提高碾压混凝土层间结合质量的技术研究

提高碾压混凝土层间结合质量的技术研究

王伟亮

中国水电建设集团十五工程局有限公司陕西西安710068

摘要：碾压混凝土坝具有体积小、强度高、施工进度快、胶材用量低、成本小、坝身可溢流等特点，所以在越来越多的工程中采用，但相比常态混凝土坝，层间结合质量又是个薄弱环节，甚至有些碾压混凝土坝因材料质量、施工质量控制等原因造成坝体层间结合部位渗水甚至喷水的现象。为确保工程质量，参考在建和已建成工程经验，对上述问题进行探索和研究。

关键词：提高碾压混凝土层间结合质量

1工程概况

洞河水库枢纽工程地处安康市汉阴县城以东8km的涧池镇境内，本工程以灌溉为主，兼顾发电，属Ⅲ等中型工程。水库总库容4561万立方米，枢纽工程由拦河坝、泄洪表孔、泄洪底孔、引水洞、电站厂房和变电站等建筑物组成。拦河坝为碾压混凝土抛物线双曲拱坝，坝顶高程397.5m，最大坝高65.5m，坝底宽15.645m,坝顶宽6.5m，坝顶上游弧长264.473m。水库正常蓄水位391.00m。电站装机容量3430kw，年发电量797.52万kw.h。碾压混凝土施工采用全断面碾压连续上升施工工艺，坝体混凝土14万m3，其中，碾压混凝土11.6万m3。

2筑坝材料对大坝层间结合质量的影响及处理措施

2.1水泥、粉煤灰（活性掺合料）对碾压混凝土大坝层间结合质量的影响及处理措施碾压混凝土施工受施工进度快、填筑高度高，坝体内易出现大量水化热集中散发，易产生温度应力裂缝，所以很多设计单位要求水泥一般采用中热或低热水泥，不具备条件时宜选用普通硅酸盐水泥，在满足规范要求的同时，水泥比表面积不宜大于350m2/kg,水泥细度过细，混凝土早期强度增长较快，水化热较早集中产生，易产生裂缝，且难以控制碾压混凝土初凝时间，影响层间结合质量。水泥的入罐温度也不应大于65℃，避免在搅拌过程出现假凝，影响混凝土质量。

掺入适量的粉煤灰（活性掺合料），即可改善混凝土性能、提高混凝土质量、减少混凝土水化热、抑制碱骨料反应，减少混凝土产生裂缝的可能性，还可节约水泥、降低成本。优先推荐使用Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰，选用Ⅱ级粉煤灰时优先选用需水量比小的粉煤灰。

2.2砂子质量对碾压混凝土大坝层间结合质量的影响及处理措施

碾压混凝土大坝骨料应就近选择当地地材，优先选择玄武岩、灰岩、细粒花岗岩等材质坚硬、吸水率低的优质岩石，碾压混凝土人工砂石粉含量一般（16%～18%）最佳，0.08mm以下颗粒含量不宜小于5%，但含泥量不宜超过3%，否则影响层间结合质量及大坝整体防渗效果，细度模数宜选2.2～2.9的Ⅱ区中砂，且级配良好，施工现场根据实际情况试验确定最佳石粉含量，石粉含量过多或含泥量过大势必影响混凝土强度和层间结合质量，最明显的结果就是混凝土极限拉伸强度变小，容易产生裂缝。

当施工现场不具备生产人工砂，或生产的人工砂石粉含量偏低（河床料加工时），为保障碾压混凝土质量和具有较好的施工性（可碾性），普遍采用的方法是掺入粉煤灰、矿渣粉、石灰粉等材料，掺量根据试验确定。当采用天然砂时含泥量不应大于5%。

