2.3 碾压混凝土坝施工技术
2.3.1 碾压混凝土的施工程序及质量控制措施
2.3.1.1 碾压混凝土的施工程序[7，17]
碾压混凝土筑坝的施工工序为：铺筑前的准备→拌和→运输→卸料和平仓→碾压→成缝→缝面处理→异种混凝土浇筑→养生和防护→埋设件施工→特殊气象条件下的施工。主要施工工艺流程如图2.12所示。
图2.12 碾压混凝土坝主要施工工艺流程图
（a）自卸汽车供料；（b）平仓机平仓；（c）振动碾压实；（d）切缝机切缝
各工序的施工要点如下[17]：
（1）铺筑前的准备。在主体工程碾压混凝土铺筑前，应对砂石料生产系统、混凝土制备系统，运输、铺筑机具的数量、工况以及施工措施等进行检查，确认符合有关技术文件要求后，方能开始施工。碾压混凝土铺筑前，基岩面上应先浇筑一定厚度的常态混凝土。铺筑碾压混凝土，宜采用悬臂模板、混凝土预制模板、自升式模板或其他便于碾压施工作业的模板。采用悬臂模板时，应设置专用锚杆；采用混凝土预制模板或其他模板并作为坝体的一部分时，应保证模板搭接部分及模板与内部碾压混凝土之间的紧密连接。在长间歇的碾压混凝土层面 （缝面）上，一般应在铺筑薄层砂浆以后才可铺筑碾压混凝土。
（2）拌和。拌制碾压混凝土宜选用强制式或自落式搅拌设备。拌和前应对搅拌设备的称量装置进行检定。确认达到要求的精度后，方能投入使用。碾压混凝土应搅拌均匀，其投料顺序和拌和时间由现场试验确定。拌和楼应有快速测定细骨料含水率的装置，并有相应的加水量补偿措施。卸料斗的出料口与运输工具之间的落差不宜大于2m。
（3）运输。运输碾压混凝土宜采用自卸卡车、皮带输送机、坝头斜坡车道等机具，不得采用溜槽作为直接运输碾压混凝土的机具。运输机具在使用前应进行全面检查和清洗。采用自卸卡车运输混凝土时，车辆行上的道路必须平整；自卸卡车入仓前应将轮胎清洗干净，并防止将泥土、水带入仓内；在仓面行驶的车辆应避免急刹车、急转弯等有损混凝土质量的操作。采用皮带输送机运输混凝土时，应有防水分蒸发、水泥浆损失及粗骨料分离的设施。采用吊罐运输混凝土时，应有防分离措施。
（4）卸料和平仓。碾压混凝土宜采用大仓面薄层连续铺筑或间歇铺筑。铺筑层的厚度可由混凝土的拌制及铺筑能力、温度控制要求、坝体分块尺寸和细部结构等因素确定。采用自卸卡车直接进仓卸料时，宜采用退铺法依次卸料；平仓方向宜与坝轴线方向平行；卸料堆旁出现的分离骨料，应由人工或用其他机械将其均匀地摊铺到未碾压的混凝土面上；严禁不合格的碾压混凝土进仓；已进仓的应做处理，合格后方能继续铺筑。采用吊罐入仓时，卸料高度不宜大于1.5m。碾压混凝土的平仓应采用薄层平仓法，平仓厚度宜控制在17～34cm范围内，经试验论证能保证质量时，平仓厚度可适当增大。平仓过的混凝土表面应平整、无凹坑，不允许向下游倾斜。
（5）碾压。振动碾机型的选择，应考虑碾压效率、起振力、滚筒尺寸、振动频率、振幅、行走速度、维护要求和运行的可靠性。建筑物的周边部位，采用小型振动碾成振动夯板等压实。其允许压实厚度，应经试验确定。振动碾的行走速度应控制在1.0～1.5km/h范围内。碾压厚度应不小于混凝土最大骨料粒径的3倍。施工中采用的碾压厚度及碾压遍数应与混凝土现场碾压试验成果和铺筑的综合生产能力等因素一并考虑。坝体迎水面3m范围内，碾压方向应垂直于水流方向；其余部位也宜为垂直水流方向。碾压作业宜采用搭接法。碾压条带间的搭接宽度10～20cm；端头部位的搭接宽度宜为100cm左右。每层碾压作业结束后，应及时按网格布点检测混凝土的压实容重。所测容重低于规定指标时，应立即重复检测，并查找原因，采取处理措施。连续上升铺筑的碾压混凝土，层间允许间隔时间 （系指下层混凝土拌和物拌和加水时起到上层混凝土碾压完毕为止），应控制在混凝土初凝时间以内，且混凝土拌和物从拌和到碾压完毕的历时不应大于2h。
