西非高温多雨气候环境下碾压混凝土施工质量控制

许泾川 郑强顺

摘要：西非几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程是该国规模最大的基建项目，施工质量控制至关重要。通过对该工程碾压混凝土施工质量控制进行总结，将中国标准、先进的施工工艺和技术成功应用于西非高温多雨气候环境的施工中。通过对人员管理、材料控制、机械设备的规划和使用等方面分别采取质量控制措施，为大坝不间断连续施工创造了有利条件。实践表明，工程施工实现了年度最大浇筑混凝土173.2万m3，高峰期日浇筑1.1万m3和高峰期连续3个月平均月强度超20万m3，坝体单月最大上升高度达10.8 m。大坝施工做到了高效、连续、快速，工程质量实现了控制目标。

关键词： 碾压混凝土;施工质量控制;高温多雨;苏阿皮蒂水利枢纽工程;几内亚

中图法分类号：TV544.921文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.006

文章编号：1006 - 0081（2021）09 - 0037 - 05

1 工程概况

苏阿皮蒂（Souapiti）水电站位于几内亚共和国的西部，距离首都科纳克里（Conakry）136 km。该电站位于孔库雷河（Konkouré）干流中游，水库总库容74.89亿m3，装机容量45万kW，多年平均发电量20.16亿kW·h，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型。枢纽建筑物主要包括碾压混凝土重力挡水坝段、溢流坝段、泄流底孔坝段、导流底孔坝段、发电引水坝段及发电厂房等工程。拦河大坝为碾压混凝土重力壩[1]，坝顶高程215.50 m，坝顶长度1 164 m，最大坝高120 m，共布置有52个坝段。

2 工程特点及质量控制重难点

2.1 工程规模大、经济效益显著、社会影响力大

（1）苏阿皮蒂水利枢纽工程为Ⅰ等大（1）型工程，是几内亚基建项目中规模最大的工程，也是该国的“总统工程”，被誉为几内亚的“三峡工程”，建设期间多国政要人员莅临参观，社会影响力巨大。

（2）苏阿皮蒂水利枢纽水库具有多年调蓄能力，建成后不仅弥补了下游6 km处已建成投产的卡雷塔（Kaleta）水利枢纽工程无调蓄能力的不足，两个电站串联发电，一库两用，大幅提高了发电效益，经济效益显著。苏阿皮蒂水利枢纽工程建成后可为几内亚经济、社会发展提供电力支撑，为该国矿业发展提供能源保障。

2.2 施工工期紧、强度高

该工程拦河坝为碾压混凝土大坝，最大坝高120 m，混凝土工程量360万m3，其中，碾压混凝土301.3万m3。主体工程施工工期44个月，分两期（左岸、右岸）进行施工，期间需历经4个雨季，有效施工时间短、施工工期紧。坝体混凝土浇筑平均上升速度为4.5 m/月，最大上升速度为10.8 m/月。施工过程中混凝土高峰月强度22.79万m3（常态混凝土高峰月强度3.44万m3，碾压混凝土高峰月强度19.35万m3），年最高混凝土施工强度170.2万m3，施工强度高。

2.3 施工期旱季高温、雨季多雨且持续时间长

苏阿皮蒂水利枢纽工程所在地气候条件为热带草原气候，只有雨季和旱季。工程区孔库雷河流域雨量充沛，年均降雨量为2 000 mm，每年5～10月为雨季，降雨量约占全年的90%。降雨会造成碾压混凝土含水量的增大，降低层面强度，加剧混凝土的不均匀性，同时造成层面灰浆流失而形成松散软弱层面，处理不当会成为质量隐患。降雨天气使仓面复杂程度增大，特别是突发性降雨使混凝土施工难以连续进行，机械效率降低，对施工影响较大。

该区域每年11月至次年4月为旱季，干旱少雨、日照时间长，蒸发量大，平均气温27℃，极端最高气温约44℃，发生在2～4月。旱季昼夜温差大，白天气温高，高温环境易造成混凝土温度过高，出现裂缝、冷缝、混凝土不密实等质量问题，是碾压混凝土施工质量控制的重点。

