水電站碾壓混凝土筑壩施工質(zhì)量控制

孟慶義

摘要：水電站碾壓混凝土筑壩施工在國(guó)內(nèi)發(fā)展從八十年代初開(kāi)始至今已有20余年的歷史，其“快速、經(jīng)濟(jì)、高效”的特點(diǎn)被已建和在建的幾十座碾壓混凝土壩所驗(yàn)證，其成熟的筑壩施工和施工工藝已經(jīng)走在世界前列。本文結(jié)合水電站工程施工的施工技術(shù)，分析其施工組織設(shè)計(jì)、及施工方法，對(duì)其進(jìn)行分析研究，總結(jié)其施工特點(diǎn)，從中找出問(wèn)題，運(yùn)用對(duì)水電站碾壓混凝土筑壩施工質(zhì)量控制中去。

關(guān)鍵詞：水電站碾壓混凝土筑壩施工

1水電站碾壓混凝土筑壩施工綜述

碾壓混凝土筑壩施工是70年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新型筑壩施工，它既充分地利用了混凝土壩斷面緊湊、整體性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又將土石壩大型施工機(jī)械化方法移植到鋪筑混凝土壩上，實(shí)現(xiàn)了快速、大倉(cāng)面連續(xù)碾壓施工。70年代初期，美國(guó)加州大學(xué)Raphael教授等率先提出了碾壓混凝土的新概念。1975年巴基斯坦在塔貝拉壩結(jié)構(gòu)的緊急加固和保護(hù)處理工程中首次采用了碾壓混凝土新工藝，1981年3月日本建成了世界上第一座“金包銀”式的碾壓混凝土重力壩壩高89m的島地川壩(RCD)；接著在1982年美國(guó)建成了世界上第一座全碾壓混凝土重力壩—壩高52m的柳溪壩(RCC)。自此以后，南非、澳大利亞、墨西哥、法國(guó)、西班牙、俄羅斯、巴西、阿根廷等許多國(guó)家相繼采用了這項(xiàng)大壩施工新技術(shù)，并不斷地改進(jìn)和完善，不僅在中小工程上應(yīng)用，在一些大型工程上也有應(yīng)用。我國(guó)于1981年開(kāi)始進(jìn)行碾壓混凝土筑壩的試驗(yàn)研究工作，于1994年建成了當(dāng)時(shí)世界上最高的貴州普定水電站重力拱壩(75m)，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)碾壓混凝土拱壩筑壩施工的先河。同期建成的河北溫泉堡單曲拱壩(48m)，地處北方，與普定一起，成為南北兩地碾壓混凝土拱壩的代表。隨后，在我國(guó)南方和北方地區(qū)相繼建成了一批100m以?xún)?nèi)和100m以上的碾壓混凝土拱壩。如：福建溪柄單曲薄拱壩(63.4m)、四川沙牌單曲拱壩(132m)、新疆石門(mén)子單曲拱壩(109m)等。目前，世界上所有已建和在建的碾壓混凝土拱壩絕大部分集中在中國(guó)，而且已投產(chǎn)的幾座高于60m的拱壩，沒(méi)有一座在大壩上游面發(fā)現(xiàn)有裂縫，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)來(lái)自上游面的壩體滲漏。

2碾壓混凝土壩施工的優(yōu)越性

2.1碾壓混凝土筑壩能提高施工速度，縮短工期。碾壓混凝土壩斷面尺寸與常態(tài)混凝土相似，水泥用量少、壩體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可不設(shè)縱縫、不以模板形成橫縫、使用土石壩機(jī)械施工，所以，澆筑速度比常態(tài)混凝土壩快。如島地川壩用分塊澆筑法，每層2.0m，共需22個(gè)月，但采用碾壓法，每層7.0m，共需20個(gè)月；大川壩用分塊澆筑法，每層2.0m，共需18個(gè)月，而用碾壓法只需9個(gè)月。

