水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術研究

鄭學文

廣東水電二局股份有限公司 廣東 廣州 510000

水庫大壩作為水利工程的重要組成部分，對于水資源的調蓄、防洪、灌溉等方面具有重要的作用。隨著社會經濟的發展，人們對水資源的需求逐漸增加，水庫大壩的安全運行成為了亟待解決的問題。碾壓混凝土是一種適用于水庫大壩加固的新型材料，具有良好的工程性能和施工性能。通過對水庫大壩碾壓混凝土加固施工技術的研究，可以提高大壩的穩定性和安全性，保障水利工程的正常運行。在過去的幾十年里，水庫大壩的建設和管理已經取得了顯著的成果。然而，由于各種原因，如地質結構、建設技術、自然災害等，部分大壩存在潛在的安全隱患。為此，有關部門采取了一系列措施，如監測、檢測、加固等，以確保大壩的安全運行。其中，碾壓混凝土加固技術因其優越的性能和施工便捷性，逐漸成為研究熱點。

1 水利工程概述

本研究以A水庫為實例進行探討，該水庫始建于20世紀80年代，由人工筑壩完成。在使用過程中，尚未開展地質勘探。為達到除險加固的目的，委派某勘探公司進行地質勘測[1]。

1.1 水文地質狀況

依據現場地下水文地質條件，按照《巖土工程勘察標準》[2](GB50021-2001)進行實地勘查。勘查結果顯示，水庫所處區域主要為原生地貌，地勢較為平緩，壩頂高程介于48.12~51.40m之間，最大壩高約為4.5m。地下水中的礦物質成分對鋼結構有一定腐蝕作用，進而使水庫壩體鋼筋混凝土結構受到一定程度的侵蝕。

1.2 水庫壩體工程狀況

所選用的水庫大壩填充材料主要來源于壩上下游以及兩側的山坡地，包括灰黃色和灰色兩類粉狀粘土，部分含有碎石，具備較強的塑性。壩體的最大厚度為10.2m，底部高程范圍在43.00~46.50m之間。為探究碾壓混凝土加固技術，需要找到較為脆弱的壩身進行加固。對多個部位進行檢測，在壩身與壩基接觸部位進行野外注水實驗，結果發現部分區域防滲能力較差，存在局部滲水現象。因此，對這些區域實施碾壓混凝土加固施工。表1為注水勘查實驗結果。

表1 注水勘查實驗結果

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

為確保水庫大壩碾壓混凝土加固工程質量，需選擇合適的原材料和拌合方法。首先，基于實際工程需求，選定膨潤土作為泥漿材料，并利用實際檢測結果進行混凝土泥漿配比參數的設定。根據實踐經驗，采用Q20型號的膨潤土，表現出較好的性能指標。除膨潤土外，選用其他原材料，如42.5R水泥、粗細適中的砂子、篩選過的石料以及純凈無雜質的水。同時加入分散劑純堿、羧甲基纖維素(CMC)增稠劑和水泥防漏劑等，以提高混凝土性能。

在拌和過程中，關注混凝土泥漿配比參數，按照實際工程需求和地層情況，嚴格控制膨潤土、純堿、CMC、聚丙烯和水等材料的比例。泥漿濃度應大于5.2%，漏斗黏度為40～60s，配置密度需小于1.5g/cm3。靜切力需要在10min后達到1.615N/m2，pH值控制在9.6~12.5之間，以減少材料腐蝕性[3]。

采用高速攪拌機進行混凝土拌和，制漿標準為40m3/h，每次攪拌時間不超過4min，且材料加料誤差不得超過3%。在拌和過程中，確保混凝土均勻，無顆粒沉積。拌和完成后，將混凝土材料放置于泥漿池中，等待施工。運輸混凝土時，采用混凝土攪拌車或泵車，確保運輸過程中不發生分層、離析等現象。在澆筑前，檢查施工現場條件，如壩體表面清理干凈、無殘留物等。澆筑過程中，使用機械振動器進行振搗，使混凝土充分密實，排除氣泡。同時，保持混凝土在澆筑過程中的適當溫度和濕度，以避免干縮裂縫的產生。通過對拌制混凝土修建材料的嚴格控制和合理配比，可確保水庫大壩碾壓混凝土加固工程的質量和效果。

