高温高频率降雨地区碾压混凝土施工技术研究——马来西亚班谷大坝工程碾压混凝土施工综述

谈海斌 夏国文 龚建辉

（中国水利水电第八工程局有限公司 长沙市 410007）

1 工程概况

班谷大坝位于马来西亚砂捞越州,系市政引水工程，其目的是为下游巴图水厂解决古晋市区用水缺乏与水质问题。大坝底部高程为EL.24 m，最大坝高为62.2 m，共分为 13个坝段，坝段长度（12.56～23）m不等，坝顶总长度为271.79 m。大坝碾压混凝土约138 742 m3，标号为C15，最大骨料粒径60 mm。项目2008年3月1日开工，2010年12月6日完工。第一仓混凝土于2009年6月23日开浇，2010年5月14日混凝土全部浇筑完成。

2 科研内容和成果

2.1 混凝土原材料选择

水泥选自当地CMS水泥厂生产的普通硅酸盐水泥，其能满足马来西亚MS 522及美国ASTM C150Ⅰ类水泥标准要求。粉煤灰选自当地Sejingkat火电厂燃煤产生，由Gobel Industry公司收集处理，符合英国BS3892和美国ASTM C618 F类标准。外加剂采用中国江苏博特生产的JM～Ⅱ缓凝高效减水复合型干粉外加剂，在拌和系统配制成适当浓度的溶液使用。拌和用水取自坝址处河水。经检验符合马来西亚MS28∶1985关于混凝土拌和用水要求。砂石骨料取自标书指定的采石场，岩石为石灰岩。

2.2 混凝土配合比设计

2.2.1 概 述

根据标书要求，试验要分阶段进行，待取得第一阶段91天试验结果后才开展第二阶段试验；且碾压混凝土正式开浇之前75天须做工艺试验，所以试验时间需要6～7个月。在采石场征地未及时解决、无法取料的情况下，为尽快开展试验，项目研究人员经多次与监理及主包商沟通，从古晋购买与班谷采石场岩石品质相近的混合料，经试验室人工筛分成所需的各级粗骨料，砂则用商品骨料运至巴贡加工成人工砂，然后进行试验。在取得班谷采石场骨料后再进行复核试验。

第一阶段试验结果表明，所有混凝土配合比的强度都满足设计要求，且非常高，胶凝材料的用量可以减少。为此研究人员积极与设计方沟通，说服其突破英美规范标准的束缚，接受和采用中国规范，融合中西规范进行碾压混凝土配合比优化。在满足混凝土强度的前提下，尽可能地降低水泥用量同时控制胶凝材料总量。这样不但可以降低工程成本，也可以减小由于大体积混凝土内部水化热过高而产生温度裂缝的风险。在征得监理的同意后，我们在第二阶段的试验中尽可能地采用胶凝材料用量尽量少、粉煤灰掺量尽量高的试验方案。同时为缩短试验时间，我们提议在取得第一阶段试验的28天成果后即开始第二阶段试验。通过艰难沟通，监理同意提前开展第二阶段试验。

2.2.2 配合比设计试验方案

（1）水胶比。试验方法是先给定几种胶凝材料用量，加入适当的水进行搅拌，得到规定的稠度并成型，在指定的龄期进行抗压试验，再根据所得强度选择最接近于设计强度等级的，调整胶凝材料用量进行复核试验，如此反复，直接找到满意的配合比。

（2）骨料级配。标书要求粗骨料按粒径分为（60～20）mm，（20～10）mm，（10～5）mm 三个等级。 如果这样分类，则 （60～20）mm的大石用量会很多，（20～10）mm的中石会很少，给砂石系统生产平衡性带来非常不利的影响，况且大石内粒径差异太大，容易造成比较严重的分离；虽然中、小石粒径跨度小，对减少分离有利，但分类过细，将给砂石生产带来许多困难。因此我们建议粗骨料按粒径分为（60～40）mm，（40～20）mm，（20～5）mm 三种骨料，经过与监理的艰难沟通，终于取得他们的同意。

（3）粗骨料的大、中、小石按不同比例混合，检测各混合料的松散和紧密容重，选用容重最大的加入不同比例的细骨料，检测松散和紧密容重，对容重最大的进行筛分，确保组合后的级配符合相关要求。

