碾压混凝土大坝快速施工技术
赵喜云苗孝哲谢子芳吴晓梅刘宝军
摘要碾压混凝土重力坝施工具有连续、高速的施工特点，是层间结合质量的根本保证。本
文从混凝土拌合强度、入仓手段、机械设备、施工管理、施工工艺、施工优化、高气温条件下
碾压混凝土连续施工等方面介绍了碾压混凝土快速施工技术。官地碾压混凝土重力坝施工中，
混凝土日浇筑强度超过2万m3，月施工强度达到28.6万m3，为工程提前发电提供了有力保障。
关键词官地水电站碾压混凝土重力坝快速施工
1 概述
官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大坝高168.0m，最大坝底宽153.2m，坝顶轴线长516m；整个坝体共24个坝段，溢流坝段布置5孔溢流表孔，每孔净宽15m，底流消能。主体工程混凝土量约360万m3，其中碾压混凝土量292万m3，占混凝土量的81%。
招标合同规定：大坝基础垫层常态混凝土浇筑开始日期：2009年2月1日；大坝碾压混凝土浇筑开始日期：2009年4月1日；大坝常态和碾压混凝土浇筑完成日期：2011年11月30日，总工期34个月。
由于种种原因，大坝混凝土至2009年10月才开始浇筑，推迟9个月；业主提出提前3个月发电目标，等于大坝混凝土浇筑工期压缩12个月，实际工期为22个月。
根据大坝工程压缩的施工工期，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。
为达到碾压混凝土连续、高强、快速施工的目的，从以下几个主要问题进行研究和实施：①混凝土生产、运输系统配套设施及管理；②混凝土入仓手段；③科学进行仓号规划和仓面设计，确保混凝土连续、高速、均衡施工；④高温条件下连续施工。
2 施工布置
2.1 砂石料生产系统
竹子坝砂石加工系统系由发包人另行招标实施。该系统生产能力：毛料为2200t/h，成品骨料为1750t/h，成品砂为600t/h，实际月生产能力超过80万t。打罗砂石加系统生产能力：成品骨料为230t/h，成品砂为120t/h，作为补充，能满足高峰月30万m3的混凝土浇筑需要。
2.2 混凝土生产系统
供大坝混凝土拌合系统设2个：低线系统设计常温混凝土生产能力600m3/h，预冷混凝
土生产能力440m3/h，设置2座HL360-2S6000L型强制式搅拌楼；高线系统常温混凝土生产规模480m3/h，预冷混凝土370 m3/h，设置一座4×3m3型混凝土拌和楼和一座2×6m3型混凝土拌和楼。总生产能力1080m3/h，预冷混凝土810m3/h。混凝土拌和系统的拌制能力能满足月混凝土浇筑30万m3的需要。详见表1。
注：①自落式拌合楼常温混凝土拌合效率k c=0.75，碾压混凝土拌合效率k n=0.625；
②强制式拌合楼常温混凝土拌合效率k c=0.83，碾压混凝土拌合效率k n=0.61。
混凝土预冷系统由粗骨料一次、二次风冷、加冷水、片冰拌和，高温季节常态混凝土出机口温度≤11℃，高温季节碾压混凝土出机口温度≤12℃。制冷装机容量18818 kW（1593×104kcal/h，标准工况）。
2.3 混凝土运输系统
大坝碾压混凝土运输采用自卸汽车直接入仓或自卸汽车配满管溜管为主，贝雷桥、高速皮带机及2台20t缆机为辅；自卸汽车入仓混凝土量占碾压混凝土总量的80%以上。2台20t缆机及在垻后安装的K80-115塔机、MQ1260高架门机主要用于常态混凝土浇筑。施工机械设备布置及碾压混凝土入仓方式见图1、图2。
3 大坝快速施工仓面配套
3.1 仓面规划
由于官地大坝混凝土浇筑量很大、工期紧迫、技术复杂，因此，必须高强度、快速施工。为保证混凝土施工质量，需针对不同的浇筑高程、气象条件、浇筑设备能力、不同坝段的形象面貌要求等合理地划分浇筑仓，并在混凝土浇筑之前，对浇筑仓号进行仓面工艺设计。
