碾壓混凝土斜層鋪筑法施工技術淺談

(沐川縣水利技術服務中心，四川 沐川，614500)

1 引言

碾壓混凝土筑壩是當今壩工界較流行的快速筑壩技術，該技術的基本特點是：使用硅酸鹽水泥、火山灰質摻和料、水、外加劑、砂和分級控制的粗骨料拌制成零塌落度的干硬性混凝土，采用配套的運輸和鋪筑設備，用震動碾分層壓實，具有土石壩施工體積小、強度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點，又具有土石壩施工程序簡單、快速、經濟、可使用大型通用機械的優點[1]。

碾壓混凝土筑壩大體分為兩類：一類以日本“金包銀”模式為代表的RCD，采用中心部分為碾壓混凝土填筑，外部用常態混凝土(一般為2m～3m厚)防滲和保護，我國代表性的RCD工程為遼寧省觀音閣水庫大壩(長1040m，高82m)；另一類為全碾壓混凝土壩，稱為RCC，其結構簡單，施工機械化強度高。RCC技術在我國已大力發展，現已建成的湖南江埡大壩進一步證實我國碾壓混凝土筑壩技術已達到國際水平。

碾壓混凝土筑壩技術在我國起步較晚，但發展很快。我國已完工碾壓混凝土工程中，除湖南江埡、云南大朝山和福建棉花灘工程的部分碾壓混凝土外，碾壓層均為水平層，但遇到較大倉面時，受層間間隔時間的限制，利用已定的施工資源實施平層鋪筑(簡稱“平層鋪筑法”)不能使壩體同步上升。這時，傳統的解決方法是人為的將較大倉面劃分為幾個與施工資源相符的小倉面，這必然造成施工資源(主要是機械設備)不能夠連續運行和增加模板、封倉等工作量。為了解決平層鋪筑法中存在的這一問題，將碾壓混凝土平層鋪筑改為斜層鋪筑(簡稱“斜層鋪筑法”)。斜層鋪筑法勿需分割較大倉面，保證長時間連續澆筑，使壩體同步上升。碾壓混凝土斜層鋪筑法是目前澆筑的一個總體趨勢。特別是天氣較為炎熱地方及倉面較大的工程。[2]

2 碾壓混凝土斜層鋪筑施工技術

2.1 斜層鋪筑法的基本原理

碾壓混凝土的斜層平推鋪筑法，可以用較小的澆筑強度覆蓋較大的壩體澆筑面積，減小壩體分塊面積過小帶來的影響和模板工程量增加，可以進行大面積持續澆筑，加快工程進度，顯著提高工程效率。由于層間間隔時間可以根據需要調整，顯著改善了碾壓層面的層間結合質量，成為高氣候條件下施工的有效措施，研究并推行斜層平推鋪筑技術，在不附加成本的前提下，可以在炎熱和多雨氣候條件下更好適應施工要求。

碾壓混凝土的澆筑速度基本受碾壓層面的間隔時間制約，一般規定間隔時間在6h內可以直接鋪筑上升，層面間無需處理。間隔時間在6h～24h，層面間需要鋪筑砂漿或者水泥砂漿后再繼續上升，間隔時間超過24h作冷縫處理。一般的工程項目，倉面大小不一，倉面大，需要較多的設備和人力，倉面小時，又存在很大的浪費，窩工嚴重，一般項目不可能無限制投入碾壓和攪拌機械設備，要保證工程質量，只有人為將大倉面劃分成若干小倉號，工作效率低下。要提高工作效率只有在鋪筑工藝上挖潛力。

圖1 平層鋪筑法示意

對于一個較大倉面，設可同時進行澆筑的壩面長度為L，寬度為B，由模板及入倉方式決定的澆筑塊連續升程的高度為H(一般為3.0m)，如圖1所示，則采用平層鋪筑法一次開倉所能控制的最大面積S為：

S=L1×B=(Rm×E×Tis)/h

式中：L1為一次開倉澆筑塊長度；

Rm——拌和系統的總額定生產能力；

H——碾壓層厚度(一般為0.3m)；

E——碾壓混凝土施工綜合效率系數；

Tis——碾壓混凝土初凝時間。

可連續澆筑的最大方量V1為：

V1=L1×B×H

現在改變澆筑層的角度，把鋪筑層與水平面的夾角由0°(水平)改成3°～6°，即以1∶20～1∶10的緩坡進行斜層鋪筑，使斜層長度L2≤L1，以滿足層間塑性結合的要求，如圖2所示。那么，開倉后就可以從圖2一端到另一端連續施工，一次開倉可澆筑的最大方量V2為：