（4） 稠度。 （10～20）s的 Vc 值，混凝土拌和物会很干硬，经皮带薄层长距离运输及几次高处跌落后易造成骨料分离，混凝土太过干硬也不易碾压密实且有的地方由于骨料集中而使混凝土坝体不均匀，使坝体内部各处物理力学及热学性能差异而产生应力集中，也不利于层间结合。因此在配合比设计阶段尽可能采用允许Vc值的下限。

（5）混凝土凝结时间。为适应高温多雨的特点，需要适当延长混凝土凝结时间，保证层间结合，尽量避免出现施工冷缝。混凝土配合比试验时确定初凝时间不少于10 h，终凝时间不少于20 h，后在施工时再根据实际情况进行了优化。

最终批准的施工配合比见表1。

2.3 施工设备选型

设备主要根据施工进度计划（混凝土浇筑高峰时段为2009年5月至2010年1月）、混凝土高峰强度（23000m3/月）、同时考虑最大仓面面积（为2 558 m2)来配置。配备的主要碾压混凝土施工设备见表2。

表1 碾压混凝土施工配合比表

表2 碾压混凝土主要施工设备表

监理原要求配置真空汽车泵作为雨后仓面内的排水设备，但由于工程规模小，配置真空汽车泵利用率不高且成本昂贵，最终我们说服他们接受了采用真空吸水泵及其它排水方法。由于分块后仓面变小，原计划用的仓面储浆车也没用。

2.4 混凝土分层分块及浇筑方法研究

因9#～13#坝段的开挖已先于其它坝段开挖并于2009年5月初完成。为了避免因上游库区移民问题影响大坝整体浇筑上升施工进度，研究人员积极说服设计单位接受大坝分左右坝段浇筑的建议：9#～13#坝段先浇筑；1#～8#坝段待截流、基坑开挖及找平混凝土完成后再浇筑。这样9#～13#坝段在截流前即可施工，截流后左右两个大块可交替上升，降低了混凝土的最大入仓强度，加快了施工进度,节约了成本。分层结合当地多雨的气候条件，不利于连续上升，同时考虑工程规模较小，配置翻升模板成本过高，且3×3.3 m悬臂模板便于从巴贡工程调配，故浇筑分层绝大部分按照3 m考虑。

经分块后的最大仓面面积为2 558 m2。采用平层法浇筑时的最大入仓强度为115 m3/h，而拌合楼的碾压混凝土生产能力为120 m3/h，皮带机的输送能力为225 m3/h，因此全部采用平层法浇筑。碾压混凝土摊铺厚度为350 mm/层，压实后为300 mm/层。

2.5 混凝土入仓方式研究

针对坝区高温的特点，入仓方式主要考虑要快捷，减少混凝土在运输过程中的温升，同时考虑成本、浇筑强度等。研究人员重点比较了汽车直接入仓和皮带机入仓，最终采用皮带机入仓；然后分析了二期皮带机改线的多种布置线路，重点比较了布置在大坝上游面（即坝轴线处）与布置在坝顶两种方案，最终采用将后期皮带机布置在坝顶的方案。

皮带机宽650 mm，带速2.5m/s，输送量225m3/h，倾角0°或±6°，电机功率7.5kW或 11 kW，其顶部设置遮阳防雨棚。皮带机根据坝区的地形并结合混凝土拌和系统的位置布置在右岸上游，共6条皮带机，其中1#～4#为固定式皮带机，布置在大坝上游0～004.00桩号；5#为整体移动式皮带机，用于1#～8#坝段碾压混凝土入仓；6#也是整体移动式皮带机，用于9#～13#坝段碾压混凝土入仓。

当皮带机间高差大于10 m时，在中间加下料溜管、缓降溜管、缓降器，防止骨料分离；当皮带机间高差大于5 m时，在中间加下料溜管及缓降器，防止骨料分离；当皮带机间高差大于1.5 m小于5 m时，在中间加下料溜管，防止骨料分离。

大坝各部位碾压混凝土施工的皮带机详细布置如下：

（1）9#～13#坝段EL76.10 m以下入仓方式为：皮带机+集料斗+缓降溜管+自卸汽车。运输路径为：1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机→6#皮带机→自卸汽车仓内转料。

（2）1#～8#坝段 EL27.00 m 以下入仓方式为：皮带机+集料斗+缓降溜管+自卸汽车。运输路径为：1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机→4#皮带机→5#皮带机→6#皮带机→自卸汽车仓内转料。

