劉 沐

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

下凱富峽水電站項(xiàng)目位于南部非洲國(guó)家贊比亞境內(nèi)盧薩卡東南的贊比西河一級(jí)支流凱富埃河上，大壩壩址距上凱富峽水電站尾水約6 km，距離贊比亞首都盧薩卡90 km。工程由碾壓混凝土重力壩、引水隧洞、發(fā)電廠房、400 kV開(kāi)關(guān)站、輸電線路、進(jìn)廠公路及永久運(yùn)營(yíng)村組成。碾壓混凝土重力壩壩頂長(zhǎng)374.5 m、最大壩高139 m、壩頂寬8 m，共分為19個(gè)壩段，中部設(shè)置3孔弧門(mén)溢洪道。下凱富峽水電站是贊比亞40 a來(lái)投資開(kāi)發(fā)建設(shè)的第一座大型水電站，總裝機(jī)容量75萬(wàn)kW,年發(fā)電量約為30億kWh。項(xiàng)目由中國(guó)水利水電第十一工程局和中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司聯(lián)營(yíng)體以融資+EPC總承包模式實(shí)施，業(yè)主咨詢?yōu)榕餐?Norconsult公司。項(xiàng)目于2018年6月6日開(kāi)始大壩混凝土澆筑，2020年4月16日完成澆筑，2020年11月18日完成蓄水，現(xiàn)已投入商業(yè)運(yùn)行。下凱富峽水電站碾壓混凝土大壩如圖1所示。

圖1 下凱富峽水電站碾壓混凝土大壩

2 工程特點(diǎn)

本工程主要特點(diǎn)是工程規(guī)模大、壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氣候惡劣、峽谷地形受限，施工條件差。工程難點(diǎn)主要是工期短，大壩混凝土澆筑強(qiáng)度高；峽谷受限地形下混凝土入倉(cāng)困難；氣候差異大，混凝土溫控和層間結(jié)合質(zhì)量要求高；西方業(yè)主和工程師與中方設(shè)計(jì)、施工單位的理念存在較大差異。下凱富峽水電站是“一帶一路”的典范工程和中贊合作的“1號(hào)工程”，是贊比亞最大的碾壓混凝土大壩，壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壩身設(shè)置有閘控制溢洪道，壩后右側(cè)布置生態(tài)流量發(fā)電廠房。下凱富峽水電站位于南部非洲內(nèi)陸，年平均氣溫高，汛期降雨強(qiáng)度大且集中，枯期干旱少雨，晝夜溫差大。項(xiàng)目總工期42個(gè)月，139 m高的大壩混凝土澆筑總量約130萬(wàn)m3，施工工期僅22個(gè)月，混凝土澆筑強(qiáng)度高。項(xiàng)目所處峽谷左岸缺乏施工場(chǎng)地和交通，施工臨建設(shè)施只能布置在右岸峽谷外側(cè)的溝壑中。大壩右岸天然邊坡陡峭，且順邊坡節(jié)理發(fā)育，施工道路修筑困難，砂石料生產(chǎn)系統(tǒng)、混凝土拌和及上壩系統(tǒng)布置面臨較大挑戰(zhàn)。因此，大壩碾壓混凝土快速施工成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工的核心和關(guān)鍵。

3 快速筑壩設(shè)計(jì)技術(shù)

作為EPC總包商，在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)階段時(shí)，需要遵循業(yè)主要求和招標(biāo)設(shè)計(jì)的基本原則，并滿足項(xiàng)目功能和性能指標(biāo)要求。在確保工程結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)行便利條件下，可以針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)，圍繞工程履約確定的質(zhì)量、安全、進(jìn)度和成本控制目標(biāo)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)和施工理念，從設(shè)計(jì)角度為快速筑壩提供技術(shù)支撐，開(kāi)展了碾壓混凝土大壩一系列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，為大壩快速施工提供解決方案。