对碾压混凝土而言，仓面大，既有利于仓面设备效率的发挥，又有利于减少坝段之间的模板使用数量，同时，也有利于仓面管理。仓面过大也有不利的一面，由于层间间歇时间、温控、大坝基础固结灌浆等原因，导致碾压混凝土不能连续上升，间歇期浇筑设备闲置会影响设备效率的发挥，进而影响施工进度；另外，仓面过大时一旦遇到特殊情况，当层间间隔时间超过初凝时间时容易影响碾压混凝土层间结合质量。
图1 碾压混凝土入仓道路及吊车布置图
图2 碾压混凝土主要入仓方式示意图
3.2 高温季节碾压混凝土连续施工时，采用斜坡碾压工艺，左右岸各开一仓，仓面面积控制在5000m2以内。低温季节碾压混凝土施工时，仓面面积控制在10000m2以内。
3.3 间歇层层厚的调整
招标文件规定，碾压混凝土间歇层厚1.5m；设计经仿真计算后，改为3m；施工中不断进行仿真计算优化和大量温度检测，最终碾压混凝土间歇层厚一般为6m，局部达到了9m，大大加快了施工速度。
3.4 开仓前必须进行仓面设计
每一个浇筑仓均进行仓面设计，即将该浇筑仓的仓面特性、技术要求、施工方法、质量要点、资源配置等简洁地汇集到仓面工艺设计之中，以指导作业队严格按仓面工艺设计的要求进行有序、高效施工。
3.5 仓面设备配置
由于大坝系由2个单位施工左右岸分仓，仓面设备同时按浇筑2个约10000m2仓号配置，最高日浇筑能力按2×10000m3控制。仓面配套设备见表2。
序号设备名称规格型号
设备数量
备注
左岸右岸合计
1 振动碾戴纳派克，美国悍马7 7 14
2 小型振动碾BW75S
3 3 6
3 GPS监控系统 1 由天大研制
4 平仓机CASE850G 3 3
5 平仓机 4 4
3.6 工器具配置
为了配合仓面施工，对仓面骨料分离、积水、泌水、变态混凝土施工、砂浆摊铺及机械难以施工的部位采用人工处理，故仓内需常备飘、桶、抹布、拖把、铁锹、耙子、真空吸水器等工具。同时应配备保温被、彩条布对碾压混凝土面进行保温、保湿、防晒、防雨。
3.7 仓面组织管理体系
为了保证碾压混凝土浇筑“一条龙”正常、连续、快速进行，建立了一个组织严密、运行高效、信息反馈及时的仓面组织管理体系，同时于现场指挥中心设置现场GPS监视系统，以便及时了解、掌握、处理现场问题。
4 仓面施工工艺
4.1 采用斜层碾压工艺
为加快高温季节碾压混凝土施工速度，减小碾压面积，针对官地大坝坝顶长516m，左右分2个仓号；坝底宽150m，下部采用顺水流方向碾压（坡向上游），上部采用垂直水流方向碾压，大量采用了斜层碾压工艺，为提前发电争取了时间。混凝土斜坡碾压示意图见图3。
图3 混凝土斜坡碾压示意图
4.2 模板工艺
模板安装是碾压混凝土快速施工的重要环节。根据碾压混凝土大坝的结构特点及薄层连续施工的需要，上下游直立面和侧面采用3×3m连续翻升钢模板；坝体中部廊道采用全断面混凝土预制模板，所有牛腿部位均采用混凝土预制模板，4个中墩全部采用自升式滑升模板。通过使用上述模板，施工效率大大提高，拆模、立模速度快，保证了碾压混凝土快速施工和外观质量的需要。
4.3 钢筋工艺
由于大坝廊道、孔洞较多，同时坝面有大量抗震钢筋，钢筋量较大。除少部分钢筋采
用焊接连接外，均采用直螺纹机械连接，大大加快了钢筋安装速度。
4.4 预埋件工艺
止水片架立：在加工厂制作定型沥青杉板、定型木模板分别用于碾压混凝土仓内横缝及碾压仓侧面横缝，用钢筋支撑架和拉筋将模板及止水片固定牢固。在止水片周围50cm范围采用变态混凝土，施工过程中一旦发生偏离，及时修正。
塑料冷却水管埋设：为了适应碾压混凝土施工特点，冷却水管采用ф32高密聚乙烯塑料管，分坝段垂直水流方向呈蛇形铺设，并间隔1.5m用自制钢筋U形卡固定，全部冷却水管引入廊道的冷却系统主管。
4.5 卸料及平仓工艺
碾压混凝土运输主要采用自卸汽车直接入仓和满溜管入仓两种方式，卸料后及时平仓、碾压。平仓特别注意控制推料厚度，采取逐层降低，直至达到要求的铺料厚度。
（1）卸料高度控制在1.5m以内；
（2）物料卸在碾压混凝土已摊铺但未碾压的斜面上，并采取2点式卸料；
（3）物料堆旁出现分离的粗骨料应由人工将其均匀地摊铺到未碾压的混凝土面上；
