水利工程水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術研究

李獻斌

(惠州市潼湖水利工程管理中心，廣東 惠州 516243)

0 引 言

我國經濟持續穩定發展，在基建項目和各種水利工程項目中的投入占比越來越多，加強水利工程項目建設，對農業發展以及各項經濟活動，均能夠起到保駕護航的作用。

楊紅艷在文獻[1]中提出，在大壩混凝土施工過程中，運用碾壓加固技術，可以最大程度保證水利工程整體質量，以有效融合新方法為施工條件，對大壩的施工質量進行有效管控。

但碾壓混凝土施工技術，在實際應用過程中仍存在一些問題，需要進行不斷優化，從而更好地促進我國水利工程施工建設的發展。魏留建在文獻[2]中提出，在碾壓混凝土施工過程中，因為管理不當、人員操作失誤以及施工人員工藝存在偏差性等，導致施工出現質量問題，必須對常見的質量問題采取相應措施。

由于水利項目建設的工程量和規模較大，必須在專業性較強的工作人員監督下進行施工。而在水庫大壩施工中，需要對整個周期內的施工進行實時監測。夏弘帥在文獻[3]中提出，以碾壓混凝土技術為施工方法，在水庫大壩建設工程中，針對從施工準備到混凝土養護等方面進行了分析。

本文以實際工程為例，研究水利工程水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術，為類似工程的施工建設提供一定的參考與借鑒。

1 水利工程概況

1.1 水文地質條件

本文以建設年份較早的A水庫為例，對混凝土加固技術進行試驗分析。該水庫于上世紀80年代經人工挑筑施工完成，在使用期間并未進行過地質勘查工作，為滿足水庫大壩的除險加固設計要求，將該工程委托于某勘查公司，進行外業勘查工作。

結合現場地下水文地質條件，按照《巖土工程勘察標準》(GB 50021-2001)，進行水庫壩區現場環境調查。勘查期間水庫壩體的各個孔位，穩定水位高程在15.26～16.21 m左右。

根據勘查報告顯示，該工程所在大部分地區為原始地貌，地形起伏較小，水庫壩頂高程為48.12～51.40 m，最大壩高約4.5 m[3]。其地下水中的礦物質元素對鋼結構具有一定腐蝕性，因此水庫壩體的鋼筋混凝土結構也會受到微弱腐蝕。

1.2 水庫壩體工程條件

此次選定的水庫大壩填土的材料，主要來源于大壩上下游以及壩體的兩側山坡，分為灰黃和灰色兩種粉質黏土，局部含有碎石，具有較強可塑性。

壩體最大厚度為10.2 m，層底高程范圍為43.00～46.50 m。為研究碾壓混凝土加固技術的施工方法，需要找到較為薄弱的壩身進行加固操作。選擇多個部位進行檢測，對壩身和壩基接觸部位進行野外注水試驗，具體結果見表1。

表1 壩身與壩基接觸部位注水勘查成果

根據表1可知，在此次水庫壩體中選擇5個位置，對每個孔位進行土層標記，每組勘查段的長度范圍一致，均為1.4～4.2 m。

對具有中透水性的壩體位置進行觀察，其壩身與壩基接觸處防滲性較差，有局部滲水的現象，因此對其進行碾壓混凝土加固施工。

2 水庫大壩碾壓混凝土加固施工過程

2.1 拌制混凝土修建材料

對選定的水庫壩體進行加固，利用碾壓混凝土加固技術進行施工，修建混凝土灌注泥漿池，選擇型號為120#的漿砌塊石進行砌筑，內部進行抹面。

在修建完畢泥漿池后，對施工材料進行拌制。選定制漿材料，以優質膨潤土作為泥漿材料，其性能指標見表2[4]。

表2 膨潤土性能指標

根據表2可知，此次選擇的3種類型膨脹土中，Q20型號的性能指標最優，以此作為混凝土施工原材料。

除膨潤土以外，還需選擇其他材料。在水庫中抽取用水，分別加入分散劑純堿和羧甲基纖維素(CMC)增稠劑，以及水泥防漏劑等材料。

按照實際檢測結果，對標記的壩體加固標準進行設定，以一般卵石層和漏失地層為標準，對攪拌材料的配合比進行設定，具體情況見表3。

表3 混凝土泥漿配比參數 /%

根據表3可知，按照上述比例進行混凝土配制，以保證材料達到施工性能指標。具體如下：泥漿濃度需大于5.2%，漏斗黏度為40～60 s，且配置密度需要小于1.5 g/cm3。在攪拌完畢后10 min靜切力需要達到1.6～15 N/m2，為減少材料本身的腐蝕性能，其pH值需要控制在9.6～12.5之間。

