省部级工法

高温季节碾压混凝土坝施工工法

申时钊 李虎章 帖军锋 范双柱 韦顺敏

1 前言

碾压混凝土是一种干硬性混凝土，一般采用通仓薄层连续施工，易受到高气温、强烈日晒、蒸发、相对湿度、刮风等因素的影响，故碾压混凝土尽量避开高温季节施工。

在此之前，尽管已有高温季节碾压混凝土施工先例，但大都工程规模不大，环境条件各不相同，龙滩大坝由于工程规模巨大，工期紧，必须全年施工方能实现进度目标。

龙滩地处广西天峨境内，属亚热带气候，常年平均气温较高，武警水电一总队采取切实有效的七项综合温控措施，保证在高气温和高辐射热条件下实现碾压混凝土连续、快速施工，较好地降低了碾压混凝土的最高温度和裂缝的产生。形成了一套高温季节碾压混凝土施工工法，具有较强的可操作性、明显的社会效益和经济效益。在第五届碾压混凝土坝国际研讨会上，评出了具有里程碑的八项工程，龙滩大坝独居“国际碾压混凝土坝荣誉工程奖”之首。

2 工法特点

（1）适用于高温季节的碾压混凝土施工。

（2）优化配合比设计，尤其是提高粉煤灰掺量，减少水泥用量，降低水化热温升，满足了混凝土的温度控制要求。

（3）采用斜层碾压方法，实现了大仓面施工，加快施工进度，提高了经济效益。

（4）采取七项综合温控措施，有效地控制浇筑温度，确保了施工质量。

（5）施工程序化、管理规范化，降低劳动强度，易于保证安全。

3 适用范围

重力坝、拱坝、围堰等碾压混凝土坝。

4 工艺原理

4.1 碾压混凝土坝的温控原理

碾压混凝土坝的断面尺寸和体积十分巨大，属于典型的大体积混凝土结构。混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时混凝土弹性模量很小，徐变较大，升温引起的压应力并不大；但在日后温度逐渐降低时，弹性模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。同时坝面与空气或水接触，一年四季中气温和水温的变化在大体积混凝土结构中也会引起相当大的拉应力。浇筑温度T_p是混凝土刚浇筑完毕时的温度，如果完全不能散热，混凝土处于绝热状态，则温度将沿着绝热温升曲线上升，见图1中虚线；实际上由于通过浇筑层顶面和侧面可以散失大部分热量，混凝土温度将沿着图1中实线而变化，上升到最高温度T_p+T_r后温度即开始下降，其中T_r称为水化热温升。上层覆盖新混凝土后，受到新混凝土中水化热的影响，老混凝土中的温度还会略有回升；过了第二个温度高峰以后，温度继续下降。如果该点离开侧面比较远，温度将持续缓慢地下降，最终降低到稳定温度T₁。在混凝土坝内部，混凝土从最高温度降低到稳定温度的过程是非常缓慢的，往往需要几十年甚至几百年时间，为了加快这一降温过程，经常在混凝土内部埋设水管网通冷水进行冷却，见图1中点划线。

图1 混凝土温度和弹性模量的变化过程

4.2 斜层施工基本原理

设碾压混凝土浇筑仓面的长度为L，宽度为B，由模板及入仓方式决定的一仓连续升程的最大高度为H，每层压实层厚度为h，则采用平层浇筑法一次开仓所能控制的最大浇筑面积为：

式中 S_max——最大浇筑面积，m²；

L ₁——一次开仓平层浇筑块最大长度，m；

E——碾压混凝土施工综合效率系数；

R_m——本仓浇筑混凝土拌和系统的供料能力，m³/h；

T ₀——碾压混凝土拌和物的初凝时间，h。

改变浇筑层的角度，把铺筑层与水平面的夹角由0°（水平）改成3°～6°，即以1∶20～1∶10的缓坡，进行斜层铺筑，使斜层长度L₂≥L₁，以满足层间塑性结合的要求，见图2，宽度b由坡比及H值确定。这种斜层铺筑方法的主要特征是：碾压混凝土的碾压层面与浇筑块的顶面和底面相交，减小铺筑面积，在相同条件下缩短了层间覆盖时间，加快了覆盖速度，最大限度的控制浇筑温度，同时能做到从开仓端到收仓端连续施工。

