碾压混凝土长间隔时间层间结合控制技术在干燥地区进行筑坝的成功应用

碾压混凝土长间隔时间层间结合控制技术在干燥地区进行筑坝的成功应用

周庆国 靳俊杰 宁顺才

中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001

摘要： 赞比亚下凯富峡水电站工程碾压砼大坝施工中，承包商针对干燥高温地区RCC性能对层间结合质量的影响进行了较全面的研究：1）层间覆盖长时间间隔应用修正成熟度判定干燥高温地区层间结合缝类型并制定结合缝控制时间；2）层间长间隔时间情况下，层间施工质量保证措施；3）RCC碾压后塑弹性状态对层间结合强度以及抗剪强度的的影响；4）施工工艺。其成果应用经验可作为类似工程施工的借鉴。

关键词：长间隔时间，碾压砼，层间结合，干燥高温，抗渗性能，抗剪强度，施工工艺，质量控制

中图分类号： 文献标识码：A

1、工程概述

1.1 工程概况

赞比亚下凯富峡水电站位于赞比西河左岸一级支流凯富河上，下距凯富河与赞比西河交汇处55公里，上距已建成的上凯富峡水电站大坝17.3公里，距上凯富峡水电站发电厂房尾水出口5.9公里。

电站系单纯引水式发电工程。从位于上游拦河坝右侧的进水口引水，经4.5公里引水洞引水至调压井，依次经引水洞上平段、调压井段、压力竖井段和下平压力钢管段、地面式厂房和尾水渠重新流入凯富河。水库正常蓄水位579米，总利用水头173.3米，电站总装机5×150兆瓦。水库总库容0.83亿立方米，有效库容0.61亿立方米。

拦河大坝为碾压混凝土重力坝。坝顶高程为EL581米，坝基高程为EL450米，最大坝高131米，坝顶设1.2米高钢筋混凝土防浪墙。坝顶宽8米，上游坝坡为变坡，EL530米以上为铅直面，EL530米以下为1:0.2；下游坝坡为1:0.75，EL569.5米以上为铅直面，见图1.1-1 大坝断面图。

大坝坝顶全长374.5米，从左岸向右岸依次布置为左岸非溢流段（7段）、表孔溢洪道坝段（4段）和右岸非溢流段（8段）。大坝上游立视图见图2.

图1 大坝标准断面图

1.2 气象条件

赞比亚属于亚热带大陆性气候，雨季从11月份开始至第二年3月末结束，9月、10月偶有降雨，冬季降雨主要是东风过境与西风相遇产生降雨。一年分为四季：每年4月～8月为冬季，气温较低，天气干冷，最低气温达到7.5度；9月～10月开始进入雨季，为雨前期，温度回升，天气干热，现场实测最高气温达到40度；11月～翌年1月为雨季，潮湿、闷热；之后转入雨后期；2月～3月气温逐渐降低，偶有降雨，天气湿冷。气象数据见表1.

2、工程实践应用

2.1 原材料特性及配合比

水泥: 在试验段使用拉法基水泥厂生产的CEM-I 42.5N普通硅酸盐水泥。水泥的现场检测结果如表2.1-1所示：

粉煤灰: 在试验段使用了曼巴火电厂生产的粉煤灰，现场检测结果如表2.1-2所示:

RCC施工配合比如下表2.1-3所示

2.2 修正成熟度应用

碾压混凝土试验段除验证碾压混凝土施工方法、配合比和施工机械是否满足技术要求外，一个最重要的目的是判断层间结合缝的类型和相应的处理措施，为施工过程提供准确的数据以及满足设计要求的施工方法。经过试验段收集的数据分析，得出了以下结论。

1）修正成熟度

当气温降至零下12℃时，混凝土强度不再随着龄期的增加而增长，所以采用零下12℃作为成熟度温度计算的零值。因此，在修正成熟度计算时，外界环境温度值加12℃作为修正成熟度的环境温度。

