大壩混凝土缺陷處理施工技術的實例探析

李書鑫

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

我國幅員遼闊、江河縱橫，水能資源豐富，水利水電工程是實現水能資源開發利用的重要基礎設施，對我國能源戰略調整、經濟可持續發展具有重要意義。大壩修建是水利項目實施的關鍵內容之一，作為重要的樞紐建筑物，大壩的質量在一定程度上直接決定了水利工程運行的可靠性，為此必須落實大壩質量缺陷的預防與處理工作。文章主要圍繞大壩碾壓混凝土施工問題展開詳細分析，此類筑壩施工技術充分利用混凝土壩斷面緊湊、整體性強等優點，將土石壩施工機械化方法移植到混凝土壩鋪筑上，實現了快速、大倉面連續作業。

1 大壩混凝土施工技術概述

目前，隨著我國水利事業的發展，筑壩技術不斷提高，碾壓混凝土技術憑借機械化程度高、工期短、造價低等優勢得到了廣泛應用，截至2016年我國已建、在建碾壓混凝土壩共計192座，在全部水庫大壩中占比達0.2%，在筑壩經驗、工藝創新等方面處于領先地位。

碾壓混凝土筑壩主要采用強力振動與碾壓的方法，將超干硬性混凝土壓實，具有特殊的結構特性。結合工程實踐分析可得，采用薄層攤鋪、振動壓實的方法，大壩存在諸多層面，若是混凝土施工不到位，極易出現層面結合不好、壩身開裂以及壩體滑移等質量缺陷，不利于大壩安全運行，甚至帶來不可估量的損失。基于此情況，文章主要以大壩碾壓混凝土施工為研究對象，分析了常見的質量缺陷及其影響因素，由此提出相應的缺陷預防、處理技術，保證水利大壩安全可靠運行。碾壓混凝土大壩施工工藝流程如圖1所示。

2 大壩碾壓混凝土施工特點與常見質量缺陷

2.1 碾壓混凝土施工特點

結合我國大壩碾壓混凝土施工方法的實際運用情況分析可知，其方法類似土石壩，但是體積更小、強度更高、防滲性更好，目前在水利工程項目中得到了廣泛運用，具體分析如下。

（1）碾壓混凝土特點。與常規混凝土相比，碾壓混凝土在以下四個方面存在顯著差異：

①膠凝材料用量少，通常為常規混凝土用量的60%。②摻合料（如粉煤灰）用量大，可達膠凝材料30%～60%。③混凝土基本無坍落度，以拌和物VC值表示混凝土干硬程度，一般為5～12s。④混凝土攪拌需采用強制式生產設備，以提高拌和效率。

圖1 碾壓混凝土大壩施工工藝流程

（2）碾壓混凝土筑壩特點。基于碾壓混凝土材料自身的特殊性，相應的筑壩施工也存在一些不同之處，具體特點歸納如下：①大壩基本不設縱橫縫，碾壓混凝土水泥用量低，水化熱少，通常情況下無需設置縱橫縫滿足伸縮需求，有利于大規模作業。②混凝土澆筑基本無需振搗，大壩碾壓混凝土施工時，主要是將混凝土料卸至倉面進行攤鋪、碾壓，不進行振搗操作。③大壩可實現全斷面施工，在節約人工、模板材料等方面具有顯著優勢。④大壩碾壓混凝土施工方法類似堆石壩，但是由于采用混凝土材料，因此對攤鋪層厚、碾壓工藝要求更為嚴格，否則極易出現質量缺陷。⑤與堆石壩不同的是，碾壓混凝土無專門的防滲體，需要靠壩體實現整體防滲，防止出現滲漏隱患，這對碾壓層面結合質量提出了更高的要求。

2.2 碾壓混凝土常見質量缺陷

大壩碾壓混凝土施工較為特殊，在攤鋪層厚、碾壓工藝、層面結合質量方面提出了較高的要求，結合相關施工經驗，可將常見的碾壓混凝土缺陷及影響因素歸納如下。

（1）結合面強度不達標。碾壓混凝土采用多層攤鋪、碾壓施工工藝，結合面質量控制十分關鍵，關鍵點包括：混凝土從拌和到碾壓結束時長控制在2h內；碾壓混凝土層面鋪漿后下料；合理選用分層斜坡碾壓施工方法，縮短層間間隔。若是在工程作業中上述三點控制不當，如混凝土初凝后方進行上層碾壓覆蓋、鋪漿范圍與下料范圍不一致，砂漿長時間暴露等問題，均將導致結合面出現質量缺陷，使結合面的強度不滿足設計要求，甚至引發嚴重的開裂、滲漏事故。

（2）壩身裂縫滲漏。壩身裂縫是大壩碾壓混凝土施工常見缺陷之一，碾壓混凝土大壩主要靠壩體防滲，一旦出現裂縫極易引發滲漏事故。碾壓混凝土壩身層間結合一般是薄弱環節，必須加強控制工藝。同時，原材料質量不合格、配合比設計不當、碾壓施工不當、設備選型不合理，均會導致壩身產生裂縫，壩身裂縫滲漏主要影響因素如圖2所示。

圖2 壩身裂縫滲漏主要影響因素

（3）壩體滑移。壩體滑移也是大壩碾壓混凝土施工常見質量缺陷，其主要是壩體填筑碾壓施工質量不合格所致，壩體與地基結合不牢固，極易產生嚴重的安全事故，主要影響因素有碾壓混凝土配合比設計不合理、鋪筑厚度過厚、壓實功不足等，為此必須結合實際情況合理調整相關施工參數，保證大壩碾壓混凝土質量達標。