图2 斜层铺筑法示意图

4.3 采取综合温控措施

4.3.1 降低混凝土浇筑温度

实践表明，浇筑温度每降低1℃，混凝土最高温度可降低0.3～0.6℃。为降低混凝土浇筑温度，拟采取以下措施。

（1）骨料的运输、堆存均设保温设施，骨料堆存高度要求不小于6m。为充分预冷骨料，对骨料进行二次风冷，采用冷却水、加冰拌制低温混凝土。

（2）混凝土在运输过程中加防阳隔热设施，卧罐等容器侧器设隔热、顶部设防阳棚，尽可能地缩短停车待卸时间，缩短浇筑坯覆盖时间，在浇筑仓面喷雾。

4.3.2 降低水化热温升

采用发热量较低的水泥和减少单位水泥用量，实践表明：每立方米混凝土中少用10kg水泥，则可降低混凝土绝热温升1.2℃左右。拟采取以下措施降低混凝土水化热。

（1）改善级配设计，尽可能加大骨料粒径，从而减少水泥用量。

（2）动态控制VC值，尽量减少水的用量。

（3）高掺粉煤灰。掺粉煤灰不但能减少单位混凝土中的水泥用量，还有利于防裂。在施工配合比设计中，优先选用需水量不大于90%的优质粉煤灰。试验表明：掺30%粉煤灰，其3d水化热可降低19.4%，7d水化热可降低16.4%。

（4）掺外加剂。采用或相当于浙江龙游ZB-1A型减水剂，一般掺量为0.5%～0.6%。

4.3.3 浇筑仓面喷雾

混凝土浇筑过程中，根据气温情况在浇筑仓面进行动态喷雾，形成仓面1～1.5m高空范围人工“小气候”，其温度可降低1～2℃。每台喷雾器有效控制范围20m²，调整喷雾器喷雾方向与风的方向一致。

4.3.4 表面保温

高温下浇筑混凝土，温度倒灌现象非常突出，在运输过程中采取遮阳措施，浇筑过程中预冷混凝土，碾压后立即用10mm厚的EPE保温被覆盖，可使混凝土浇筑温度回升降低0.1～3.6℃，同时还可预防混凝土出现假凝，保证混凝土质量。

4.3.5 加强管理，加快混凝土覆盖速度

混凝土浇筑期间，实行现场交接班制度，尽量缩短已浇混凝土的暴露时间，尽可能避免温度倒灌。

4.3.6 加强通水冷却

在高温季节浇筑碾压混凝土时均需要铺设冷却水管进行通水冷却。但对于采用斜层法施工时，由

图3 冷却水管平面（单位：m）

于在相同条件下的施工强度相对平层法较低，层间覆盖时间较快，因此斜层法施工一般不铺设冷却水管。

冷却水管采用高强聚乙烯管，管径25mm，壁厚3mm，在平面上按蛇形布置，间距为1.5m×2.0m（层厚×水平间距）或2.0m×1.5m（层厚×水平间距），水管距结构线1.5m以外布置（图3）。在混凝土刚浇筑完甚至正浇筑时就开始进行，以削减水化热温升，冷却时间一般为14d左右。通水时要控制水温，避免温差过大产生局部裂缝。

4.3.7 表面流水养护

收仓后在混凝土表面，采取流水养护可使混凝土早期最高温度降低1.5℃左右。养护从浇筑12h后开始。

5 工艺流程与操作要点

5.1 高温季节碾压混凝土施工工艺流程

高温季节碾压混凝土施工工艺流程见图4。

5.2 操作要点

5.2.1 碾压混凝土配合比

配合比的选择应提前进行非生产性试验，并报监理工程师批准后经项目总工程师签批用于施工。在混凝土开始浇筑前8～12h将混凝土要料通知单送达试验室。施工配料单根据已审批的施工配合比制定，试验室根据混凝土浇筑要料单在混凝土开浇前4～8h签发施工配料单。

5.2.2 仓面设计

在碾压混凝土开浇前，技术人员根据相应仓面的设计文件、变更通知等，编制针对性和适用性较强的的仓面设计。经监理工程师签字确认的仓面设计在开浇前向现场人员交底，明确仓面指挥长、各工序负责人，且应放大张贴于醒目位置，确保施工中各道工序正常、有序、高效运行。

