碾压混凝土在西流水混凝土面板堆石坝中的应用

郭永军

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西咸阳712000)

1 工程概况

西流水水电站工程位于甘肃省张掖市肃南县境内的黑河大峡谷西流水至榆木沟河段，属中型三等工程，由大坝、溢洪道、泄洪排砂洞、引水发电洞、发电厂房等建筑物组成。坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高146.50 m，坝顶高程1924.50 m，坝顶宽10 m，长190.64 m，上游坡比1∶1.5，下游坡比1∶1.5～1∶1.4。

高趾墙位于坝体上游窄深河槽内，基础高程1778.0 m，顶高程1800.0～1825.8 m，最大高度47.8 m，其目的是改善窄深河槽内的面板和趾板工作特性，将窄深河槽内的趾板改为高趾墙，以人工构造合理的趾板布置。高趾墙采用重力式混凝土挡墙结构，上游边坡1∶0.1，下游边坡1∶0.5，满足稳定及应力要求。

坝址区河道弯曲，成凸“S”形，河谷狭窄，两岸地形陡峻，右岸为一凸向左岸的山梁（天生坝），河岸边坡50°～80°；右岸为悬崖峭壁，自然边坡70°～80°。岸坡及坝基为加里东期的辉绿斑岩、石英二长岩和含长蛇纹岩。

坝址区气候干旱，干燥少雨，蒸发强盛。气象资料表明，多年平均降水量175.4 mm，多年平均蒸发量1378.7 mm，多年平均气温8.5℃，极端最高气温37.2℃，绝对最低气温－33℃。12月、1月、2月为封冰期，11—12月平均日气温在0～－10℃之间，瞬时气温在－25℃左右。

2 高趾墙混凝土施工方案

高趾墙原设计按常态混凝土施工，且浇筑层厚度规定为：基础约束部位为1.5 m，其余部位浇筑层最大高度为3 m。层间间歇最小时间为3 d。按这些要求，高趾墙混凝土至少需要浇筑21层，以6 d一层计算，需要126 d才能完工。由于工程开工时间为2002年8月5日，高趾墙基础开挖成型已到9月底，如采用常态混凝土施工方案，高趾墙混凝土要到2003年2月7日左右才能完工。

为加快工程施工进度，确保在2003年6月底坝体填筑到拦洪高程，经和业主、设计、监理协商，决定在高趾墙基础以上2 m及顶部3 m范围内浇筑常态混凝土，两岸坡及上、下游靠模板部位浇筑变态混凝土，其余部位按碾压混凝土施工。按此方案，自2002年10月5日至12月28日，共浇筑碾压混凝土9115 m3，常态混凝土5338 m3，与全部按常态混凝土施工相比，工期提前了41 d，并且节省资金57万元（常态混凝土直接成本为226.67元/m3，碾压混凝土则为164.06元/m3）。

3 碾压混凝土施工

3.1 模板制安

模板采用组合钢模板，外侧用反桁架支撑固定，内侧用拉锚筋固定。浇筑底部常态混凝土时，水平预埋10#～20#槽钢，槽钢上焊设锚筋。然后向上每隔60 cm伸出一根拉锚筋与反桁架相连，随后逐层埋设锚筋，并与底部锚筋连成一体，形成一个稳定的整体。反桁架交替上升，支撑间距60 cm，交替间距30 cm。混凝土运输车进出缺口及周边镶补采用木模板[7]。

3.2 混凝土的拌制、运输及入仓

3.2.1 混凝土拌制

1）配合比。经现场碾压试验[8-10]，确定碾压混凝土配合比的有关参数及单位材料用量如下：

水胶比1：0.48，用水量82 kg/m3，粉煤灰掺量60%，砂率32%，NF-A掺量0.8%，NF-C掺量0.1%，氧化镁4.3%，三级配混凝土石子质量比例为：大石∶中石∶小石＝35∶35∶30，具体见表1。

2）混凝土拌制。碾压混凝土[1-5]在HZ40-1F1500拌和楼拌制。拌制投料顺序为：骨料→胶凝材料→液体（水、外加剂）在投料过程中，搅拌机一直处于运转状态。拌制时间为90 s。搅拌机卸料时，为了防止混凝土骨料在卸料过程中产生离析，在机口设缓降料斗，保证其卸料高度小于1.5 m。3.2.2 运输及入仓