在混凝土澆筑過程中，要關注施工現場的環境因素，例如溫度、濕度等。適當調整混凝土的配方和澆筑速度，以適應不同的施工環境。在施工過程中，對混凝土材料進行定期檢測，確保材料性能符合要求，并對施工質量進行實時監控。混凝土拌合完成后，對混凝土材料進行抽樣檢測，以確保其性能達到預期。如有必要，可根據檢測結果調整混凝土配比，以優化混凝土的性能。在實際施工過程中，注重與其他施工環節的銜接和協調，確保整個水庫大壩碾壓混凝土加固工程的順利進行。

2.2 設計加固槽段幾何尺寸

對于水庫大壩碾壓混凝土加固工程，設計加固槽段的幾何尺寸顯得尤為關鍵，因為這會直接影響到加固效果與施工安全。首先，根據大壩的實際情況、結構特點以及施工條件，確定槽段的寬度、深度和長度。一般來說，槽段寬度應在1.5～2.0m之間，深度在0.5～1.0m范圍內，長度則需基于大壩長度和加固范圍來設定。在設計過程中，務必充分考慮大壩的力學性能和現場施工條件。

槽段鉆孔設備采用沖擊鉆，將3臺設備分為一組，對A3號位置和A5號位置進行槽段鉆孔施工。在鋼筋裝置放置之前，進行多網格劃分。待混凝土材料初次振實完成后，需滿足干容量要求，即27.5~29.7kN/m3范圍內。然后，在加固位置進行標記，放置鋼筋裝置。接下來，考慮槽段之間的間距和錯臺。槽段間距應保證碾壓操作有足夠的空間，錯臺有利于增強槽段間的抗剪能力，從而提高整體穩定性。針對大壩的曲率和斜度，適當調整槽段幾何尺寸，以適應復雜的地形變化[4]。

將鋼筋欄板按順序下放，以滿足澆筑前壩基高程范圍，初始混凝土鋪設面為8cm。在鋼筋下放完成后，采用蒸汽加熱方式，確保后期混凝土加固過程中的澆筑溫度保持在12℃~16℃范圍內。鉆頭中心對準槽段中心線，設置兩組鉆機間距為3.5m，先采用小沖擊間斷方式進行開孔，每分鐘沖擊次數控制在40次。設計方案確定后，進行詳細審查和評估，確保設計合理、安全可靠。通過計算和模擬分析驗證設計方案的可行性，如考慮滲透流、地震響應等因素對大壩穩定性的影響。同時，與相關領域專家充分溝通，征求意見，以期優化設計方案。在導向孔設計結束后，進行抓槽工作。根據設計方案，按順序從兩側向中間移動，首次抓長不得超過3.2m。對選定的壩體進行混凝土加固施工，通過修建施工平臺，對水庫壩體的導墻進行防滲加固[5]。

2.3 修建壩體施工平臺

修建壩體施工平臺是確保水庫壩體工程順利進行的基礎。首先，依據設計圖紙和現場條件，選定適當的平臺位置和尺寸，確保平臺能夠容納施工設備、材料和人員，同時保證平臺的穩定性和安全性。考慮到施工設備和材料的占地面積，平臺的寬度和長度應適當擴大，以便于施工操作和設備的進出。在修建壩體施工平臺的過程中，按照1∶1.4的坡度將高程進行修筑，采用薄混凝土防滲墻技術，在原有水庫壩體檢測位置上修建厚度為0.5m的防滲墻。墻底嵌入風化麻巖石，厚度為0.8~1.4m。地層內的適應范圍可以適當加寬，增加砂土層，以確保壩基的密實程度。本次修建工程中，最大建墻深度需達到45m。

施工平臺建設過程包括土方開挖、填筑、夯實和排水等環節。首先進行土方開挖，清理施工平臺范圍內的松散物。然后，按設計要求進行填筑，采用夯實機械對填筑土進行分層夯實，確保土體達到所需的密實度和承載能力。接下來，設置合適的排水設施，防止雨水和地下水對施工平臺的穩定性產生不利影響[6]。

完成壩體施工平臺設計后，進行導墻體的施工。采用蛙式打夯機對導墻底進行夯實，為導墻底部鋪設砂漿墊底。當砂漿墊底形成初凝效果后，放置導邊墻線，并進行導墻的鋼筋捆綁和扎實，以固定澆筑模板和調直經緯儀。根據工程現況，儀器放置在導墻鋼筋中，綁扎找準，并利用水準儀進行找準設定。待所有導墻處于同一平面后，進行混凝土澆筑。整個澆筑過程采用插入式振搗器，對混凝土材料充分振動。填筑材料達到一定強度后，拆除模板。導墻應平行于防滲墻的中心線，允許偏差為1.5cm。