3.1 壩體分區(qū)優(yōu)化

在業(yè)主的招標(biāo)設(shè)計(jì)階段中，碾壓混凝土大壩的上游設(shè)置有寬度為水頭的1/15～1/30的防滲區(qū)，采用二級(jí)配碾壓混凝土(最大粒徑為40 mm)，其中在靠近上游面50～100 cm范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土，壩體內(nèi)部采用三級(jí)配碾壓混凝土；壩體上部和下部區(qū)域又分別采用12 MPa和16 MPa的不同強(qiáng)度等級(jí)的碾壓混凝土。上述設(shè)計(jì)理念過(guò)于強(qiáng)調(diào)壩體上游二級(jí)配混凝土區(qū)的防滲，忽略了其后三級(jí)配碾壓混凝土的防滲性能。過(guò)于理論化劃分壩體上下部碾壓混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，導(dǎo)致壩體在同一施工層內(nèi)被劃分過(guò)多的分區(qū)，施工時(shí)需要頻繁更換混凝土配合比，導(dǎo)致施工的技術(shù)性中斷，增加施工時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)組織調(diào)度成本。內(nèi)部三級(jí)配節(jié)約的成本被上游防水區(qū)二級(jí)配防滲混凝土增加的成本中和。通過(guò)綜合研究和試驗(yàn)檢驗(yàn)，最終取消上、下游不同級(jí)配分區(qū)設(shè)計(jì)，整合原設(shè)計(jì)90 d齡期上部12 MPa和下部16 MPa混凝土不同強(qiáng)度等級(jí)分區(qū)，分別使用90 d齡期和365 d齡期，采用全斷面同一個(gè)碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)，開(kāi)創(chuàng)了壩體碾壓混凝土全斷面防滲新理念。針對(duì)百米以上高壩，全斷面采用同一配合比的碾壓混凝土設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)中高壩中尚無(wú)先例。全斷面同一配合比設(shè)計(jì)，對(duì)于壩體下部高強(qiáng)度混凝土分區(qū)充分利用碾壓混凝土的后期強(qiáng)度，不僅減少了12 kg/m3的膠凝材料用量，還簡(jiǎn)化了倉(cāng)面施工組織，消除了因不同配合比的混凝土入倉(cāng)調(diào)度時(shí)可能發(fā)生的人為失誤，提高了施工效率，確保了施工質(zhì)量，下凱富峽水電站大壩混凝土分區(qū)優(yōu)化前后對(duì)比詳見(jiàn)圖2。

圖2 下凱富峽水電站大壩混凝土分區(qū)優(yōu)化前后對(duì)比

3.2 壩體廊道系統(tǒng)優(yōu)化

基于碾壓混凝土機(jī)械施工特點(diǎn)，對(duì)廊道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，便于碾壓混凝土的快速施工。具體如下：

(1) 在壩體上游面揚(yáng)壓力等應(yīng)力合力不影響大壩整體穩(wěn)定的條件下，下凱富峽大壩將水平觀測(cè)廊道調(diào)整為全長(zhǎng)直線布置，廊道上游模板和上游壩面之間的距離由原設(shè)計(jì)的4.3 m優(yōu)化為11.4 m。優(yōu)化后設(shè)備施工通道寬度為9 m，碾壓混凝土攤鋪碾壓設(shè)備均可自由通行，大大提高了施工效率。大壩觀測(cè)廊道優(yōu)化前后對(duì)比見(jiàn)圖3。

(2) 在廊道結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，將廊道常規(guī)設(shè)計(jì)的城門(mén)洞斷面優(yōu)化為矩形斷面，廊道頂部采用混凝土預(yù)制平面蓋板代替常規(guī)的半圓拱預(yù)制蓋板，廊道周邊取消配筋設(shè)計(jì)，廊道周?chē)捎米儜B(tài)混凝土澆筑，預(yù)制蓋板以上的變態(tài)混凝土厚度達(dá)到1 m以上時(shí)，可承受碾壓機(jī)具的靜荷載或振動(dòng)荷載，可繼續(xù)直接采用常規(guī)機(jī)械碾壓混凝土施工方法快速施工。