2.4 设备物质缺乏、可用劳动力不足

工程所在国经济落后、物资匮乏，主体工程材料、设备构配件采购困难，设备租赁市场不发达，当地物资材料的供应能力不足，尤其是碾压混凝土掺和料需要进口，这些因素都严重制约工程建设进展。当地雇员文化水平普遍不高、劳动技能较为缺乏。同时，因为语言的差异性，中方员工与当地雇员沟通存在障碍，各项管理指令不能及时得到贯彻落实。

3 高温时段碾压混凝土施工质量控制措施

3.1 技术控制措施

（1）采用可振可碾低VC值碾压混凝土。可振可碾低VC值碾压混凝土拌和物的优势包括：①可振可碾简化了施工工序，变态混凝土可及时振捣，不受浆液限制;②全面液化泛浆有利于层间结合;③增强了混凝土黏聚性，解决了骨料分离架空的问题;④避免了加浆量不均匀的问题，混凝土水化热均衡;⑤ 降低设备磨损，提高了设备完好率[2]。

施工中碾压混凝土VC值控制在0～5 s内，采用无振碾压2遍、振动碾压到6遍即可满足设计及规范要求，碾压混凝土液化效果明显，碾压混凝土表面泛浆充分，存在一层5 mm左右绒浆，碾压混凝土热升层层间结合质量好，混凝土易密性好[3]。变态混凝土区域，混凝土拌和物摊铺后直接振捣密实，混凝土均质性好，避免了加浆不均匀、振捣效果判断不准等现象。

（2）石粉作为碾压混凝土掺和料的应用技术。施工前期，高强度碾压混凝土对掺合料的需求量大，而所在国无此类材料供应，均需从中国或其他国家采购。鉴于此，在项目规划期，开展了石粉代替部分粉煤灰作为掺合料的研究试验工作，重点研究了掺加石粉对混凝土的力学、热学、耐久性、变形性能以及混凝土可施工性能等方面的影响[4-5]。先后两次进行了石粉作为碾压混凝土掺合料的现场生产性工艺试验，系统论证了石粉作为碾压混凝土掺合料的可行性和适宜性，制定了人工砂生产控制指标，利用人工砂中石粉替代部分粉煤灰生产C9015碾压混凝土。

利用水泥早期强度和粉煤灰二次水化后产生的强度与石粉微细颗粒填充效应，使混凝土密实程度提高，改善了混凝土施工及硬化后的各项性能指标。现场实际应用后，对C9015碾压混凝土抽检4 480组抗压强度、27组抗冻及抗渗结果显示，全部满足设计指标要求。对坝体C9015碾压混凝土相应部位取芯，芯样强度、抗渗指标满足设计及规范要求，芯样表面光滑、中骨料分布均匀、砂浆饱满程度好，取芯孔压水透水率检测均小于1.0 Lu。

（3）斜层平推法+汽车直接入仓技术。坝体碾压混凝土采用斜层平推法进行分层填筑施工，以满足旱季高温、雨季多雨气候条件下的碾压混凝土质量控制[6]。混凝土入仓利用左、右岸有利地形条件，开挖期间两岸分层预留混凝土施工通道各3条，碾压混凝土浇筑期间坝后填筑入仓道路，达到了自卸汽车直接入仓条件，自卸汽车经清洗洁净后直接入仓卸料，提高了碾压混凝土入仓强度，减少了混凝土倒运等中间环节。同时，可根据气候环境变化情况及时调整碾压混凝土摊铺面积，混凝土施工质量得到有效提高。