以性能指標為制備基礎，設定混凝土攪拌方式：選擇高速攪拌機，制漿標準為40 m3/h，每次攪拌時間不超過4 min，且各類材料的加料誤差不得超過3%。將拌制完成的混凝土材料放置在泥漿池中，等待施工。

2.2 設計加固槽段幾何尺寸

以沖擊鉆為槽段鉆孔設備，將3臺設備為一組，對A3號位置和A5號位置進行槽段鉆孔施工，設計其幾何尺寸。

此次加固過程在多網格放置前提下，在初次振實完畢混凝土材料后，等待滿足干容量要求，即27.5～29.7 kN/m3之間。對劃分完畢的加固位置進行標記，放置鋼筋裝置，見圖1。

圖1 放置澆筑鋼筋裝置

圖1中，將鋼筋欄板依次按順序進行下放，使其能夠滿足澆筑前壩基高程范圍，設定初始混凝土鋪設面為8 cm[5]。在鋼筋下放完成后，采用蒸汽方式進行加熱，控制后期混凝土加固過程中的澆筑溫度能夠保持在12℃～16℃范圍內。

將沖擊鉆鉆頭中心對準槽段中心線，設置兩組鉆機之間距離為3.5 m，先使用小沖擊間斷的方式進行開孔，控制每分鐘沖擊次數40次。

當導向孔設計結束后，進行抓槽工作，按照順序從兩側向中間移動，首次抓長不得超過3.2 m。對選定的壩體進行混凝土加固施工，設定具體施工內容，通過修建施工平臺，對水庫壩體的導墻進行防滲加固。

2.3 修建壩體施工平臺

設計壩體修建圖紙，將高程按照1∶1.4的坡度進行修筑。利用薄混凝土防滲墻技術，在現有的水庫壩體檢測位置上，修建厚度為0.5 m的防滲墻，墻底嵌入風化麻巖石，厚度為0.8～1.4 m。對地層內的適應范圍可以加寬，在其中放置一定量的砂土層，保證壩基的密實程度，此次最大建墻深度最低需達到45 m。

設計完畢壩體施工平臺后，對導墻體進行施工，采用蛙式打夯機對導墻底進行夯實，并對導墻底部進行砂漿墊底。當砂漿墊底形成初凝效果后，在其面上放置導邊墻線，并進行導墻的鋼筋捆綁和扎實，以此固定澆筑模板和調直經緯儀。見圖2。

圖2 對標澆筑模板與工具

圖2中，將儀器放置在導墻鋼筋中，對其進行綁扎找準，利用水準儀進行找準設定，當所有導墻處于同一平面后，可以進行混凝土澆筑。整個澆筑過程中會采用插入式振搗器，對混凝土材料進行充分振動，待填筑材料達到一定強度后，才可以拆除模板。導墻要平行于防滲墻的中心線，可容許偏差為1.5 cm。

拆除混凝土導入墻模板后，需要對壩體進行混凝土碾壓加固，先對壩基進行多次碾壓，以形成較為堅固的水壩基底。在混凝土回填時，需要對每一次的碾壓過程進行密實處理，按照分段碾壓的方式，對混凝土材料進行鋪設。

2.4 分段碾壓鋪設混凝土材料

在完成鋼筋結構填筑后，對表面進行抹平處理，利用多臺振動碾設備，在其表面進行數次碾壓，次數至少為7次。通過不同施工壩體的槽段設計，以分塊分段的方式對壩體進行加固，每次加固的分段長度設置在150～300 m之間。