3.3 壩頂檢修門(mén)庫(kù)優(yōu)化

對(duì)壩頂檢修門(mén)庫(kù)設(shè)計(jì)優(yōu)化，下凱富峽水電站大壩檢修門(mén)庫(kù)初步設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置在左岸第7非溢流壩段，門(mén)庫(kù)上游墻體厚度2.0 m，長(zhǎng)度16.6 m，深度22 m，屬于典型的常態(tài)薄壁混凝土結(jié)構(gòu)，該薄壁結(jié)構(gòu)壩段與相鄰第8壩段的溢洪道左邊墩之間為16.6 m×8.5 m(長(zhǎng)×寬)大體積常態(tài)混凝土回填區(qū)。為避免門(mén)庫(kù)薄壁墻和回填區(qū)域大體積混凝土之間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫和滲水風(fēng)險(xiǎn)，將檢修門(mén)庫(kù)設(shè)計(jì)由壩體內(nèi)布置優(yōu)化為壩體外布置，相應(yīng)區(qū)域與左岸非溢流壩段一起采用全斷面碾壓混凝土方法施工，不僅解決了壩體滲漏風(fēng)險(xiǎn)以及碾壓混凝土輸送皮帶機(jī)跨越溢洪道的問(wèn)題，而且保證了大壩施工質(zhì)量，提高了大壩施工效率。下凱富峽水電站大壩檢修門(mén)庫(kù)優(yōu)化前后對(duì)比詳見(jiàn)圖4。

圖3 下凱富峽水電站大壩混凝土分區(qū)優(yōu)化前后對(duì)比

圖4 下凱富峽水電站大壩混凝土分區(qū)優(yōu)化前后對(duì)比單位：mm

4 快速筑壩施工技術(shù)

為了使碾壓混凝土大壩實(shí)現(xiàn)快速機(jī)械化施工，從施工角度采取綜合措施給予解決，包括采用自拌和樓至倉(cāng)面布料點(diǎn)的全皮帶機(jī)系統(tǒng)快速入倉(cāng)及機(jī)械化布料技術(shù)解決場(chǎng)地受限條件下混凝土入倉(cāng)難題；取消壩體碾壓混凝土多分區(qū)設(shè)計(jì)，全斷面采用同一準(zhǔn)三級(jí)配碾壓混凝土，減少倉(cāng)面分區(qū)，實(shí)現(xiàn)不間斷通倉(cāng)連續(xù)澆筑施工技術(shù)；在碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)上，通過(guò)高摻粉煤灰和365 d超長(zhǎng)齡期碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)，充分利用碾壓混凝土后期強(qiáng)度，進(jìn)一步節(jié)省膠材用量，適當(dāng)延長(zhǎng)層間暴露的熱縫和溫縫時(shí)限，減少不同季節(jié)和天氣等外部不利因素導(dǎo)致的冷縫被迫停盤(pán)次數(shù)，確保大壩連續(xù)澆筑；碾壓混凝土間歇層鋪灑水泥漿技術(shù)，替代了傳統(tǒng)的水泥砂漿，能夠充分利用大壩兩岸現(xiàn)有制漿系統(tǒng)，進(jìn)一步釋放拌和系統(tǒng)產(chǎn)能，全速全天候使用一種配合比高速生產(chǎn)；另外通過(guò)圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土施工技術(shù)，確保了變態(tài)混凝土快速施工時(shí)的質(zhì)量穩(wěn)定可靠；碾壓混凝土層縫面處理修正成熟度判定法應(yīng)用技術(shù)，避免了單一依據(jù)混凝土凝結(jié)時(shí)間判定縫面狀態(tài)時(shí)的缺陷，同時(shí)兼顧澆筑外部環(huán)境氣溫的變化對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響，通過(guò)引用修正成熟度參數(shù)控制，能夠動(dòng)態(tài)判定混凝土凝結(jié)時(shí)間，為不同季節(jié)和氣溫條件下的施工調(diào)度和混凝土澆筑強(qiáng)度控制提供參考，減少了非預(yù)期的施工冷縫導(dǎo)致的施工中斷，進(jìn)一步確保了大壩的快速施工。

4.1 全皮帶機(jī)系統(tǒng)快速入倉(cāng)及布料技術(shù)