图4 高温季节碾压混凝土施工工艺流程图

仓面设计的内容主要包括以下7项。

（1）仓面情况，包括仓面高程、面积、方量、混凝土种类及仓位施工特点等。

（2）仓面预计开仓时间、收仓时间、浇筑历时、入仓强度、供料拌和楼。

（3）仓面资源配置，包括设备机具、材料及人员数量要求。

（4）仓面设计图，图上标明混凝土分区线，混凝土种类标号，浇筑顺序等。

（5）混凝土来料流程表。

（6）对仓面特殊部位如止水周围、钢筋区、过流面等，指定专人负责混凝土浇筑质量工作（在注意事项中标明）。

（7）每一铺筑层均要进行相应的压实容重、VC值及取样等试验，如果质量不符合决不允许进行下一层覆盖，直到处理合格为止。

5.2.3 仓面验收与开仓证签发

仓面准备工程质量检查验收坚持“三检制”，工程技术员在每仓开浇3d前，出具《仓面设计图》，质检人员对照此图，认真检查：建基面处理是否满足合同文件及设计要求；施工缝、模板、混凝土预制件、灌浆系统、钢筋、预埋件检查高峰验收通过；碾压混凝土浇筑前所有施工机具、现场试验机具等的状况进行检查；同时在模板或周边醒目标识混凝土分区及标号、浇筑方式等；经监理工程师验收合格后，方可签发开仓证。

5.2.4 碾压混凝土拌和、运输的温度控制

（1）有温控要求的碾压混凝土由调度室根据混凝土浇筑通知单提前4h通知拌和系统，采取一、二次风冷及加冷水或加冰等措施以降低拌和楼出机口温度。

（2）试验室根据原材料情况、气候条件、入仓方式和仓面施工情况，在设计配合比允许的范围内调整配料，动态控制碾压混凝土的出机VC值，确保碾压混凝土的质量。入仓的碾压混凝土VC值按下列原则控制：在10：00—20：00时段3～8s，在20：00至次日10：00时段6～10s。在高温时段取下限，低温时段取上限。

（3）运输能力应与拌和、浇筑能力和仓面具体情况相适应，安排混凝土浇筑仓位应做到统一平衡，以确保混凝土质量和充分发挥机械设备效率。在气温等于或高于25℃以上时，汽车应设置遮阳防晒设施，以减少运输途中混凝土温度回升，控制混凝土运输时间。

5.2.5 仓面施工与管理

（1）每个仓面设仓面总指挥一人。仓面工程师全面安排、组织、指挥、协调本仓面碾压混凝土施工，所有参加碾压混凝土施工的人员，必须挂牌上岗，并遵守现场交接班制度，接班人员未到，当班人员不得离开工作岗位，交接班工作不得超过5min。尽量控制仓面铺筑层的覆盖时间，采用仓面大面积喷雾等措施来减少混凝土温度回升。

（2）在温度特别高的季节宜采用斜层平推法施工时，斜面坡度应控制在1：10～1：20，坡角部位应避免形成尖角和大骨料集中。碾压时振动碾不得穿越坡脚边缘，该部位应预留20～30cm宽度与下一条带同时碾压。斜坡坡脚不允许延伸至防渗区，防渗区混凝土必须采用平层铺筑。汽车只能从指定的斜面入仓口处入仓，铺料时平仓机自上而下铺料。

（3）为确保碾压混凝土施工质量，必须采用仓面大面积喷雾，碾压好的条带边缘斜坡面用EPE保温被覆盖，增湿降温，避免表层失水。在正常的碾压过程中禁止喷水，以免影响混凝土强度。碾压混凝土从出机至碾压完毕，要求在1.5h内完成，不允许入仓或平仓后的碾压混凝土拌和物发生初凝现象。碾压混凝土的层间允许间隔时间必须控制在小于混凝土现场的初凝时间1～2h和温控计算确定的层间允许间隔时间以内。一般高温季节按4h控制。

5.2.6 雨天施工措施

（1）当降雨量每6min小于0.3mm时，碾压混凝土可继续施工，但必须采取如下措施。

1）拌和楼生产混凝土拌和物的VC值应适当增大，一般可采用上限值，如持续时间较长，应把水灰比缩小0.03左右，由试验室值班负责人根据仓内情况和质检、仓面总指挥商定，由仓内及质控人员及时通知拌和楼质控人员。