表1 混凝土单位材料用量表（饱和面干水胶比） kg/m3

20 t自卸汽车自高趾墙下游面预留缺口处直接运输入仓；缺口部分混凝土，采用人工翻倒入仓。在拌和楼下接料时，自卸汽车分两次进行接料。第1次接拉运混凝土量的1/2后（大约3 m3混凝土），驾驶员发动自卸汽车，让其做适量的前后晃动，保证骨料不至于在车厢内堆积过高，第2次再接完其余的混凝土料，这样可以避免造成骨料的严重分离现象发生；自卸汽车在运输碾压混凝土过程中不能急刹车、急启动，以免造成混凝土料在运输过程中产生骨料分离，整个运输过程不能超过30 min；混凝土运输车辆在进入仓面前用高压水枪进行轮胎冲洗，严禁杂土及污物进入仓面。

3.3 混凝土摊铺、碾压

碾压混凝土入仓后，仓内用T120推土机平仓，平仓厚度34 cm左右，18 t自行式震动碾分条带碾压。在大仓面铺料施工时，碾压采用“平移错辙法”[6]；对小宽度仓面，采用“往返错辙法”，错辙宽度10～20 cm，各相邻碾压带的结合部位，重叠碾压20 cm左右。碾压程序为先静碾2遍，然后振碾8遍，最后再静碾2遍。

在碾压过程中，若因故中断或按规定间歇，则将层面用高压水枪冲毛，并摊铺水泥砂浆，以利层间结合。

3.4 养护

在施工过程中，碾压混凝土仓面始终保持湿润，必要时用高压水枪进行喷雾[11]。对水平施工层面，养护工作持续至上一层碾压混凝土开始铺筑为止。所有高趾墙碾压混凝土浇筑完后，根据气温情况及时用塑料布等覆盖保湿保温。

3.5 质量控制

1）在拌制过程中，严格按配合比拌制碾压混凝土，并控制好VC值，保证混凝土干湿度满足要求。

2）卸料和平仓时，要保证铺料厚度均匀，为了减少骨料分离现象发生，卸料落差不大于2 m。平仓时应从一端向另一端前进，这样可以避免在推动过程中使大中骨料滚动产生离析。

3）保证铺料厚度偏差不超过3 cm，根据碾压混凝土施工规范进行碾压混凝土的施工，保证碾压混凝土的遍数满足规范要求。

4）尤其对变态混凝土和碾压混凝土结合部位，应该加强碾压遍数和在碾压设备不能到达的位置，进行人工夯实碾压。

5）通过采用挖坑填沙法或核子密度仪测定碾压混凝土的压实容重，以保证碾压质量。

6）施工缝的层间处理时，用高压水枪清除混凝土表面的浮浆及松动骨料，处理合格后，先均匀刮铺1.0～1.5 cm厚的砂浆层（砂浆强度等级比混凝土高一级），然后立即在其上摊铺混凝土，并在砂浆初凝前碾压完毕[12-14]。

7）因降雨或其他原因造成施工中断时，必须及时对已摊铺的混凝土进行碾压。

8）变态混凝土与主体碾压混凝土浇筑应同时进行，而且要求在两种混凝土初凝前振捣或碾压完毕。

9）从11月开始，在碾压混凝土原配合比不变的情况下，再外掺4%左右的混凝土防冻剂，并加快碾压速度和对骨料预热并加热水拌和。

4 变态混凝土施工

在碾压混凝土中注入水泥砂浆，变碾态为常态，即为变态混凝土[15]。在高趾墙上、下游模板内侧及两岸与基岩接触部位1.0～1.5 m范围，均采用变态混凝土。变态混凝土用Φ100强力振捣。保证变态混凝土质量主要是要振捣密实，故注浆要均匀，注浆量要足，便于振实。对变态和碾压两种混凝土的结合部位要细心操作，注浆时用制浆机制浆，高出工作面数米以上自流注浆。在输浆管的出口接一阀门，以便控制出浆量。阀门后接一段长30～40 cm的尖端花孔钢管，以利插入混凝土中并四周、上下出浆。注浆量占碾压体积的4%～7%，并以能用插入式振捣器振密实为准。注浆浆液的水泥粉煤灰浆的水胶比为0.46，其单位材料用量如表2所示。

水泥 粉煤灰 水 NF-A/%4626935319.24表2 水泥粉煤灰浆的单位材料用量表 kg/m3

5 结语

在西流水面板堆石坝工程高趾墙中采用碾压混凝土施工工艺，不但提高了施工进度，为来年拦洪度汛争得了较充裕的施工时间，而且碾压混凝土比常态混凝土经济，节省了资金投入。碾压混凝土在西流水面板堆石坝工程高趾墙中的成功应用，扩大了碾压混凝土的应用范围，为碾压混凝土在面板坝中的应用开辟了广阔的前景。

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