受地形限制，下凱富峽水電站砂石拌和系統(tǒng)等主要施工設(shè)施均布置在大壩右岸，但大壩右岸天然邊坡陡峭，且對(duì)邊坡巖石節(jié)理形成切割，導(dǎo)致右岸修筑道路困難，經(jīng)多方案比選，最終選用ROTEC全皮帶機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括自拌和樓到壩肩的壩外運(yùn)輸皮帶、壩內(nèi)輸送皮帶、行走式卸料器、連接皮帶、履帶式布料機(jī)，以及壩內(nèi)輸送皮帶頂升裝置、皮帶遮陽(yáng)防嗮裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)等，真正實(shí)現(xiàn)碾壓混凝土從拌和樓至澆筑點(diǎn)的全皮帶快速入倉(cāng)和全倉(cāng)號(hào)快速布料，減少倉(cāng)內(nèi)設(shè)備和人員數(shù)量，避免車(chē)輛輪胎對(duì)碾壓混凝土表面的擾動(dòng)破壞。該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的皮帶機(jī)全長(zhǎng)1 583 m，傳輸皮帶寬900 mm，槽深300 mm，速率3.8 m/s，理論最大輸送能力1 200 m3/h，實(shí)際最大輸送能力520 m3/h，布料連接皮帶機(jī)長(zhǎng)度41 m，布料機(jī)最大布料半徑68.4 m，混凝土全程運(yùn)輸時(shí)間7 min，比汽車(chē)運(yùn)輸效率提高15%～20%。另外，為了保證大壩澆筑過(guò)程連續(xù)升倉(cāng)，還應(yīng)用了壩內(nèi)皮帶的快速頂升技術(shù)，皮帶系統(tǒng)在岸坡段和倉(cāng)內(nèi)段均采用鋁制輕型皮帶機(jī)架，皮帶機(jī)架節(jié)之間采用鋼銷(xiāo)連接，隨著倉(cāng)號(hào)澆筑高程升高，打開(kāi)底部鋼銷(xiāo)，可調(diào)整皮帶架的俯仰角度。皮帶機(jī)立柱由液壓頂升裝置頂升升高，碾壓混凝土每澆筑3層頂升一次，保證皮帶機(jī)下方足夠交通空間，循環(huán)交替保證混凝土澆筑連續(xù)上升。通過(guò)系統(tǒng)研究和改進(jìn)，下凱富峽水電站碾壓混凝土大壩使用ROTEC皮帶機(jī)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了連續(xù)升倉(cāng)澆筑，最小升倉(cāng)高度10 m，最大升倉(cāng)高度24 m。下凱富峽水電站大壩倉(cāng)內(nèi)皮帶機(jī)布料系統(tǒng)詳見(jiàn)圖5。

圖5 下凱富峽水電站大壩倉(cāng)內(nèi)皮帶機(jī)布料系統(tǒng)示意 單位：m

4.2 全斷面準(zhǔn)三級(jí)配碾壓混凝土技術(shù)

