某大坝碾压混凝土施工技术的探讨

　　摘要：本文主要对我国碾压混凝土坝的施工与施工技术研究作出探讨，通过这些工程的修建，在借鉴成熟的碾压混凝土施工技术的同时，进一步挖潜提高施工工效和混凝土质量的方法和措施。如完善变态混凝土施工和发明斜层铺筑法。
　　关键词：大坝施工；碾压混凝土技术；探讨
　　1某大坝RCD和RCC工法
　　碾压混凝土有RCD和RCC两种类型，中国采用RCD工法修建的第一座碾压混凝土重力坝，坝址多年最低月平均气温-21℃，属严寒地区，坝长1040m，分65个坝段，坝体上下游分别为3．0m和2．5m宽的防渗层和保护层，内部为三级配或四级配的碾压混凝土，即常说的“金包银”结构，这种形式的防渗、防裂、防冻性能好，但胶凝材料用量和施工干扰大，不利于降低造价和减少工期。坝体上升方式为间断式，混凝土每层压实厚度一般为75cm，间隔2-3d再浇筑上一层混凝土。某项目为当时(1998年)世界采用RCC工法建成的最高全断面碾压混凝土重力坝，坝高131m，坝长367m，分13个坝段，坝体上游防渗层为30cm宽二级配变态混凝土，大坝主体为三级配碾压混凝土。坝体上升方式为连续式，混凝土每层压实厚度一般为30cm，每层压实完即浇筑上一层混凝土。这种坝体结构和上升方式无疑会提高施工速度和减少胶凝材料用量。笔者认为，坝体防渗方式和混凝土上升方式的不同是RCD和RCC两种工法的主要区别。
　　2几项技术的发展和创新
　　2．1完善和拓展变态混凝土
　　坝体结构物周边及坝基(肩)部位受钢筋、模板拉筋或基岩的限制，实施碾压混凝土非常困难，一般需配备小型碾压设备处理，这就大大降低了压混凝土整体施工效率。碾压混凝土围堰施工时，将一定浓度的水泥浆洒人靠近模板的碾压混凝土中，用插入式振捣器振捣，这便是变态混凝土的初级阶段。在某项工程施工中，进一步完善了变态混凝土的浆液浓度和掺人比例，同时，变态混凝土应用范围扩大，除基岩面以外的碾压混凝土包围的结构物周边及模板边缘均采用了变态混凝土。由于变态混凝土的“变”是在仓面最终完成，拌和楼不必频繁变换混凝土类型，同时做到了与碾压混凝土同步上升，使得碾压混凝土施工更加简洁流畅。工程采用制浆站集中制浆，通过管道输送到仓面，浆液水灰比为0.7，浆液与碾压混凝土的比例为1：9。
　　2．2模板工程
　　碾压混凝土坝的模板需最大限度地满足碾压混凝土的连续上升性，力争做到安拆简便、单块面板面积大。工程上下游面主要采用悬臂模板，面板面积4．5m2，每次升程1．5m，可以浇筑两层RCD混凝土，基本满足RCc工艺的需要，但满足不了RCC工艺的需要。工程开始对模板进行改进和创新，上下游主要采用交替升程的翻转模板，面板面积9．0m2，每次升程3．0m，面板亦由建筑面板拼装改为整体钢板。其它结构物的模板也尽量做到与碾压混凝土升程相匹配。电梯井采用整体一次性顶升模板，闸墩异型段采用定型翻转模板，廊道部位采用预制一次成型的预制混凝土模板，结构钢筋配置在预制混凝土模板中。工程下游台阶采用与台阶高度相匹配预制混凝土模板。通过改进，尽管投入有所加大，但安拆速度却大大提高，不仅保证了与碾压施工的连续性，而且混凝土表观质量非常好，这些改进和创新在工程得到集中体现。
　　2．3施工缝
　　碾压混凝土坝的施工缝主要是坝段间的横缝。对于上下游止排水处的横缝采用预安沥青板，坝体内部采用切缝方式。工程采用日立EX120反铲为动力的专用切缝机，该机切人深度可达70cm，满足RCD75cm浇筑层的要求；某工程也采用日立EX120专用切缝机，但将刀片高度改为30cm，满足RCC30cm厚碾压层厚的要求。该切缝机具有动力大，切缝准确等优点，但在小仓面作业时与运输、摊铺、碾压等机械相干扰，降低了碾压混凝土施工效率，而且成本较高。在以后的工程中借鉴兄弟单位的经验，采用小型电动夯机加装刀片改装的切缝机切缝，改装的切缝机使用方便，成本低。填缝材料在满足成缝要求的前提下，为降低成本先后采用了镀锌铁皮、土工膜布及干砂等材料。
　　2．4斜层铺筑法