V2=B×L×H

V2是V1的L/L1倍，L/L1越大，可進行連續施工的時間也就越長，設備的綜合效率也就越高。

圖2 斜層鋪筑法示意

2.2 斜層鋪筑法的工藝流程

2.2.1 編制要領圖(混凝土施工設計)

要領圖除包含各工序及其歷時、澆筑部位、設備配置等常規項目外，澆筑簡圖中應詳細繪出開倉段、收倉段的各種尺寸及斜層角度等關鍵參數，這些參數對每個澆筑塊可能是不同的。要領圖一般輔助必要的說明，碾壓機械、運輸設備、倉面指揮都給予明確，特別斜層角度的掌握，處理不好容易成為薄弱面，因此在技術層面要明確，組織層面也需要明確。

2.2.2 放樣

與平層鋪筑相比，斜層鋪筑法施工更難于控制。因此，澆筑前應按要領圖在澆筑塊的四周進行測量放樣，使每一鋪筑層的空間位置和尺寸被一一確定下來。然后就地取材用現場容易辨識的標志進行標識。

2.2.3 開倉段面清洗、砂漿拌和、運輸、攤鋪

施工方法與平層鋪筑法相同。倉面用水清洗干凈，一般采用高壓水槍噴射，砂漿攤鋪一般和碾壓混凝土保持同步進行。運輸車輛人工清洗是工地老大難問題之一，人工清洗存在很多缺陷，一般把清洗區加長，采用自動清洗，清洗區中間設置一沉淀池。

2.2.4 開倉段碾壓混凝土施工

碾壓混凝土拌和后運輸到倉面，按要領圖規定的尺寸及圖3所示的程序進行開倉段施工。其要旨在于減薄每個鋪筑層在斜層前進方向上的厚度，并使上一層全部包容下一層，漸次形成傾斜面。圖中a、l、m參數根據具體倉面確定，在要領圖中給出。沿斜層前進方向每增加l長，都要對老面(水平縫面)進行清洗并鋪砂漿，碾壓時注意控制振動碾不能行駛到老混凝土面上，以避免壓碎坡腳處的骨料而影響該處質量。

圖3 開倉端施工示意

2.2.5 碾壓混凝土斜層鋪筑

這是斜層鋪筑法的核心部分，也是工程量最大的部分，基本方法與水平層鋪筑法相同。為了防止坡腳處的碾壓混凝土骨料被壓碎而形成質量缺陷，施工中采取了預鋪水平墊層的辦法，并控制振動碾不得行駛到老混凝土面上去。水平墊層與斜層鋪筑的程序如圖4所示，施工按圖中①②③④的順序進行。首先清掃清洗①部位的老混凝土面(水平縫面)，攤鋪砂漿，然后沿碾壓寬度方向攤鋪并碾壓混凝土，形成水平墊層。水平墊層超出坡腳前緣30cm～50cm部分，不予碾壓，而與下一層的水平墊層一起碾壓。寬度b由坡比及h值確定，在要領圖中給出，如坡比為1∶15，h=0.3m時b=4.5m；第二步進行②部位的斜層鋪筑。如此往復，直至收倉段施工開始。

圖4 水平墊層及坡腳施工方法

2.2.6 收倉段碾壓混凝土施工

收倉段施工相對開倉段要簡單些，首先進行清掃、沖洗、攤鋪砂漿，然后采用圖5所示的折線型施工，L′一般取8m～10m，既要考慮減少設備運行干擾，又要考慮每個折線層間塑性結合。澆筑面積越來越小時，水平層和折線層交替鋪筑就可以滿足層間塑性結合的要求，如圖5所示。

圖5 收倉端施工示意

2.2.7 切縫及密度檢測

與上述(4)-(6)工序同時穿插進行的有切縫、模板和結構物周邊的常態(變態)混凝土施工及核子密度儀檢測等工序。

2.2.8 養生、沖毛

完成后進行下一循環的斜層鋪筑。

2.3 斜層鋪筑法的優點

2.3.1 提高效率，降低成本

(1)斜層鋪筑法可以在有限的拌合能力下，不受倉面面積的控制。即勿需將較大倉面分為幾個較小倉面，使碾壓混凝土作業得以大方量、長時間地連續進行，大幅度提高全套碾壓混凝土施工設備的綜合效率，綜合效率可提高30%～60%，因而使生產成本降低。