（6）成缝。碾压混凝土坝施工宜不设纵缝，横缝可采用切缝机切割、设置诱导孔或隔板等方法形成。缝面位置及缝内填充材料均应满足设计要求。切缝机切缝宜 “先切后碾”。成缝面积每层应不少于设计缝面的60%，填缝材料可用厚0.2～0.5mm的金属片或其他材料。设置诱导孔宜在碾压后立即进行或在层间间隔期内完成。成孔后孔内应及时用干燥砂子填塞。设置隔板时，相邻隔板的间距不得大于10cm，隔板高度应比压实厚度低2～3cm。
（7）缝面处理。施工缝及冷缝必须进行层面处理，处理合格后方能继续施工。层面处理可用刷毛、冲毛等方法清除混凝土表面的浮浆及松动骨料 （以露出砂粒、小石为准）。处理合格后，先均匀刮铺1.0～1.5cm厚的砂浆层 （砂浆强度等级比混凝土高一级），然后立即在其上摊铺混凝土，并应在砂浆初凝以前碾压完毕。冲毛、刷毛时间可根据施工季节、混凝土强度、设备性能等因素，经现场试验确定，不得提前刷毛。因施工计划的改变、降雨或其他原因造成施工中断时，应及时对已摊铺的混凝土进行碾压，停止铺筑处的混凝土面宜碾压成不大于1∶4的斜坡面。
（8）异种混凝土浇筑。浇筑完基岩表面的常态混凝土垫层后，宜间歇3～7d，方可在其上铺筑碾压混凝土，但应避免长期间歇。靠岸坡岩面的常态混凝土垫层，应与主体碾压混凝土同步进行浇筑。常态混凝土与碾压混凝土的结合部位应按照图2.13所示[17]方法认真处理。两种混凝土应交叉浇筑，并应在两种混凝土初凝前振捣或碾压完毕。
图2.13 异种混凝土结合部位的处理
（a）先浇筑常态混凝土后铺筑碾压混凝土；（b）先铺筑碾压混凝土后浇筑常态混凝土
（9）养生和养护。施工过程中，碾压混凝土的仓面应保持湿润。正在施工和刚碾压完毕的仓面，应防止外来水流入。在施工间歇期间，碾压混凝土终凝后即应开始养护工作。对水平施工层面，养护工作应持续至上一层碾压混凝土开始铺筑为止；对永久暴露面，宜养护28d以上。
（10）埋设件施工。在有埋设件区域进行碾压混凝土施工时，应对埋设件妥加保护，精心施工。碾压混凝土内部观测仪器和电缆的埋设，宜采用后埋法。对没有方向性要求的仪器，坑槽深度以能埋设仪器和电缆即可。对有方向性要求的仪器，则应予深埋，上部最少要有20cm厚的人工回填保护层。回填工作应在已碾压混凝土初凝以前完成。并应确保回填混凝土的密实性。在仪器安装、埋设、混凝土回填作业中，如发现有异常变化或损坏现象，应及时采取补救措施。在仪器和电缆埋没完毕后，应及时检测，确认符合要求后，应编写施工日志，绘制竣工图。观测电缆在埋设点附近应预留一定的富余长度。凡需垂直或斜向上引的电缆，应在碾压混凝土层内水平敷设至常态混凝土区域 （或廊道）后再向上（或向外）引伸。
（11）特殊气象条件下的施工。施工期间应加强气象预报工作，及时了解雨情和气温情况，妥善安排施工进度。1h内降雨量超过3mm时，不得进行铺筑、碾压施工。刚碾压完的仓面应采取防雨保护措施。在大风条件下施工，应采取专门措施保持仓面湿润。碾压混凝土施工宜在日平均气温3～25℃情况下进行。日平均气温高于25℃时，应采取防高温和防日晒施工措施。日平均气温低于3℃时，应采取保温施工措施。
2.3.1.2 碾压混凝土的施工质量控制措施[7，17]
碾压混凝土常用的施工质量控制措施包括：
（1）保证层间结合良好，避免间歇时间过长，防止拌和料过干。对于经长间歇的碾压层面 （缝面），要先打毛，后铺砂浆。
（2）防止骨料分离，卸料落差不应大于2m，堆料高度不大于1.5m，减少大骨料的含量。
（3）拌和料出机至开始碾压的时间间隔不大于1h。
（4）对两种混凝土的结合部位应重新碾压。
（5）每一碾压层至少在6个不同的地点，每2h至少检测一次碾压质量。
（6）碾压混凝土浇筑后必须及时养护。
（7）尽量避免夏季或高温时段施工。
2.3.2 碾压混凝土斜层平推铺筑法[7，10，15，17，18]