國(guó)內(nèi)碾壓混凝土壩一般均采用分區(qū)、分級(jí)配以及短齡期的碾壓混凝土設(shè)計(jì)，大壩的上游防滲區(qū)寬度一般為水頭的1/15～1/30，采用二級(jí)配碾壓混凝土，其中在靠近上游面50～100 cm范圍內(nèi)采用變態(tài)混凝土，壩體內(nèi)部采用三級(jí)配碾壓混凝土(最大粒徑為75 mm)，同一倉(cāng)號(hào)內(nèi)混凝土種類(lèi)甚至多達(dá)5～6種，導(dǎo)致倉(cāng)面施工工藝復(fù)雜，制約了碾壓混凝土的快速施工。上游設(shè)置二級(jí)配防滲區(qū)不僅增加工程成本，而且增加了現(xiàn)場(chǎng)施工組織難度，降低了施工速度，也可能因鋪料錯(cuò)誤給工程質(zhì)量帶來(lái)隱患。下凱富峽大壩為贊比亞最大的碾壓混凝土壩，壩高131 m，通過(guò)研究采用一種級(jí)配和標(biāo)號(hào)的準(zhǔn)三級(jí)配碾壓混凝土，骨料最大粒徑為63 mm，壩體防滲區(qū)域也是采用同種配比通過(guò)碾壓混凝土底部加漿、振搗形成變態(tài)混凝土。倉(cāng)號(hào)內(nèi)一種級(jí)配混凝土操作簡(jiǎn)單、入倉(cāng)混凝土根據(jù)施工進(jìn)度隨時(shí)調(diào)配至施工工作面，避免了多種級(jí)配、多種標(biāo)號(hào)混凝土的相互影響，保證碾壓混凝土施工的連續(xù)性、快速性。通過(guò)試驗(yàn)研究比較了多種最大骨料粒徑碾壓混凝土配合比的力學(xué)特性、熱學(xué)特性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)優(yōu)化了混凝土配合比，通過(guò)將碾壓混凝土配合比最大骨料粒徑從75 mm減小至63 mm，減少了碾壓混凝土的骨料分離現(xiàn)象。通過(guò)改善準(zhǔn)三級(jí)配碾壓混凝土的抗?jié)B性能而在大壩全斷面應(yīng)用，有效簡(jiǎn)化了碾壓混凝土施工工序，提高了碾壓混凝土機(jī)械化施工效率；該工程經(jīng)壓水試驗(yàn)和蓄水檢驗(yàn)，碾壓混凝土重力壩全斷面應(yīng)用準(zhǔn)三級(jí)配作為防滲主體，混凝土芯樣滲透系數(shù)小于規(guī)范要求，大壩廊道和壩后均未發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)，大壩防滲性能優(yōu)良。下凱富峽水電站大壩廊道系統(tǒng)滿庫(kù)運(yùn)行見(jiàn)圖6。

4.3 高摻粉煤灰和超長(zhǎng)齡期碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)

下凱富峽水電站項(xiàng)目碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)分為兩個(gè)階段。第一階段根據(jù)國(guó)內(nèi)常規(guī)做法試拌了90 d齡期的碾壓混凝土，根據(jù)大壩施工部位的不同，使用3種強(qiáng)度等級(jí)的碾壓混凝土，即R8(三級(jí)配，最大粒徑75 mm)，R12(三級(jí)配，最大粒徑75 mm)，R16(二級(jí)配，最大粒徑37.5 mm)，并進(jìn)行了試驗(yàn)段施工。第一階段配合比試驗(yàn)完成后，根據(jù)國(guó)際大壩專(zhuān)家Mr.Dunstan建議，為加快大壩碾壓混凝土施工速度，在二階段配合比設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮如下4點(diǎn)建議并開(kāi)展研究：

圖6 下凱富峽水電站大壩廊道系統(tǒng)滿庫(kù)運(yùn)行

(1) 大壩使用一種碾壓混凝土施工，這樣可以降低施工難度和提高施工效率；

(2) 降低碾壓混凝土的最大骨料粒徑，采用最大粒徑50 mm或者63 mm的碾壓混凝土，這樣可以降低混凝土的骨料分離，改善混凝土性能；

(3) 使用更長(zhǎng)的混凝土設(shè)計(jì)齡期180 d或者365 d，這樣可以降低水泥含量，增大粉煤灰摻量，降低水化熱；

(4) 混凝土初凝時(shí)間控制在21±3 h，使得現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓時(shí)間更為充足，基本滿足層間全年度施工時(shí)維持熱縫，層間結(jié)合質(zhì)量能得到保證。