(2)為了擴大每次開倉的面積，提高生產率，降低成本。在拌和能力確定的情況下，平層鋪筑法往往不得不依靠高效緩凝劑，因此增加了混凝土的成本。而采用斜層鋪筑法，根據倉面的具體尺寸，可以通過調節斜層坡比控制層間結合時間，從而不必過分追求高效緩凝效果，使用普通木鈣就可以取得很好的緩凝效果。通過斜層鋪筑法這種施工工藝的變更，既可以達到提高效率的目的，又不增加混凝土的外加劑成本。

(3)減少分倉工序。平層鋪筑法將較大倉面分為幾個較小倉面，封倉口為L/L1倍，由于封倉口處理及模板安裝等原因，每個倉面封倉階段的效率都有大幅度降低，費時費力。斜層鋪筑法長時間連續澆筑，把多個分倉合并成一倉，封倉口的數量變成一個。如果順壩軸線方向斜層鋪筑，可以取消所有橫縫模板，既省去模板的安拆費用，自然也就省去了分倉模板邊緣的常態(或變態)混凝土，取而代之為碾壓混凝土，減少膠凝材料用量和分倉澆筑每個升程至少出現一次的等強拆模時間。

2.3.2 降低設備配置容量的要求

由于斜層鋪筑法連續施工，大幅度提高綜合效率，對于具體項目，在限定工期的情況下，采用這種施工方法，或者與平層鋪筑法聯合運用，就可以使整個工程所需要的設備(尤其是關鍵設備，如拌和樓及混凝土運輸系統等)的容量要求降下來，使設備選擇更具靈活性。這一點對施工單位而言具有比提高效率、降低成本更重要的經濟意義。

2.3.3 提高碾壓混凝土質量

2.3.3.1 通過工藝提高質量

對碾壓混凝土而言，層間間隔時間越短，層面膠結的效果就越好。平層鋪筑法為了追求效率，不得不盡量挖潛混凝土的初凝時間，甚至到初凝時間的極限，以爭取更大的澆筑面積。而斜層鋪筑法從工藝的改變入手，追求效率的提高；同時通過改變坡比而人為地控制層間間隔時間，使層間結合達到可能好的效果。

2.3.3.2 減少層間間隔時間

模板或結構物周邊的常態或變態混凝土的使用在碾壓混凝土大壩中是不可避免的，且需與碾壓混凝土同步施工，但它們的初凝時間與碾壓混凝土往往不一致，斜層鋪筑法通過縮短層間間隔時間，使常態混凝土層間也獲得了比較好的膠結。碾壓混凝土的澆筑速度基本受碾壓層面的間隔時間制約，一般規定間隔時間在6h內可以直接鋪筑上升，層面間無需處理。間隔時間在6h～24h，層面間需要鋪筑砂漿或者水泥砂漿后再繼續上升，間隔時間超過24h作冷縫處理。采用斜層澆筑方法，可以實現壩體混凝土在規范許可時間內持續上升。

2.3.3.3 入倉口減少

碾壓混凝土施工入倉口的質量始終是個薄弱環節，倉面的清理干凈與否，對混凝土結合質量有直接影響，由于斜層鋪筑法大幅度減少了整個大壩入倉口的數量，在特殊運輸條件下甚至可以取消入倉口，自然提高了碾壓混凝土大壩的綜合質量。

2.3.3.4 有利于溫度控制

由于斜層鋪筑法的作業面積可以比較小，覆蓋時間較短，對高溫季節施工的制冷混凝土，可以減少溫度倒灌，噴霧等措施也易于實施。若遇降雨，由于斜坡面的存在，也可以降低雨水對新澆碾壓混凝土的侵害。

3 結語

經濟施工和快速施工是碾壓混凝土技術產生和發展成熟的動力，經濟和快速二者之間存在著內部統一性，對具體項目而言，二者大體上可用效率概括。傳統的平層鋪筑法，經過幾十年的發展，效率因素已被挖掘殆盡；斜層鋪筑法在不附加成本的情況下，從改變施工工藝入手，大幅度提高綜合效率，為碾壓混凝土技術向前發展注入了新活力。

〔1〕蔡正詠.混凝土性能[M].北京：中國建筑工業出版社，1979.

〔2〕孫恭堯.高碾壓混凝土重力壩[M].北京：中國電力出版社，2003.