传统的碾压混凝土大坝施工，一般采用水平层铺筑法。如果模板、入仓手段允许，施工总希望能更大方量、更长时间的连续进行，即实现连续升程。高重力坝坝体单位升程的方量较大，且极不均衡，又受层间塑性结合的限制，要实现全坝面水平连续升程，从资源配置 （拌和系统）的经济性上考虑，几乎是不可能的。如何提高连续浇筑的方量或者增加设备连续运转的时间，是提高效率的主要途径。由于水平层铺筑法设备效率受到局限，因此，工程实践中提出了碾压混凝土斜层平推铺筑法。这种方法通过改变浇筑方式来提高每次开仓浇筑的方量、延长连续浇筑的时间。所谓 “斜层平推铺筑法”就是指改变摊铺层的角度，把摊铺层与水平面的夹角由0°改成3°～6°，即以1∶20～1∶10的缓坡，进行斜层平推铺筑 （以下简称 “斜层铺筑法”）。水平层铺筑法和斜层铺筑法分别如图2.14和图2.15所示[10，15，18]。
图2.14 水平层铺筑法示意图
图2.15 斜层铺筑法示意图
斜层铺筑法取消了浇筑单元的分区模板，实现了碾压混凝土长历时的连续铺筑，大大提高了碾压混凝土施工设备 （拌和、运输、摊铺及碾压）的利用效率。具体来说，斜层铺筑法具有以下主要优点[15，18]。
2.3.2.1 提高效率，降低成本
（1）斜层铺筑法可以在有限的拌和能力下，不受仓面面积的控制，使碾压混凝土作业得以大方量、长时间的连续进行，大幅度提高全套碾压混凝土施工设备的综合效率，因而使生产成本降低。斜层铺筑法坝体每3m升程平均使用约8d左右时间，而相同情况采用水平层铺筑法的时间约需15d左右。根据分析，在其他条件相同的情况下，水平层铺筑法的效率仅为斜层铺筑法的70%～80%。1997年11月，江垭工程采用斜层铺筑法，创造了月浇筑混凝土12万m3的最高纪录，而此前采用水平层铺筑法的月最高浇筑强度仅为9万m3。
（2）为了扩大每次开仓的面积，提高生产率，降低成本，在拌和能力一定的情况下，水平层铺筑法往往不得不依靠高效缓凝剂，因此增加了混凝土的成本。而采用斜层铺筑法，根据仓面的具体尺寸，可以通过调节斜层坡比控制层间结合时间，从而不必过分追求高效缓凝效果。通过斜层铺筑法这种施工工艺的变更，既可以达到提高效率的目的，又不增加混凝土外加剂的成本。
（3）分仓浇筑。由于封仓口处理及模板安装等原因，每个仓面封仓阶段的效率都大幅度降低，费时费力。斜层铺筑法长时间连续浇筑，把多个分仓合并成一仓，封仓口的总数量变成原来的几分之一，对整个工程而言，这个数字相当可观。如果沿坝轴线方向斜层铺筑，可以取消所有模板，既省去了模板的安拆费用，又提高了分仓浇筑速度。
2.3.2.2 降低设备配置容量的要求
采用斜层铺筑这种施工方法，或者与水平层铺筑法联合运用，可以使整个工程所需的设备 （尤其是关键设备，如拌和楼及混凝土运输系统等）的容量要求降低，使设备选择更具灵活性。
2.3.2.3 提高碾压混凝土质量
（1）对碾压混凝土而言，层间间隔时间越短，层面胶结的效果就越好。水平层铺筑法为了追求效率，不得不尽量挖潜，延长混凝土的初凝时间，甚至到初凝时间的极限，以争取更大的浇筑面积。而斜层铺筑法从工艺的改变入手，追求效率的提高，通过改变坡比而人为地控制层间间隔时间，使层间结合达到尽可能好的效果。江垭大坝的斜层铺筑法施工，层间间隔一般控制在3～4h，从钻芯取样及压水试验的结果来看，均取得了很好的层间结合效果。
（2）模板或结构物周边的常态混凝土或变态混凝土的使用在碾压混凝土大坝中是不可避免的，且需与碾压混凝土同步施工，但它们的初凝时间与碾压混凝土往往不一致。斜层铺筑法通过缩短层间间隔时间，可以使常态混凝土的层间也获得比较好的胶结效果。
（3）碾压混凝土施工入仓口的质量始终是个薄弱环节。由于斜层铺筑法大幅度减少了整个大坝入仓口的数量，在特殊运输条件下甚至可以取消入仓口，因此可提高碾压混凝土大坝的综合质量。
（4）由于斜层铺筑法的碾压混凝土覆盖时间较短，对高温季节施工的制冷混凝土，可以减少温度倒灌，喷雾等措施也易于实施。若遇降雨，由于斜坡面的存在，也可以降低雨水对新浇碾压混凝土的侵害。
值得注意的是，斜层铺筑法的上述优点是与水平层铺筑法相比较而言的。有些问题不是由施工方法决定的，而是由碾压混凝土自身的材料特性决定的，比如局部骨料分离问题，斜层铺筑法与水平层铺筑法都不可能绝对消除。