根據(jù)重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，碾壓混凝土設(shè)計(jì)齡期一般采用180 d，高壩采用長(zhǎng)齡期365 d設(shè)計(jì)已成為趨勢(shì)。通過(guò)國(guó)外工程實(shí)踐證明，采用長(zhǎng)齡期、高摻活性摻合料，以充分利用其后期強(qiáng)度，不僅降低了水泥用量，對(duì)簡(jiǎn)化溫控和降低工程成本極為有利。碾壓混凝土粉煤灰摻量國(guó)內(nèi)普遍采用50%摻量，由于短齡期設(shè)計(jì)限制，粉煤灰尚未充分參與二次水化反應(yīng)，未能充分發(fā)揮粉煤灰后期強(qiáng)度高的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)僅個(gè)別工程采用60%摻量，65%高摻粉煤灰在國(guó)內(nèi)尚無(wú)工程應(yīng)用。在充分聽(tīng)取國(guó)際專(zhuān)家意見(jiàn)建議，研究國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐和已取得的第一階段碾壓混凝土配合比成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)開(kāi)展了第二階段碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)，針對(duì)性地開(kāi)展了65%高摻粉煤灰碾壓混凝土配合比研究；高摻粉煤灰混凝土溫升研究；高摻粉煤灰對(duì)碾壓混凝土層間暴露時(shí)間的影響研究；長(zhǎng)齡期碾壓混凝土的力學(xué)性能、變形性能、熱學(xué)性能和耐久性能研究；長(zhǎng)齡期碾壓混凝土對(duì)于大壩施工期和運(yùn)行期的溫控、壩體穩(wěn)定、應(yīng)力和變形等的影響規(guī)律研究。最終確定了全斷面準(zhǔn)三級(jí)配最大骨料粒徑63 mm，粉煤灰摻量65%，圓柱體設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度365 d齡期12 MPa的碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)。相比國(guó)內(nèi)90 d齡期設(shè)計(jì)配合比減少水泥用量21 kg，最終批準(zhǔn)的配合比及其性能參數(shù)詳見(jiàn)表1。該配合比設(shè)計(jì)充分利用了粉煤灰后期增長(zhǎng)強(qiáng)度，有效地降低了混凝土溫升，原設(shè)計(jì)的倉(cāng)內(nèi)碾壓混凝土水冷卻系統(tǒng)得以取消，大大簡(jiǎn)化了倉(cāng)面施工程序，充分發(fā)揮了碾壓混凝土機(jī)械化快速施工的優(yōu)勢(shì)。

4.4 間歇層鋪灑水泥漿技術(shù)

對(duì)于高壩，碾壓混凝土間歇層的處理方式非常關(guān)鍵，間歇層的處理最常見(jiàn)的是基礎(chǔ)面沖毛、鋪設(shè)1～2 cm厚的水泥砂漿或鋪設(shè)富漿混凝土，該方法因需要在拌和樓獨(dú)立拌制，進(jìn)而干擾了碾壓混凝土的快速施工，而且砂漿在施工中易失去水分干裂而失去層間結(jié)合能力，增大層間滲漏風(fēng)險(xiǎn)。借鑒國(guó)際上幾個(gè)已建高壩采用的間歇層鋪灑水泥漿的處理方法，開(kāi)展了針對(duì)性試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)段進(jìn)行碾壓試驗(yàn)時(shí)，碾壓混凝土間歇層分別采取了鋪設(shè)水泥砂漿、鋪灑水泥漿和不處理3種方式，縫面處理22 h內(nèi)的熱縫直鋪漿液，36 h/48 h的溫縫鋼刷滾毛，60 h冷縫時(shí)表面沖毛或鑿毛處理。通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，在層間粘接強(qiáng)度測(cè)試中，水泥漿和砂漿相近，水泥漿總體略優(yōu)于水泥砂漿。不處理時(shí)，則隨著縫面暴露時(shí)間的延長(zhǎng)縫面粘接強(qiáng)度顯著降低；在滲透性測(cè)試中，鋪設(shè)水泥漿和砂漿的滲透系數(shù)數(shù)值相近，結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)要求小于0.73×10-8cm/s，試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了國(guó)外工程偏好采用水泥漿替代水泥砂漿完全滿足設(shè)計(jì)要求。間歇層采用鋪灑水泥凈漿的方法，由于水泥漿液流動(dòng)性好，防滲性能優(yōu)，漿液拌制和輸送較為方便，在保證層間結(jié)合質(zhì)量的同時(shí)，大大簡(jiǎn)化了施工程序，加快了施工速度。水泥漿配合比及力學(xué)性能參數(shù)表詳見(jiàn)表2。不同處理方式層縫間粘接強(qiáng)度和層間滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)圖7。

表1 碾壓混凝土配合比及其性能參數(shù)

表2 水泥漿配合比及力學(xué)性能參數(shù)

圖7 不同處理方式層縫間粘接強(qiáng)度和層間滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

4.6 圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土施工技術(shù)