（3）1#～8#坝段 EL27.00 m～EL.45.50 m 入仓方式为：皮带机+集料斗+缓降溜管+自卸汽车。运输路径为：1#皮带机→2#皮带机→3#皮带机→4#皮带机→5#皮带机→自卸汽车仓内转料。

（4）1#～8#坝段 EL45.50 m～EL.76.10 m 入仓方式为：此时9#～13#坝段先浇完成，将“一期”布置的皮带机移至9#～13#坝段顶部，然后在1#～8#坝段设计溜筒和缓降器。运输路径为：5#皮带机→6#皮带机→2#皮带机→8#皮带机→自卸汽车仓内转料。

（5）左岸EL76.10 m以上入仓方式为：自卸汽车+集料斗+溜管+自卸汽车。运输路径为：5#皮带机→6#皮带机→2#皮带机→3#皮带机→4#皮带机→8#皮带机→自卸汽车仓内转料。

2.6 高温多雨条件下碾压混凝土施工方法研究

2.6.1 高温条件下的施工方法

班谷大坝地处高温地区，全年年平均气温24℃左右，最高气温可达35℃。标书规定的该工程碾压混凝土入仓温度不超过30℃。根据气温统计资料及砂石骨料温度，按相关温控公式计算，最高入仓温度出现在5月份，为29.53℃，低于标书规定的30℃。但前提是砂石骨料的温度必须控制在允许范围内，混凝土配合比的对控制入仓温度也十分关键。根据上述理论，我们主要从砂石系统骨料、拌和系统调节料仓及各种供水管路、碾压混凝土供料皮带机的遮阳及仓面喷雾等方面采取了如下温控措施：

（1）错开高温时段，选择在傍晚开仓，充分利用夜间温度较低的时段进行混凝土浇筑。

（2）加大砂石骨料的堆积厚度，并在砂仓上搭设雨棚，降低砂石骨料的自然温度。

（3）骨料仓制作遮阳棚，避免太阳直晒，降低骨料仓内的骨料温度。

（4）在混凝土运输过程中加保温设施，即在皮带机设遮阳棚，减少因太阳直射引起混凝土温度回升及VC值损失。

（5）在仓面上布置2台冲毛机移动喷雾，每隔2 h喷一次雾，保持仓面湿润，降低仓面的温度，减少水份蒸发，防止混凝土表面失水，改善混凝土层间结合性能。

（6）在满足混凝土其它性能要求的前提下，尽可能提高粉煤灰掺量降低混凝土的水化温升从而降低大坝产生温度裂缝的风险。

2.6.2 多雨条件下的施工方法

班谷坝区气候一般4～10月为旱季，11月～次年3月为雨季。坝址处降雨量大，年平均降雨量达4092.6 mm；降雨频繁，年平均降雨天数达246天。对多雨条件下的碾压混凝土施工方法 （包括施工时遇到暴雨如何处理，仓面排水与防雨的方法，雨后恢复施工的程序等），进行了比较深入的研究，取得了以下经验：

（1）正常施工时仓面沿垂直水流方向（即顺坝轴线方向）依次按条带摊铺（条带宽度要适宜，能够满足卸料及平仓即可，宜为两个碾压条带宽），条带应清晰、顺直。摊铺应从上游条带依次往下游条带推进，以保证下雨时沿上下游方向所排的雨水不至于浸泡到未压实好的碾压混凝土。平仓时条带前端推成斜面，便于自卸汽车倒退进料。平仓机只需留出卸料位置即可，碾压机要做到及时跟进碾压，平仓完一部分就碾压一部分。变态混凝土也应及时跟进，出来一部分就施工一部分，以尽快提供碾压工作面。若变态混凝土未施工完，碾压时可先将变态混凝土旁的条带先预留出来，碾压第二个条带，待变态混凝土施工完一部分就跟进碾压一部分。

