高碾压混凝土坝关键施工技术

石义刚，程志华

（中国葛洲坝集团股份有限公司，宜昌 443002）

1 概述

碾压混凝土筑坝以其施工速度快、工期短、投资省、质量安全可靠、机械化程度高、施工简单、适应性强、绿色环保等优点，备受世界坝工青睐。近年来，随着碾压混凝土坝高度和体积的增加，为了缩短工期须在高温季节连续浇筑碾压混凝土。因此，高碾压混凝土坝碾压混凝土层间结合、温控防裂以及碾压混凝土快速入仓，是近年来碾压混凝土筑坝技术的研究重点。近十年来，我国高碾压混凝土坝建设得到了迅速发展，在建和已建的超过100m的高碾压混凝土坝约有30来座。高碾压混凝土大坝施工技术也得到快速的发展，有了重大突破。

2 高碾压混凝土坝施工关键技术

随着科学技术发展，在研究的基础上，高碾压混凝土坝中高掺合属地化绿色碾压混凝土拌合物、坝体防渗技术、碾压层间结合质量控制技术、碾压混凝土入仓手段以及温控防裂技术等都得到了快速的发展，具体如下：

2.1 高掺属地化绿色碾压混凝土拌合物

碾压混凝土是由水泥、掺合料、砂、石、外加剂、水以及石粉等源材料组成，其中掺合料掺量一般占到胶凝材料的50%～65%。粉煤灰作为掺合料在水工混凝土中占主导地位，粉煤灰不但掺量大、应用广泛，其性能在掺合料中最优，由过去一般掺合料变为如今的混凝土功能材料。但由于我国地域辽阔，粉煤灰资源的分布极不平衡，往往由于所需粉煤灰距离产地很远，使用不经济；加之近年来水电站工程大量开工，导致了粉煤灰货源紧缺。为此，本着就地取材的原则，根据已建在建工程实际情况，通过实验，证明粒化高炉矿渣、磷矿渣、火山灰、凝灰岩、石灰岩粉等都可以作为碾压混凝土掺合料，可以单掺，也可以复掺；具体掺量和掺合方式，根据具体的工程进行试验研究确定。如景洪、戈兰滩大坝碾压混凝土工程采用锰铁矿渣+石灰岩粉各50%的复合掺料，使用效果良好。

另外，碾压混凝土中人工砂用量占骨料总用量的1/3以上，由于岩石生产的人工砂石粉含量较大，人工砂中石粉含量的高低直接影响碾压混凝土拌合物性能，在以往工程制砂过程中对石粉含量要求很严格，增加了制砂难度。目前通过对掺合料的研究，认为石粉为非活性掺合料，掺入混凝土中，可改善细粉料的颗粒级配，有填充效应，并可提高浆体之间的机械咬合力，在砂浆中能替代部分掺合料，与胶凝材料一起填充空隙和包裹砂粒表面的作用，可以显著改善灰浆量较少的碾压混凝土拌合物的工作性能，增进混凝土的匀质性、密实抗渗性，提高混凝土的强度及断裂韧性，改善施工层面的胶黏性能，减少胶凝材料用量，降低绝热温升。同时提高砂中石粉的含量，可以增加人工砂的产量，降低成本，提高技术经济效益。经验证明，石粉含量为18%左右时，碾压混凝土性能有明显的改善。新修订的 《水工碾压混凝土施工规范》 （DL/T5112）规定人工砂石粉 （d≤0.16mm颗粒）含量宜控制在12%～22%，最佳石粉含量试验确定。

通过已建在建的大量高碾压混凝土坝工程证明，可利用本地现有的材料作为碾压混凝土中掺合料，变废为宝；将石粉作为碾压混凝土中的非活性掺合料，提高了制砂过程中石粉的含量，简化了制砂工艺，提高了制砂生产率，改善了碾压混凝土性能，减少了水泥用量，提高了可碾性和层间结合质量，有效降低了混凝土温升和温度应力，为碾压混凝土快速筑坝通仓薄层浇筑，简化施工工艺，为加快施工进度提供了强有力保障；同时也直接降低了碳含量的排放和热效应的产生；所以说高掺属地化碾压混凝土为绿色拌合物，有很好的发展空间。

2.2 高碾压混凝土坝坝体防渗处理技术

碾压混凝土坝防渗体系先后经历了 “金包银”、钢筋混凝土面板防渗、沥青混合料防渗、碾压混凝土自身防渗、变态混凝土防渗等防渗结构型式。目前我国高碾压混凝土坝主要采用变态混凝土与二级配碾压混凝土共同形成防渗体。