變態(tài)混凝土施工技術(shù)的研究和應(yīng)用首先在中國(guó)，也是碾壓混凝土大壩施工的關(guān)鍵工序之一，其質(zhì)量好壞關(guān)系到大壩防滲性能和外觀質(zhì)量。變態(tài)混凝土加漿方式主要有刻槽鋪漿法、插孔注漿法、分層加漿和底部鋪漿等不同方式。我國(guó)早期建設(shè)的碾壓混凝土大壩曾采用底部加漿振搗技術(shù)，但未推廣使用，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的是刻槽鋪漿和插孔注漿方式，但加漿振搗工藝沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在一些工程實(shí)踐中不盡如人意，即便在同一專(zhuān)業(yè)施工團(tuán)隊(duì)實(shí)施的不同碾壓混凝土大壩，其施工質(zhì)量也存在較大偏差，成為困擾行業(yè)內(nèi)施工技術(shù)人員的難題，一些項(xiàng)目為了確保工程質(zhì)量，衍生出機(jī)拌變態(tài)混凝土或常態(tài)混凝土代替加漿變態(tài)混凝土的新趨勢(shì)，與碾壓混凝土技術(shù)的初衷背道而馳。參考國(guó)內(nèi)外工程經(jīng)驗(yàn)，下凱富峽水電站通過(guò)進(jìn)一步對(duì)加漿振搗施工工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過(guò)在碾壓混凝土表面布置標(biāo)準(zhǔn)化圍埂、定量化加漿、定時(shí)間振搗、可視化監(jiān)控，形成圍埂法底部加漿振搗施工工藝，提高了層間結(jié)合質(zhì)量和變態(tài)混凝土的均勻性。采用圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土施工工藝，試驗(yàn)結(jié)果表明其層間膠結(jié)性能和抗?jié)B性要優(yōu)于其他加漿方式。圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)各項(xiàng)性能檢測(cè)成果詳見(jiàn)表3。

表3 圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土配合比試驗(yàn)各項(xiàng)性能檢測(cè)成果

4.7 碾壓混凝土層縫面處理修正成熟度判定法應(yīng)用技術(shù)

碾壓混凝土層間結(jié)合強(qiáng)度和層面處理質(zhì)量對(duì)大壩抗滑穩(wěn)定和控制層間滲漏具有重大影響，是碾壓混凝土大壩施工中最關(guān)鍵的質(zhì)量控制點(diǎn)之一。 在碾壓混凝土層面處理方面，國(guó)內(nèi)外仍存在理念上的差異。國(guó)內(nèi)的碾壓層縫面根據(jù)混凝土的初凝和終凝時(shí)間來(lái)確定處理措施。通常按照不超過(guò)8 h不需要處理，超過(guò)8 h但未到16 h需要鋪筑水泥砂漿或水泥漿，超過(guò)16 h就需要停盤(pán)處理。在下凱富峽水電站施工應(yīng)用中，基于碾壓混凝土的凝結(jié)時(shí)間，并同時(shí)考慮混凝土澆筑時(shí)的環(huán)境氣溫對(duì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的影響，引入國(guó)外常用的縫面成熟度(環(huán)境溫度T和層間間隔時(shí)間t的乘積)的概念。對(duì)于成熟度的應(yīng)用，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示在環(huán)境溫度為0 ℃時(shí)，混凝土的強(qiáng)度仍然在緩慢增長(zhǎng)，當(dāng)環(huán)境氣溫達(dá)到-12 ℃時(shí)停止增長(zhǎng)，因此將標(biāo)準(zhǔn)成熟度進(jìn)行了修正MMF=t*(T+12℃)，根據(jù)碾壓混凝土試驗(yàn)段獲取的參數(shù)，確定了施工縫面判定標(biāo)準(zhǔn)的雙重指標(biāo)：混凝土凝結(jié)時(shí)間和修正成熟度。將碾壓混凝土縫面分為熱縫、溫縫、冷縫3種類(lèi)型，采用不同的縫面處理方法。通過(guò)碾壓段試驗(yàn)，最終確定了指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的縫面判斷雙重標(biāo)準(zhǔn)為層間暴露時(shí)間低于22 h，且修正成熟度低于757 ℃.H時(shí)為熱縫，層間暴露超過(guò)22 h但不超過(guò)32 h，且修正成熟度介于757～1 200 ℃.H時(shí)為溫縫，層間暴露超過(guò)32 h且修正成熟度大于1 200 ℃.H為冷縫。修正成熟度指標(biāo)的應(yīng)用，可根據(jù)環(huán)境氣溫變化，混凝土施工時(shí)的層間暴露時(shí)間需要向下修正2～6 h。修正成熟度和混凝土凝結(jié)時(shí)間兩種判斷標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)合使用，不僅確保了混凝土層間結(jié)合質(zhì)量，而且易于現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)混凝土施工時(shí)的環(huán)境氣溫變化，動(dòng)態(tài)判定混凝土凝結(jié)時(shí)間，及時(shí)調(diào)整混凝土澆筑強(qiáng)度和預(yù)判縫面處理方法，避免非預(yù)期的冷縫發(fā)生和施工中斷，確保了一次開(kāi)盤(pán)后混凝土澆筑的連續(xù)性，進(jìn)而提高了混凝土的施工速度。