（2）在降雨强度＜2.5 mm/h的条件下，采取了以下措施继续施工：

适当加大搅拌楼机口拌和物Vc值，适当减小水灰比；卸料后立即平仓、碾压，或采用防雨布覆盖；做好仓面排水，以免积水浸入碾压混凝土中。

（3）当降雨强度≥2.5 mm/h时，立即通知拌和楼停止生产，若时间来得及，则处理完料斗内混凝土料，若时间不允许，则仓面立即停止进料，并迅速完成仓面内尚未进行的卸料、平仓、碾压等作业。平仓时要求摊铺条带前端推成不陡于1∶4的斜坡面，以便于将所有混凝土能够碾压压实。碾压时不必再按正常施工程序来碾压，而采用高速档带振进行快速碾压，先封闭碾压混凝土表面防止雨水下渗，碾压遍数减少一半，把所有未碾压区按此要求完成碾压后再进行补碾以达到设计压实度。快速完成变态混凝土的施工，否则快速用雨布遮盖，尽量不要遗留混凝土受雨水浸泡，然后边揭雨布边完成振捣。

（4）对已碾好的仓面因汽车在运料过程中行驶所留下的痕迹，也要用碾压机快速收平，然后才能用雨布覆盖。

（5）对已碾压好的仓面采用雨布遮盖，雨布顺水流方向搭接，利于排水，并用重物压住雨布，防止大风将其吹开。

（6）施工时靠岸坡侧变态混凝土区要低于同层施工层面，利于排岸坡侧外来水，否则用三角扒在变态混凝土区掏一条排水槽，并将下游靠岸坡处小模板 （立模时考虑到排水需要而有准备地在此位置用小模板）拆除作为排水通道。同时在岸坡合适位置修建临时截水沟，尽量将岸坡来水直接排向坝体外。

（7）对于温缝面，水泥煤灰净浆的铺洒速度要与碾压混凝土的摊铺速度相适应，不宜将一个长条带一次铺洒完毕，防止混凝土料来不及覆盖水泥煤灰净浆造成水泥煤灰净浆凝固或被雨水冲刷的现象发生。

（8）雨后处理。

① 雨布按从上游往下游方向揭开，利于雨布上积水直接排向下游侧。

② 自卸汽车和碾压机的移动会混合水和混凝土。因此必须先将仓面的积水清除后，设备才可在仓面内行驶。仓面清除积水的方法：对于已经终凝的混凝土，人工用扫帚清扫仓面的积水或含有积水的未压实混凝土。对未终凝的混凝土表面，用真空自卸汽车和200 mm直径吸管从上游往下游依次扫除混凝土表面积水及浮浆；此时人工用扫帚清扫仓面的积水或含有积水的未压实混凝土是不被建议的，因水会混合混凝土表面的浆液从而使清洁工作更加困难。同时皮带机及停在露天运送混凝土的汽车车箱内的积水也需清除。一定要将足够大区域的积水先清理完毕才可恢复浇筑，否则恢复浇筑后的碾压混凝土因为浇筑速度快于积水排除速度而不得不重复地被停止直到混凝土表面的水完全被清除。一般该清理范围应该足够应付至少2h的碾压混凝土的浇筑。一旦恢复浇筑后再强迫停止浇筑以进行清理工作是很困难的。因为恢复浇筑后劳动力将忙于碾压混凝土的浇筑、变态混凝土施工及分离骨料的分散处理等工作。

③ 仓面已覆盖未碾压的混凝土尚未初凝时，赶紧补碾；漏碾且已初凝而无法恢复碾压或振捣者，以及有被雨水严重浸入者，应予清除。暴露于雨中且未被碾压的整个坯层混凝土（一般为30 cm）都必须挖除。任何因自卸汽车车轮，碾压机或扫帚原因而粘附在仓面的浆糊状物质须被清除。

④ 对于靠岸坡侧雨水冲至仓面的泥浆等外来杂物要求清理干净。

⑤ 对于已损失灰浆而骨料集中的碾压混凝土（含变态混凝土），因此部分被水浸泡应将此部分（包括骨料与积水）清除。

⑥ 当降雨量小于2.5 mm/h时，并持续30 min以上，则可开始对仓面的积水进行清理，做好恢复施工的准备，仓面清理完成后可恢复施工。

⑦ 雨后碾压混凝土的Vc值适当调大至15 s左右。

此外，项目研究人员就降雨量对混凝土的影响也进行了试验研究，模拟不同缝面的结合强度和不同雨量降在没来得及碾压和覆盖的松散混凝土中，看其强度有何变化。试验表明，不经过处理的冷缝和温缝对层间结合性能有很大影响，没有遮盖长时间暴露在降雨中的松散混凝土由于渗入过多雨水强度下降十分显著。模拟试验具有很大局限性，不能向现实情况类推，但也足以反映出降雨对未及时碾压密实的混凝土带来的负面影响。