该工程碾压混凝土初凝时间设计为8 h，层间间歇时间现场按4 h控制，经碾压混凝土工艺试验确定碾压参数为：压实厚度30 cm，碾压遍数为8遍（2遍静压+6遍振动碾压），仓面摊铺面积根据混凝土入仓强度确定。在河床段120.0 m高程以下部位采用自下游向上游斜层碾压浇筑，120.0 m高程以上左岸一期采用自右向左斜层碾压，右岸二期采用自左向右斜层碾压。冷升层分层高度为3.0～3.6 m，最大合仓仓号为右岸二期28～45号坝段（157.86～161.46 m）層，仓号上下游长度为39 m，左右长448 m，单仓混凝土浇筑总量为5.99万m3，采用斜层平推法浇筑，开仓首层摊铺长度一般为5～8 m， 后续按照1∶10～1∶15的坡度逐层延伸，即每上升一个浇筑层，混凝土及时延伸3.0～4.5 m，仓面最大铺设长度为38 m，斜层浇筑热升层面积为1 482 m2，自卸汽车直接入仓卸料，最小入仓强度为111.15 m3/h，实际浇筑平均入仓强度为212.13 m3/h[7]。坝段分缝部位采用改造切缝机进行切缝（缝内填塞双层彩条布，宽度40 cm，切入深度为层厚的2/3）。

（4）常态混凝土与碾压混凝土同步施工技术。在溢流坝段碾压混凝土施工中，溢流消能台阶混凝土设计为厚0.6 m的C30W8F50抗冲耐磨混凝土，与坝体碾压混凝土连接过渡区域设计为厚1.0 m的C9025W8F50二级配常态混凝土，现场采取了常态混凝土与碾压混凝土同步的施工方案，减少了溢流面与坝体的施工缝面，加快了施工进度，保证了不同性能混凝土间的良好结合。

（5）全断面三级配碾压混凝土混凝土施工技术。优化设计图纸，对坝体SMK185以上8 m宽断面碾压混凝土施工采用全断面三级配混凝土，简化了碾压混凝土的分区作业程序，提高了入仓强度，避免了人为因素带来的质量隐患。

（6）同步形成入仓道路技术。入仓道路的设置是碾压混凝土施工中自卸汽车直接入仓必不可少的重要环节。在苏阿皮蒂水电站的施工中，摒弃了传统的封仓条铺垫、跨越模板提前浇筑入仓道路等方法，通过现场不断的摸索试验，现场采用岸坡坝段提前浇筑入仓道路、中间坝段与坝体混凝土同步浇筑入仓道路、跨进水口坝段采用贝雷桥同步提升形成入仓道路、预留溢流缺口台阶状入仓道路、跨廊道入仓道路等多种方式，简化了施工工序，减少了冷升层层间结合面，缩短了施工周期，降低了质量风险。

（7）实行仓面设计和技术交底制度。浇筑前，对浇筑仓面进行合理规划设计，明确碾压混凝土分层、分区标号，浇筑方式、投入设备及工器具数量，仓面冲洗和排水方向以及施工中需注意的事项等，并现场进行交底。

3.2 质量管理控制措施

（1）多重管理构架严把质量关。项目施工质量在接受总包商管理团队和几内亚业主管理团队（含法国咨询工程师）监督和管理的基础上，项目内部建立和完善了项目部的质量管理体系，成立质量管理委员会，设置管理机构和试验检测检验机构，接受公司和公司专家组的领导。

（2）实行责任追踪落实制度。施工仓面设置责任标识牌，对施工各工序质量责任人及联合方式进行明确标识，发现问题督促相关责任人落实处理，出现质量问题，将根据质量管理条例和实施细则追究相关责任人质量责任。

（3）验收前检查仓面内混凝土分区、分层标识情况，与仓面设计对照检查人员配备、施工机械/设备、工器具、防雨降温措施及浇筑前的各项准备工作落实情况。

（4）施工过程中严格执行“三检制”制度，对施工各工序层层把关，杜绝不合格品进入下一工序。

（5）关键工序、重要部位实行联合检查、验收制度，从多方位、多角度进行质量控制。

（6）专职质量管理人员全程跟踪施工全过程，发现问题及时跟踪落实。

（7）针对施工中存在的薄弱环节，对施工作业人员进行教育培训工作，提高人员劳动技能和质量意识。

（8）对施工中的质量问题进行分析、总结，制定措施，及时开展专项整治活动，将正确的管理理念和操作方式根植于施工作业人员意识中，直至该问题得到有效解决并形成常态化施工。

