碾压混凝土大坝快速施工研究与应用

武孔学

（贵州省赫章县水务,贵州 赫章 553200）

1 工程概况

贵州省某水电站建成后水库流域长12 km,面积2.66 km2,库容量达到5.2×105m3,单曲拱坝, 坝高100 m, 最大底宽30.8 m,宽高比0.305,为碾压混凝土中厚拱坝,坝顶长273 m,整体碾压混凝土方量为29.80 万m3,其中碾压24.2 万m3,常态5.6 万m3,在顶部设开敞式溢流面泄洪。为充分发挥碾压混凝土施工“快速”的优势,根据的项目大坝施工实践,主要从模板配置、入仓手段、诱导缝成缝、层间处理方式等方面进行快速化施工研究,旨在保证质量的前提下,加快施工进度,降低施工成本。

2 碾压混凝土拱坝快速施工方法工艺原理及工艺特点

2.1 碾压混凝土拱坝快速施工方法工艺原理

（1）坝体碾压上游迎水面采用连续翻升模板

底层模板通过水平方向预埋的4 根锚筋固定并进行外部支撑,上部模板只需在仓内设置少量拉筋即可,同时模板设有操作平台,确保模板安装、拆卸时作业人员施工安全,具有操作简便,拆卸安装速度快等优点。

（2）坝后溢流面覆盖区下的RCC 施工采用预制挡块作为模板

该区域后期进行溢流面施工,碾压混凝土表面需要进行凿毛处理,且需要布置插筋,对其表面平整度、碾压混凝土边界等没有严格的要求,同时碾压混凝土为干硬性混凝土,下游侧采用双排预制挡块足以满足施工要求。

（3）层间结合采用水泥净浆处理方式

根据碾压混凝土试验段试验结果,层间冷缝结合采用水泥净浆进行施工。在现场实施中,水泥净浆通过放置在右坝肩上的浆液搅拌机拌和生产,通过软管直接输送到碾压仓号内,采用与模板周围变态混凝土相同的浆液（加浆量控制为碾压混凝土量的7%）,中部碾压区铺撒厚度为0.5 cm[1]。

（4）采用仓外自卸汽车+满管溜槽垂直运输+仓内自卸车运输的快速入仓手段

项目大坝所处地两岸山体陡峭、大坝高度达100 m,修筑入仓道路所需的开挖回填工作量十分巨大,在坝肩的合适位置安装满管溜槽进行碾压混凝土从仓外到仓内的垂直运输,同时随着浇筑面的提升而逐渐拆除末端溜槽。

（5）采用预制块预埋进行诱导缝成缝

提前在仓外预制诱导缝预制块,预制块上预留有接缝灌浆管路孔和固定穿孔,以便现场快速组装和固定,可保证诱导缝按照设计位置开裂,同时保证碾压混凝土通仓浇筑。

2.2 碾压混凝土拱坝快速施工方法工艺特点

碾压混凝土拱坝快速施工方法采用连续翻升模板和预制块模板施工,后期施工只需连续翻升,预制块模板作为溢流面台阶模板结构单一,可在RCC 仓号碾压施工期间进行安装,操作简单快速,节约仓号准备周期且解决了溢流面表层混凝土和RCC 混凝土之间连接插筋的安装问题。下部结构自卸汽车直接入仓和上部结构采用满管溜槽入仓+仓内运输,解决了峡谷区域混凝土浇筑如何快速入仓问题。混凝土层间结合采用水泥净浆在现场拌制,代替拌合站拌制砂浆运输至现场的传统方案,减轻了拌合站生产压力,提高了层间结合快速施工效率,促进了RCC 混凝土的强度提升,达到了RCC 混凝土施工的快速要求[2]。100 m 级碾压混凝土拱坝快速施工方法适用于水利水电工程中设计有溢流表面的碾压混凝土大坝的快速施工,其他类型RCC 大坝可参考借鉴。