（4）铺料厚度控制在允许偏差范围内，一般控制在30～33cm以内；
（5）平仓时，应使用专门的宽履带（湿地）平仓机，防止压强过大而影响碾压均匀性。
4.6 碾压工艺
（1）每个铺筑层摊平后，按2+8+2及时碾压，从混凝土拌和到碾压完毕的最长允许历时不超过1.5h；
（2）大坝上下游二级配碾压混凝土防渗区碾压方向应垂直水流方向，其余部位也宜垂直水流方向；
（3）平仓后由一台振动碾及时跟进无振碾压2遍，其后数台振动碾按要求的有振碾压6～8遍平行错距碾压，碾压条带间的搭接宽度应不小于20cm，接头部位重叠碾压2m，最后由一台振动碾无振碾压1～2遍；
（4）振动碾的行走速度控制在1～1.5km/h；
（5）碾压混凝土允许层间间隔时间应小于4h；碾压混凝土和变态混凝土接头处，待变态混凝土振捣完毕后，应使用小震动碾进行复碾12～16遍。
（6）仓面采用GPS监控系统对浇筑温度、碾压遍数、振动碾速度、碾压相对密实度、Vc值及漏碾等情况进行控制，指挥中心一旦发行超标行为，立即呼叫现场并改正，在保证质量的前提下，加快了施工进度。
4.7 检测工艺
碾压混凝土仓内质量控制直接关系到大坝质量的好坏，其控制主要内容包括：VC值控制；卸料、平仓、碾压控制；压实度控制；浇筑温度控制。以上各项均按施工规范要求进
行。
4.8 成缝工艺
碾压混凝土成缝工艺直接影响到碾压混凝土的施工速度，大坝工程仓面切缝工作量大，如不在施工工艺上解决好，将造成仓内很大的施工干扰，进而影响施工进度。目前碾压混凝土工程已普遍使用振动切缝机成缝。
官地在碾压混凝土围堰施工中采用手持式振动切缝机，振动切缝一般采用先碾后切，填缝材料为双层彩条布，切缝完毕后用振动碾碾压1～2遍。
4.9 变态混凝土施工工艺
官地大坝变态混凝土数量很大，为保证变态混凝土的均匀性，大坝变态混凝土绝大多数使用“机拌变态混凝土”，即：在拌合楼同等级碾压混凝土内直接加入6%的相应浆体，由自卸汽车直接运进仓内，小型反铲铺料；φ100～130mm高频振捣器振捣，和碾压混凝土接头处复碾。保证了坝体质量，加快了施工速度。
4.10 入仓口施工工艺
官地大坝工期特别紧，根据现场施工条件，大部分碾压混凝土使用了汽车从上游直接入仓方式，怎么保护上游二级配防渗混凝土施工质量，使新浇混凝土不被反复碾压。该工程采用的方法是：首先将仓号上游入仓道路处利用老混凝土面汽车直接入仓，待斜坡碾压坡角至入仓口处时，进行封仓；封仓后的混凝土靠设在高处的贝雷桥入仓，见图4。形成大部采用上游直接入仓的快速方式，加快了施工速度。
图4 贝雷桥布置示意图
4.11 缝面处理工艺
施工缝及冷缝必须进行缝面处理。缝面处理可用冲毛等方法清除混凝土表面的乳皮及松动骨料。层面处理完成并清洗干净，经验收合格后，均匀铺1.5～2cm厚的砂浆，然后摊铺碾压混凝土。缝面处理要求如下：
（1）采用高压水冲毛,水压力一般为20～50MPa,冲毛必须在混凝土终凝后进行，一般在混凝土收仓后20～36h进行，夏季取小值，冬季取大值。高压水冲毛作业时，喷枪口距缝面10～15cm，夹角75°左右；
（2）碾压混凝土浇筑前，施工缝必须冲洗干净且无积水、污物等；
（3）上游防渗区（二级配碾压混凝土）内每个碾压层面，铺水泥煤灰净浆2mm厚，以提高层间结合及防渗能力。
4.12 表面养护保护工艺
低温时段施工时，应对混凝土长期暴露面(含施工层面)用保温被紧贴覆盖，以减少坝体内外温差、降低混凝土表面温度梯度；高温时段施工时，除对层面立即采用保温被进行覆盖外，待混凝土初凝后对混凝土表面进行洒水养护，2～3d后低温时段拆除保温被散热，同时对混凝土长期暴露面进行洒水或流水养护。
5 高气温条件下碾压混凝土坝的连续施工
碾压混凝土是一种干硬性混凝土，采用通仓薄层连续施工，较常态混凝土更易受到高气温、强烈日晒、蒸发、相对湿度、刮风等因素的影响，官地水电站高气温环境达5～6个月，必须采取切实有效的施工技术措施，保证碾压混凝土连续、快速施工，以确保碾压混凝土的施工质量和施工进度。
