(沐川縣水利技術(shù)服務(wù)中心，四川 沐川，614500)

1 引言

碾壓混凝土筑壩是當(dāng)今壩工界較流行的快速筑壩技術(shù)，該技術(shù)的基本特點(diǎn)是：使用硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)摻和料、水、外加劑、砂和分級(jí)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(yùn)輸和鋪筑設(shè)備，用震動(dòng)碾分層壓實(shí)，具有土石壩施工體積小、強(qiáng)度高、防滲性能好、壩身可溢流等特點(diǎn)，又具有土石壩施工程序簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟(jì)、可使用大型通用機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)[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(tài)混凝土(一般為2m～3m厚)防滲和保護(hù)，我國(guó)代表性的RCD工程為遼寧省觀音閣水庫(kù)大壩(長(zhǎng)1040m，高82m)；另一類為全碾壓混凝土壩，稱為RCC，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工機(jī)械化強(qiáng)度高。RCC技術(shù)在我國(guó)已大力發(fā)展，現(xiàn)已建成的湖南江埡大壩進(jìn)一步證實(shí)我國(guó)碾壓混凝土筑壩技術(shù)已達(dá)到國(guó)際水平。

碾壓混凝土筑壩技術(shù)在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展很快。我國(guó)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(cāng)面時(shí)，受層間間隔時(shí)間的限制，利用已定的施工資源實(shí)施平層鋪筑(簡(jiǎn)稱“平層鋪筑法”)不能使壩體同步上升。這時(shí)，傳統(tǒng)的解決方法是人為的將較大倉(cāng)面劃分為幾個(gè)與施工資源相符的小倉(cāng)面，這必然造成施工資源(主要是機(jī)械設(shè)備)不能夠連續(xù)運(yùn)行和增加模板、封倉(cāng)等工作量。為了解決平層鋪筑法中存在的這一問(wèn)題，將碾壓混凝土平層鋪筑改為斜層鋪筑(簡(jiǎn)稱“斜層鋪筑法”)。斜層鋪筑法勿需分割較大倉(cāng)面，保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)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(gè)總體趨勢(shì)。特別是天氣較為炎熱地方及倉(cāng)面較大的工程。[2]

2 碾壓混凝土斜層鋪筑施工技術(shù)

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(qiáng)度覆蓋較大的壩體澆筑面積，減小壩體分塊面積過(guò)小帶來(lái)的影響和模板工程量增加，可以進(jìn)行大面積持續(xù)澆筑，加快工程進(jìn)度，顯著提高工程效率。由于層間間隔時(shí)間可以根據(jù)需要調(diào)整，顯著改善了碾壓層面的層間結(jié)合質(zhì)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(shù)，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(yīng)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(shí)間制約，一般規(guī)定間隔時(shí)間在6h內(nèi)可以直接鋪筑上升，層面間無(wú)需處理。間隔時(shí)間在6h～24h，層面間需要鋪筑砂漿或者水泥砂漿后再繼續(xù)上升，間隔時(shí)間超過(guò)24h作冷縫處理。一般的工程項(xiàng)目，倉(cāng)面大小不一，倉(cāng)面大，需要較多的設(shè)備和人力，倉(cāng)面小時(shí)，又存在很大的浪費(fèi)，窩工嚴(yán)重，一般項(xiàng)目不可能無(wú)限制投入碾壓和攪拌機(jī)械設(shè)備，要保證工程質(zhì)量，只有人為將大倉(cāng)面劃分成若干小倉(cāng)號(hào)，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(duì)于一個(gè)較大倉(cāng)面，設(shè)可同時(shí)進(jìn)行澆筑的壩面長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為B，由模板及入倉(cāng)方式?jīng)Q定的澆筑塊連續(xù)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(kāi)倉(cāng)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(kāi)倉(cāng)澆筑塊長(zhǎng)度；

Rm——拌和系統(tǒng)的總額定生產(chǎn)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(shù)；

Tis——碾壓混凝土初凝時(shí)間。

可連續(xù)澆筑的最大方量V1為：

V1=L1×B×H

現(xiàn)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(jìn)行斜層鋪筑，使斜層長(zhǎng)度L2≤L1，以滿足層間塑性結(jié)合的要求，如圖2所示。那么，開(kāi)倉(cāng)后就可以從圖2一端到另一端連續(xù)施工，一次開(kāi)倉(cāng)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(jìn)行連續(xù)施工的時(shí)間也就越長(zhǎng)，設(shè)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(lǐng)圖(混凝土施工設(shè)計(jì))

