浅谈全断面三级配碾压混凝土的研究与应用孟宪坤

浅谈全断面三级配碾压混凝土的研究与应用孟宪坤

孟宪坤

中国水利水电第三工程局有限公司西安710018

摘要：几内亚凯乐塔水电站碾压混凝土大坝断面尺寸小，属于典型的长窄型结构，经过碾压试验及分析论证，将碾压混凝土分区C9020W6（二）+C9015W4（三）修改为C9020W6（三）单一混凝土结构，取得了良好的设计指标、施工工艺和工程成果。

关键词：水利水电碾压混凝土坝施工技术；全断面；三级配

1.研究背景

1.1工程概况

凯乐塔（Kaléta）水电站位于几内亚共和国（TheRepublicOfGuinéa）的西部，距离首都科纳克里（Conakry）162km。电站位于孔库雷河（Konkouré）干流中游，坝址以上控制流域面积11380km2。

大坝采用碾压混凝土重力坝和均质土坝两种结构型式，合计40个坝段，坝轴线长度1150.01m，库容2300万m3。由挡水坝段、发电引水坝段、泄流底孔坝段、溢流坝段组成，坝顶高程114.00m，最大坝高31m，坝顶宽5m；溢流坝段布置在右岸KONKOURE主河床上，呈弧形布置，溢流堰采用无闸门控制的开敞式自由溢流，总长360m，堰顶高程110m。大坝混凝土总量23.13万m3，其中碾压混凝土约7.52万m3。

电站为坝后式地面厂房，采用“一机一管”布置。总装机额定容量为234.6MW，安装3台立式轴流转桨式水轮发电机组，多年平均发电量为9.46亿kW.h。

1.2课题由来

根据坝体结构设计型式、施工条件，存在以下特点和困难。

（1）拦河坝充分利用实际地形、地质条件，碾压混凝土大坝呈“S”型布置，碾压仓面狭长，最大碾压仓号宽度12m，入仓及铺料难度大，施工强度难以提高，对施工质量控制有一定的影响。

（2）碾压混凝土坝上游防渗区设计2m宽RCC9020W6（二），坝体混凝土为RCC9015W4（三）。而BW202AD-4振动碾钢轮宽度2135mm，D31PX22平仓机铲刀宽度2875mm，混凝土分区设计不满足平仓机和振动碾工作所需的宽度，与常规设备符合性差，施工工效降低。

为了解决以上施工难度和设计矛盾，响应碾压混凝土“薄层连续快速施工”的设计理念，经并报工程师批准，碾压工艺试验增加研究取消防渗层、采用全断面三级配结构设计的可行性分析。

2.试验研究

2.1试验准备

2013年2月14日～4月25日，通过四次专题会议研究并报送工程师审核、讨论，确定了试验方案。

5月8日由施工项目总工向作业团队（包括几内亚雇员）进行技术、施工组织交底，详细讲解了碾压混凝土试验实施步骤、操作细节及注意事项。

2.2试验布置

试验场地布置于安装间坡顶下游平台，长×宽=11m×30m，首先完成0层30cm厚常态混凝土垫层浇筑；第Ⅰ～Ⅲ层、第Ⅳ层碾压混凝土分两次浇筑，以分别验证热升层、冷升层层间结合质量、抗渗性能。

试验块划分为两个条带，一个为宽度6m的C9015W4（三）条带，一个为宽度4m的C9015W4（三）、C9020W6（二）条带（第Ⅲ、Ⅳ层左半幅验证C9015W4全断面三级配，即坝体不分区、全断面为三级配碾压混凝土），四周0.5m为变态混凝土。

2.3试验过程

2013年4月8日完成垫层（0层）混凝土浇筑；5月9日开始碾压混凝土第Ⅰ～Ⅲ层（热升层）碾压试验，持续时间约16h；5月19日施工第Ⅳ层（冷升层）碾压混凝土；6月8日开始观察坑钻芯和检查孔取芯，6月19日完成压水试验，室外试验全部完成；委托长江水利委员会长江科学院于8月22日进行了原位抗剪试验。

试验模拟大坝断面尺寸进行了常态混凝土、变态混凝土、碾压混凝土、低VC值混凝土浇筑，对混凝土各种性能指标进行分析，试验内容全面，达到了试验目的。

2.4试验分析

（1）混凝土VC值控制在3～5s，45分钟VC值增长率50%左右，含气量大于3%；可碾性、泛浆效果良好，不陷碾、不粘碾；碾压2+6+2遍（往返为2遍），压实度均大于97%。

（2）仓面设备布置紧张，两种碾压混凝土分区不便于仓号内设备平行作业，混凝土的入仓、摊铺和碾压施工相互干扰影响，仓面略显零乱。测算入仓强度在20m3/h左右，约为碾压混凝土生产强度的1/3，除各种试验占用时间外，主要原因为仓面狭小、混凝土分区导致的入仓强度偏低。。

（3）采用XY-2型地质钻机周边套接切割形成两个观察坑，尺寸1m×1m×1.2m（长×宽×深），经观察，层间结合良好，揭露面表面光滑致密，骨料分布均匀，结构密实。

