碾压混凝土拱坝的质量控制

汤洪洁

(水利部水利水电规划设计总院 北京 100120)

碾压混凝土筑坝技术发展至今20多年来,设计理论和施工工艺均日趋成熟。根据多年从事碾压混凝土拱坝设计与施工的实践经验,结合相关工程质量的检测情况,笔者认为,碾压混凝土拱坝质量的好坏与否,主要取决于3个方面:(1)碾压混凝土配合比的确定;(2)碾压混凝土温度控制;(3)碾压混凝土施工过程控制。

1 碾压混凝土配合比确定

通过合理确定碾压混凝土配合比,可获得以下效果:(1)有效降低水泥用量,从而降低工程投资;(2)有效降低混凝土的水化热温升,从而简化混凝土温度控制措施,也起到进一步降低工程投资的作用;(3)利于施工过程控制,保证工程质量满足设计要求。

碾压混凝土配合比的确定是一个循序渐进的过程。首先,在设计阶段,设计单位应选择具有资质的科研单位进行室内配合比试验,试验所用原材料应与设计要求的各种材料基本一致。室内试验应提出推荐设计配合比及其相应的各种物理力学和热学指标,供设计参考。其次,在施工单位确定以后,由施工单位根据设计推荐配合比,采用与现场施工条件相同的机械设备加工出来的原材料,委托有资质的实验室进行室内试验,提出施工推荐配合比,以及要求满足设计要求的各项性能指标。最后,正式进行碾压混凝土施工前,施工单位应进行碾压混凝土现场工艺试验,一方面确定施工碾压参数,另一方面确定施工推荐配合比在现场施工条件下的碾压混凝土性能是否满足设计要求。一般可根据现场试验具体情况进行适当微调,以适应实际施工条件。

碾压混凝土配合比试验成果要真正能为施工所用,有两个环节要把握好。一是原材料;二是时间。碾压混凝土配合比与原材料有很大关系,原材料包括水泥、粉煤灰和粗细骨料以及外加剂。因此,从设计阶段到施工阶段,碾压混凝土配合比试验均应选择与实际施工相一致的原材料进行试验。碾压混凝土试验的时间安排也影响到最优施工配合比的获得。建议设计应在统筹安排工程施工进度的前提下,将碾压混凝土配合比试验的时间考虑在内,包括碾压混凝土室内试验和现场工艺试验。一般室内试验至少需提前现场试验4个月,现场试验比碾压混凝土正式施工时间至少提前3个月。也就是在碾压混凝土正式施工前7～9个月开始进行碾压混凝土室内配合比试验的工作,这样才能在碾压混凝土正式施工前确定合理的施工配合比。否则,为满足碾压混凝土拱坝施工进度的要求,同时为保证碾压混凝土的质量,在不同时期,需要根据不同情况对施工配合比进行相应调整,这样,既不利于工程质量的控制,也对今后可能的质量事故原因分析不利。

2 碾压混凝土温度控制

碾压混凝土温度控制措施到位,将会有效减少温度裂缝的产生,从而提高工程质量。采取温度控制措施的主要目的就是控制混凝土温差。混凝土温度控制措施一般罗列了以下几条:(1)优化配合比。(2)合理的浇筑分层和层间间歇。(3)合理安排施工程序及进度。(4)控制浇筑温度。(5)预埋冷却水管。(6)表面保温。

