下凱富峽水電站碾壓混凝土大壩層、縫間處理工藝

高元博,靳俊杰

(中國水利水電第十一工程局有限公司,鄭州 450001)

0 前 言

碾壓混凝土連續(xù)澆筑涉及到拌和系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、入倉系統(tǒng)、倉面碾壓設備和天氣變化等方面的影響。在實際施工過程中一旦這些影響發(fā)生，碾壓混凝土倉面暴露時間會超出混凝土防滲要求允許的時間范圍，導致混凝土層間滲漏。因此，當澆筑過程中出現(xiàn)停歇時，有效的層間處理方法對碾壓混凝土連續(xù)施工至關重要。贊比亞下凱富峽水電站處于非洲中南部，屬于熱帶大陸性氣候，每年4—10月份為干季，氣溫較高，11月—次年3月份為雨季，降雨量較大。另外，大壩壩址河道狹窄，兩岸岸坡陡峭，邊坡坡度45°，峽谷呈不對稱的“V”型，沿邊坡布置道路困難，水泥砂漿罐車入倉困難，且倉號內機械設備過多，發(fā)生故障，無法開出倉號。本文針對碾壓混凝土層、縫間處理施工中的技術問題，采用“層間暴露時間+修正成熟度雙標控制、水泥凈漿代替水泥砂漿、刷毛和刷毛+鋪灑水泥凈漿”等綜合技術措施，解決施工中的技術難題，通過取芯和壓水試驗驗證，取得了良好的效果，可為碾壓混凝土施工提供借鑒。

1 工程概況

下凱富峽水電站位于南部非洲國家贊比亞境內盧薩卡東南的贊比西河一級支流卡富埃河上，凱富埃河經過壩址位置蜿蜒55 km后匯入贊比西河。大壩壩址距20世紀70年代建成的上凱富峽水電站尾水6 km，距已建成的上凱富峽大壩17.3 km，距離贊比亞首都盧薩卡90 km。下凱富峽水電站于2015年開工建設，于2020年建成投產，是贊比亞期盼多年的重點建設項目，也是該國40 a來投資開發(fā)建設的第一座大型水電站，年發(fā)電量約為30億度。

工程由RCC重力壩、全襯砌引水隧洞和發(fā)電廠房及業(yè)主運營村組成。攔河壩為碾壓混凝土重力壩，按萬年一遇洪水設計，可能最大洪水(PMF)校核。大壩壩頂高程為581.00 m，最大壩高為130.5 m，正常蓄水位579.00 m，總庫容0.83億m3。大壩從左岸向右岸依次布置左岸非溢流段、河床非溢流段(門庫壩段)、表孔溢洪壩段、生態(tài)放水孔壩段和右岸非溢流壩段。溢洪壩段位于河床中部，溢洪道設置3孔弧形閘門，閘門尺寸為15 m×19.9 m(寬×高)。溢流堰上游坡比為1∶0.2，溢流堰為WES實用堰。堰頂高程為561.00 m。溢洪道總寬度62 m(包括閘墩及溢流堰)，中墩寬5 m，邊墩寬3.5 m，分縫位于溢流堰面中心，泄槽兩側設有邊墻。大壩通倉采用骨料最大粒徑63 mm的碾壓混凝土，全斷面防滲，上下游最大寬度為125 m。

2 施工方法

2.1 工藝原理

混凝土拌制完成后隨著水泥水化反應的發(fā)生，混凝土逐漸硬化失去活性，混凝土中水泥的水化反應進程與時間成正比，水化反應速度與環(huán)境溫度成正比，修正成熟度為修正溫度與時間乘積的累計值，將每天溫度的變化值納入層間縫狀態(tài)計算，可以更加精準的判斷出碾壓混凝土的活性，及時采取對應層間處理措施，保證層間結合質量。

相比水泥砂漿，水泥凈漿可以現(xiàn)場拌制、管道輸送，施工過程中更簡易、快速、隨用隨取，從而減少倉面施工設備干擾，加快施工速度。水泥凈漿顆粒物細、流動性高，鋪灑在縫面上能填充混凝土結合面細微裂縫，對于擋水建筑物防滲效果更好。

結合縫縫面達到溫縫標準時，縫面混凝土表面膠凝材料處于假凝狀態(tài)，采用刷毛的方法去除假凝狀態(tài)膠凝材料或者鋪灑水泥凈漿提高層面縫結合能力，均可滿足抗?jié)B要求。當縫面混凝土表面膠凝材料處于溫縫后期或冷縫狀態(tài)，此時膠凝材料已經徹底失去活性，采用刷毛的方法去除表面膠凝材料并鋪灑水泥凈漿作為新膠凝材料的新填充物用于層面縫結合，可滿足抗?jié)B要求。