2.3外加剂质量对碾压混凝土大坝层间结合质量的影响及处理措施。

碾压混凝土优先选用萘系缓凝高效减水剂，因为萘系相对羧酸类减水剂比较稳定，对水泥配方调整和骨料含泥、石粉含量变化不是很敏感，减水率相对稳定、缓凝时间相对稳定。用于碾压混凝土的缓凝高效减水剂，高温时段施工最关键的额外经验控制指标是在标准温度下初凝时间不低于20小时，在室外环境下初凝不低于8个小时，要保证碾压混凝土在一个施工循环中不会初凝，不会影响层间结合质量，低温时段施工为保障碾压混凝土具有足够的强度来稳定上下游模版，可适当缩短减水剂的缓凝时间。

3施工质量对碾压混凝土大坝层间结合质量的影响及处理措施。

3.1现场铺浆对层间结合质量的影响及处理措施。

为保证碾压混凝土的防渗效果和层间结合，在新老混凝土面（间歇层）结合时，层面铺一层1～2cm厚水泥砂浆,在进行这道工序时，将卸在仓内的砂浆按碾压混凝土铺筑条带方向用专用铺浆耙子铺设均匀，铺浆范围与铺料范围协调一致，避免砂浆长时间暴露水分散失后干硬。另一种铺浆方式是在坝前5m范围内，为保证碾压混凝土的防渗效果，在层与层之间铺设一层1～1.5mm厚水泥粉煤灰净浆，水泥粉煤灰净浆由集中制浆站按施工配合比制备，并用专用输浆管送至仓面。

3.2碾压混凝土入仓方式对层间结合质量的影响及处理措施。

碾压混凝土入仓方式根据当地地形地貌以及两岸现有交通道路情况，可采用自卸汽车直接入仓，也可采用仓口卸料，装载机转运铺料。当采用自卸汽车直接入仓，应在仓口30米外设置过水路面和高压水枪冲洗轮胎，然后在30米的碎石道路上脱水后入仓。体形较小的拱坝采用装载机二次倒运铺料时，当卸料垂直高差大于1.5m时，应采用溜槽或负压溜槽卸料，避免骨料分离。两种入仓方式都应采用进占法施工，严禁在已经碾压好的混凝土面上行车，避免混凝土产生剪切破坏，影响碾压混凝土整体质量。直接入仓法还应严格控制仓口部位受车辆碾压和脱水不彻底等原因造成的质量缺陷。

3.3碾压混凝土铺料与平仓对层间结合质量的影响及处理措施。

为保证施工质量，避免过分扰动和杂物入仓，自卸汽车入仓卸料或装载机二次倒运，都应采用进占法施工。铺料条带从上游向下游平行于坝轴线方向摊铺，每3m～5m宽一个条带，为保证碾压混凝土质量，加浆及平仓到碾压完成每个条带控制在2h以内，整层施工控制在8h以内。对于卸料、平仓条带表面出现的局部骨料集中，辅以人工分散，与模板接触的条带边采用人工铺料，反弹回来的粗骨料及时分散开，并在上下游大模板上刻划出层厚线以做到条带平整、层厚均匀。平仓后的整个坝面略向上游倾斜。铺料与平仓的控制重点在于避免骨料集中对层间结合质量的影响，以及按条带、按顺序施工，避免管理混乱造成施工冷缝。

3.4碾压混凝土碾压过程对层间结合质量的影响及处理措施。

碾压按照碾压试验确定的机械及参数进行。一般先无振2遍，再有振6～10遍，最后再无振2遍收面。振动碾作业的行走速度一般为1～1.5km/h，碾压速度过快易造成弹簧料，对质量影响较大且返工麻烦（需要翻料重碾或换料重碾），费工费料，还影响整体施工进度和层间结合质量，施工中应严格控制。振动碾碾压条带行走方向应平行于坝轴线，相邻碾压条带重叠15-20cm，同一条带分段碾压时，其接头部位重叠碾压2-3m。在一般情况下不得顺水流方向碾压。大碾碾压完成后，应马上用小碾对仓号边角进行碾压，以保证碾压质量。碾压混凝土层间间隔时间，应在6-8h内完成。碾压作业完成后，检测其压实容重，压实容重未达到规范要求的，应继续碾压或挖除重填碾压直至台格。