优化配合比可通过配合比试验达到目的,关键是保证室内试验所采用的材料应与现场施工的材料基本相同,获得的最优配合比可以有效简化温度控制措施。合理的浇筑分层和层间间歇以及合理安排施工程序和进度的要求,目前在实践和理论上均已趋于成熟且有效,可结合各工程特点参照同类工程成熟的经验实行。控制浇筑温度,就是控制混凝土入仓时的温度。控制浇筑温度往往只有在投资充裕的大型工程较易办到,而对于一般的中小型工程,很难做得完善,不少工程在混凝土拌和时采取用冷却水或加片冰措施降低了混凝土的机口温度,但在混凝土的运输、摊铺和碾压过程中,这些温度优势很快就消失殆尽。碾压混凝土一般均要求在低温季节浇筑,以尽量减少温度控制方面的投资。对于大部分碾压混凝土拱坝工程来说,控制坝体最高温度及减少混凝土温差最有效的措施就是预埋冷却水管。冷却水管在碾压混凝土拱坝中具有以下几方面的作用:一是通过初期冷却削减碾压混凝土内部水化热温升峰值;二是利用中期冷却进一步缩小混凝土内外温差;三是通过后期冷却可将碾压混凝土内部温度降至稳定温度场,以利于拱坝封拱灌浆,实现蓄水目标。

因此,目前在建的许多碾压混凝土拱坝趋向于全断面埋设冷却水管。

冬季碾压混凝土施工应重视表面保温措施。表面保温措施的正确实施,不仅在施工期,而且在运行期,均能有效地防止外界温度骤降以及混凝土内外温差产生的裂缝。

3 施工过程质量控制

碾压混凝土大坝施工过程控制的重点是坝体防渗。笔者通过多年实践,总结出施工过程中以下几个方面必须重点加以控制。

3.1 上游防渗体施工质量的控制

利用上游变态混凝土和二级配碾压混凝土作为大坝防渗体是目前常见的做法。上游变态混凝土的施工是碾压混凝土大坝施工质量的决定因素。变态混凝土施工的难点就在于浆液质量的控制以及加浆振捣的施工方式。首先,浆液浓度应严格按照设计要求配制。由于浆液一般都是通过管道运输到施工坝面,在确保设计浆液浓度的前提下,应避免管道堵塞,一般须根据运输途径,通过现场试验确定所需管道管径。其次是加浆方式。规范规定须两层加浆,即在底层和中层加浆,不允许表面加浆。而实际施工过程中,两层加浆的要求很难得到真正贯彻,施工单位从加快施工进度和节省成本出发,往往采取表面加浆的方法。表面加浆将导致碾压层底部混凝土浆液拌和不充分,强度及防渗性能降低。另外,加浆是否均匀、振捣是否规范等,也是控制变态混凝土质量的重要因素。上游面变态混凝土施工造成的质量缺陷,处理起来不仅投资大,而且往往难以处理完善。

3.2 坝体横缝施工质量的控制

坝体横缝施工质量控制的重点是上游止水铜片、横缝模板以及重复灌浆系统的安装。止水铜片应安装牢固,确保在混凝土摊铺、振捣过程中不偏移、不变形。止水片周围的混凝土应采用人工入仓,振捣到位,且应确保混凝土振捣时铜片鼻子内不被堵塞,以保证铜片能够自由伸缩。横缝模板周围的混凝土在碾压前应将三级配中大骨料剔除,并采用小型振动碾碾压密实,要防止碾压不实出现渗漏通道,同时也防止破坏横缝模板。重复灌浆系统安装前,首先要检查橡胶套阀的质量是否符合设计要求,然后必须检测其开环压力,为今后封拱灌浆及重复灌浆提供依据和可靠保证。灌浆管路应确保通畅。

3.3 层间结合面施工质量的控制

碾压混凝土采用分层碾压施工,层厚一般为0.3m,层间结合施工技术在20年的发展中已趋于成熟,只要在施工过程中严格按照设计的施工技术要求操作,一般不会出现问题。但实际施工中,受现场条件、施工时间及气候条件等的限制,层间间隔时间往往超过设计要求或试验要求,且为了降低成本而简化层间结合处理措施,导致层间结合质量不好,形成层间裂缝。层间裂缝由于其不规则性,很难通过灌浆处理完善,造成工程质量缺陷。

4 结语

碾压混凝土筑坝技术的优越性已越来越多地得到认同,其质量控制的要求也逐渐严格。在当今的碾压混凝土设计和施工技术条件下,把握好上述质量控制的三个方面,是确保碾压混凝土坝工程质量的基本保证。