2.2碾壓混凝土壩造價(jià)低。同土石壩相比，碾壓混凝土壩體積小、建筑材料??；壩基寬度小，減少了開(kāi)挖和基礎(chǔ)處理范圍，施工導(dǎo)流及泄洪建筑物的長(zhǎng)度縮短；而且可把泄洪建筑物布置在河床內(nèi)，不必像土石壩那樣在河床外另設(shè)泄洪道。由于中小型碾壓混凝土壩能在幾個(gè)月內(nèi)碾壓完畢，大大降低施工導(dǎo)流量，從而降低了導(dǎo)流費(fèi)用。另外，同常態(tài)混凝土相比，碾壓混凝土壩節(jié)約了模板工程量，根據(jù)玉川壩估算，可節(jié)約模板費(fèi)用30％，同時(shí)節(jié)約了冷卻、接縫灌漿費(fèi)用。碾壓混凝土水泥用量少，從而節(jié)約投資。玉川壩節(jié)約水泥11％，混凝土單價(jià)降低10％左右；坑口壩碾壓混凝土單價(jià)為同標(biāo)號(hào)常態(tài)混凝土單價(jià)的88％。

3水電站碾壓混凝土筑壩施工質(zhì)量易出現(xiàn)在的問(wèn)題

3.1碾壓混凝土結(jié)合面的強(qiáng)度控制問(wèn)題混凝土拌和物從投料拌和到倉(cāng)面上碾壓結(jié)束歷時(shí)一般應(yīng)小于2h，且每個(gè)碾壓層面均要求在混凝土初凝之前加上層碾壓覆蓋。對(duì)碾壓混凝土的兩個(gè)層面進(jìn)行鋪漿：一是新老混凝土面結(jié)合及混凝土與巖石面結(jié)合時(shí)，層面鋪一層10～15mm厚水泥砂漿。在進(jìn)行這道工序時(shí)，將卸在倉(cāng)內(nèi)的砂漿按碾壓混凝土鋪筑條帶方向用專(zhuān)用鋪漿耙子鋪設(shè)均勻，鋪漿范圍與下料范圍協(xié)調(diào)一致，避免砂漿長(zhǎng)時(shí)間暴露，水分散發(fā)后干硬；二是在壩前2～3m范圍內(nèi)，混凝土壓實(shí)層與壓實(shí)層之間，為保證防滲效果，而鋪設(shè)一層1～1.5mm厚水泥粉煤灰凈漿，灰漿與變態(tài)混凝土所用灰漿相同。在進(jìn)行這道銷(xiāo)漿工序時(shí)，用特制量桶提漿，灑鋪在需要部位，并用鋪漿耙鋪均勻，鋪漿范圍也要與下料范圍協(xié)調(diào)一致，避免漿液干硬。同時(shí)采用分層斜坡碾壓施工，使層間間隔時(shí)間縮短，使層間結(jié)合的質(zhì)量得以保證。

3.2防滲問(wèn)題世界上大多數(shù)碾壓混凝土壩約占57％采用與碾壓混凝土同步上升的常規(guī)混凝土做護(hù)面防滲，約有10％的壩直接使用碾壓混凝土防滲，具體做法是在碾壓混凝土中摻入較高含量的無(wú)薪性細(xì)粉來(lái)提高碾壓混凝土的可靠性，這種防滲形式在西班牙比較普遍，還有少數(shù)約5％采用常規(guī)混凝土預(yù)制面板加PVC膜防滲，近年來(lái)采用變態(tài)混凝土防滲壩面的做法也有所增加，具體做法是在碾壓混凝土攤鋪前或攤鋪后，向碾壓混凝土中注入水泥砂漿，使用插入式振搗棒振實(shí)。碾壓混凝土壩的防滲設(shè)計(jì)不應(yīng)只依賴(lài)上游護(hù)面系統(tǒng)來(lái)解決，應(yīng)使整個(gè)壩體形成一個(gè)擋水體。壩體滲漏完全可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和施工加以控制，如采用恰當(dāng)?shù)呐浜媳?、控制攤鋪碾壓質(zhì)量、層面處理以及排水、集水措施等。碾壓混凝土層間結(jié)合一般是滲漏的薄弱環(huán)節(jié)，碾壓混凝土壩防滲的主要問(wèn)題是解決層間滲漏問(wèn)題。

3.3異種混凝土結(jié)合問(wèn)題變態(tài)混凝土與碾壓混凝土交叉施工，采用先預(yù)碾、再變態(tài)、后補(bǔ)壓的方法，即鋪料結(jié)束后，先對(duì)碾壓區(qū)靜碾1～2遍，接著變態(tài)區(qū)施工，最后補(bǔ)壓其余遍數(shù)，并采用小碾盡量碾壓至變態(tài)區(qū)，取得了較好效果。在變態(tài)混凝土與碾壓混凝土搭接部位，振搗采用斜插法，同時(shí)振搗器至少應(yīng)插入下層混凝土5cm。

