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摘要：本文结合碾压混凝土坝施工特点，从混凝土生产、运输、入仓、仓面施工等各个施工工艺，对碾压混凝土坝施工过程中关键技术进行了分析和总结，可为以后碾压混凝土坝施工提供一定的参考。
关键词：碾压混凝土坝 施工工艺 技术综述
1 概述
碾压混凝土筑坝技术是对干硬性混凝土利用土石坝振动碾压实施工工艺进行填筑，突破了传统的混凝土（常态混凝土）大坝柱状浇筑法，具有机械化程度高、简化施工程序、缩短工期、节省投资等特点。与常态混凝土坝施工的主要区别主要有：
（1）碾压混凝土筑坝过程中，采用通仓薄层连续上升的浇筑方法：而常态混凝土采用柱状垂直上升的跳仓浇筑方法。如果一个填筑层的施工出现故障，下一层就无法施工，不能像常态混凝土坝那样边解决问题边在其他块继续施工。提前安排好所有相关工序是十分重要的。
（2）碾压混凝土坝施工属于高强度机械化施工，模板和接缝处理的工程量相对较少，使用人工的比例较低的同时，却实现了碾压混凝土拌合、运输、入仓、摊铺、碾压、质检、养护等作业的有序进行：反常态大体积混凝土施工中通常存在大量的劳动密集型作业，整个坝体被横、纵缝分成很多浇筑仓，导致模板工作量成倍增加，接缝灌浆量很大。
（3）碾压混凝土与常态混凝土在大坝均衡施工方面区别很大，施工组织设计要充分考虑碾压混凝土快速施工特点和坝体构造的影响因素，其均衡施工的工程量不能按月平均进行分配，而是坝体下部碾压混凝土施工强度要比上部大许多才行。
如今我国碾压混凝土坝无论从数量、坝型上均处于国际领先水平，经过30年来的不断研究、实践和改进创新，形成了一整套理论和施工技术体系。在大坝施工方面，对碾压混凝土拌合、运输、压实的机械设备不断改进：混凝土摊铺、碾压、分缝处理、分层分条带碾压、模板工程等施工工艺不断改进和提高。以下主要依据《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T5112-2009），从混凝土生产、运输入仓、模板工程、仓面施工和层缝面处理五个方面简述碾压混凝土坝快速施工的主要活动和关键技术。
2 混凝土生产
高碾压混凝土坝施工具有方量大、强度高、不均衡性和季节性强等特征。因此，其生产系统的生产能力必须能够满足混凝土高速度的要求。拌合楼的间歇时间尽可能少或没有，预先安排的拌合楼保养和维修等工作应仔细规划和快速完成。
另外针对具体工程，混凝土生产系统的规划和设置要考虑的因素还包括：工程的枢纽布置、砂石加工系统布置、工程分标方案、混凝土土坝供料线规划以及混凝土浇筑进度计划等。
碾压混凝土拌合宜选用强制式拌合设备，也可采用自落式或强制连续式拌合设备。近年来，国内大坝碾压混凝土采用强制式拌合楼设备的为多。大量的工程实践表明，用强制式搅拌机拌合的碾压混凝土，不仅质量好，而且拌合时间短。
3 混凝土的运输入仓
混凝土运输入仓浇筑方式必须具备高质、高效快速的施工特点，运输过程中要求避免骨料分离和浆液损失，同时尽量缩短运输距离和减少运输时间，以防混凝土初凝和温度回升过高。根据工程实践，大坝混凝土入仓方式分为：直接入仓方式和组合入仓方式。近年来，碾压混凝土入仓手段和设备的发展特别突出，已经形成了一系列的适应不同坝型、不同坝高、不同地形条件、不同入仓强度指标要求的入仓方式及设备，包括：自卸汽车、负压（真空）溜槽（管）、满管溜槽、缆机、门机、塔机、皮带机、胶带机、顶带机、斜坡道等。相比较而言，自卸汽车运输适应性强、机动灵活、直接入仓，可减少分离，是最基本的入仓工具。其他工具常采用组合运输方式。自卸汽车、负压溜槽、满管溜槽等已成为碾压混凝土运输的主要手段。
3.1自卸汽车运输入仓
大量的工程施工实践证明，自卸汽车直接上坝入仓是碾压混凝土快速施工最有效的方法。可极大地减少中间环节，减少混凝土温度回升倒灌。尤其是对于中低坝及高坝中下部的施工，易于布置上坝交通道路，一般考虑采用这种入仓手段。