5.1 优化混凝土配合比
通过优化混凝土配合比，提高混凝土抗裂能力，降低水化热温升。优化混凝土配合比的目的是：混凝土拌合物应具有良好的粘聚性、弹塑性、骨料的包裹性和抗分裂能力、最优的VC值和良好的可碾性及泛浆性能。
5.1.1 采用浙江龙游或山东华伟高效缓凝减水剂，高温时段使用高温型，改善和延长了碾压混凝土初凝时间，减少了拌合用水量，减少了胶材用量，减小了水化热温升，抑制了水化热温升速度，对碾压混凝土施工和解决大体积碾压混凝土层面结合很有利。官地碾压混凝土初凝时间可控制在12～16h。
5.1.2 采用中热水泥
官地采用了中热硅酸盐水泥，减少了单位用水量，经施工配合比试验，完全满足设计和施工要求。
5.1.3 采用高掺粉煤灰技术
碾压混凝土中高掺粉煤灰，对改善混凝土拌合物的工作性能起到与水泥相似的作用，并具有一定的活性，能与水泥水化反应生成稳定的具有胶结性能的水化物。粉煤灰发热量很低，因此高掺粉煤灰可有效降低混凝土绝热温升，提高混凝土抗裂能力。
5.2 采用预冷混凝土
官地采用一、二次风冷骨料，加冰屑、制冷水拌制预冷混凝土，拌合楼出机口混凝土温度控制在12℃以下。
5.3 减少混凝土拌合物运输过程中温度回升
碾压混凝土大多采用汽车运输，每车运10m3，设计要求温度回升不超过1℃，主要采取汽车侧面保温板保温，车厢顶部设活动帆布遮阳棚；同时周密计划车流量，严格控制混
凝土在车上滞留时间。
5.4 控制混凝土浇筑过程中温度回升
设计确定混凝土浇筑过程中温度回升控制在4℃，采取综合的降温保温措施，以减少混凝土温度回升，延缓混凝土初凝时间，减少VC值损失。
（1）大量采用斜层平推铺筑法施工，坡度使用1:10～1:15，常温控制最大铺筑面积5000m2；高温温控制最大铺筑面积3000m2。
（2）提高混凝土入仓强度，加快混凝土入仓速度，缩短混凝土覆盖时间，以改善混凝土层间结合质量。要求混凝土覆盖时间控制4h以内，日最大浇筑强度超过2万m3。
（3）Vc值是碾压混凝土可碾性的重要指标，将直接影响碾压混凝土压实度和层间结合质量。一般碾压时，混凝土Vc值控制在3～8s较好，据此碾压混凝土出机口Vc值应根据气温、湿度、混凝土运输方式、混凝土入仓温度、混凝土覆盖时间等实际情况动态控制。
（4）及时摊铺、及时碾压、及时覆盖，防止温度倒灌；由于碾压混凝土常采用通仓薄层连续浇筑，容易受环境温度影响，故对其施工过程及浇筑后的碾压混凝土外露面的保护和养护工作尤其重要。仓面碾压混凝土施工应形成施工条带，卸料、平仓、碾压工序采用流水作业，工序间空余时间覆盖保温被。
（5）混凝土浇筑过程中，采用仓面喷雾，减小水分蒸发，期望形成人工小气候；当发现骨料泛白时，必须立时喷雾。
5.5 加强一期通水冷却，严格控制坝内最高温度
（1）冷却水管采用φ28mm塑料管，约束区按1.5×1.5m布置，自由约束区按1.5×3.0m 布置，达到坝体内部混凝土均匀降温的效果。
（2）通14℃制冷水（低温季节通河水），将坝体内混凝土温度降至24℃以下。
为防止新浇筑混凝土对老混凝土进行温度交换，需对温度降至24℃以下的混凝土进行保温冷却。
6 结语
（1）科学的组织管理、先进的施工技术和机械装备是保证碾压混凝土施工质量、加快施工进度的前提。
（2）由于坝下游汽车直接入仓受到限制，采用贝雷桥及其他手段达到上游汽车直接入仓的目的，保护了二级配防渗混凝土质量，加快了施工速度。
（3）碾压混凝土采用斜坡碾压，坡比1:10～1:15，缩小了覆盖面积，达到及时摊铺、及时碾压、及时覆盖，缩短碾压混凝土层间间歇时间是提高碾压混凝土层间结合质量的有效措施。
（4）为了保证碾压混凝土高温季节的施工质量，采取了制冷措施降低混凝土出机口温度；采取遮阳喷雾、保温保湿和及时摊铺、及时碾压、及时覆盖等措施减少了混凝土运输、
浇筑过程中温度回升；采取水管冷却措施控制坝体最高温度。
（5）机拌变态混凝土在大碾压仓号使用，减少了施工干扰，加快了施工速度。