该防渗体是利用碾压混凝土自身防渗，在坝体迎水面使用骨料最大粒径40mm的二级配碾压混凝土作为坝体防渗层，与坝体三级配碾压混凝土同步填筑，同层碾压。在模板周边，止水、岸坡、廊道、孔洞、斜层碾压的坡脚，监测仪器预埋及设有钢筋的部位等部位的碾压混凝土中加入适量的灰浆 （约为混凝土体积4～6%），改变成坍落度为2～4cm的变态混凝土，再用插入式振捣器振捣密实。有时，为了加快现场混凝土，减少加灰浆对碾压混凝土施工的影响，采用机拌变态混凝土代替现场加浆的变态混凝土。

这种防渗施工技术，确保了坝体防渗质量，极大地简化了施工，加快了工程进度，缩短了工期，使碾压混凝土快速施工技术得到了充分发挥。

2.3 高碾压混凝土坝混凝土层间质量控制技术

为了提高碾压混凝土层间结合质量，主要采取了以下技术措施：

（1）对混凝土配合比进行优化，掺加复合高效缓凝减水剂和引气剂，调整各种掺合料的含量及成分，使碾压混凝土从过去的干硬性混凝土改变成了目前无坍落度的半塑性混凝土，具有富胶凝体 （高石粉含量、砂浆比大）、低VC值和具有显著缓凝作用的性能，保证了可碾性和层间结合质量。

（2）喷雾改变仓面小气候，达到仓面保湿降温目的，确保在振动碾作用下，从混凝土液化中提出泛浆，保证层间结合质量。

（3）仓面加强管理，配备合适碾压设备，确保碾压混凝土摊铺后及时碾压泛浆。

（4）对VC值实行动态控制，在不陷碾的情况下，尽量采用低VC值。

（5）对大仓面进行施工时，采用长缓凝（初凝时间可达30h）碾压混凝土，这样可以给层间缝面处理足够长的时间，确保层间缝处理质量。

2.4 高碾压混凝土坝混凝土入仓技术

随着碾压混凝土坝体横缝采用切缝机分缝以及斜层碾压施工工艺成熟；悬臂模板、翻升模板、自升式模板、预制混凝土模板等成功的应用，大仓面高升层已经成为高碾压混凝土坝快速施工的方向。为了满足大仓面高升层施工混凝土入仓强度的要求，在拌合楼供料满足情况下，高碾压混凝土坝混凝土入仓技术是关键。

在低碾压混凝土坝施工中，汽车直接入仓是快速施工最有效的方式。但高碾压混凝土大坝修建在高山峡谷中，上坝道路高差很大，除高坝底部通过填筑道路，采用混凝土汽车直接入仓为主外，中上部入仓方式成为施工的重点难点，通过结合已建在建工程研究，已经研发出适合高碾压混凝土坝的入仓方法有多种，需要根据具体工程实际情况选择使用，具体如下：

（1）供料线+塔带机 （顶带机）

供料线+塔带机 （顶带机）是将混凝土水平运输和垂直运输合二为一，混凝土入仓速度很快，是大型工程高碾压混凝土坝入仓手段的首选。三峡三期RCC围堰和龙滩碾压大坝混凝土工程采用了高速供料线+塔 （顶）带机浇筑碾压混凝土，与其它施工手段相比，其入仓强度成倍地提高。

与本设备配套使用的设备还有胎带机、伸缩式皮带双向布料机，悬臂布料机等设备。

（2）负压溜槽输送系统

结合坝体实际条件，不适合布置大型设备时，研发出一种适应于深山峡谷地形，设备结构简单，不需要外加动力，输送能力很强的混凝土输送手段——负压溜槽输送系统。本系统采用了负压原理，有效地控制拌合料的下滑速度，对防止混凝土骨料分离、保证输送质量起到了重要作用，能在斜坡上快速、安全地向下输送混凝土。

负压溜槽由受料料斗、垂直加速段、溜槽体和出料口弯头等部分组成；在碾压混凝土筑坝施工中，混凝土拌合物经汽车或皮带机输送至溜槽集料斗，然后由溜槽输送至仓面接料汽车，这样就完成整个大坝的混凝土运输任务。

（3）深槽高速皮带机与负压溜槽的联合输料系统

该系统中深槽高速皮带机，大槽角深断面，防止了骨料分离，提高了对输送混凝土拌合物的能力；负压溜槽承担着物料垂直向下的输送任务，有效地控制物料的下滑速度，防止了骨料分离。

本联合输送系统工艺先进，设备占地面积小，输送快捷，设备费用低，维护方便，便于管理，减少了混凝土周转次数，提高了混凝土的入仓强度和质量。本系统在湖南江垭大坝碾压混凝土施工中得到成功应用。