3 碾压混凝土拱坝快速施工工艺流程及关键技术

（1）坝体碾压上游迎水面采用连续翻升模板

为了保证翻升模板安装的精确和规范,在安装之前,需依据设计文件采取合理的测量方法进行放样,随后进行模板的支立,为避免模板表面的泥浆和油污等影响混凝土成形,在支模过程中需对模板进行清洁和修正,完成拼接后的模板应保持严密、干净、牢固和光洁,满足混凝土浇筑时的承载和变形要求,安装完成后要进行测量校核,确保安装精度。由于混凝土浇筑速度受其初凝时间的影响,因此在混凝土浇筑过程中,应控制浇筑速率,保证上部浇筑的混凝土与先浇筑混凝土能够形成连续的整体,不会出现分割截面,同时对混凝土进行连续振捣,模板附近采用加浆变态混凝土,碾压浇筑过程中振动碾不得在模板2.0 m 范围内碾压[3]。

（2）坝后溢流面覆盖区下的RCC 施工采用预制挡块作为模板

大坝碾压下游侧从253 m 高程开始起坡,坡比为1∶0.4,也从此高程开始使用预制挡块模板,预制挡块尺寸为长1.0 m,宽1.0 m,厚0.4 m,采用双排预制挡块。每仓碾压混凝土挡块循环利用,挡块跟随碾压混凝土的上升按图纸摆放,严格按照测量边线进行摆放,摆放水平且稳固,不得悬空[4]。每层挡块摆放完成后,其内侧铺设光洁的塑料薄布,防止下游区域加浆时渗漏浆液,同时防止碾压混凝土和挡块相粘接,利于拆模。挡块摆放时段要禁止其下方区域进行其它施工活动。

每仓碾压混凝土总共需要3 层挡块,第一层挡块在开仓前摆放完成,其余两层挡块分别在浇筑碾压混凝土第3 层和第6 层时同时摆放。每仓所用的挡块需要提前准备好,存放在仓外便捷、安全的平台上,以便浇筑时能够安全、快速运入仓内。现场人员需要合理安排挡块摆放时间,避免因挡块摆放不及时而造成碾压混凝土层间间隔时间过长,影响施工质量。

（3）层间结合采用水泥净浆处理方式

净浆配合比经过试验室进行试验确定,其配合比为袋装低热水泥（45%火山灰掺量）42.5 kg、水27.6 L、Megaflow 减水剂297.5 g；水灰比为0.65∶1,浆液比重为1.65 g/cm3,流动度马氏漏斗检测时间为40±5 s。碾压混凝土加浆范围为上游防渗区域为2 m,岩体接触周边为0.5 m,下游预制块周边为0.5 m,加浆量为该区域混凝土量的7%,其它冷缝处理区铺洒0.5 cm 厚,铺设碾压混凝土前30 min 将水泥净浆洒满将要铺设区域,不可提前,防止水分蒸发,改变浆液性能。铺洒浆液时,需要铺洒均匀,避免漏洒,因此有必要对现场作业人员进行专门培训,使其熟悉流程工艺,同时要安排质检人员进行现场监督,确保层间处理过程满足要求。

（4）采用仓外自卸汽车+满管溜槽垂直运输+仓内自卸车运输的快速入仓手段

管溜槽直径为0.8 m 高强锰钢管,厚度为0.5 cm,考虑到满管溜槽坡度太小会导致卸料困难而坡度太大混凝土对仓号内自卸车的冲击力过大,采用满管溜槽最佳坡比为51°,不能低于45°,此情况下满管溜槽设计强度达140 m3/h。

根据计算,高峰期碾压混凝土单层最大方量为1000 m3,按照规定的单层摊铺时间不超过12 小时考虑,则满管溜槽12 小时卸料量为140 m2/h×12 h=1680 m3＞1000 m3,满足施工要求。拌合站为2 台120 m3/h 的强制式搅拌机,每小时混凝土生产量为2×120 m3/h×0.6=144 m3/h,12 小时生产总量为144 m3/h×12 h=1728 m3＞1000 m3,拌合站生产能力满足要求。自卸汽车额定载重为25 t,每趟运输混凝土7.5 m3,每趟来回1 h,安排14 辆自卸车,则12 小时可运输7.5 m3×14×12 h=1260 m3＞1000 m3,所以14 辆自卸车满足碾压混凝土运输要求。

