大坝碾压混凝土斜层碾压施工工艺研究与应用

周冠卿

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000）

大坝碾压混凝土斜层碾压施工工艺研究与应用

周冠卿

（中国水利水电第十一工程局有限公司河南郑州450000）

碾压混凝土坝施工具有大仓面、薄层连续快速施工的特点；对于碾压混凝土高重力坝，由于仓面过大，采用平层碾压时，很难在混凝土初凝时间内覆盖；需要减小碾压仓号面积，斜层碾压是最好的方法之一。官地大坝大量使用了斜层碾压施工，取得了较多的经验，可供类似工程借鉴。

官地水电站；碾压混凝土；斜层碾压；施工工艺

1　概述

官地大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高168.0m，坝底宽150m，坝顶长516m，分24个坝段；混凝土总量约360万m3，其中碾压混凝土292万m3，约占坝体混凝土总量的81%。由于诸多原因，大坝混凝土至2009年10月才开始浇筑，较总进度推迟了9个月；后业主又提出提前3个月发电目标，这就等于大坝混凝土浇筑工期压缩了12个月，实际工期为22个月。

根据大坝工程高度压缩的建设工期，要求大坝碾压混凝土必须快速施工，同时为缩短层间间隔时间，提高层面结合质量，也需要加快碾压混凝土施工速度和提高施工强度。

2　问题提出

2.1不同季节仓号覆盖面积的控制

根据官地大坝总体施工规划，大坝分左右2个仓号（每仓12个坝段，每坝段长约20m），由2个承建单位分别施工；主要靠汽车直接入仓，仓号面积控制在10000m2左右。当拌合、运输等施工条件不能满足混凝土初凝前覆盖的要求时需减小仓面面积：常温季节最好控制在5000m2以内；高温季节宜控制在3000m2以内，以保证覆盖时间。

2.2斜层碾压必要性

减小仓面面积的方法可将左右岸大仓号分别分成3～4个小仓号。汽车入仓道路均沿两岸山坡，运输汽车跨仓困难。经比较，采用斜层碾压施工可以解决减小仓号面积、初凝时间覆盖问题，特别是高温季节尤为重要。高温季节，根据高线拌合楼制冷混凝土拌合能力370m3/h，平层碾压覆盖时间需要8h；若采用斜层碾压覆盖时间为3.5h，满足设计要求的4h；斜层碾压在高温季节是十分必要的。

2.3斜层碾压面积的计算

以坝体下部3个坝段为例，长=155m，宽B=62m；平层碾压仓面面积为9610m2；采用斜层碾压，碾压仓号面积W=B×（a+nH）= 62×（10+10×6）=4340m2。见图1。

图1　斜层碾压面积计算图

3　施工工艺

斜层碾压混凝土施工工艺与平层碾压基本相同，但应特别强调如下问题：

3.1进行仓号规划

右岸采用自卸汽车直接入仓的最大仓面出现在5区，最大仓面面积为12214m2，高程为1232.50m；左岸采用自卸汽车直接入仓的最大仓面出现在4区，最大仓面面积为11734m2高程为1190.50m；采用负压溜槽入仓的最大仓面出现在12区，最大仓面面积为8834m2，高程为1253.50m。施工均采用平层通仓法施工，层厚30cm，按6h覆盖一层计算。确定分仓、斜层方向、碾压坡度、层厚等指标，计算实际碾压施工面积，使斜层碾压面积与施工设备等条件匹配，原则上不超过3000m2为宜，常温季节可扩大为5000m2。

3.2确定斜层坡比

为达到压实的效果，需根据设备、拌合物性能及其他因素确定坡比。坡比的确定应通过现场试验，以不影响碾压遍数和相对密实度为准，一般采用10～15%。

3.3确定斜层方向

官地根据仓号形状，考虑到对大坝抗剪有利，避免对新浇混凝土反复碾压，坝下部采用上下游方向碾压，大坝上部采用左右方向碾压。斜层碾压方向应顺坡向碾压，平层碾压方向应垂直水流方向碾压，见图2。

图2　斜层碾压方向示意图

3.4碾压方法

碾压混凝土施工将在总结成功经验的基础上，结合本工程情况编制《官地大坝碾压混凝土施工工法》，所有工序均严格按照该《工法》施工。每碾压升层开仓前编制仓面作业指导图，碾压混凝土、变态混凝土、冷却水管、诱导缝施工等关键部位由技术人员控制，并配置仓面总指挥负责仓面协调。开仓时应首先进行10m长平层段和斜层一起碾压；中间碾压工艺同平层；收仓时，为保护二级配防渗混凝土，必须留10m平层和斜层一起碾压。见图3。

图3　斜层碾压封仓示意图

4　施工注意问题

官地水电站大坝碾压混凝土施工期间，我们将充分考虑特殊气候造成的施工风险，加强气象预报信息的收集工作，及时了解现场观测的雨情和气温情况，妥善安排施工进度。并制订雨天及高、低气温条件下的施工细则报监理人批准后执行。和平层碾压相比，施工中应特别注意的问题：