對每個區域進行鋪料厚度設定。其中，在主壩區的鋪設厚度為1 000 mm，次壩區的厚度為1 200～1 600 mm，過渡區厚度為600 mm。設定混凝土的碾壓鋪設順序，以進占法為碾壓方式，選擇碾壓機對鋪設完畢的混凝土進行壓制，最后一次碾壓過程見圖3。

圖3 最后一次碾壓鋪設過程

圖3中，此次選擇推土機設備，對混凝土材料進行最后碾壓鋪設，采用邊振動邊碾壓的方式對其進行壓制。

在完成全部碾壓后，靜止其表面干燥，對每個標記點位置中的鋪設成果進行清理和保水養護，在加固后的表面間斷性進行灑水處理，見圖4。

圖4 清理并養護加固表面

圖4中，利用自動養護儀對壩體表面進行處理，在為期2周的養護時間中，對標記點的施工壩體進行檢測。通過測試加固壩體的滲水系數，測試數據需要超過標準設計要求，以此完成碾壓混凝土加固施工全過程。

3 加固施工結果測定

混凝土碾壓質量直接影響壩體施工質量，在施工完成后需要對壩體材料進行質量檢測，以此驗證其是否達到規定的密實度。對選定的兩處施工點，A3號和A5號進行隨機取樣，檢測碾壓混凝土的抗壓強度和滲透系數。

在混凝土施工過程中，此次對兩處碾壓點均標記了澆筑槽口，且在兩組加固的位置上，分別留取了測試樣本，按照實際施工時間，對樣本材料進行放置，使其與加固壩體所處環境一致。對留取的混凝土樣本材料進行測試，以施工35天為標準，分別檢驗其抗壓強度和滲透系數，驗證碾壓混凝土加固技術的應用效果。

3.1 施工35天后抗壓強度檢測結果

在碾壓加固施工過程中，對混凝土攪拌材料進行現場取樣，由施工單位進行室內成型和養護工作，在達到35天齡期后，送去測試中心進行性能檢驗。

按照施工標準養護的樣本材料，其顏色較為均勻，沒有明顯缺陷，并對成型的混凝土槽塊進行鉆孔檢測。

對兩組加固修復位置中的混凝土槽塊，均鉆取5個孔位，以拉力檢測機器為測試工具，對上述孔位進行測試。由于鉆孔檢測能夠直接對整個墻體的質量進行整體性分析，分別設置不同孔深為變量條件，即7和10m，依次完成測試，具體結果見圖5。

根據圖5可知，在孔深7 m變量條件下，兩組加固點的抗壓強度最大值接近9.00 MPa，符合抗壓施工標準。

為保證在強洪水標準下，大壩壩體仍具有高抗壓性質，對孔深進行加深，進行深度為10 m的抗壓檢測，具體結果見圖6。

圖5 孔深7 m變量下抗壓強度檢測結果

圖6 孔深10 m變量下抗壓強度檢測結果

根據圖6可知，在孔深10 m變量條件下，兩組加固點的抗壓強度最大值為8.0 MPa，符合抗壓施工保準。

綜合試驗結果可知，此次以碾壓混凝土施工為大壩加固方法，可以保證在不同孔深下，大壩壩身具有較大抗壓強度，具有實際應用價值。

3.2 施工35天后滲透系數檢測結果

在抗壓強度滿足標準的前提下，對其滲透系數進行檢測，以注水方式為檢測標準，在不同孔深下進行防滲性能測試。仍以上述兩種鉆孔深度為標準，對每個孔位進行注水，在超強壓力下保持30 min的留置時間。在完成放置后，為減少測試時間，直接采用滲水系數檢測儀器，具體結果見圖7。

根據圖7可知，在兩個施工位置中，無論是7 m測試孔深還是10 m測試孔深，其防滲系數均低于2.42×10-6cm/s，具有實際應用效果。

圖7 滲透系數檢測結果

4 結 語

本文以某水利工程中的大壩施工過程為例，針對碾壓混凝土加固技術提出了新的要求和養護方法，并得到較好的施工效果。研究結果表明，按照本文方法進行大壩碾壓加固，混凝土的抗滲處理有大幅度的提升效果。