2）卸料后，应立即平仓和碾压，未碾压的拌和料暴露在雨中的受雨时间不宜超过10min。

3）在垫层混凝土靠两岸边做好排水沟，使两岸边坡集水沿排水沟流至仓外，同时做好仓面排水，以免积水浸入碾压混凝土中。

（2）当6min内降雨量达到或超过0.3mm时暂停施工，暂停通知令由仓面总指挥发布并立即通知拌和楼，同时报告施工管理部门。

（3）暂停施工令发布后必须对仓面迅速做如下处理。

1）已入仓的混凝土拌和料，迅速完成平仓和碾压，对碾压混凝土条带端头坡面，采用大小碾相结合，全面碾压密实，并用塑料布覆盖。

2）如遇大雨或暴雨，来不及平仓碾压时，所有工作人员应用塑料布迅速全仓面覆盖，待雨过后再做处理。

3）在垫层混凝土靠基岩边挖一条排水沟，把岸坡水排出仓外，不浸入碾压混凝土层。

4）装有混凝土拌和物的车辆应用塑料布覆盖，待雨过后视时间长短，再定是否入仓。

（4）暂停施工令发布后，碾压混凝土施工一条龙的所有人员都必须坚守岗位，并做好随时恢复施工的准备工作。

（5）因雨暂停施工后，当降雨量每6min小于0.3mm，并持续30min以上，且仓面未碾压的混凝土尚未初凝时，应恢复施工，恢复施工令由仓面总指挥发布，同时报告施工管理部门。

（6）雨后恢复施工应做好如下工作。

1）立即组织人员有序排除仓面内积水，首先排除塑料布上部积水，再掀开塑料布，其次排除卸料平仓范围内的积水，再排除仓内其他范围内积水。视积水的程度，分别采用潜水泵排水、海绵和水瓢排水、吸尘器排水及吸管排水。

2）由仓面总指挥、质检员和试验室值班人员对仓面进行认真检查，当发现漏碾尚未初凝者，应立即补碾；漏碾已初凝而无法恢复碾压者，以及有被雨水严重浸入者，应予清除。

3）当仓面检查合格后，即可复工。新生产的混凝土VC值恢复正常值，但取其上限控制。

4）皮带机及停在露天运送混凝土的车辆，必须把皮带机及车厢内的积水清除干净，否则不允许运输拌和料，具体由施工管理部调度员检查。

（7）雨后当仓面积水处理合格后，可先用大碾有振碾压将表层浆体提起后，方可卸料，进行下一层的施工。对受雨水冲刷混凝土面裸露骨料严重部位，应铺水泥煤灰净浆或砂浆进行处理。

5.2.7 通水冷却

1.冷却水管埋设

先碾压一个浇筑层（通常为30cm）后，挖沟埋设冷却水管，且不能与大骨料直接接触，否则必须挖槽并清除大骨料，填充细骨料。单根长度一般控制在200～300m，仓面较大时，用几根长度相近的水管，以使混凝土冷却速度均匀。冷却水管埋设后在模板边沿的醒目位置标识出位置，同时摊铺料时就顺管路铺设，防止在浇筑过程中发生偏移。引出仓面的冷却水管严格按图纸标识，并将冷却水管用钢筋固定引出混凝土面。为避免冷却水管接头或管壁破坏漏水对碾压混凝土质量造成影响，冷却水管铺设后不进行通水检查，待上一碾压层混凝土浇筑完48h后才开始通水冷却。

2.通水冷却

为有效削减浇筑块的水化热温升，控制坝块内部最高温度，考虑到碾压混凝土早期强度低，而循环水压力较高（达0.3MPa），为避免冷却水管漏水对碾压层面造成破坏，在前一周通水期间采用低通水冷却，即不采用循环水，而将回水弃掉不要。根据混凝土温度与水温之差不超过22℃的要求，碾压混凝土初期通水制冷水控制在12～18℃，通水时间根据回水温度或坝块埋设的温度计结果灵活控制，一般控制在30～60d。每隔7～15d交换一次进、出口方向。

5.2.8 养护

施工过程中，碾压混凝土仓面应保持湿润。正在施工和碾压完毕的仓面应防止外来水流入。碾压混凝土施工完毕终凝后，即应进行洒水养护，但在炎热及干燥气候情况下应在碾压混凝土终凝前喷雾养护。对水平施工缝或冷缝，洒水养护应持续到上一层碾压混凝土开始铺筑为止。已碾压好超过初凝时间但未终凝的混凝土面严禁设备、人员通过，终凝后的混凝土面需2～3d后方可允许设备通过。

