发布于：2006-04-12 09:56:12
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水利工程施工
淮河委员会副总工程师 李良义
6.3 混凝土面板堆石坝
《混凝土面板堆石坝施工规范》SL49-94
6.3.1 技术背景与应用现状
混凝土面板堆石坝是由土质心墙堆石坝转化发展出的一种新坝型。60年代在土质心墙堆石坝建设中采用振动平碾，使堆石具有较高的变形模量，由此出现了一种新型堆石，即碾压堆石。碾压堆石与混凝土面板相适应，解决了面板裂缝和渗漏问题，从而碾压式混凝土面板堆石坝开始得到更快发展。
随着混凝土面板堆石坝应用现代工程技术和机械设备的发展，混凝土面板堆石坝从80年代开始在我国得到了迅猛发展，关门山、西北口等工程相继建成投入使用，特别是坝高95m的西北口水库大坝做为国家“七五”科技攻关项目的一项试验性工程，使我国在百米级的混凝土面板堆石坝技术形成了系列配套的筑坝技术。以此为基础，水利电力部委托葛洲坝工程局施工科研所、辽宁省水利电力厅编写完成了我国第一部《混凝土面板堆石坝施工规范》SL49-94，1994年正式颁布执行。在“七五”科技攻关的成果基础上，“八五”、“九五”科技攻关项目继续以天生桥一级（坝高178m）等工程为目标，取得了一批丰硕成果。目前，我国已建、在建的百米以上的混凝土面板堆石坝有天生桥一级（178m）、黑泉、乌鲁瓦提、珊溪、白云等，坝高在50m以上的工程约70多座。
6.3.2 混凝土面板堆石坝挡水度汛的要求
《强制性条文》根据《混凝土面板堆石坝施工规范》SL49-94的要求，着重对施工挡水度汛提出以下要求：
当确定未浇筑混凝土面板的坝体挡水时，必须对上游坡面进行碾压砂浆、喷射混凝土或喷洒阳离子乳化沥青等防渗固坡处理。
在施工期间，混凝土面板堆石坝允许利用坝体进行挡水度汛，甚至可以适量允许过水，为工程的导流度汛方案带来极大的便利和经济优势，也是混凝土面板堆石坝得以迅速发展的原因之一。设计中确定的导流度汛方案中，明确需要堆石坝体在面板未浇筑前进行挡水时，施工中应该在汛前将坝体抢筑至设计高程，为保证坝体分区填筑料的安全和上游坡面的稳定，必须在汛前对上游坡面进行防渗固坡处理。
对上游坡面进行防渗固坡处理，目前行之有效的处理方法有以下三种：
1 碾压砂浆固坡：在垫层面进行斜坡碾压后，摊铺5~8厘米厚的水泥砂浆，用振动碾压实，以形成坚固的表层。关门山坝采用50#砂浆固坡，挡水深11米；成屏坝采用150#砂浆固坡，挡水深18米，均取得良好的挡水效果。
2 喷射混凝土固坡：在碾压后的垫层表面喷5~8厘米厚的混凝土，以起到防渗、固坡作用。我国西北口坝采用该法，汛期挡水深达30米，效果良好。
3 喷洒阳离子乳化沥青固坡：在压实后的垫层表面，喷洒2~3层乳化沥青，各层间并撒以河砂，进行碾压，形成坚实表层。
6.3.3 混凝土面板堆石坝碾压试验的要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝碾压试验提出以下要求：
堆石坝填筑开始前，应进行坝料碾压试验，优化相应的填筑压实参数。碾压试验的压实参数，主要为铺料厚度、碾压遍数、加水量等。
由于每一工程的规模、坝体设计要求，填筑坝料的性质、施工单位的技术装备和技术水平等各不相同。填筑与压实的参数也有差别，因此，本条要求在堆石坝填筑开始之前，对坝料进行碾压试验，其目的在于根据工地具体条件，对设计提出的压实标准进行复核，选择合适的施工机械和确定合理的施工参数（铺料厚度、碾压遍数、加水量等），并提出完善的施工工艺和措施。
6.3.4 对混凝土面板堆石坝填筑的质量要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝填筑的质量控制提出以下要求：
施工中应严格控制填筑压实参数，并应进行抽样检查。对规定的铺料厚度应经过仪器检查。
填筑压实参数确定后，强调在施工中应严格控制并抽样检查，依靠严格掌握压实参数来保证填筑质量，以减少施工干扰，提高施工效率。
6.3.5 对混凝土面板堆石坝碾压的质量要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝碾压工序的质量控制提出以下要求：
坝料碾压必须采用振动碾，并按材料分区分段进行。碾压过程中应保证振动碾的规定工作参数。
垫层区的水平碾压，振动碾距上游边缘的距离不宜大于40cm。
