水电站碾压式混凝土坝的施工技术与质量控制

2021-04-01李旭辉

工程建设与设计 2021年19期

李旭辉

（中国水利水电建设工程咨询中南有限公司，长沙410014）

1 引言

碾压式混凝土坝是利用土石坝分层碾压的方法，将干硬性混凝土进行分层摊铺，然后借助振动碾进行分层压实形成的坝体。对比传统混凝土浇筑方法，这种方法能够对施工程序进行简化，提高机械化施工水平，缩短工期。同时，也可以显著降低工程造价。碾压式混凝土坝施工技术是现代水利工程建设中非常重要的施工技术，技术相对成熟，应用市场广阔，能够很好地满足水电站运营对于坝体的要求。

2 工程概况

某水电站的主要功能是发电，兼具生态旅游、水产养殖和通航等功能，工程包含了大坝和厂房2部分，水库正常蓄水位为125.8 m，河床中部采用的是低堰式闸坝，设有9孔10 m×9 m的弧形闸门，单孔净宽度为10 m。水电站总装机容量为6 000 kW，左右岸溢流坝采用的是碾压式混凝土坝，坝顶宽度为6 m，大坝最大高度为62.4 m。

3 水电站碾压式混凝土坝施工技术与工艺

3.1 施工技术分析

1）混凝土配置技术。在对碾压式混凝土坝进行建设的过程中，混凝土配置非常重要，会对工程整体的施工质量产生直接影响。一般工程项目采用的都是二级、三级配骨料，根据工程的实际情况，选择四级配碾压混凝土，将骨料的最大粒径控制在150 mm以内，并适当减少了水泥的用量，能够有效控制水化热问题，保证混凝土浇筑的厚度和施工质量，降低成本，对比传统技术经济优势显著[1]。原设计方案选采用的是三级配碾压混凝土，与之相比，四级配碾压混凝土的水泥用量减少了16～20 kg/m3，用水量减少了8～10 kg/m3。

2）斜层平推碾压技术。碾压混凝土施工环节，需要工程技术人员严格做好对施工技术的控制，保证混凝土配置完成到碾压结束时间的合理性，一般要求其不能超过2 h。分层浇筑、碾压环节，各层间隔时间不能超过混凝土的初凝时间。如果浇筑仓面的尺寸相对较大，在运用常规的平层碾压方式进行施工时，则需要以坝面的总体规格为基准，拆分成若干仓块，依照顺序进行浇筑，确保混凝土拌和、运输和浇捣工作的有效落实，规避可能存在的质量问题。不过，从实际应用的角度，分仓浇筑方式存在明显的局限性，即仓面工作量会有明显的增加，对于机械设备的性能要求较为严格，资金投入量巨大，这也使得其在很多时候欠缺实用性和可行性。与之相比，斜层平推碾压技术有着更加明显的优势，浇筑层和浇筑块顶面与底面能够形成一定的角度，可以最大限度地保障作业面施工质量，同时也能够减少乃至避免降水等特殊原因对施工的干扰，缩短层间覆盖时间，保证层间结合的稳定性，帮助管理人员更好地对施工质量进行控制[2]。

3）箱式满管技术。传统负压溜槽系统虽然技术成熟，但是，在实际应用中容易出现堵料、柔性胶带受损等问题，影响工程的施工效果。因此，在该工程中，技术人员参考负压溜槽系统的原理，借助箱式满管技术来对管道进行铺设，将碾压混凝土从上方送到下方，这样，就不需要进行石渣路的填筑施工，能够有效提高工程的施工效率，减少运输成本。箱式满管技术实现了对于集料斗、箱式满管槽身以及下料控制装置的集成，在槽身下方配有相应的系统支撑结构，可以最大限度地保障装置运行的稳定性和安全性。系统中料斗采用的是漏斗形结构，出料门开度可以通过油泵实现精准控制。箱式满管槽身虽然是由送料管拼接而成，不过依然是完整结构，在对送料管进行逐一拆除后，槽身会随着坝体高度的增加而不断升高，可以很好地适应浇筑进度，保证施工效率的同时，降低施工成本。

3.2 施工工艺

1）做好施工准备。在正式开工前，需要切实做好准备工作。这样，才能确保施工的顺利进行，尽可能减少施工过程中出现的质量问题和质量隐患。一方面，应该做好材料和设备准备：高质量的施工材料是工程质量形成的前提，而先进的施工设备则是减少人员投入，提高施工效率的关键，施工单位需要结合现场施工条件及工程质量要求，确定好相应的设备组合方案，保证机械设备的性能达标、数量可靠，并应该安排专人做好日常管理养护工作。同时，施工单位需要通过招标的方式，选择具备良好资质的材料供应商，确保供应商提供的材料都具备相应的出厂证明及生产合格证书，在材料入场环节需要加强质量检验，对于检验不达标的材料，应该杜绝其进入使用现场。另一方面，应该做好技术准备：首先，工作人员应该对照施工方案的具体要求，组织好现场测绘工作，对结构控制点的位置进行明确，在确认无误的情况下，做好有效标示；其次，依照相关要求对模板进行安装，做好模板固定工作，确保混凝土浇筑过程中，模板不会发生移动；最后，所有准备工作完成后，还应该进行全面验收，如果验收合格，进入后续环节，如果验收不合格，需要及时进行处理。