修正成熟度计算公式为：MMF=（T+12）x（t1+t2+t3+…….tn）

式中：

MMF：修正成熟度累计值，单位℃.T

T：第n小时内平均环境温度，单位℃

12：温度修正值，单位℃

t1 t2….tn：条带摊铺第n个小时

t1：条带开始摊铺第1小时

tn：条带摊铺结束第n小时。

某条带碾压混凝土开始摊铺时开始计算修正成熟度，直至条带被下层碾压混凝土覆盖且碾压完毕。某条带修正成熟度累计值达到热缝极限70%时，发布蓝色预警；达到热缝极限90%发布红色预警，当红色预警发布时，各部门开始准备层间温缝处理设备和人员。

为确定在下凯富峡大坝碾压混凝土施工过程中温缝和冷缝的处理措施，基于施工现场的月平均温度和碾压混凝土试验段数据，确定的层间暴露时间见表2.2-2 不同缝面暴露时间表。

对于处于热缝范围内的层间缝面不需要任何处理；当缝面处于温缝范围内时，需要在缝面铺洒水泥浆，温缝晚期的缝面需要对缝面进行刷毛处理。当层间缝面处理完毕后即可继续碾压混凝土施工。

如果层间缝面状态已超出温缝范围处于冷缝状态，碾压混凝土应停止施工，缝面按照施工缝处理。碾压混凝土施工结束后，应使用塑料布等覆盖缝面保湿，避免因为碾压混凝土表面失水产生裂缝，覆盖塑料薄膜可以对混凝土保湿的同时，还可以有效隔绝外界环境，降低混凝土温度。层间结合缝不同状态下处理方式见表2.2-3 不同缝面处理方法。

施工缝处理在碾压混凝土终凝后开始，混凝土面采用冲毛机或风水枪冲毛。冲毛的时机应根据环境温度选择：太早的冲毛，高压水流会冲击松动混凝土中的骨料，造成混凝土表面坑洼不平、层间结合浆液不均匀和覆盖混凝土层的碾压，损害混凝土施工缝层间结合质量；冲毛过晚，混凝土强度高，冲毛效率低、毛面粗糙度不足，同样影响混凝土层间结合质量。适当的冲毛时机应选择在混凝土刚刚达到终凝前后，终凝前选择使用风水枪冲毛，终凝后选择冲毛机并根据混凝土强度选择合适的水压。

施工缝冲毛质量应以下图所示为最佳。

图2.2-1 标准冲毛照片

2.3 施工质量保证措施

(1)混凝土拌和Vebe值应根据外界温度调整，本工程Vebe值基本控制在8±0.5s，夜间施工可以考虑上限。

(2)汽车运输和皮带机运输安装遮阳棚，减少RCC运输过程水分损失，根据仓号混凝土需求量配备汽车，尽量减少混凝土在汽车、皮带机上的时间；

(3)仓内汽车自皮带系统均匀接料，利用皮带机旋转进行多点接料，避免单点接料形成骨料分离以及汽车重复碾压影响下层碾压混凝土质量；

(4)混凝土卸料应倾倒在新摊铺层上，由推土机拌和后再摊铺整平，严禁直接将RCC倾倒在碾压完成的混凝土面上，料堆边缘形成集中骨料在摊铺中掩埋形成渗水通道；

(5)仓内使用喷雾机和移动喷雾车和冲毛枪喷雾降低仓号内空气温度，提高空气湿度，使坝面形成一个小气候，保证混凝土面不干燥发白，不形成积水，保持湿润，严禁各种喷雾设备直接对混凝土面喷雾；

(6)混凝土运输系统故障时，应及时使用平仓机械对仓号里的混凝土平仓，使用碾子将混凝土碾压完成并对混凝土表面静碾整平，在混凝土面达到温缝标准洒浆处理时，浆液应均匀足量铺洒在混凝土面上，不应出现浆液集中或浆液没有覆盖混凝土面，一般以混凝土表面1mm到2mm为宜；

(7)铺洒浆液范围超前应不超过RCC摊铺条带10m，宽度超出条带不超过0.5m，避免浆液铺洒过早干涸，设备轮胎带走浆液区域应该在RCC摊铺覆盖前及时补充。

2.4 主要施工工艺

(1)碾压混凝土开始碾压前，应检查所有的施工设备的状况，特别是对可能渗油的设备要仔细检查，保证仓号内设备完好率，避免设备漏油污染混凝土面，影响混凝土层间结合质量。