施工过程中，能否保持上坝道路与坝体的同步上升是制约施工进度的因素之一；一般拌合系统距离仓面运距时间多在15～30分钟，高温季节车厢顶部通常设置自动苫布进行遮阳防晒保护；自卸汽车运输碾压混凝土直接入仓，入仓口的数量、结构、布置和封仓方法对施工速度有很大影响。
3.2垂直运输入仓
由于大坝多修建在高山峡谷中，上坝道路高差很大、布置困难，自卸汽车无法直接入仓，碾压混凝土需要采用中间环节垂直运输方式上坝。解决垂直运输的典型设备包括：满管溜槽、真空溜槽（适用于坝肩较陡，特别是“V”形河谷）、斜坡道（适用于日本碾压混凝土坝的RCD工法）等。这些设备供料线的水平运输，多为自卸汽车和皮带机，仓面采用汽车转运布料。
近年来，采用自卸汽车（或皮带机）+满管溜槽+仓面汽车的组合运输入仓方式，被证明是简单、快捷、有效且投入较少的运输入仓方式。以光照碾压混凝土重力坝（坝高：200.5m）施工为例，该工程采用的满管溜槽断面尺寸已经达到800mm×800mm，有效地解决了制约碾压混凝土垂直运输和入仓浇筑强度大的施工难题。在实际中，满管溜槽生产能力主要取决于与之配套的运输设备生产能力同时还要考虑维修、保养等其它因素。
3.3水平皮带（胶带）机运输入仓
深槽高速皮带机是一种连续的运输机械，生产效率高。在碾压混凝土施工中，采用皮带机运输入仓时，通常与自卸汽车、满管溜槽等运输设备配合，运输混凝土入仓。
4 模板工程
模板是确保碾压混凝土连续上升、快速施工的关键设备之一，模板工程是碾压混凝土坝施工的重要环节，其影响是相当突出的。早期碾压混凝土工程曾因模板安装不及时而中断施工，有时因拆模板导致2～3天的长时间间歇。模板安装对施工速度的影响已经受到工程界越来越多的重视，模板型式也得到了改进和优化。模板的选择和机械设备配备同等重要，模板设计应能够满足碾压混凝土快速、连续施工的要求，为了便于周边的铺筑作业，不宜设斜拉条。
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5 碾压混凝土仓面施工
为了加快施工进度，碾压混凝土采用大仓面薄层摊铺、快速碾压、连续上升的施工工艺。仓面作业主要包括冲毛、砂浆摊铺、卸料平仓、振动碾压、切缝、质检、铺设冷却水管以及变态混凝土施工等施工工序。仓面作业活动最能体现碾压混凝土筑坝技术机械化、专业化、程序化和标准化的特点。
无论是单仓施工或大通仓施工，仓面施工组织设计十分重要。仓面设计是施工技术人员对设计图纸和设计内容充分理解和消化后的高度集成和综合浓缩，对一个碾压混凝土浇筑仓即将实施的规划。仓面设计通常包括该浇筑仓的仓面特性、技术要求、施工方法、质量要点、资源配置、计划安排等信息，用来指导作业队进行有序、高效施工。
5.1 卸料平仓（摊铺）
在混凝土开仓浇筑前，应在老混凝土层面上铺一层砂浆，且砂浆的铺设应与碾压混凝土的摊铺同步进行。
卸料方式有自卸汽车入仓卸料、皮带机卸料、塔带机卸料、吊罐卸料等。新拌合料入仓后应卸在已摊铺但未碾压的层面上（即“软着陆”），起缓冲作用，有利于防止骨料分离。自卸汽车仓面卸料应采用梅花形叠压式卸料或退铺法两点式卸料，卸料分条带进行，且与铺筑方向垂直。
碾压混凝土的摊铺应固定方向逐施工流水段、逐段带施工、使施工层次分明，层间间隔时间也容易控制，便于有序施工。卸料平仓条带应平行于坝轴线，特别是迎水面3～5cm范围内，平仓、碾压平仓条带应平行于坝轴线，以避免在关键部位形成可能的顺水流方向抗渗的薄弱带[2]。碾压混凝土压实厚度为30cm时，一般摊铺平仓厚度约为34cm。卸料后应及时平仓、快速碾压，实际施工中往往是碾压工序远远滞后于平仓工序。
我国《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T5112-2009）指出，“碾压混凝土宜采用大仓面薄层连续铺筑，铺筑方法宜采用平层通仓法，也可采用斜层平推法。铺筑面积应与铺筑强度及碾压混凝土允许层间间隔时间相适应。”平层通仓法就是按水平方向分条带进行薄层摊铺的施工方法，是碾压混凝土坝施工最常用的摊铺方法。实际工程中，为了在有限的资料配置条件下实现碾压混凝土大仓面、连续快速施工，有时会采用斜层平推铺筑和斜层碾压的施工工艺。这种施工工艺可以大大的缩短层间间隔时间，有助于提高层间结合质量，是碾压混凝土快速施工的一项重要技术创新。