面板堆石坝主要的设计原则是控制堆石坝体的变形，尽量使堆石坝料碾压密实，因此堆石坝的填筑与碾压是控制工程质量的最关键工序，也是保证工程进度的重要环节。
混凝土面板堆石坝主要的发展历程告诉我们，只有振动压实才能保证堆石的高密度。为此，规定坝料必须采用振动碾碾压。
由于堆石填筑包括卸料、铺料、洒水、压实等多道工序，在垫层坡面上还需要进行修整、斜坡碾压和保护。由于工序较多，为避免混乱和出现安全事故，规定坝面填筑应分区分段进行，适
当划分工作面，在各填筑块上依次完成各道工序。
振动碾的减振轮胎压力、振动轮的转数等，随振动碾的工作面逐渐降低或衰减，从而影响其工作功能与效率，因而必须定时检查，及时调整、处理。为了确保压实质量，提出应保持振动碾的规定工作参数。
垫层区在进行水平碾压时，在保证安全的条件下，应尽可能向上游边缘延伸，以便垫层料能充分压实。根据工程实际经验，40cm是保证安全的最佳距离。
6.3.6 混凝土面板堆石坝防渗体系的要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝防渗体系的质量控制提出以下要求：
面板混凝土配合比除满足面板设计性能外，尚应满足施工工艺要求；
1 水灰比应通过试验确定。
2 掺用减水、引气、调凝等外加剂及适量的掺合料时，其掺量应通过试验确定。
3 坍落度应根据混凝土的运输、浇筑方法和气温条件决定。
混凝土面板是混凝土面板堆石坝的唯一防渗设施。混凝土面板、趾板、止水系统及坝下防渗体构成一个完整的防渗体系，是防止坝体渗漏和保证工程发挥蓄水效益的关键。国内某混凝土面板砂砾石坝工程，由于止水设施失效，直接导致坝体失事，造成巨大的人民生命财产损失。因此，条文对防渗体系的施工质量做出了许多规定。
面板混凝土配合比的选择有其特殊性，即：满足设计要求的前提下，还应满足滑模施工和坡面输送混凝土的特点。
本条规定水灰比应通过试验确定，一般宜为0.45~0.55。
在混凝土中掺用适量的外加剂能显著改善混凝土的和易性，减少离析和泌水，提高密实性和抗裂性，并明显改善抗冻融性能。
为保证面板质量，建议采用槽车输送混凝土。当采用溜槽输送混凝土时，选择配合比应考虑其顺利下滑，并不得离析。
6.3.7 趾板混凝土浇筑的质量要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝趾板浇筑的质量控制提出以下要求：
趾板混凝土浇筑应在基岩面开挖、处理完毕，并按隐蔽工程质量要求验收合格后方可进行。趾板混凝土浇筑，应在相邻区堆石填筑前完成。
趾板位于上游堆石体的前下部，是石板的基础，按程序应按隐蔽工程验收，并在相邻区堆石填筑前浇筑混凝土。
6.3.8 对止水片施工的质量控制要求
《强制性条文》根据SL49的要求，着重对混凝土面板堆石坝止水片施工的质量控制提出以下要求：
金属止水片就位后，与聚氯乙烯垫片接触的缝隙，必须作防止混凝土砂浆浸入其间的封闭处理。金属止水片中心线与设计线的最大偏移量，不得超过5mm。浇筑混凝土时，应防止止水片产生形变、变位或遭到破坏。
本条要求保证金属止水片准确就位，精心施工，防止在施工过程中止水片遭到破坏，产生位移。同时还必须对与聚氯乙烯垫片接触的缝隙作防止混凝土砂浆浸入其间的封闭处理。
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沙发
6.4.5 对施工缝进行处理的质量控制要求
2006-04-12 09:57:12
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wgj010
板凳
6.4.3 对碾压质量的控制要求
2006-04-12 09:57:12
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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。
施工缝是根据施工要求而设置的缝，包括水平缝和垂直缝。冷缝是由于停工或不能连续施工而形成的缝。连续上升铺筑的混凝土层面，超过允许铺筑时间时，其层面也按冷缝处理。缝面在间隔期间应保持湿润，做好养护。
根据我国碾压混凝土工程实践，施工缝和冷缝由于处理不当，也容易形成薄弱环节，降低抗剪、抗拉强度和抗渗性能，影响工程的整体性和稳定性，因此必须认真处理。