4水電站碾壓混凝土筑壩施工質(zhì)量控制策略

4.1原材料控制碾壓混凝土原材料質(zhì)量控制的目標(biāo)就是保證用于施工的各種混凝土原材料各項(xiàng)性能指標(biāo)符合《水利工程碾壓混凝土施工規(guī)范》和工程設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，杜絕不合格原材料在工程中使用。施工原材料質(zhì)量通過(guò)進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前或使用前的抽樣檢測(cè)進(jìn)行控制。檢驗(yàn)結(jié)果出來(lái)前，各種原材料均不得投入使用。進(jìn)場(chǎng)水泥、粉煤灰、外加劑等還必須有出廠檢驗(yàn)合格報(bào)告。通過(guò)按規(guī)定的頻率抽檢，及時(shí)掌握原材料質(zhì)量變化情況，凡質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)或?qū)ｍ?xiàng)指標(biāo)要求的，不得投入使用；或及時(shí)查明原因采取對(duì)策，避免影響到混凝土質(zhì)量。

4.2拌和控制碾壓混凝土拌和過(guò)程主要是控制拌和樓稱(chēng)量系統(tǒng)的精度和拌和物均勻性。

4.2.1碾壓混凝土拌和時(shí)，應(yīng)至少1次／每月(或必要時(shí))對(duì)衡器進(jìn)行檢查，以保證拌和樓稱(chēng)量系統(tǒng)的精度。各種材料稱(chēng)量允許偏差，水、水泥、粉煤灰和外加劑為±1％，粗、細(xì)骨料為±2％。

4.2.2混凝土各種原材料要求經(jīng)試驗(yàn)室檢驗(yàn)確認(rèn)合格后方能投入拌和，必須杜絕不合格原材料進(jìn)入攪拌機(jī)。

4.2.3投料順序和拌和時(shí)間需通過(guò)拌和試驗(yàn)確定。必須按擬定的投料次序和拌和時(shí)間進(jìn)行混凝土拌和。應(yīng)對(duì)拌和時(shí)間進(jìn)行抽檢，每作業(yè)班抽查不少于4次。

4.2.4應(yīng)至少每周1次對(duì)拌和均勻性進(jìn)行檢查，拌和不均勻的

生料嚴(yán)禁入倉(cāng)，以確保碾壓混凝土質(zhì)量。在拌和機(jī)卸料的首尾兩部分取拌和物試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，均勻的混凝土要求滿(mǎn)足①采用洗分析法測(cè)定粗骨料含量，兩個(gè)試樣相差不大于10％：②用砂漿容重分析法測(cè)定砂漿容重，兩個(gè)試樣差值應(yīng)小于30kg／m³。

4.2.5在混凝土拌和過(guò)程中，原材料品質(zhì)和實(shí)際狀況會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)原材料檢測(cè)及機(jī)口混凝土抽檢結(jié)果，及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整配合比。當(dāng)粉煤灰、砂石骨料等含水率波動(dòng)大干1％時(shí)，相應(yīng)增減拌和用水量及改變骨料用量。砂子細(xì)度模數(shù)每增大0.2時(shí)，應(yīng)增加砂率1％，反之則降低砂率1％。骨料超遜徑含量超標(biāo)時(shí)，要將該級(jí)骨料中超徑含量計(jì)入上一級(jí)骨料中，將遜徑含量計(jì)入下一級(jí)骨料中。

4.2.6碾壓混凝土拌和物質(zhì)量通過(guò)在拌和機(jī)口抽樣進(jìn)行的混凝土參數(shù)檢查進(jìn)行控制。對(duì)確認(rèn)不能滿(mǎn)足質(zhì)量要求的碾壓混凝土拌和物應(yīng)作廢料處理。