3.5碾压混凝土变态区加浆对层间结合质量的影响及处理措施。

碾压混凝土变态区是碾压混凝土大坝金包银的黄金工序，决定着大坝的整体防渗效果，是个非常关键的施工环节。碾压混凝土变态区加浆时，应根据碾压试验确定的加浆比例和方式加浆，为方便控制质量，推荐采用造孔法加浆，（沟槽法难以控制加浆量和沟槽深度）加浆后需等待一段时间，待浆液完全渗透到该施工层底部才可振捣，保证变态区层间结合质量。制浆站应采用高速制浆机，按照试验室出具的施工配合比拌制，质检人员需按照浆液配合比在室内拌制浆液测得其比重来控制现场浆液质量。受人员素质、管理水平等因素影响，为保障变态区施工质量，近年来有许多工程采用机制变态施工，还能提高施工效率，值得借鉴。

3.6碾压混凝土VC值的动态控制对层间结合质量的影响及处理措施。

为保证碾压混凝土层间结合质量，碾压混凝土拌和物的VC值应随着外界条件的变化而作相应的变动，具体作法是：在实地各种气候条件下找到出机口VC值至仓面的损失与晾晒时间的关系，然后，在确定碾压混凝土配料单时，根据当时的气温，阴晴、风速、昼夜、入仓快慢等不同环境情况，适当考虑VC修正值，按VC值每降低1s,每方混凝土加2-2.5kg水量计算单位用水量。单位用水量确定后，一种方法是按不改变设计水胶比的方法计算其他材料用量；还可以认为VC值损失主要是水分损失，单独补充适量的水，以满足入仓碾压混凝土VC值的需要。在高温时段或降雨时段施工，如果机口VC值按以上方法调整仍不能满足施工要求，可通过调整外加剂掺量来控制VC值。

根据碾压混凝土VC值与强度关系试验以及VC值损失对碾版混凝土性能影响试验，本工程碾压混凝土VC控制范围为晴天高温有风时控制在（2～3）s，阴天、无风控制在（3～4）s，雾天、小雨天控制在（6～8）s。总之，通过现场大量数据验证，现场仓面在平仓后碾压前的VC值若能控制在（5-6）s，其碾压密实度及强度均较高。经过碾压后，混凝土表面为一层薄薄的浆体（微泛浆）又略有些弹性，同时在初凝前摊铺碾压上一层，使上层混凝土碾压振动时，上下层浆体、骨料能相互渗透交错，形成整体。

4.温度控制对碾压混凝土层间结合质量的影响及处理措施。

4.1拌合系统温度控制对碾压混凝土层间结合质量的影响及处理措施。

高温时段施工温控的关键点是如何保证层间结合部位不产生冷缝，最有效的方法是拌合时应加冰或加冷水、骨料风冷等措施，运输、转料设备应采取遮阳防晒等措施。洞河水库工程采取的措施有，首先调整减水剂缓凝成分，延缓碾压混凝土的凝结时间以保证层间结合质量。通过调整在实践中证明，在室外高温环境下初凝时间可达到12h以上，终凝时间达到16h以上。其次，拌和站的配料仓、成品骨料堆、水泥粉煤灰料罐及皮带上搭设遮阳棚，骨料料堆同时采取淋水喷雾措施，成品料仓在使用过程中堆高还应保持在4m以上，最大限度降低气温对骨料温度的影响。最后，严格控制水泥、粉煤灰入罐温度，必要时让罐车过夜后再卸料，控制入罐温度不宜大于50℃。

4.2施工现场温度控制对碾压混凝土层间结合质量的影响及处理措施。

施工现场仓面宜采取遮阳、喷雾及覆盖措施，以降低环境温度，减少VC值的损失。洞河水库施工仓面采用高压水喷雾及遮阳网覆盖的综合措施，避免太阳直射，以降低仓面环境温度，提高保温能力。实践中可降低仓面温度2-8℃，湿度增加最高达30%，极大地改善了碾压混凝上施工条件，保证了碾压混凝土施工质量。

参考文献：

[1]蔡兆平.碾压混凝土双曲拱坝碾压混凝土双曲拱坝应用探析[J].工程技术：引文版,2016(55):00164.