2.7 变态混凝土施工方法研究

（1）底部加浆法：底部铺浆→混凝土摊铺→振捣器振捣→小碾碾平。

（2）顶部掏槽加浆法：混凝土摊铺→顶部挖槽加浆→振捣器振捣→小碾碾平。

（3）钻孔加浆法：混凝土摊铺→采用钢筋等工具钻约Φ50 mm的孔洞（孔洞梅花型布置，间距200 mm左右）→加注浆液→振捣器振捣→小碾碾平。

经过研究分析，发现顶部掏槽法施工简单快速，但因浆液都在沟槽内，渗透较慢，同时在槽内浆液比较多，而槽外浆液比较少，容易造成加浆不均匀，从而影响混凝土的振捣效果；底部掏槽法施工复杂，且浆液流失比较大，渗透较差，质量较难保证；而钻孔法施工简单，浆液均匀分布，振捣方便，振捣效果较好。最终钻孔加浆法被推广实施。

2.8 结构缝施工工艺研究

2.8.1 成缝方法及嵌缝材料安装

坝体横缝止水上游侧500 mm至下游侧300 mm范围内，采用型钢支架固定止水片和胶合板的方法成缝。该部位浇筑变态混凝土。胶合板下游的缝面，采用手持式切缝机切缝，切缝施工程序为先碾压后切缝，切缝时将彩条布一起切入缝内，最后碾压1～2遍。大坝结构缝原设计的嵌缝材料为0.2 mm厚的镀锌铁板。根据国内工程的经验，为证明采用彩条布也能达到成缝目的，在工艺试验中采用了镀锌铁板和彩条布作为填充材料的对比试验。后设计方接收了采用彩条布作为填缝材料的建议。

2.8.2 止水的固定方式

大坝结构缝上游段布置了两道PVC止水。止水固定方法我们比较分析了钢筋固定法和滑升式型钢支架固定法。钢筋固定法有以下缺点：钢筋用量大，不但需要主筋还需很多架立筋；占用空间大，架立筋将严重干扰设备的通行；人工投入多，每层都需要进行架立钢筋加固；操作不方便。

后研究人员设计了一个可滑升的型钢支架，此支架可随混凝土浇筑连续上升，且仅需4根R20钢筋作为爬升杆。利用该止水吊架，不仅可以保证止水安装位置的准确，同时大大节约了成本。

3 达到的主要技术经济指标

通过优化配合比，胶凝材料用量从投标时的200 kg/m3（水泥 90 kg，粉煤灰 110 kg）降低至 180 kg/m3（水泥 60 kg，粉煤灰 120 kg），节约成本 220 多万元。混凝土采用皮带机入仓相对于汽车入仓快速，利于控制温升，节约成本100多万元。采用彩条布代替镀锌钢板作为填缝材料，节约110多万元。采用滑升式型钢支架代替钢筋架固定止水，节约150多万元。温控及防雨投入均不大，相对设置制冰楼和搭设防雨棚等，节约500多万元。

4 问题及体会

（1）根据标书要求，降雨量大于2.5 mm/h时碾压混凝土就应停止浇筑。如何在高频率暴雨地区，尤其是如何在雨量最大、最频繁的1～2月份确保碾压混凝土的施工质量，特别是层间结合质量，相关处理方法仍需进行更深入的探索。

（2）坝体内虽没有布置冷却水管，混凝土拌和时也未加冰块，但采取本文中所述措施后碾压混凝土的入仓温度及浇筑后的温升值（仅为12℃左右）满足了设计要求。防雨排水投入成本也不高。温控措施由于节省了制冰楼、冷却水厂和冷却管，防雨排水节省了大规模遮雨棚和真空汽车泵而成本相对低廉，其成功经验对于其它类似工程具有十分有益的借鉴作用。

5 结 语

由于减少了胶凝材料用量，混凝土性能稳定，没有出现裂缝。从取芯效果看，混凝土的强度都满足设计要求，混凝土密实且层间结合良好，证明我们的温控和防雨措施都是成功的。科研活动达到了预期目标，其研究成果是碾压混凝土施工经验的积累，对公司拓展高温多雨的东南亚地区水电市场具有积极意义。