3.3 现场施工质量控制措施

（1）实施网络化管理，对混凝土生产线从混凝土原材料储存、拌制、运输到入仓浇筑等流程各环节采用多种控制手段，由质控人员进行24 h全程监控，保障混凝土施工连续性。

（2）碾压混凝土浇筑各工序配备专业施工人员，保证作业流程顺畅、受控。

（3）混凝土运输车辆设置遮阳棚，施工中对运输车辆实施管控，卸料前车厢内（或罐体内）用冷水冲洗降温，并将积水倾卸干净;出楼前专人检查遮阳棚防护是否到位;现场专人跟踪运输车辆待料情况，控制混凝土升温。

（4）仓面采用喷雾降温措施，营造混凝土浇筑仓面小气候环境，降低高温对混凝土的影响。

（5）入仓前车辆清洗洁净;仓面卸料前将二次污染物清理干净;砂浆铺设前施工缝面充分洒水湿润。

（6）砂浆铺设均匀，铺设面积与混凝土入仓强度相匹配，铺设砂浆及时用混凝土拌和物覆盖保护，避免行驶车辆对仓面造成大面积的二次污染。

（7）仓内采用条带管理，卸入仓内混凝土及时按照工艺试验确定的施工参数进行摊铺、碾压，并及时覆盖隔热保温被。

（8）仓内防渗区止水周边、变态与碾压搭接、层间搭接等部位由专业人员进行巡视、检查，发现问题及时处理。

4 雨季碾压混凝土质量控制措施

基于旱季高温碾压混凝土施工质量控制措施，在雨季增加了以下措施。

4.1 技术控制措施

（1）仓面设计中，对仓面排水制定明确且切实可行的方案。

（2）采用雨季配合比，提高胶凝材料用量，降低雨水对混凝土强度的影响。

（3）增加砂石骨料含水检测频次，及时根据骨料含水变化情况调整施工配合比用水量。

（4）降雨前及时缩减碾压混凝土浇筑仓面摊铺面积，降低雨水对施工质量的影响。

4.2 施工质量控制措施

（1）观察天气变化情况，根据天气变化制定应对措施。

（2）合理布置系统排水，以保证水流顺畅，不积水。防止四周水倒流进入仓面。主要包括：①收仓面以向上游2%的坡度（上低下高）进行设置，便于仓面冲洗污水和雨水的排放。②在各坝段选择适宜部位设置排水槽，以便于仓面清洗污水、雨水等的排放（排水槽不得设置在结构缝两侧或附近）。③仓面按斜层平推法逐层施工，斜层坡度为1：10～1∶15，坡顶与收仓面衔接部位及时设置临时挡水坎，避免雨水或外来水进入浇筑区域。

（3）浇筑仓面应有足够的防雨设施（应准备不少于混凝土铺筑面积）、清排水设施。

（4）拌和楼设置专人对运输车辆防雨棚进行检查，确保混凝土遮挡防护严密。

（5）严格控制碾压混凝土VC值，小雨时段将VC值调整至上限，斜层坡度按1∶10控制，以振动碾正常行驶为原则;中雨及以上时段停止碾压铺筑，已碾压的仓面应采取防雨保护措施。

（6）新入仓的混凝土及时摊铺碾压并做好所浇混凝土面的保护，非浇筑面及初凝前的混凝土面均用防雨布覆盖。

（7）在小雨中进行浇筑时，应及时对已完成振捣混凝土面进行覆盖保护，加强仓面积水排除工作。

（8）在浇筑过程中，如遇大、暴雨，立即停止浇筑，并遮盖混凝土表面。

（9）雨后必須先行排除仓内积水，受雨水冲刷部位应立即处理。如停止浇筑的混凝土尚未超过允许间歇时间或还能重塑时，应二次碾压（振捣）或加铺设砂浆继续浇筑，否则应按施工缝处理。