3 大壩碾壓混凝土施工與缺陷處理實例

3.1 工程概況

文章僅以某大（Ⅰ）型水電站工程為例展開分析，此項目建設主要任務為發電，兼具防洪、航運等作用，樞紐工程壩型選用碾壓混凝土重力壩，具體設計參數如表1所示，大壩按初期斷面施工，引水發電系統土建部分除進水口壩段外按400m設計一次建成。該項目采用隧洞導流施工方法，分左、右岸布置，尺寸為16m×21m（寬×高），長度分別為598.63m、849.42m，采用碾壓混凝土圍堰。

表1 碾壓混凝土重力壩設計參數

3.2 大壩碾壓混凝土施工缺陷預防措施

該項目大壩碾壓混凝土施工中，主要采用以下控制措施，防止出現各種質量缺陷：

（1）混凝土配合比優化控制。①原材料質量控制。該項目選用低水化熱水泥、Ⅰ級粉煤灰，選用人工砂石骨料（石灰巖破碎生產），摻入0.60%的緩凝高效減水劑與引氣劑，每種材料廠家均經過嚴格比選，并進行了相應的試驗分析，確保原材料品質合格。②配合比設計優化控制。結合該項目碾壓混凝土大壩施工現場實際情況分析可知，施工質量影響因素眾多，若選用低貧碾壓混凝土施工，如何達到密實度指標是一大難點；選用富漿混凝土施工，則膠凝材料的用量與常規混凝土基本一致，壩體溫度不容易控制。故該項目在設計混凝土配合比時，決定采用較富膠凝材料用量、較小單位用水量，參考碾壓混凝土技術指標要求進行試驗分析，如表2所示。

由此可得，具體優化控制要點如下：骨料選用連續級配，砂率比同等級標號混凝土大3%～5%，試驗確定RⅠ、RⅣ砂率分別為32%、38%；碾壓混凝土夏季高溫、大倉面施工，必須添加外加劑，高效緩凝減水劑（ZB-1RCC15、JM-Ⅱ）、引氣劑（ZB-1G）復合雙摻，濕篩混凝土含氣量、VC值分別為3.0%～4.0%、3～7s。

表2 水電站大壩工程碾壓混凝土技術指標

（2）VC值優化控制。該項目碾壓混凝土施工中，選用改良型HGC-1型振動臺測定VC值，同時該項目主體碾壓混凝土澆筑量超過500萬m3，且入場方式、運輸時間以及碾壓間隔時間、倉內噴霧情況存在較大差異，VC值損失波動大，為此必須加強施工管理，具體控制要點如下：①動態控制VC值。機口、倉面VC值控制在5～9s、4～10s，盡可能保持穩定。②噴霧機改進措施。該項目內胎噴霧機選裝3～5個KB80100型空圓錐形噴嘴，以便調整噴霧機流量。

（3）層間間歇時間控制。層間間歇時間控制是保證碾壓混凝土層間結合面質量的重要措施，該項目主要以碾壓混凝土初凝時間為標準進行控制，結合區域氣候、配合比設計情況，經由室內試驗、現場工藝試驗后確定層間間歇時間要求如表3所示，施工中嚴格按此參數進行控制。

表3 層間間歇時間要求 單位：h

（4）倉內保濕降溫措施。該項目倉內保濕降溫措施：一是碾壓好的混凝土面及時覆蓋EPE混凝土保溫被（厚度2cm）；二是噴霧保濕。經實測顯示，混凝土溫度回升較小、表面濕潤。

（5）混凝土溫控防裂。考慮到該項目碾壓混凝土施工實際情況，每年3—10月澆筑的混凝土，采用通10℃水冷卻14d，水管間距1.5m，防止混凝土出現溫縮裂縫。

3.3 大壩碾壓混凝土施工缺陷處理措施

該項目施工完成后，檢查發現一些施工層面裂縫，均屬于無危害性裂縫，對于此類施工缺陷主要采用以下處理措施：（1）表面蜂窩、麻面。此類缺陷直接鑿除、打磨，并使用比澆筑混凝土高一等級的混凝土、砂漿進行修補。（2）錯臺、掛簾。此類缺陷使用鐵鏟鏟除、角磨機打磨即可。（3）壩體薄弱面。該項目施工中發現部分壩段存在滲水區域，具體如表4所示，根據調查顯示主要是冷水管擠破或接頭脫開漏水后帶走層面漿體所致。經綜合分析決定采用化學灌漿、細水泥灌漿處理處理方法，同時滲水區域設鋼筋樁。

3.4 大壩碾壓混凝土施工質量情況

該項目碾壓混凝土379個單元，合格率100%、優良率88.6%，工程質量目標完成情況優良。

表4 滲水區域統計情況

4 結束語

綜上所述，在我國水利大壩施工中，碾壓混凝土逐漸成為一種主流筑壩材料，其在利用工業廢料、節約水泥以及加快施工速度等方面均有一定的優勢，尤其是我國近些年在此筑壩技術方面獲得了較多的研究成果，筑壩數量、高度、工藝等均居于世界領先地位。文章主要圍繞碾壓混凝土筑壩施工質量控制問題展開分析，其常見的質量缺陷有結合面強度不達標、壩身裂縫、壩體滑移等，究其根本主要是原材料質量、配合比設計以及攤鋪厚度、碾壓施工控制不到位所致，對此必須加強對碾壓混凝土筑壩各道工序的質量管理，預防各種缺陷問題的出現，一旦發現蜂窩、麻面、裂縫、薄弱面等問題應及時處理，尤其是必須做好裂縫、薄弱面問題的追溯工作，根據缺陷產生的原因確定處理方法，保證大壩實際運行安全可靠。