拆除混凝土導墻模板后，對壩體進行混凝土碾壓加固。首先對壩基進行多次碾壓，形成較為堅固的水壩基底。在混凝土回填過程中，每次碾壓都需進行密實處理，采用分段碾壓方式，對混凝土材料進行鋪設。施工平臺建設過程中，應定期進行質量檢查和驗收，以確保施工質量。如發現平臺存在不穩定、沉降等問題，應及時進行處理和整改[7]。

2.4 分段碾壓鋪設混凝土材料

分段碾壓鋪設混凝土材料對于加固工程至關重要，它直接關系到壩體的穩定性和強度。在鋼筋結構填筑完成并抹平表面之后，按照設計要求和施工計劃，將混凝土分段鋪設在壩體槽段內，確保厚度和密實度滿足要求。輔助設備如挖掘機和推土機可提高鋪設效率和質量。

振動碾設備被用于對鋪設好的混凝土進行多次碾壓，至少7次。碾壓過程中要控制行走速度、壓實厚度和遍數，觀察混凝土表面的平整度和裂縫情況，如有問題應及時處理。每次加固的分段長度應設置在150～300m之間，主壩區的鋪設厚度為1000mm，次壩區為1200～1600mm，過渡區厚度為600mm。碾壓完成后，對加固混凝土進行養護。養護措施包括灑水處理、覆蓋保溫材料等，保持混凝土表面濕度和溫度。在為期兩周的養護期間，定期檢查混凝土表面狀況，及時處理問題。加固后表面的滲水系數需經測試超過標準設計要求，以確保加固效果。

整個分段碾壓鋪設混凝土材料過程中，重視質量管理和現場安全。定期進行質量檢查和驗收，加強現場安全管理，制定嚴格的安全操作規程，為施工人員配備必要的安全防護設備，確保施工現場安全。

總之，水庫大壩碾壓混凝土加固施工過程需要嚴格控制混凝土材料質量、設計合理的加固槽段幾何尺寸、修建穩定可靠的施工平臺以及分段碾壓鋪設混凝土材料。只有確保每個環節的質量和安全，才能實現水庫大壩的有效加固，保障水利工程的長期穩定運行。

3 加固施工結果測定

在水庫大壩碾壓混凝土加固工程完成后，對加固效果進行了測定。以下是施工35天后的抗壓強度檢測結果和滲透系數檢測結果。

3.1 施工35天后抗壓強度檢測結果

在加固工程完成35天后，對混凝土的抗壓強度進行了檢測。根據檢測結果，混凝土抗壓強度達到了設計要求，表明加固效果良好。具體數據如下：

主壩區：抗壓強度平均值達到8.5MPa，最低值為4.8 MPa，最高值為9.9MPa。次壩區：抗壓強度平均值達到7.7MPa，最低值為3.6MPa，最高值為9.1MPa。過渡區：抗壓強度平均值達到6.0MPa，最低值為2.2MPa，最高值為8.6MPa。

這些數據表明加固后的混凝土強度滿足設計要求，有利于保證水庫大壩的長期穩定運行。

3.2 施工35天后滲透系數檢測結果

在加固工程完成35天后，對混凝土的滲透系數進行了檢測。滲透系數反映了混凝土防滲性能，較低的滲透系數意味著較好的防滲效果。根據檢測結果，加固后的混凝土滲透系數滿足設計要求，具體數據如下：

主壩區：滲透系數平均值為1.0×10-6cm/s，最低值為0.8×10-6cm/s，最高值為1.2×10-6cm/s。次壩區：滲透系數平均值為1.3×10-6cm/s，最低值為1.0×10-6cm/s，最高值為1.5×10-6cm/s。過渡區：滲透系數平均值為1.6×10-6cm/s，最低值為1.2×10-6cm/s，最高值為1.9×10-6cm/s[8]。

通過對水庫大壩碾壓混凝土加固工程施工35天后的抗壓強度和滲透系數進行檢測，結果表明加固效果顯著，混凝土強度和防滲性能均滿足設計要求。這為水庫大壩的長期穩定運行和安全提供了有力保障。

4 總結

綜上所述，本文針對水庫大壩碾壓混凝土加固工程中的關鍵問題，提出了一套完整的施工方案。通過對混凝土材料質量的嚴格控制、合理設計槽段幾何尺寸、穩定的施工平臺以及分段碾壓鋪設混凝土材料等措施，確保了工程質量和現場安全。實施本文提出的方案有助于加固水庫大壩，確保水利工程的長期穩定運行。最終，本研究對水庫大壩碾壓混凝土加固工程提供了有力的技術支持。