碾压混凝土模板和温控技术在山东庄里水库施工中的应用

(山东水总有限公司，山东 济南 272100)

碾压混凝土是采用机械碾压密实的干硬性混凝土，连续作业、施工快速是其显著特性之一。而碾压混凝土模板必须适应其连续快速施工的特性，并有足够的刚度和稳定性，从而保证混凝土浇筑后结构物的形状和尺寸符合设计要求。

另一方面碾压混凝土采用的是大仓面薄层连续施工，层间覆盖时间比一般混凝土要长，而且更加容易受到强烈日晒、高温、蒸发、相对湿度、刮风等因素的影响，特别是在浇筑碾压混凝土的过程中温度回升速度也要比一般混凝土快，综上所述温控技术也是碾压混凝土施工中的一项重要技术。

1 工程概况

庄里水库位于山东省南四湖湖东地区十字河流域，地处枣庄市的滕州市和山亭区境内，坝址位于滕州市羊庄镇西江和前台村北。水库设计总库容1.33亿m3，为大(2)型Ⅱ等工程，主要建筑物混凝土重力坝段、壤土均质坝、南放水洞与北放水洞为2级建筑物，电站厂房及次要建筑物为3级建筑物。庄里水库主体工程包括重力式溢流及连接坝段、壤土均质坝段、南放水洞、北放水洞、水电站和管理区等。坝轴线总长3124m，混凝土泄洪坝最大坝高43.90m，壤土均质坝最大坝高32.44m，坝顶高程119.90m。

混凝土泄洪坝段顺大坝方向长249m，分为溢流坝段、左岸半插入段、右岸半插入段、左岸全插入段和右岸全插入段共五部分14段。其中溢流坝段长49.0m，左岸非溢流坝段长100.0m，右岸非溢流坝段长100.0m。

溢流坝段布置在河床中间，分为4个坝段，总长49m。泄洪方式为开敞式泄洪。溢洪闸共设3孔，每孔净宽13.0m，总净宽39.0m，溢流堰采用WES实用堰，上设机房、排架及交通桥，两侧设桥头堡。碾压混凝土坝断面示意图见图1。

图1 碾压混凝土坝断面示意

主坝混凝土施工完成后的工程量为常态混凝土14369m3，碾压混凝土177600m3，抗冲磨混凝土7107m3。

2 施工工艺

2.1 大坝混凝土分块分层

根据庄里水库大坝结构特点，碾压混凝土按高程通仓进行分层施工，采用爬升钢模板连续施工，遇廊道等结构部位进行调整，采用平铺法。

2.2 准备工作

准备工作包括：ⓐ原材料储备；ⓑ运输设备、碾压设备、摊铺设备满足月强度需求，并有备用设备；ⓒ清除坝基混凝土面上浮渣、浮浆、杂物，人工清理后利用高压冲毛机进行仓面清洗；ⓓ做好预埋件埋设、仓面模板表层清理准备工作。

2.3 模板配置

坝体上、下游面，施工横断面主要采用爬升钢模板施工，局部用散装模板和定型木模板补缺。

溢流面抗冲磨混凝土下部使用预制混凝土挡块模板，从底部依次向上进行施工。

廊道主要采用预制混凝土块施工，侧墙采用组合钢模板或木模板施工。

2.4 骨料与混凝土生产

与常态混凝土坝相比，碾压混凝土坝的储料场与搅拌站的布置更为重要，为更好地适应冬季施工，可以在较低的温度下储存，因此该工程布置了几个大型的储料场。

碾压混凝土搅拌机的生产能力必须能够满足混凝土浇筑高速度的要求，且能够使碾压混凝土拌和均匀，因此该工程配置了HLS-180型拌和楼，满足设计规范要求。

2.5 混凝土的运输

该工程采用了最普通的运输方式，配置了15台20t自卸汽车运输，车辆上搭设简易棚，兼顾遮阳及防雨作用。无论采用何种方法，选用的设备都必须使骨料分离程度保持在最低。

2.6 平仓碾压

碾压混凝土宜采用薄层大面积铺筑，通常采用平层通仓摊铺，仓位较大或温度过高时采用斜层摊铺法。

与常态混凝土靠振捣密实不同，碾压混凝土靠振动碾碾压密实。为避免最大骨料粒径及胶凝材料的用量等因素影响，选用双钢轮振动碾施工，按碾压混凝土生产性试验确定的碾压施工参数进行碾压。建筑物周边采用同样的碾压遍数，边角部位采用小型碾。