5 碾压混凝土温度控制

苏阿皮蒂碾压混凝土大坝温度控制委托清华大学进行温控计算，在控制好混凝土浇筑温度的前提下，坝体不再布置冷却水管，因此保证混凝土浇筑温度至关重要。

（1）原材料温控。砂石加工系统中粗骨料在破碎筛分后，设置了4.0 m×2.5 m冲洗筛，利用卡雷塔电站库水冲洗，库水温度在24℃～28℃左右，料堆堆高在15 m以上，自然脱水。经现场检测，旱季高温时段粗骨料温度基本在26℃±2℃，雨季温度在24℃±2℃;细骨料料场搭设了遮阳、防雨棚。拌和系统中均设置有遮阳棚的粗、细骨料料仓。

（2）原材料运输温控。粗、细骨料均采用地弄取料，输送皮带输送至拌和系统料仓，输送皮带机输送机上搭有遮雨、遮阳棚，避免骨料受雨淋和阳光照射，避开11：00～18：00高温时段往拌和系统骨料堆存料仓运料，减少骨料在输送过程中的温度回升。

（3）拌和系统温控。安装有2座生产能力为17℃低温混凝土产量320 m3/h的制冷厂，各安装1台W-LG20ⅢA250微机控制螺杆式制冷压缩机组、2台W-LG20ⅢTA280微机控制螺杆式制冷压缩机组和2台W-LG25ⅢA500微机控制螺杆式制冷压缩机组。采用两次风冷方式，一次风冷将骨料从26℃降至12℃，蒸发温度-10℃，制冷量2 725 kW;考虑到传送过程的温升影响，二次风冷将骨料从12℃降至10.0℃以下，蒸发温度-15℃，制冷量1 400 kW。施工过程中严格控制一次、二次风冷时间、进出风口温度。

（4）采用2℃～4℃冷水拌制混凝土，混凝土生产出机口温度控制在17℃以下，共计抽检15 607次，其中1号楼混凝土共检测5 943次，总合格率91.9%;2号楼混凝土共检测3 871次，总合格率92.2%;高线3号楼混凝土共检测3 952次，总合格率90.2%;4号楼混凝土共检测1 841次，总合格率90.6%。

（5）混凝土运输。采取运输车辆搭设遮阳棚、车厢侧壁加设隔热层。全面采用自卸汽车直接入仓，减少了碾压混凝土倒运环节，降低了运输过程中的温度回升。

（6）混凝土浇筑。从现场检测的温度成果看，20：00至次日08：00环境温度基本上为25℃±2℃，08：00～20：00气温较高，需要实施仓面喷雾。从仓面环境温度检测结果看，不论是雨季还是旱季，从10：00～20：00时段浇筑气温均较高，在仓面混凝土施工时需要持久喷雾，混凝土碾压振捣完必须及时覆盖保温被保温，20：00至次日10：00时段均无需喷雾及覆盖。施工现场安排专人对入仓混凝土及环境进行温度检测，发现超标情况及时查找原因进行调整和改进。

（7）坝体温度检测成果。设计要求碾压混凝土温度最高为44℃，在27号和36号典型坝段共布置有103支温度计，从监测单位监测数据查看，温度均小于25℃，最高温度为44.8℃，混凝土温升最高温度90%以上均能满足设计要求，超温位置除36坝段T36-22 坝下0+017.50为内部混凝土温度，其余均在上下游表面。在温度计埋设初期及后期，与环境温度或太阳直射蓄热有一定的关系，施工期混凝土温控处于完全受控状态。

6 碾压混凝土实体质量评价

苏阿皮蒂水利枢纽工程碾压混凝土大坝施工共划分396个单元工程，全部评定为合格（国际工程无优良等级）。施工过程中，为验证大坝混凝土实体质量，由法国咨询工程师及总包商质量工程师现场随机指定混凝土芯样采集位置，共取芯47处，取芯孔总长631 m，获取芯样总长581.76 m，芯样获取率为96.7%。芯样整体表面光滑、致密，骨料分布均匀，局部芯样表面稍有气孔;取芯孔压水检验透水率（小于1 Lu）合格率95.8%;芯样表观密度平均值为2 644 kg/m3，最小值为2 610 kg/m3，均符合质量标准要求;芯样抗压强度及抗渗强度均大于设计要求。蓄水后监测总渗漏量最大为0.097 m3/s，小于设计要求0.13 m3/s。