4.1在老混凝土面上及时铺筑砂浆

碾压坡度按照1：10，砂浆铺筑宽度约3m，可计算出一次铺筑量；碾压混凝土铺料前及时按面积铺筑砂浆，不能多铺或少铺。

4.2铺料前对坡脚前缘进行清理

坡脚前缘部位容易产生骨料集中，加之振动碾碾压和汽车等设备行走，骨料易被压碎或形成透水带，需在铺料前对坡脚前缘及时清理。否则整个间歇层面将成为薄弱透水层面，垂直水流风向斜层碾压时尤为重要。

4.3认真组织收仓段碾压混凝土施工

斜层碾压混凝土施工进入收仓段，混凝土入仓方式可能改变为皮带机、或溜管、或溜槽、或贝雷桥等间接入仓手段，其施工强度将降低，为此，需增加设备投入，认真组织，保证在混凝土初凝时间内覆盖。该部位碾压坡度较陡，容易形成漏斗状，需增加碾压遍数，加大密实度检测频率，以确保碾压质量。

4.4加大密实度检测频率

由于斜层碾压时振动碾对斜面正压力减弱，和平层碾压同样遍数，不能达到最大压实度要求，必须增加碾压1～2遍再检测。压实度检测频率应增加10～20%，碾压设备应增加20%。

4.5重视变态混凝土施工

变态混凝土主要用于大坝上、下游面、靠岸坡部位、止水埋设处、廊道周边和其它孔口周边等不能用振动碾碾压部位。通过在碾压混凝土摊铺层面注入适量的水泥净浆或粉煤灰水泥浆后，用φ130型振捣器振捣密实，形成新形态混凝土，加浆量为混凝土体积的3～5%，最终通过现场试验确定。斜层铺筑变态混凝土施工时，人工铺撒浆液难保均匀，坡脚处浆液较丰富，坡顶处浆液贫乏，振捣困难。为此，官地大坝斜层碾压时，变态混凝土全部改为机拌变态混凝土施工。

5　仓号实例

以仓号14#～16#坝段EL1186～EL1196为例，介绍斜层碾压工艺，见图4。

图4　14#～16#坝段EL1186～EL1192碾压工艺平面布置图

5.1浇筑情况与相应要求

该仓号属强约束区，仓号面积9010m2，升层6m，混凝土总量54000m3。浇筑时段为2010年4月上旬，月平均气温22.8℃，极端最高气温39.4℃；按官地温控要求属高温季节，需使用制冷混凝土，出机口混凝土温度≤12℃，混凝土浇筑温度≤17℃，混凝土覆盖时间不得大于4h（晚上可放宽到6h）。

5.2混凝土拌合能力

使用高线4×3m3自落式和2×6m3强制式拌合楼（底线拌合楼为左岸使用），制冷混凝土生产能力370m3/h；向厂房标供料问题（需要2×3m3自落式），实际产量为75+220=295m3/h。

5.3混凝土浇筑强度分析（见表1）

表1　斜层碾压与平层碾压混凝土浇筑强度分析表

通过表1分析可见，该仓号若采用平层碾压，覆盖时间需要9.2h，只能采用斜层铺筑碾压。由于收仓速度变慢，实际施工用了9d时间，保证了层间结合质量。

6　碾压混凝土卸料、摊铺、平仓

碾压混凝土采用大仓面通仓薄层铺筑。铺设碾压混凝土前，施工缝铺设1.5～2cm厚水泥砂浆，变态及防渗区内（二级配范围）每个碾压混凝土层面铺洒水泥粉煤灰净浆。碾压层的允许间歇时间，因气温、空气湿度而异，一般为6～8h。超过此时段，要经过处理才能继续浇筑。

卸料、摊铺、平仓条带原则上垂直于水流方向，受横向廊道切割及孔底侧边的窄条形部位等的制约，摊铺平仓条带可平行水流方向，但迎水面8～15m范围内碾压方向应垂直水流方向。平仓厚度每层34cm，每次摊铺厚度为17cm左右。

采用负压溜槽入仓时，仓内配25t自卸汽车倒运摊铺。自卸汽车采用退铺法两点式卸料，汽车卸料要做到边慢行边卸。两点式卸料可减小堆料高度，减轻骨料分离。汽车卸料要卸在已平仓尚未碾压的碾压混凝土面上，以免平仓机摊铺平仓时扰动料堆底部，并可使料堆底部骨料集中现象得以分散。卸料后及时平仓，原则上要求边卸料、边平仓以便碾压混凝土料始终卸在已平仓的碾压混凝土面上。卸料堆出现骨料分离时，人工配合将分离骨料均匀散铺到未完成平仓作业的含砂浆较多处或新混凝土面上。

平仓采用平板式履带平仓机，并配备有控制铺料厚度的激光仪，保证铺层表面平整，分两次摊铺到位，不允许向下游倾斜。

7　结束语

斜层碾压最大优点是可以进行大仓面碾压混凝土施工，这样可大大缩短碾压混凝土层间间隔时间，提高层间混凝土的结合力，节约投资，更有利于高温季节碾压混凝土施工。官地碾压混凝土重力坝大量使用了斜层碾压和机拌变态混凝土施工，实践证明，只要加强施工现场质量控制力度，通过钻孔取芯、压水试验，大坝斜层碾压施工质量是可以保证的。芯样最大长度18.28m，骨料分布均匀，无明显碾压缝和间歇缝痕迹，各种强度满足设计要求；压水试验渗透系数在0.02～0.036Lu之间，满足设计及相关规范要求。

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