统计分析截至目前的检测结果，各项性能指标均满足要求，表明李家河水库碾压混凝土大坝工程施工质量在控。