(2)所有的轮胎、履带设备应进入仓号前进行全面细致的清洗并晾干，经现场管理人员检查合格后才允许进入仓号。

(3)所有的履带式平仓设备应避免在碾压完成的混凝土面上行走，破坏混凝土结合面，确实需要行走时应该采用橡胶轮胎铺路。

(4)碾压条带应平行于大坝轴线，宽度为10-15米。

(5)平仓机平仓时，履带行走痕迹应均匀布满摊铺层，避免碾压混凝土碾压时局部压实度不均匀。碾压混凝土摊铺厚度比为1.1，碾压完成时，碾压区域表面应平整无凹陷。碾压完成后层厚误差不应超过40mm。

(6)水泥浆拌制:水泥净浆配合比和变态混凝土加浆浆液配合比一致，水泥浆拌制应同碾压混凝土拌制同时开始，使用高速制浆机拌制水泥浆，高速制浆机转数大于1200r/min，水泥浆液的搅拌时间不少于30s。浆液拌制完成后根据实验室出具的浆液密度使用比重计检测浆液配比，计量误差应小于5%。浆液拌制应根据需求量逐盘拌制，浆液自拌制到使用完毕控制在4小时内，多余的浆液废弃处理。

(7)水泥浆铺洒:碾压混凝土开始入仓后开始铺洒水泥净浆，水泥净浆铺洒使用输送软管直接铺洒在仓面表面，水泥浆铺洒应均匀、无遗漏、无汇集，铺洒厚度控制在3-5mm。铺洒水泥净浆应被碾压混凝土迅速覆盖，暴露时间不超过10分钟，铺洒范围应不超过碾压混凝土摊铺料头10m，防止水泥浆干涸。因设备行走带走水泥浆的区域，必须补洒。

(8)碾压混凝土摊铺覆盖:水泥净浆铺洒完毕后，碾压混凝土倾倒在铺洒水泥浆的仓面上，倾倒位置应靠近条带中间位置，保证平仓机摊铺后所有的碾压混凝土均位于水泥浆之上。自卸车和平仓机移动过程中带走的水泥浆应在车辙处被覆盖前重新铺洒。

2.5 层间结合检测

采用修正成熟度法和暴露时间双控判定层间结合缝缝面状态，大坝浇筑过程中热缝占比达到95%以上，大大提高了浇筑施工连续性，提高了施工质量。层间结合缝状态统计见图2.5-1，其中绿色系为热缝比例，黄色系为温缝比例。

经检查，大坝层间结合质量良好，层间渗水检测质量良好。见RCC取芯芯样照片和层间压水试验结果。

表 2.5-1: 层间压水试验结果

下凯富峡大坝2020年蓄水成功，水库设计水头128.5米，水库蓄水水头115.5米，蓄水过程中没有出现渗水异常现象，整个大坝后坝面混凝土没有出现渗水情况，大坝三层廊道只有个别地方出现滴水或者湿面现象，说明大坝层间结合良好，没有出现顺层间渗流，整个坝体渗水量是设计渗水量的六分之一。这样好的数据在国内外碾压混凝土大坝很少见的，大坝质量完全满足设计要求。

3、结论

利用修正成熟度作为干燥地区富浆碾压混凝土长层间长间隔时间暴露标准，层间缝结合质量是满足设计施工规范要求和碾压混凝土相关技术要求的，施工期间采取的施工质量控制措施和施工工艺可以满足大坝防渗要求，利用修正成熟度控制大坝层间结合质量可以大大延长碾压混凝土层间间隔时间，可以大大提高碾压混凝土仓面面积，减少大坝分块和施工缝数量，同时减低碾压混凝土拌和强度要求。其成果应用经验可以为类似工程施工提供借鉴。

参考文献：

(1)750MW下凯富峡水电站碾压混凝土试验段报告

(2)750MW下凯富峡水电站碾压混凝土施工方法描述

(3)赞比亚下凯富峡水电站碾压混凝土大坝快速施工关键技术-研究成果报告

(4)美国混凝土协会标准 ACI 207.5R 大体积碾压混凝土

(5)美国垦务局标准 EM2111-2006 碾压混凝土