（4）采用XY-2PC地质钻机钻φ60mm检查孔3个，分别布置于C9015W4、C9020W6条带及C9015W4全断面区域，自上而下分段压水，压水成果表1。

（5）按照DL/T5433-2009《水工碾压混凝土试验规程》及DL/T5368-2007《水电水利工程岩石试验规程》的规定，采用平推法对C9015W4碾压混凝土试验区段的1组试件（共计5组试验块）进行了90d龄期现场层面原位抗剪断试验，结果为：摩擦系数ƒ'=1.05>1.0，粘聚力c'=2.04MPa>1.0MPa，满足抗滑稳定计算采取的力学参数。

表1碾压混凝土钻孔压水成果汇总表

（6）试验结论

KALETA水电站大坝C9015W4、C9020W6两种混凝土分区设计不便于摊铺、碾压和快速施工，进而导致层间结合质量下降；根据C9015W4三级配全断面碾压混凝土试验分析成果，入仓难度降低，入仓强度有所提高。经报送工程师审批，为确保坝体防渗指标，采用提高一级技术指标的单一C9020W6（三）碾压混凝土全断面设计和施工，取消大坝混凝土分区，既可加快施工强度，又能提高质量保证率。

3.施工工艺

根据大坝布置形式、结构、工程量、场区道路等按照3～4个坝段合并仓号，分层厚度3m。

3.1混凝土生产

电站配置一座HZ120-2S1500双卧轴强制式混凝土拌和站和总制冷量为1336kW的制冷车间，实际碾压混凝土生产能力约60m3/h，搅拌时间60s。

3.2混凝土运输

混凝土水平运输采用KERAX380.356X4HD雷诺自卸车，车厢设置帆布遮阳棚，105m以下仓号自卸汽车直接入仓，单车运输碾压混凝土6m3。105m以上采用自卸汽车水平运输，通过BLJ600-40布料机转料入仓。

3.3混凝土浇筑

碾压混凝土采用斜层平推法铺筑方式，4m×4m梅花形布料，退铺法依次卸料，松铺厚度35cm。

铺料条带长度达到12m左右后采用D31PX-22平仓机进行平仓，BW202AD双钢轮振动碾搭接法碾压；变态混凝土采用犁槽法、人工加浆方式；封仓口采用长臂反铲浇筑低VC值混凝土；边角部位采用BW75H手扶双钢轮振动碾碾压、补碾。

4.分析推广应用

全断面三级配碾压混凝土的提出是基于KALETA水电站坝体结构断面小，分区铺料、碾压施工功效降低，可能造成质量缺陷而采取的一种措施，在低坝上应用取得了成果。

（1）减少分区铺料交叉干扰，提高入仓强度，缩短层间直接铺筑间隔时间

采取不分区铺料条带划分合理均衡，施工层次分明，便于有序施工，入仓强度提高20%左右，层间间隔时间控制在直接铺筑允许时间内；但仍受到了狭长断面带来的入仓降效，主要原因是混凝土运输、摊铺、碾压、

检测不具备开展“流水化”平行作业的条件，实以顺序作业为主，延长了升层覆盖时间，对混凝土的浇筑强度限制明显。

（2）混凝土搅拌过程中不需变换配料单，生产效率提高

采用一种指标的混凝土，拌合站生产过程中可避免频繁更改配料单，缩短配料周期，可以保证连续生产混凝土，充分发挥设备搅拌能力，提高设备功效，设备配置更节约。

（3）结合VC值动态调整在碾压混凝土施工中的关键控制指标，确保层间结合，提高抗渗能力

VC值是碾压混凝土可碾性和层间结合的关键，其控制以碾压混凝土全面泛浆和具有“弹性”、经碾压能使上层骨料嵌入下层混凝土为宜，VC值的降低对层间结合质量、抗渗能力的提高具有推动作用。

KALETA水电站VC值为3～5s，在实施过程中优先选用小值，以“不陷碾”、液化泛浆为控制标准，提高混凝土层间结合质量、整体抗渗性能，这也符合碾压混凝土发展趋势。

（4）小结

笔者认为，随着碾压机械、检测设备的发展，提高碾压层厚减少碾压缝面的技术革新，为充分体现“快速连续”浇筑的特点和优势，全断面三级配碾压混凝土具有在中高坝继续研究的价值和发展空间，可根据坝高加宽变态混凝土，采取低VC值混凝土直接浇筑，进而推广应用。可以结合VC值的控制、流水化作业的推进，全面提升摊铺、平仓、碾压进度，通过缩短热升层间隔时间而提升层间结合质量，提高碾压混凝土的抗渗能力和坝体稳定性。

参考文献：

[1]能源部、水利部碾压混凝土筑坝推广领导小组.碾压混凝土筑坝—设计与施工.电子工业出版社，1990

[2]中国水利水电第三工程局有限公司.低VC值混凝土的研究和应用，2012

[3]黄河勘测规划设计有限公司.几内亚凯乐塔水电站工程设计报告（DD-ZH-RE001B），2012

作者简介：

孟宪坤：山东泰安人，工程师，从事水利水电施工管理工作。