　　碾压混凝土斜层铺筑法是相对传统的碾压混凝土铺筑法而言的，制约碾压混凝土质量的关键因素之一是层间间隔时间，为了保证和提高混凝土质量，施工中都力求层间间隔时间越短越好。但当遇到较开阔的仓面(5000m2以上)时，受拌和、运输、摊铺、碾压等施工资源经济配置的限制，不得不将开阔的仓面人为地分割为几个既要满足层间间隔时间要求又要与施工资源相匹配的仓面，这不仅仅是增加模板工程量和增加入仓口的问题，更重要的是施工效率大大降低，甚至会出现因等强、入仓等原因而造成的窝工现象。为了解决这一问题，提出了碾压混凝土斜层铺筑法，即将传统的水平摊铺碾压层改为1：10-1：20的斜层。在某工程中经过坝内外几次试验和测试，在较大仓面正式采用斜层铺筑法施工，层间间隔时间由平层铺筑法的6～7h缩短为2～4h，混凝土质量达到或超过传统的平层铺筑法，最大单仓混凝土量达3．5万m3。某工程采用斜层铺筑法浇筑碾压混凝土45．5万m，占碾压混凝土总量的41．1％。目前，斜层铺筑法的优点已被广泛认可，该法可以利用有限的资源实施大仓面的施工，并可缩短层间间隔时间，特别是高温多雨条件下混凝土浇筑具有明显的效果。
　　2．5混凝土配合比
　　我国的碾压混凝土配合比经过多年的经验积累，已形成了“中胶凝材料、高掺粉煤灰、低值”的特点。某项工程为国际招标，合同文件执行FIDIC条款，按照招标文件配合比除执行中国《水工碾压混凝土施工规范)(SL53—94)外，还执行美国土木工程师协会1994年出版的《碾压混凝土》，结合工程所使用的配合比材料，经室内外多次实验，人工砂的石粉含量超过了当时的中国标准，但粗细骨料形成的级配曲线符合技术规范要求，因此，某工程的配合比较经验有所突破，超过了SL53—94规定人工砂中石粉含量最大值17％，达到19％，归纳为“中胶凝材料、高掺粉煤灰、高石粉含量、低值”，具体配合比如表1。这种配合比的碾压混凝土和易性好，不易分离，易于压实，后被很多碾压混凝土工程借鉴。
　　表1碾压混凝土坝配合比
　　
　　2．6干法生产骨料
　　1994年颁布的《水工碾压混凝土施工规范》(SL53-94)规定人工砂中石粉含量以8％～17％为宜，若按此进行配比，混凝土的和易性较差且不宜压实，通过试验论证和借鉴美国土木工程师协会标准，若提高石粉含量，可以利于摊铺碾压，提高密实度和增加防渗效果。江垭工程为了提高石粉含量，避免水洗过程中造成石粉的严重流失，采用反击式破碎机干法生产骨料，反击式破碎机加工后的半成品料直接进行各级筛分，而不进行水洗。某工程人工砂中石粉含量为19％，经过检测混凝土质量满足设计要求。由于提高石粉含量是可行的，并得到成功运用，现行《水工碾压混凝土施工规范》(DL/T112-2000)规定人工砂中石粉含量宜控制在10％-22％。干法生产骨料应当选定合格的母岩，以母岩岩溶裂隙中黏土少为前提，否则会造成人工砂中含土量超标，同时也会造成大骨料表面粘附黏土的现象。如果大骨料表面粘附少量黏土可以通过洗石的办法加以解决，但要尽量避免在雨天加工。
　　2．7深槽皮带+负压溜槽运输混凝土
　　深槽皮带与负压溜槽结合运输混凝土方案是某项工程最早成功使用的。某项大坝工程两岸陡峭高峻，当坝体升至155m高程后，通过修建上坝路自卸汽车直接入仓的方案无法实现，如果采用缆机方案临时工程投入将增加很多，工期也无法保证。在此情况下，经充分论证，果断采用某科研所研发的深槽皮带和负压溜槽运输155m高程以上混凝土。深槽皮带承担拌和楼至负压溜槽进口之间258m长的水平运输，皮带机带速3．4m／s，皮带宽650mm，输送能力240m3／h。负压溜槽承担左岸坝顶至坝面83m高的垂直运输，溜槽倾角47。，输送能力300m3／h。实践证明深槽皮带和负压溜槽运输混凝土是可行的，深槽皮带负压溜槽运输混凝土不仅大大缩短了混凝土运输时间(从拌和楼至仓面仅需3．5-4．5min)，而且解决83m高差的垂直运输问题。该系统共运输混凝土73万，混凝土运输综合成本与自卸汽车直接人仓运输成本(不包括临时道路)相当，取得了显著的经济效益，为碾压混凝土运输提供了一个全新的解决方案。