要領(lǐng)圖除包含各工序及其歷時(shí)、澆筑部位、設(shè)備配置等常規(guī)項(xiàng)目外，澆筑簡(jiǎn)圖中應(yīng)詳細(xì)繪出開(kāi)倉(cāng)段、收倉(cāng)段的各種尺寸及斜層角度等關(guān)鍵參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)每個(gè)澆筑塊可能是不同的。要領(lǐng)圖一般輔助必要的說(shuō)明，碾壓機(jī)械、運(yùn)輸設(shè)備、倉(cāng)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(shù)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(yīng)按要領(lǐng)圖在澆筑塊的四周進(jìn)行測(cè)量放樣，使每一鋪筑層的空間位置和尺寸被一一確定下來(lái)。然后就地取材用現(xiàn)場(chǎng)容易辨識(shí)的標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

2.2.3 開(kāi)倉(cāng)段面清洗、砂漿拌和、運(yùn)輸、攤鋪

施工方法與平層鋪筑法相同。倉(cāng)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(jìn)行。運(yùn)輸車輛人工清洗是工地老大難問(wèn)題之一，人工清洗存在很多缺陷，一般把清洗區(qū)加長(zhǎng)，采用自動(dòng)清洗，清洗區(qū)中間設(shè)置一沉淀池。

2.2.4 開(kāi)倉(cāng)段碾壓混凝土施工

碾壓混凝土拌和后運(yùn)輸?shù)絺}(cāng)面，按要領(lǐng)圖規(guī)定的尺寸及圖3所示的程序進(jìn)行開(kāi)倉(cāng)段施工。其要旨在于減薄每個(gè)鋪筑層在斜層前進(jìn)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(shù)根據(jù)具體倉(cāng)面確定，在要領(lǐng)圖中給出。沿斜層前進(jìn)方向每增加l長(zhǎng)，都要對(duì)老面(水平縫面)進(jìn)行清洗并鋪砂漿，碾壓時(shí)注意控制振動(dòng)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(zhì)量。

圖3 開(kāi)倉(cāng)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(zhì)量缺陷，施工中采取了預(yù)鋪水平墊層的辦法，并控制振動(dòng)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(jìn)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(lǐng)圖中給出，如坡比為1∶15，h=0.3m時(shí)b=4.5m；第二步進(jìn)行②部位的斜層鋪筑。如此往復(fù)，直至收倉(cāng)段施工開(kāi)始。

圖4 水平墊層及坡腳施工方法

2.2.6 收倉(cāng)段碾壓混凝土施工

收倉(cāng)段施工相對(duì)開(kāi)倉(cāng)段要簡(jiǎn)單些，首先進(jìn)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(shè)備運(yùn)行干擾，又要考慮每個(gè)折線層間塑性結(jié)合。澆筑面積越來(lái)越小時(shí)，水平層和折線層交替鋪筑就可以滿足層間塑性結(jié)合的要求，如圖5所示。

圖5 收倉(cāng)端施工示意

2.2.7 切縫及密度檢測(cè)

與上述(4)-(6)工序同時(shí)穿插進(jìn)行的有切縫、模板和結(jié)構(gòu)物周邊的常態(tài)(變態(tài))混凝土施工及核子密度儀檢測(cè)等工序。

2.2.8 養(yǎng)生、沖毛

完成后進(jìn)行下一循環(huán)的斜層鋪筑。

2.3 斜層鋪筑法的優(yōu)點(diǎn)

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(cāng)面面積的控制。即勿需將較大倉(cāng)面分為幾個(gè)較小倉(cāng)面，使碾壓混凝土作業(yè)得以大方量、長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)進(jìn)行，大幅度提高全套碾壓混凝土施工設(shè)備的綜合效率，綜合效率可提高30%～60%，因而使生產(chǎn)成本降低。