2.7 层面处理

由于碾压混凝土坝的性能主要是由水平层面的性能决定，为达到设计效果，碾压混凝土超过初凝时间后，采用高风压冲毛机进行浮皮、浮渣冲洗，再铺设一层砂浆，最后铺设上一层混凝土进行碾压。

2.8 变态混凝土

坝体上下游面、结构物周围、左右岸坝基结合处均采用变态混凝土施工，根据生产性试验结果，拌和站按配合比进行拌制施工。

2.9 廊道施工

廊道除转弯、台阶和集水池等部分外均采用预制施工。廊道周围及底部设备无法施工部位均采用变态混凝土充填。廊道以下部分坝体内排水孔在廊道内帷幕灌浆完成后紧接着进行施工，廊道以上部分坝体内排水孔在相应顶部高程进行钻进。

3 碾压混凝土模板

3.1 模板的主要形式及结构

该工程碾压混凝土坝主要采用组合爬升钢模板和混凝土挡块模板两种。

3.1.1 组合爬升钢模板

碾压混凝土坝的四面均采用组合钢模板。模板由上下两块组成，每块尺寸为2.4m×3.0m，上块模板要承受混凝土侧向压力，下块模板作为上块的支承体，固定在已由锚筋和套筒螺栓组成的混凝土面上，随着坝体的上升爬升使用，两块模板互为支承体。面板则采用5.5mm厚钢板，面板后部由12根50mm×50mm，厚8mm角钢构成，模板背面设2层操作平台。碾压混凝土坝仓面的第一层和第二层每块模板均采用φ16的拉筋进行固定，并在每块模板上使用一根φ25的顶筋(在每仓两侧模板使用2根)。碾压混凝土坝第三层以上采用水平锚筋和套筒螺栓进行固定，每块模板设有2排共6根φ20水平锚筋，使用套筒螺栓使之固定，上下模板之间由2根φ28圆钢加工成模板调节器传递作用力，上层模板的竖直倾仰角度由模板调节器来调节。

3.1.2 预制混凝土挡块模板

在碾压混凝土溢流段的C30抗冲磨混凝土下侧使用0.8m×1.0m预制混凝土挡块模板，从底部依次向上进行施工。

3.2 组合爬升钢模板

模板的提升与坝体混凝土同步，坝体混凝土每上升一层，最下面一块拆除后，在顶部重安一次，以满足混凝土的连续升程。在施工中要先布置模板锚筋再进行碾压混凝土的施工；由于模板第一和第二层设置有拉筋和顶筋距下游模板边第一层和第二层变态混凝土为3.0m，再向上提升的模板距模板边2m范围内为变态混凝土；距上游模板边第一层和第二层变态混凝土为3.0m，再向上提升的模板距模板边1m范围内为变态混凝土。

3.3 预制混凝土挡块模板

预制混凝土挡块模板：采用0.8m×1.0m预制C20混凝土挡块作为模板，在C30抗磨混凝土下部进行安装，形成台阶状，并且与碾压混凝土同步。碾压混凝土每上升一层，最下面的预制混凝土挡块模板拆除，在顶部重安一次，以满足混凝土的连续升程和溢流面的设计要求。

3.4 模板的安装

2.4m×3.0m组合爬升钢模板和0.8m×1.0m预制混凝土挡块模板均采用25t吊车安装，人工配合安装。

模板安装时各项指标的允许偏差：结构物边线与设计边线允许偏差-10～0mm；相邻两板面错台允许偏差2mm；局部平整度允许偏差3mm；板面缝隙1mm；结构物水平断面内部尺寸允许偏差±20mm；脱毛机涂刷均匀，无明显色差；模板外观表面光洁，无污物。