5.2 碾压作业
仓面碾压是碾压混凝土坝施工中最关键的作业工序，直接关系到整个工程的质量和进度。目前，碾压混凝土的压实机械均为通用的振动碾压机，简称振动碾。振动碾的行走速度一般控制在1.0～1.5km/h范围内，行走速度直接影响碾压效率和压实质量。碾压作业采用条带搭接法，碾压方向一般应垂直于水流方向，碾压条带间搭接宽度为100mm～200mm，端头部位搭接宽度宜为1m左右。水工碾压混凝土规范规定，施工中采用的碾压厚度及碾压遍数宜经过试验确定，并与铺筑的综合生产能力等因素一并考虑。对碾压混凝土一个升程施工结束，需作为水平施工缝停歇的层面，达到规定的碾压遍数及表观密度后，宜进行1～2遍的无振碾压收面。
5.3 仓面成缝
碾压混凝土坝往往需要在垂直坝轴线方向设置一定数量的结构缝，即横缝。目前碾压混凝土工程已普遍使用振动切缝机切缝，不占用直线工期，不影响仓内施工，适合于大仓面快速施工。
5.4 预埋冷却水管
在高温季节施工，通常采用预埋冷却水管降温的方式。碾压混凝土中预埋冷却水管时，应在碾压完成后上层铺料前进行，铺设的垂直间距通常为1.5m。
5.5 质量检查
每个碾压施工段作业结束后，应及时按网格布点检测混凝土的表观密度，低于规定指标时应立即重复检测，必要时可增加测点，并查找原因，采取处理措施。表观密度检测采用核子水分密度仪或压实密度计。每铺筑100m2～200m2碾压混凝土至少应有一个检测点，每层应有3个以上检测点。以碾压完毕10min后的核子水分密度仪测试结果作为表观密度判定依据[4]。
6 层、缝面处理
连续上升铺筑的碾压混凝土，层间间隔时间应控制在直接铺筑允许时间以内。实际施工中直接铺筑允许时间采用混凝土初凝时间，一般取6～8h；超过直接铺筑允许时间的层面，应先在层面上铺垫层拌合物，再铺筑上一层碾压混凝土。加垫层铺筑允许时间的层面，应先在层面上铺垫层拌合物，再铺筑上一层碾压混凝土。加垫层铺筑允许时间实测最长22h，一般为8h～22h；直接铺筑允许时间和加垫层铺筑允许时间，应根据工程结构对层面抗剪能力和结合质量的要求，综合考虑拌合物特性、季节、天气、施工方法、上下游不同区域等因素经试验确定。中、小型工程也可类比同类工程确定。
超过了加垫层铺筑允许时间的层面应按施工缝处理。施工缝是个薄弱环节，容易形成渗漏通道，影响抗滑稳定，应进行认真处理。缝面处理可采用刷毛、冲毛等方法。缝面处理完成并清理干净，经验收合格后，及时铺垫层拌合物，然后铺筑上一层混凝土，并在垫层拌合物初凝前碾压完成。垫层拌合物应与碾压混凝土一样逐条带摊铺。因施工计划的改变、降雨或其他原因造成施工中断，当重新具备施工条件时，可根据中断时间采用相应的层缝面处理措施后继续施工。
7 小结
碾压混凝土坝具有快速、连续的高强度机械化施工的特点，本文从混凝土生产、运输、入仓、仓面施工等各个施工工艺以及层缝面的处理等多个方面，对碾压混凝土坝施工过程中关键技术进行了分析和总结，可为以后碾压混凝土坝施工提供一定的参考。
参考文献：
【1】《中国大坝技术发展水平与工程实例》编委会，中国大坝技术发展水平与工程实例，北京：中国水利水电出版社，2007
【2】田育功，碾压混凝土快速筑坝技术，北京：中国水利水电出版社，2010
【3】袁光裕，水利工程施工（第四版），北京：中国水利水电出版社，2005
作者简介：高祥，工程师，湖北宜昌人，1983年9月生，大学本科，水利水电工程专业，中国葛洲坝集团第一工程有限公司，长期从事水利水电工程施工技术管理工作
论文作者:高祥
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第12期
论文发表时间:2019/1/4
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