（4）深槽高速皮带机和布料机联合输送系统

本系统中深槽高速皮带机主要用于运输混凝土；布料机主要是用于仓面布料。该系统由给料机、中间深槽高速皮带机、集料斗、伸缩皮带布料机组成。其运了方式是给料机向中间深槽高速皮带机供料，深槽高速皮带机将混凝土运至集料斗，然后通过布料机向仓面布料。

本系统具有工艺先进、简单，设备占地面积，输送快捷，设备费用低，维护方便，便于管理等优点，提高了碾压混凝土混凝土的入仓强度，确保了混凝土其质量。这项技术在很多工程得到了广泛应用。

（5）大倾角波状挡边带式输送机

大倾角波状挡边带式输送机是一种新型的带式输送机，其结构是在平面象胶运输带两侧粘上可自由伸缩的香蕉波形立式 “裙边”，在裙边之间粘有一定强度和弹性的横隔板组成匣形斗，使物料在斗中进行连续输送，具有输送范围较广，输送量大，能耗低，结构简单、维护方便的特点。

（6）箱式满管垂直输送混凝土系统

箱式满管入仓系统包括四部分，即料斗、下料控制装置 （出口弧门）、箱式满管槽身及系统支撑结构。本入仓系统既是大口径的输送管，又是巨型储料箱。单条箱式满管的输送量≥500m3/h，输送强度高。箱式满管输送的工况是混凝土满管输送，有效减小混凝土的落料高度，满管底部的混凝土对上部混凝土也有缓冲作用，克服了混凝土输送过程骨料的分离，保证了混凝土的质量。箱式垂直满管运行实践证明既可输送碾压混凝土，亦可输送常态混凝土。箱式满管的制安成本和维修成本低廉，是一种经济适用的垂直输送混凝土系统。

2.5 碾压混凝土温度控制与防裂技术

碾压混凝土水泥用量少、掺合料量大，所以绝热温升很低，对温控有利。但碾压混凝土坝不设纵缝，施工采用通仓薄层摊铺、连续碾压上升，坝体内散热效果差，水化放热时间长，达到稳定温度时间长；另外，坝体温度变化过程中会出现两次、三次甚至四次温度峰值的特点。所以其温控防裂要求也较高。

目前碾压混凝土采取主要温控措施有优化配合比、降低水泥用量、提高极限拉伸值、降低弹性模量；严格控制浇筑温度，遇冷骨料、加冰拌合、控制出机口温度，提高浇筑温度，采用斜层碾压、控制混凝土运输、入仓、浇筑温度回升；仓面喷雾保湿，改善仓面小气候，及时覆盖养护，防止表面裂缝发生；通水冷却，降低混凝土内部温升，控制坝体内外温差。

这些温控措施，与常态混凝土温控措施大同小异，尤其仓面铺设冷却水管，会影响碾压混凝土快速施工，为简化施工工艺，减少施工干扰，加快坝体浇筑进度，可考虑取消冷却水管，采取以下主要措施：

（1）针对碾压混凝土水化热温升较慢，早期强度低的特点，充分利用碾压混凝土的后期强度，设计龄期宜采用180d或360d，同时设计指标尽量匹配 （如极限拉伸值）.葛洲坝施工的缅甸耶涯水电站坝体采用了长缓凝标号C36520混凝土，未铺设冷却水管对坝体进行冷却，满足了温控要求。

（2）高温季节和高温时段不浇筑混凝土，尽量利用低温季节或低温时段浇筑碾压混凝土，可以有效降低坝体混凝土的最高温升。

（3）严格控制碾压混凝土出机口温度是关键。出机口温度控制常用控制水泥和粉煤灰入罐温度、预冷骨料、加冷水或加冰拌合等措施。

（4）要严格控制碾压混凝土温度回升，及时碾压、仓面喷雾保湿、及时养护和覆盖保温材料是防止温度回升和防裂的有效措施。

（5）建议接缝缝灌浆后，对坝体继续冷却，冷却到坝体温度稳定。

3 结语

目前的碾压混凝土施工工艺，已在高碾压混凝土重力坝和拱坝中得到了广泛应用，但由于大坝温控防裂要求较高，还需研发新材料、新设备，简化甚至完全取消温度控制措施，以相对 “粗旷”的工艺要求去充分发挥碾压混凝土快速施工的特点。

另外，虽然碾压混凝土已经是绿色环保混凝土，但若能采用在坝址附近易于得到的河床砂砾石或开挖弃渣等材料中加入少量胶凝材料，经现场简单拌和后进行碾压的坝体施工技术，则是更节能更环保的一种新型的碾压混凝土筑坝技术。