5 結(jié) 論

下凱富峽水電站作為境外超百米級(jí)碾壓混凝土重力壩，吸收和借鑒了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外碾壓混凝土快速施工的設(shè)計(jì)和施工理念，注重創(chuàng)新研究和試驗(yàn)分析，圍繞碾壓混凝土快速施工的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)得到成功應(yīng)用。主要成果如下：

(1) 工程從設(shè)計(jì)角度簡(jiǎn)化壩體分區(qū)設(shè)計(jì)、全斷面采用同一混凝土配合比、優(yōu)化各種不利于大壩通倉(cāng)澆筑的壩體構(gòu)筑物設(shè)計(jì)，為大壩碾壓混凝土快速施工提供設(shè)計(jì)支撐，從規(guī)劃設(shè)計(jì)上解決了制約大壩碾壓混凝土快速施工的桎梏。

(2) 工程從施工角度出發(fā)，使用全皮帶混凝土運(yùn)輸和布料系統(tǒng)，減少倉(cāng)面設(shè)備和人力投入，機(jī)械化快速施工不僅能夠降本增效，也確保了工程施工質(zhì)量。

(3) 在碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)中，提出了全斷面準(zhǔn)三級(jí)配高摻粉煤灰超長(zhǎng)齡期碾壓混凝土全斷面防滲理念。在變態(tài)混凝土施工中，對(duì)圍埂法底部加漿振搗變態(tài)混凝土試驗(yàn)研究，成功解決了其它傳統(tǒng)加漿法存在的施工質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題。

(4) 對(duì)碾壓混凝土層間縫面處理難題，充分利用大壩現(xiàn)場(chǎng)制漿系統(tǒng)上產(chǎn)水泥漿液，應(yīng)用在層間縫面上替代水泥砂漿使用，在保證施工質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步釋放了碾壓混凝土拌和系統(tǒng)的產(chǎn)能，節(jié)約工程成本，加快工程進(jìn)度。

(5) 通過(guò)引入修正成熟度判定法，將碾壓混凝土施工期間的環(huán)境影響因素納入層間縫面處理方法的判定中，動(dòng)態(tài)修正和預(yù)判碾壓混凝土凝結(jié)時(shí)間，為施工調(diào)度和現(xiàn)場(chǎng)組織提供決策依據(jù)，避免非預(yù)期冷縫的發(fā)生和施工中斷。

下凱富峽水電站碾壓混凝土重力壩在2020年11月17日完成蓄水試驗(yàn)并滿庫(kù)運(yùn)行，大壩總滲透量小于1 L/s，壩體內(nèi)部廊道和大壩下游面干燥整潔，無(wú)一處滲漏點(diǎn)。大壩整體施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，得到國(guó)際大壩專(zhuān)家的贊揚(yáng)和肯定。其碾壓混凝土大壩快速筑壩技術(shù)，可為今后類(lèi)似工程施工借鑒和參考。