(2)為了擴(kuò)大每次開(kāi)倉(cāng)的面積，提高生產(chǎn)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(jù)倉(cāng)面的具體尺寸，可以通過(guò)調(diào)節(jié)斜層坡比控制層間結(jié)合時(shí)間，從而不必過(guò)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(guò)斜層鋪筑法這種施工工藝的變更，既可以達(dá)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(cāng)工序。平層鋪筑法將較大倉(cāng)面分為幾個(gè)較小倉(cāng)面，封倉(cāng)口為L(zhǎng)/L1倍，由于封倉(cāng)口處理及模板安裝等原因，每個(gè)倉(cāng)面封倉(cāng)階段的效率都有大幅度降低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。斜層鋪筑法長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)澆筑，把多個(gè)分倉(cāng)合并成一倉(cāng)，封倉(cāng)口的數(shù)量變成一個(gè)。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(fèi)用，自然也就省去了分倉(cāng)模板邊緣的常態(tài)(或變態(tài))混凝土，取而代之為碾壓混凝土，減少膠凝材料用量和分倉(cāng)澆筑每個(gè)升程至少出現(xiàn)一次的等強(qiáng)拆模時(shí)間。

2.3.2 降低設(shè)備配置容量的要求

由于斜層鋪筑法連續(xù)施工，大幅度提高綜合效率，對(duì)于具體項(xiàng)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(lián)合運(yùn)用，就可以使整個(gè)工程所需要的設(shè)備(尤其是關(guān)鍵設(shè)備，如拌和樓及混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)等)的容量要求降下來(lái)，使設(shè)備選擇更具靈活性。這一點(diǎn)對(duì)施工單位而言具有比提高效率、降低成本更重要的經(jīng)濟(jì)意義。

2.3.3 提高碾壓混凝土質(zhì)量

2.3.3.1 通過(guò)工藝提高質(zhì)量

對(duì)碾壓混凝土而言，層間間隔時(shí)間越短，層面膠結(jié)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(shí)間，甚至到初凝時(shí)間的極限，以爭(zhēng)取更大的澆筑面積。而斜層鋪筑法從工藝的改變?nèi)胧?，追求效率的提高；同時(shí)通過(guò)改變坡比而人為地控制層間間隔時(shí)間，使層間結(jié)合達(dá)到可能好的效果。

2.3.3.2 減少層間間隔時(shí)間

模板或結(jié)構(gòu)物周邊的常態(tài)或變態(tài)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(shí)間與碾壓混凝土往往不一致，斜層鋪筑法通過(guò)縮短層間間隔時(shí)間，使常態(tài)混凝土層間也獲得了比較好的膠結(jié)。碾壓混凝土的澆筑速度基本受碾壓層面的間隔時(shí)間制約，一般規(guī)定間隔時(shí)間在6h內(nèi)可以直接鋪筑上升，層面間無(wú)需處理。間隔時(shí)間在6h～24h，層面間需要鋪筑砂漿或者水泥砂漿后再繼續(xù)上升，間隔時(shí)間超過(guò)24h作冷縫處理。采用斜層澆筑方法，可以實(shí)現(xiàn)壩體混凝土在規(guī)范許可時(shí)間內(nèi)持續(xù)上升。

2.3.3.3 入倉(cāng)口減少

碾壓混凝土施工入倉(cāng)口的質(zhì)量始終是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，倉(cāng)面的清理干凈與否，對(duì)混凝土結(jié)合質(zhì)量有直接影響，由于斜層鋪筑法大幅度減少了整個(gè)大壩入倉(cāng)口的數(shù)量，在特殊運(yùn)輸條件下甚至可以取消入倉(cāng)口，自然提高了碾壓混凝土大壩的綜合質(zhì)量。

2.3.3.4 有利于溫度控制

由于斜層鋪筑法的作業(yè)面積可以比較小，覆蓋時(shí)間較短，對(duì)高溫季節(jié)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(shí)施。若遇降雨，由于斜坡面的存在，也可以降低雨水對(duì)新澆碾壓混凝土的侵害。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)施工和快速施工是碾壓混凝土技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展成熟的動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)和快速二者之間存在著內(nèi)部統(tǒng)一性，對(duì)具體項(xiàng)目而言，二者大體上可用效率概括。傳統(tǒng)的平層鋪筑法，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)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(shù)向前發(fā)展注入了新活力。

〔1〕蔡正詠.混凝土性能[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979.

〔2〕孫恭堯.高碾壓混凝土重力壩[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.