2.2 施工工藝

2.2.1施工布置

大壩碾壓混凝土采用薄層連續(xù)上升的方式進行澆筑，每層澆筑厚度為30 cm。澆筑過程中，配足資源并充分利用資源，加快碾壓混凝土的拌和、輸送、攤鋪和碾壓速度，除了必須停盤位置(如水平灌漿廊道等)停盤以外，其他位置按照熱縫要求進行施工組織。上下游面全部采用連續(xù)上升翻升模板，其中上游模板高度為3 m，下游模板高度為1.8 m，模板翻升在澆筑過程中實現(xiàn)，不需要等倉號停盤進行。作業(yè)面安排2個吊車，配合K80塔吊，分上下游2組人員進行模板翻升，滿足倉號連續(xù)澆筑的要求。整個碾壓混凝土澆筑過程中，連續(xù)上升的最大高度為24.6 m，平均高度為11 m。

大壩層縫間處理施工采用集中制漿站、漿液中轉系統(tǒng)以及移動加漿管，制漿設備不會隨著工作面的變化而移動，倉號內不需要專門的運輸設備，相比層間處理的鋪設砂漿，更加快捷、方便、簡單，倉內作業(yè)人員減少、無水泥罐車等機械，更能保證質量及安全。

集中制漿系統(tǒng)：制漿站布置在大壩右岸562.00 m高程馬道下游，不侵占大壩結構面，制漿系統(tǒng)能力根據(jù)施工所需制備漿液確定。根據(jù)施工強度判斷，高速制漿設備的制漿能力要求20 m3/h水泥凈漿即可。另外分別配置1個水泥罐和1個粉煤灰罐，從右岸581.0m高程的道路進行水泥和粉煤灰補充。

漿液中轉系統(tǒng)：根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，在作業(yè)面附近設置漿液中轉系統(tǒng)，便于更加準確的控制倉號內的加漿量。中轉系統(tǒng)采用大容量攪拌罐，便于儲存制漿站的部分漿液。如果沒有漿液中轉系統(tǒng)，則很難控制從制漿站到作業(yè)面上管內漿液的數(shù)量和質量，通過中轉系統(tǒng)的二次攪拌，可保證鋪灑水泥凈漿的質量滿足設計要求。

現(xiàn)場移動加漿管道：從中轉系統(tǒng)接出2套輸送漿液的管道，分別到作業(yè)面的上游和下游，管道采用直徑50 mm耐壓膠管，管端頭連接采用套絲連接，便于堵管時修理。

2.2.2工藝操作要點

(1) 施工準備

結合碾壓試驗段取得的層面抗剪能力和結合質量數(shù)據(jù)，綜合考慮拌和物特性、季節(jié)、天氣、施工方法、上下游不同區(qū)域等因素，在混凝土層間間隔時間的基礎上，采用修正成熟度方法將層間縫區(qū)分為熱縫、溫縫和冷縫。修正成熟度為修正溫度與暴露時間乘積的累計值。根據(jù)不同氣候條件下層間縫的狀態(tài)實施不同的處理措施，保證大壩防滲、大壩更加安全。使用清水沖洗制漿設備和輸送管，并檢查確認制漿設備和輸送管中清水排放干凈。

(2) 層間縫狀態(tài)判定

修正成熟度計算公式為：

MMF=(T+12)×(t1+t2+t3+…tn)

(1)

公式(1)中：MMF為修正成熟度累計值，℃.h；T為第n小時內作業(yè)面的平均環(huán)境溫度，℃；12為溫度修正值；t1、t2…tn為條帶攤鋪第1個小時、第2個小時……第n個小時 ；t1為條帶開始攤鋪第1小時；tn為條帶攤鋪第n小時。

某條帶碾壓混凝土開始攤鋪時開始計算修正成熟度，直至條帶被下層碾壓混凝土覆蓋且碾壓完畢。某條帶修正成熟度累計值達到熱縫極限70%時，發(fā)布藍色預警；達到熱縫極限90%發(fā)布紅色預警；當紅色預警發(fā)布時，各部門開始準備層間溫縫處理設備和人員。

對現(xiàn)場技術人員進行層間縫處理措施技術交底，明確層間結合縫狀態(tài)判斷的時間標準和修正成熟度標準。由碾壓試驗段試驗確定相應的時間標準和修正成熟度標準見表1。

表1 層間結合縫狀態(tài)判斷表

(3) 層縫間處理

根據(jù)技術要求， 基礎面采用沖毛機進行沖毛，要求將表層的水泥漿、浮渣清理干凈，基礎面驗收合格后，鋪灑水泥凈漿。水泥凈漿拌制采用散裝水泥，水灰比控制在0.55～0.65。

當碾壓混凝土層間縫處于溫縫初期時，表面膠凝材料因為強度低尚有一定的附著力。因此，刷毛機無法將膠凝材料刷掃清除、露出骨料，此時采用直接鋪灑水泥凈漿方法處理。

當碾壓混凝土層間縫處于溫縫中晚期時，表面膠凝材料因為接觸外界空氣，水化反應硬化失去活性，使用鋼絲刷毛機將表面硬化膠凝材料清除，露出骨料，清理的膠凝材料碎屑應清理出倉號，不允許再次添加到碾壓混凝土中。

超過了加墊層鋪筑允許時間或者根據(jù)修正成熟度為冷縫的層面應按施工縫處理。停倉后混凝土層面沖毛經現(xiàn)場試驗確定，不得過早沖毛。沖毛清除混凝土表面的浮漿及松動骨料，達到微露粗砂即可。