7 质量管理经验总结

（1）以科技进步带动生产力发展，不断优化施工方案、改进施工工艺，积极采用新技术、新工艺，为施工质量提供技术支持和保障，推动施工质量提升。

（2）统筹规划，统一管理，形成均衡匹配的系统流水作业线，各专业紧密配合、各工序专人负责，责任监督落实到位。

（3）加强过程控制，有重点地针对碾压混凝土层间结合问题从雨前、雨后结合面的处理，高温季节凝结混凝土层间、接茬等关键部位处理上等问题采取强有力的控制措施。

（4）重点关注防渗区和止水范围施工质量，按设计要求逐层铺设砂浆，止水范围振捣和保护等。

（5）加强施工管理人员的质量意识教育，增强质量意识。

（6）加强当地雇员技能培训，员工技能达到专业化、程序化要求。

8 结 语

几内亚苏阿皮蒂水利枢纽工程自2017年4月碾压混凝土浇筑以来，在西非高温多雨气候环境下，为了保证大坝碾压混凝土实体质量，主要从工艺技术上进行改进和创新，并推广应用了可振可碾碾压混凝土施工技术、辉绿岩砂中石粉替代部分粉煤灰施工技术、碾压混凝土温度控制等科研成果。通过一系列现场质量管控措施，保证了高强度碾压混凝土在高温或多雨气候条件下的施工质量。施工期间大坝连续、快速、优质施工，按期实现了大坝水库蓄水目标，实体质量得到了验证，可为后续大规模碾压混凝土在高温、多雨气候条件下质量控制提供借鉴。

参考文献：

[1] 田育功. 碾压混凝土快速筑坝技术[M]. 北京 ：中国水利水电出版社，2010.

[2] 田育功. 碾压混凝土VC值的讨论与分析[J] . 水力发电，2007（2）：41-43.

[3] 罗小平，张如军，刘加华，等.  可振可碾混凝土在几内亚苏阿皮蒂水利枢纽项目中的应用[J] . 水力发电，2020，（1）：45-48.

[4] 梅锦煜，郑桂斌. 中国碾压混凝土筑坝技术发展及特点[C]//中国碾压混凝土筑坝. 北京：中國水利水电出版社，2006.

[5] 田育功.  碾压混凝土掺合料性能研究与应用[C]//中国碾压混凝土筑坝. 北京：中国水利水电出版社，2006.

[6] 王以斌，寿开，刘玉琴，等.  几内亚苏阿皮蒂大坝碾压混凝土入仓方式的研究与运用[J] . 水力发电，2020（1）：81-85.

[7] 许泾川，赵正平，朱跃华.  苏阿皮蒂项目碾压混凝土快速高效筑坝施工技术应用[J] .  水电与新能源，2019（8）：25-28.

（编辑：李 慧）

Construction quality control of roller compacted concrete under high temperature and rainy climate in West Africa

XU Jingchuan，ZHENG Qiangshun

（SinoHydro Bureau 3 Co.，Ltd.，  Xian  710024， China）

Abstract： Souapiti Hydroelectric Power Station is the largest infrastructure in Guinea， so the construction quality control is important. This article summarizes the construction quality control of the project， and the application of Chinese standards， advanced construction techniques and technologies to the environment of high temperature and rainy climate in West Africa. Through quality control measures in personnel management， material control， and the planning and use of mechanical equipment， favorable conditions have been provided for the uninterrupted and continuous construction of the dam. The annual maximum concrete pouring reached 1.73 million m3， the peak daily pouring reached 11，000 m3， and the average monthly intensity is over 200，000 m3 in 3 consecutive months during the peak period. The maximum rising height in a single month is 10.8 m， so the efficient， continuous and rapid construction of the dam was realized. The project has achieved the goal of quality control.

Key words： RCC; construction quality control; high temperature and rainy climate;Souapiti Hydroelectric Power Station; Guinea