5.3 劳动组织

主要劳动力组织情况表见表1。

6 机具设备

碾压混凝土施工常用机具设备见表2。

7 质量检测与控制

7.1 浇筑过程中的质量检测和控制

原材料、混凝土拌和、机口取样的质量控制按规范要求，高温季节碾压混凝土坝主要检测VC值、出机口混凝土温度、浇筑温度等，见表3。

7.2 浇筑后的钻孔取样

（1）钻孔取样是检验混凝土质量的综合方法，对评价混凝土的各项技术指标十分重要。钻孔在碾压混凝土铺筑后3个月进行，钻孔的位置、数量根据现场施工情况由设计或监理工程师指定。为取得完善的技术、质量资料，也可随机安排钻孔取样。

（2）芯样外观描述：评定碾压混凝土的均质性和密实性。

（3）采用“单点法”对坝体混凝土压水试验，必要时进行孔内电视录像。对混凝土进行观测记载及分析、混凝土质量分类与评价等。

8 安全措施

碾压混凝土坝施工工序繁多，施工安全隐患较多，交叉作业时有发生，为做好安全生产、文明施工，需做好如下安全防范措施。

（1）严格遵守国家安全管理规定，认真查找工序过程中发生的安全隐患，落实各项措施的实施。

（2）遵守国家有关的安全生产的强制性措施的落实，狠抓安全生产的“同时设计、同时施工、同时投入使用”三同时制度落实。

（3）施工用电、行车安全、高空作业、特殊工种等严格执行相应制度，杜绝无证操作现象。

（4）加强各种设备在施工间隙期间的检查和维修保养工作。

（5）认真落实“三工制度”中安全交底、安全过程控制、安全讲评制度。

（6）加强三级教育培训，在醒目位置悬挂各种安全标识和安全知识的标语牌，使之达到“要我安全”到“我要安全”的转化。

（7）建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。

9 环保措施

（1）成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，随时接受相关单位的监督检查。

（2）将施工场地和作业限制在工程建设允许范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工现场整洁文明。

（3）对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，加强实施中的监测、应对和验收。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。

（4）设立专用排浆沟，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。

（5）定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其他工程材料运输过程中的防散落和沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。弃渣及其他工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。

（6）对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染四周环境。

10 经济效益分析

碾压混凝土能节省胶凝材料，有利于初期水化热温升的控制，节省了温控费用；另外，由于碾压混凝土坝采取了并仓浇筑方法，节省了立模面积；由于采用机械化的施工方法，改善施工人员劳动条件，加快施工进度，工程建设工期大大缩短，提前发挥工程的综合效益。

11 工程实例

11.1 龙滩水电站

龙滩水电站地处亚热带的广西天峨境内，常年高温少雨，距县城18km，大坝为碾压混凝土重力坝，设计坝顶高程406.5m，最大坝高216.5m；初期建设时，坝顶高程382.0m，最大坝高192m，坝体混凝土总方量约580万m³，其中碾压混凝土约为385万m³，龙滩大坝是目前世界上在建的高度最高、碾压混凝土方量最大的全断面碾压混凝土重力坝。工程自2001年7月正式开工，2007年5月第一台机组发电，截至2008年1月，大坝已全线浇筑至一期382.0m高程。工程能够在短短4年时间完成大坝混凝土施工，并提前实现投产目标，与高温季节的碾压混凝土施工分不开的。

在2005年、2006年连续两年的高温季节，实现碾压混凝土全天候施工，采取了斜层碾压方法和一系列的温控措施，较好控制了坝体混凝土温度，从预埋的温度计成果显示，在施工过程中采取的防止温度倒灌、初期水化热温升时通冷却管降温等措施非常得当，有效降低了峰值，整个坝体蓄水后在高温季节施工的碾压混凝土未发现温度裂缝。

11.2 构皮滩水电站

构皮滩水电站位于贵州省余庆县构皮滩镇上游1.5km的乌江上，水库总库容64.51亿m³，电站装机容量3000MW。构皮滩水电站属Ⅰ等工程，拦河大坝采用混凝土抛物线形双曲拱坝，坝顶高程640.50m，最大坝高232.5m，坝后设水垫塘和二道坝，水垫塘采用平底板封闭抽排方案。水垫塘净长约303m，底宽70m，断面型式为复式梯形断面。二道坝由下游RCC围堰部分拆除形成，顶高程441.00m，底高程408.00m，最大坝高33m，混凝土14.86万m³。

下游RCC围堰采用碾压混凝土施工，施工进度快，保证施工质量和安全，工程从2005年运行至今没有发现质量问题，运行可靠，工程质量评为优良。