(4) 水泥漿拌制

水泥凈漿配合比和變態(tài)混凝土加漿漿液配合比一致，水泥漿拌制應同碾壓混凝土拌制同時開始，使用高速制漿機拌制水泥漿，高速制漿機轉數(shù)大于1 200 r/min，水泥漿液的攪拌時間不少于30 s。漿液拌制完成后根據(jù)試驗室出具的漿液密度，使用比重計檢測漿液配比，計量誤差應小于5%。漿液拌制應根據(jù)需求量逐盤拌制，漿液自拌制到使用完畢控制在4 h內，多余的漿液廢棄處理。

(5) 水泥漿鋪灑

碾壓混凝土開始入倉后開始鋪灑水泥凈漿，水泥凈漿鋪灑使用輸送軟管直接鋪灑在倉面表面，水泥漿鋪灑應均勻、無遺漏、無匯集，鋪灑厚度控制在3～5 mm。鋪灑的水泥凈漿應被碾壓混凝土迅速覆蓋，暴露時間不超過10 min，鋪灑范圍應不超過碾壓混凝土攤鋪料頭10 m，防止水泥漿干涸，因設備行走帶走水泥漿的區(qū)域，必須補灑。層縫間鋪灑水泥凈漿見圖1。

圖1 層縫間鋪灑水泥凈漿圖

(6) 碾壓混凝土攤鋪覆蓋

水泥凈漿鋪灑完畢后，碾壓混凝土傾倒在鋪灑水泥漿的倉面上，傾倒位置應靠近條帶中間位置，保證平倉機攤鋪后所有的碾壓混凝土均位于水泥漿之上。自卸車和平倉機移動過程中帶走的水泥漿應重新鋪灑。

工程所處的國家贊比亞，氣溫較高，為保證層間處于熱縫狀態(tài)，作業(yè)面上下游、左右岸均布置揚程為80 m的噴霧機。對于噴霧機無法覆蓋的區(qū)域，采用手持噴霧槍的方法進行倉面保濕降溫，以此來保證層面處于熱縫的狀態(tài)，保證層間結合質量。施工過程全面協(xié)調，保證各項工序正常，碾壓混凝土入倉后，快速攤鋪，碾壓封閉，縮短層間暴露時間。

3 現(xiàn)場質量與經濟控制

(1) 水泥凈漿可隨現(xiàn)場碾壓混凝土攤鋪進行鋪灑，鋪灑后立即被覆蓋。另外，水泥凈漿比水泥砂漿流動性更好，可以全面、無死角地填充倉面坑洼，更好地保證層間結合效果。在大壩左岸DL0+038.00 m、右岸DR0+100.50 m和DR0+126.06 m 3個位置取芯，共取芯290 m。RCC芯樣顯示碾壓混凝土骨料分布均勻且被膠凝材料包裹密實、碾壓層間結合良好，取芯照片見圖2。實測芯樣混凝土通過壓水試驗，透水率為0.6189×10-8cm/s，小于設計規(guī)范要求的透水率1×10-8cm/s，碾壓混凝土施工過程質量控制良好,證明采用水泥凈漿代替水泥砂漿進行層縫間處理，能夠保證碾壓混凝土層間結合效果。

圖2 取芯照片

(2) 墊層拌和物由快速制漿機拌制后經送漿軟管輸送至作業(yè)面，人工持管頭鋪設，整個拌制、輸送和鋪設，作業(yè)面無機械設備，更加簡單。另外，減少了車輛產生的噪音以及車輛行走產生的揚塵，低碳環(huán)保。

(3) 施工中，混凝土面攤鋪碾壓后存在層面坑洼，造成倉面部位地方水泥漿集中，影響混凝土質量。因此，為保證施工質量，推土機安裝自動找平儀進行倉面平整度的控制。另外，施工過程發(fā)生意外暫時中止，會造成拌制好的水泥凈漿以及加漿管內的水泥漿浪費。因此，加強現(xiàn)場的溝通及全面協(xié)調顯得尤為重要。

(4) 碾壓混凝土大壩采用水泥凈漿代替水泥砂漿，水泥漿鋪灑厚度為3～5 mm左右，水泥砂漿鋪灑厚度為10～15 mm左右，通過當?shù)厮唷⑸白拥葍r格進行換算，水泥凈漿價格為3.57元/m2，水泥砂漿價格為9.15元/m2，工程實際處理共處理的層縫面積為362 000 m2，節(jié)省施工費用202萬元，經濟效益明顯。

4 結 語

國內碾壓混凝土大壩施工中，僅有部分工程在上游面防滲層混凝土采用層間灑灰漿的方法，在冷縫或施工縫面均采用鋪設砂漿的方法。目前碾壓混凝土層、縫間全部采用水泥凈漿的施工方法僅用于國外少部分碾壓混凝土工程，通過下凱富峽水電站大壩工程實踐，獲得了較好的應用效果，且經濟效益顯著。但對于國內碾壓混凝土大壩材料分區(qū)，該工藝還缺乏相關的施工經驗、技術參數(shù)及數(shù)據(jù)，還需進一步研究。