4.3碾壓控制要求混凝土拌和物經(jīng)碾壓后的達(dá)到密實(shí)度要求。

①碾壓作業(yè)要求條帶清楚，條帶寬度同振動(dòng)碾輪壓寬度，碾壓條帶必須重疊15～20cm，同一條帶分段碾壓時(shí)，其接頭部位應(yīng)重疊2～3m。②混凝土通常要求垂直于水流方向進(jìn)行碾壓。振動(dòng)碾應(yīng)沿著鋪條帶進(jìn)行碾壓，大型振動(dòng)碾碾不到的邊緣拐角部位采用小型振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。③碾壓方式和碾壓遍數(shù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。必須按確定的碾壓方式和碾壓遍數(shù)進(jìn)行碾壓作業(yè)。④碾壓后的混凝土表面，要求有微漿出露，表面平整有光澤，呈一定的彈性，并經(jīng)核子密度儀實(shí)檢測(cè)壓實(shí)容重達(dá)到設(shè)計(jì)要求98 5％的指標(biāo)(施工控制值)，否則進(jìn)行補(bǔ)碾。如仍不合格，則在3m³以?xún)?nèi)的混凝土作挖除處理，重新回填混凝土碾壓。⑤檢測(cè)壓實(shí)容重用表面型核子水分密度儀在使用之前要用工程實(shí)際所用材料配在室內(nèi)拌制的混凝土容重進(jìn)行校訂。⑥剛碾壓完的混凝土層面由于受到擠壓有一個(gè)反彈過(guò)得，因此壓實(shí)容重的測(cè)試應(yīng)在碾壓完10分鐘后進(jìn)行。⑦平倉(cāng)后的混凝土就及時(shí)進(jìn)行碾壓，要求混凝土從拌和到碾壓完畢的最長(zhǎng)時(shí)間不得超過(guò)上下層混凝土最大允許間隔時(shí)間，以避免形成冷縫，一般不超過(guò)2h。⑧混凝土碾壓質(zhì)量通過(guò)倉(cāng)面抽樣檢測(cè)進(jìn)行控制。

4.4成縫控制

①采用先碾后成縫工藝，避免成縫裝置、材料對(duì)碾壓施工的影響。②切縫機(jī)成縫時(shí)填縫材料隨切縫刀片一次嵌入縫中，填充物距壓實(shí)面1～2cm。切縫完畢后用振動(dòng)碾碾壓1～2遍，以減少切縫對(duì)混凝土松動(dòng)破壞。③按規(guī)定位置和間距切縫，以保證成縫面積。④要求在層間間歇期內(nèi)完成切縫。⑤成縫施工要求迅速，以免形成施工干擾，影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。

4.5變態(tài)混凝土控制

變態(tài)混凝土施工主要控制鋪漿均勻性和振搗質(zhì)量。

4.5.1變態(tài)混凝土的運(yùn)輸、卸料、攤鋪應(yīng)與同澆筑高程、同部位的碾壓混凝土施工同時(shí)進(jìn)行，以減小兩者初凝時(shí)間的差異，保證兩種混凝土結(jié)合部的質(zhì)量。

4.5.2變態(tài)混凝土灰漿的配制在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的制漿系統(tǒng)，在拌制處應(yīng)有醒目的配合比標(biāo)識(shí)。變態(tài)混凝土灰漿應(yīng)嚴(yán)格按試驗(yàn)室提供的配合比進(jìn)行配制，灰漿摻量也應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定，一般為混凝土量的4％～6％。

4.5.3加漿時(shí)將水泥漿均勻?yàn)⒃谀雺夯炷撩嫔?，灰漿摻入碾壓混凝土內(nèi)10～15min后開(kāi)始用大功率振搗器振搗，要求振搗器應(yīng)插入下層變態(tài)混凝土5m以上，振搗至混凝土表面完全泛漿為準(zhǔn)，一般不小于15s。

4.5.4注意控制搭接部位的振搗質(zhì)量，宜用振搗器從變態(tài)混凝土區(qū)斜插入碾壓混凝土區(qū)，盡量多搭接。振搗均勻后用小型振動(dòng)碾碾壓1～2遍。

4.6養(yǎng)護(hù)和防護(hù)①覆蓋上層碾壓混凝土之前，特別在炎熱或干燥氣候情況下，應(yīng)對(duì)其層面、暴露面進(jìn)行噴霧或適當(dāng)灑水，以防止冷縫產(chǎn)生。②施工間歇期，碾壓混凝土終凝后即開(kāi)始進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，直到達(dá)齡期。必要時(shí)用塑料編織布等覆蓋混凝土表面后通水養(yǎng)護(hù)。③臺(tái)階狀表面的棱角部位，容易發(fā)生裂縫，應(yīng)長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)。④有溫控要求的碾壓混凝土，應(yīng)根據(jù)溫控設(shè)計(jì)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如上覆二層黑色防曬網(wǎng)并定時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)。⑤養(yǎng)護(hù)用水應(yīng)符合要求，不應(yīng)對(duì)混凝土產(chǎn)生有害影響。