2）混凝土制备工艺。一是应该对照工程项目的现实需求，做好混凝土配合比设计。施工技术人员可以通过试配的方式确定混凝土配合比，将试配环节取得的工艺参数作为混凝土生产的标准[3]。通常来讲，在混凝土配合比设计过程中，需要借助试配试验来确定最佳配比、拌和时间等具体数值，而配比一经确定，在没有经过设计人员和工程技术人员许可的情况下，施工人员不能对配比进行随意更改。二是应该重视混凝土的拌和与运输。混凝土配比设计完成后，需要依照配比进行混凝土制备，混凝土拌和环节，施工人员需要做好拌和过程的管理，严格依照设计好的配比来制备混凝土，保证混凝土的质量和性能。制备好的混凝土可以利用自卸车运输，在运输过程中应该保证车辆匀速运行，将行驶速度控制在5 km/h以内，期间不能出现突然提速、急刹车或者急转弯的情况，否则可能导致混凝土工程性能的下降。混凝土运到施工现场后，需要在专人的指挥下卸料，将物料堆放的高度控制在1.5 m以内。在卸料环节，工程技术人员需要重视对于混凝土质量的检验，如果发现混凝土出现了离析现象，需要对其进行处理，避免使用质量不达标的材料。

3）混凝土平仓工艺。工程技术人员应该对照仓面的实际情况，组织好相应的平仓工作。依据施工经验，可以选择薄层摊铺的方式，而在实际摊铺环节，施工单位必须明确混凝土工艺特点，如坍落度、初凝时间等，依照相关标准和规范的要求，在作业面上施工出宽度为5～8 m的条带，并以大坝的轴线为基准，保证条带与轴线平行。之后，需要借助推土机将两侧混凝土推到中间，保证整个施工面的平整性，对于一些施工机械难以达到的区域，应该由施工人员进行人工处理。

4）混凝土碾压工艺。混凝土碾压是混凝土施工的重要环节，要求施工人员关注各方面的实际情况，对碾压施工进行动态控制。碾压过程中，需要将设备的运行速度控制在1.0～1.5 km/h之内，相邻条带的搭接宽度不能低于10 cm。在模板边缘和孔口位置，可以采用手扶式振动碾压的方式，每完成1层混凝土碾压作业，都需要对压实度进行检查，根据碾压情况，看是否需要进行更进一步的处理。在混凝土碾压过程中，必须做好层间处理工作。由于层间间隔时间本身的差异性，需要有针对性地进行优化调整。如果层间间隔时间低于混凝土终凝时间，需要在对上层混凝土进行铺筑前，做好必要的处理工作，加铺1层厚度在1.0～1.5 cm的水泥砂浆，如果层间间隔时间超过了混凝土终凝时间，则应该对施工缝进行必要的凿毛处理，之后再对水泥砂浆进行铺筑[4]。因此，建设单位应该从实际情况出发，选择恰当的方法进行层间处理，确保不会影响混凝土的铺筑和碾压效果。

5）混凝土养护工艺。在混凝土碾压作业完成后，需要对其进行必要的养护，这也是混凝土质量形成的一个重要环节。混凝土初凝完成后，可以使用高压水枪，对水泥表面的杂物进行清理，确保混凝土表层具备一定的粗糙度。为了保证施工质量，要及时进行覆盖养护，施工单位应该安排专人定期洒水，保持其全程湿润。如果施工现场的温度较低时，则需要采取相应的保温措施来减少低温对混凝土质量的影响。

4 水电站碾压式混凝土坝施工的质量控制措施

4.1 材料方面的控制

材料控制主要体现在以下4方面：一是对水质的检查。在混凝土制备环节，对于水质有着一定的要求，需要技术人员定期对水质进行检测，可以借助砂浆强度试验检测的方法进行对比分析，若发现水样制成的砂浆抗压强度低于合格水源制成的砂浆时，则表明水质污染严重，不能继续使用。二是对水泥的检验。依照国际规定以及相关行业标准，在对每批次的水泥进行抽样检测时，需要做好其化学成分的分析，对于同一品种、同一标号的水泥，抽样检测的取样单位应该控制在200～400 t，检测的项目包括水泥标号、稠度、细度、凝结时间等，同时也需要做水化热试验来对温度裂缝进行防范和控制。三是对混合料的检查。以粉煤灰为例，应该与其他的掺合料一起进行检测取样，将100～200 t作为一个取样单位，不足100 t的按照100 t进行取样，混合料检查的内容包括细度、需水量比、烧失量等[5]。四是对骨料的检测。混凝土制备环节，每个班次至少需要对粗细骨料的含水率进行2次检查，如果遇到降水或者气温变化较大的情况，需要每2 h检查1次。

4.2 工艺方面的控制

工艺控制主要体现在以下2方面：一是碾压工艺的控制。在进行混凝土碾压的过程中，施工单位需要将碾压轮的宽度考虑在内，确定条带的规格，要求相邻条带可以实现有效搭接，碾压方向平行于搭板轴线。等到碾压作业完成后，可以使用核子密度仪来对压实度进行检测，要求测量值不能低于设计值的98.5%，否则需要进行复压。二是成缝工艺的控制。填充和成缝应该同步实施，做到一次成缝，对填缝材料和混凝土表面的间距进行严格控制，对于一些薄弱区域，需要多碾压1～2遍来保证施工质量。碾压式混凝土坝工作量巨大，要求切缝能够及时完成，缩短施工间隔时间，保证正常的施工进度。