施工期间要随时监测碾压混凝土VC 值,保证满管溜槽顺利卸料。仓外自卸汽车要搭设防晒棚,减少运输途中的VC值损失和温度回升。仓号内自卸车严格按照规定路线运输,避免破坏碾压成型的碾压混凝土。由于仓面原因不能接料时,应及时将溜管中的混凝土放空,碾压混凝土在溜管中的存放时间应控制在1 h 以内。收仓后及时用水对溜管进行清洗,以防下次浇筑时堵料。每次开仓前,应对满管溜槽进行维护检查,变形的螺栓以及磨损部件要及时更换,料斗及槽身磨损超过5 mm 时,应及时进行修补、调换。汽车卸料和仓内接料应设置专人进行指挥,尽量保证出料量与进料量平衡,防治出现骨料分离现象。

（5）采用预制块预埋进行诱导缝成缝

诱导预制块的主要参数：长1 m,宽0.3 m,高0.25 m,高度较传统0.3 m 调整为0.25 m,低于单层碾压铺料厚度33 cm～34 cm,可保证诱导缝按照设计位置开裂,同时保证碾压混凝土通仓浇筑且预制块不被振动碾破坏。在碾压混凝土浇筑过程中,待每仓奇数层碾压完毕后下层铺料前,在偶数层中坝缝位置拉线摆设成对的诱导缝预制块,同时中间穿插接缝灌浆管,待该层碾压混凝土铺设覆盖完后,可直接进行碾压作业。

（6）冷却水管铺设

冷却水管采用HDPE 管,为确保冷却水管在受到混凝土浇筑过程中产生的冲击力和混凝土流动力作用后不会出现位移,在混凝土仓面铺设完成冷却水管后,采取预先制作的“U”型钢筋将其进行固定,固定间距控制在1.5 m 左右,“U”型钢筋的材质为A3 圆形钢筋, 直径为10 mm, 单根长度为23 cm,弯头内半径为2 cm。在冷却水管弯管段,需要采用不少于3 个“U”型钢筋进行固定。为了保证HDPE 管的密闭性,以发挥其降温防裂的功效,在混凝土浇筑前或者在浇筑第1层混凝土时,应进行闭水试验,以防止其漏水和堵塞,否则应采取措施保证水管的畅通。

（7）RCC 摊铺、碾压

仓面浇筑时配置专人指挥卸车,指挥人员根据仓面分区要求,将运输入仓的混凝土分区卸料。自卸汽车卸料后及时采用推土机或反铲配合人工平仓,对于卸料后骨料分离情况,在平仓期间人工均匀撒布于仓面。严格控制上游变态混凝土防渗层和碾压混凝土的分界线,保证防渗层厚度。

摊铺完成后,在垂直水流方向采用14 吨振动碾对混凝土进行碾压施工,碾压边数按照试验段确定的碾压参数进行,对刚铺平的碾压混凝土先无振碾压2 遍后使其初步平整,然后再振碾压6 遍,碾压搭接宽度≥20 cm,端头部位的搭接宽度≥100 cm。振动碾行走速度控制在1 km/h～1.5 km/h 左右,碾压完成后对压实度进行测定,满足要求后方可进行下一工序。

4 结论

现场实践表明,采用以上技术后在保证工程质量的前提下,加快了施工进度,同时降低了施工成本。在确保施工质量满足规范要求的同时,相比于原方案总共节约了工期205个班,节约成本256.59 万元。其中碾压混凝土EL280 高程合同节点目标提前15 天完成,碾压混凝土全部完成的合同节点目标提前12 天完成,为项目整体计划节约了工期。通过本工法的实施,不仅加快了碾压混凝土的浇筑速度,也节约了成本,保证了项目的履约,对于其它水电站大坝的建设具有重要的借鉴意义。