3.5 模板的拆除

用25t吊车等配合人工将模板拆除。

拆除模板时间限制为不承重的侧面模板在混凝土强度保证其表面及棱角不因拆模而损坏时，才能拆除。根据施工进度计划安排，模板拆除10～15天后进行。

拆除模板时，要根据现场锚固的实际情况，分批次拆除锚固连接部件，还需要防止有大片模板坠落，造成人员伤害。

拆下的模板、支架及配件，需要及时清理、维修，并且分类堆存，妥善保管。

4 温控技术

为降低混凝土坝开裂风险、不产生危害性裂缝，温控技术是此类工程中必不可少的技术环节。

结合规范规定，参考类似工程，该工程坝体碾压混凝土基础容许温差见表1。

表1 碾压混凝土基础容许温差 单位：℃

新老混凝土温控标准有着明确的规定，老混凝土为在工程间歇期超过28天的混凝土。老混凝土面以上L/4范围内的新浇筑混凝土按新老混凝土温差控制。坝体碾压混凝土新老混凝土温差控制标准为不大于13℃。

表面混凝土温控标准为混凝土内外温差控制不超过18℃。

坝体碾压混凝土容许最高温度见表2。

表2 坝体碾压混凝土基础容许最高温度 单位：℃

注针对5—8月份高温季节控制指标可上调2℃，4月、9月可上调1℃，对于其他月份可适当降低；对上游和下游变态混凝土，容许最高温度可上调2～3℃；若上下游面采取保温措施，容许最高温度可再上调1～2℃。

坝体碾压混凝土浇筑容许最高温度见表3。

表3 坝体碾压混凝土浇筑温度控制指标 单位：℃

4.1 碾压混凝土坝稳定温度场仿真分析

对坝体稳定温度场进行有限元分析，对基础温差等指标进行估算。

a.坝前库水温根据朱伯芳院士著的《大体积混凝土温度应力与温度控制》中的相关公式进行估算。

b.上下游水面以上坝面温度按坝址处年平均气温并考虑日照影响，取17.6℃。

c.坝体建基面温度按上、下游坝踵和坝址水温取值，中间取线性变化，见图2。

图2 稳定温度有限元分析图 (单位：℃)

d.根据本工程推荐的配合比，参照类似工程中的碾压混凝土绝热温升取值。

4.2 温度控制措施

a.原材料温度控制。ⓐ水泥、粉煤灰有计划提前存储，温度分别不超过60℃和45℃；ⓑ成品料仓骨料堆料高度不低于6.0m，并有计划足额储备；优先取用已存储几天的温度较低的骨料。

b.冰水拌和。如浇筑温度达不到表3的控制指标，采用在拌和水中加冰的措施。

c.降低汽车运输温度。自卸汽车顶部设置遮阳棚，控制碾压混凝土运输过程中的温度回升。

d.仓面喷雾保湿。仓面采用喷雾机，喷出雾滴控制在40～100μm，形成白色雾状，避免形成下雨、积水等现象，可降低仓面环境温度3.0℃左右。

e.及时摊铺和碾压，避免层间间隔时间过长，一般控制在2.0～4.0h。

f.混凝土表面保温。混凝土如果不连续施工，要对表面进行保温，侧面拆模后要及时保温，避免寒潮等引起的内外温差，降低表面裂缝开裂风险。

g.水管冷却在本次施工中采用了PE管，内径28mm，外径32mm。PE管指标要求见表4。

表4 PE管指标要求

续表

4.3 温度监测

a.选择典型坝段进行温度监测，温度计测点布置在坝段的左右岸对称轴线上，不同浇筑层、不同等级混凝土中心至少布置一个测点，同时上游变态混凝土距离表面50mm处布置一个测点。

b.温度传感器性能满足测温误差不大于0.3℃要求，测试范围-30～150℃，绝缘电阻大于500MΩ。

c.温度传感器安装前进行标定调试，安装位置准确，布置引出线要集中并加以保护，混凝土在下料时不能直接冲击到测试测温元件及其引出线。

d.在混凝土施工过程中，每4h至少测量一次混凝土原材料温度、出机口温度以及坝体温度和气温，并有专门的记录。

5 结 语

通过上面的介绍不难看出，模板和温控技术在该工程的施工过程中起到了至关重要的作用，各项技术指标和施工程序的实施保证了工程的顺利竣工。随着科技的进步，未来模板和温控技术肯定还会有长足的发展，碾压混凝土坝施工效率也会不断地提高。本文对山东庄里水库工程碾压混凝土坝施工工艺的简要介绍，及对碾压混凝土坝模板和温控技术的详细介绍，可为类似工程积累经验。