缝面的处理可借鉴常规混凝土的处理经验，去掉混凝土表面乳皮是非常必要的。碾压混凝土一般采用刷毛、冲毛等方法清除缝面的浮浆及松动骨料（以露出砂粒、小石为准）。其目的是为了增大混凝土表面的粗糙度，提高层面粘接能力。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，一般可在混凝土初凝后，终凝之前进行。过早的冲毛不仅造成混凝土损失，而且损害混凝土质量。层面清理合格后，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，并应在砂浆初凝前碾压完毕，防止铺砂浆失水干燥或初凝。
施工缝和冷缝只要认真处理、工艺正确、层面混凝土不受损害，是可以达到较好的粘接效果，并能提高抗渗性能。从国内工程钻孔取芯检查中，有的可以直观看出缝面，有的看不出缝面位置。近几年施工的碾压混凝土工程缝面处理都达到了较好的效果。
6.4.6 对相对压实度控制的质量要求
《强制性条文》根据SL53的要求，对碾压混凝土坝碾压相对压实度控制的质量提出了以下要求：
相对压实度是评价碾压混凝土压实质量的指标。对于建筑物的外部混凝土，相对压实度不得小于98%；对于内部混凝土，相对压实度不得小于97%。
本条规定是根据岩滩、铜街子、坑口等工程的施工经验制定的，相对压实度都采用平均值。
碾压混凝土经过振动压实后的容重与设计理论容重之比称为相对压实度。相对压实度在一定范围内随着碾压遍数增加而增加，直到接近理论容重，其后再增加碾压遍数会起到相反的作用。
碾压混凝土必须达到一定的密实程度，才能具备其力学性能，才能达到工程结构设计所要求的抗压、抗拉、抗剪、抗渗、弹模等方面的基本要求。经过我国大部分工程实践，相对压实度在一定的碾压遍数情况下，是可以达到《水工碾压混凝土施工规范》中提出的98%、97%的要求。
岩滩水电站碾压混凝土围堰现场相对压实度测试成果表(此表略)在岩滩水电站围堰施工中，实际检测537个点，平均相对压实度达到98.3%。
坑口碾压混凝土坝坝体容重检测与统计分析表(此表也略)
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《强制性条文》根据SL53的要求，对碾压压实质量的控制提出以下要求：
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。
容重是水工结构设计的基本要求，直接关系到大坝工程的安全，对于碾压混凝土来讲，只有达到或接近理论容重，相对密实，才能具备相应的力学强度，满足结构设计的需要，因此，压实容重的检测是评定碾压混凝土是否压实的主要指标。在国内碾压混凝土施工中，使用表面型核子水分密度仪测定压实容重工作积累了一定的经验，且国内已有产品的性能、质量均能达到要求，施工规范规定压实容重检测采用表面型核子水分密度仪。
现场检测时，可采用挖坑填砂法对表面型核子水分密度仪进行率定。先在拟挖坑的部位用核子密度仪做反向散射和各个深度透射法做四个象限容重的测量，记录测试的数据。注意不能在刚碾压完的地方进行，应让混凝土有足够的反弹时间。然后在检测部位挖边长50cm，深度不小于30cm的坑，小心的将混凝土取出，并称重量W，再用已知松散容重（γ）的干燥标准砂将坑填满。填入的砂勿受振动，并用直尺沿坑顶面将砂刮平。由填砂重量（G）和松散容重（γ）可计算出砂坑体积（V），碾压混凝土压实容重则为W/V，用此法对核子密度仪的测值进行校正率定。
关于现场容重检测，《水工碾压混凝土施工规范》SL53-94对测点布置做了具体规定。“每铺筑100~200m2至少有一个检测点，每层应有3个以上检测点。《水利水电基本建设工程单元工程质量等级评定标准（八）》规定，每100m2碾压层至少应有一个检测点用反向散射法测量，每个碾压层应有3个以上检测点用透射法测量。
反向散射法测定容重，其测量误差大于透射法测量，受表面平整度的影响大，测定深度5～7.5cm，但由于反向散射法无需造孔，测量速度较快，在经过现场试验验证，确定表面测值与整个碾压层容重关系后，用之来做大面积检测参考数据还是可取的。
用透射法测量，其测量精度较高，测量深度较深，但需造孔，因此对每个测点，可作四个象限测量，以扩大测量范围。透射法对碾压混凝土容重测量结果应作为核子密度仪现场压实质量评定的主要依据。
核子密度仪检测的时间一般需要安排在压实后的第10～60分钟内进行较为妥当，在10分钟以内，由于碾压完毕后压实能量有段释放过程，对实测数量有影响，与施工也会相互干扰。超过60分钟，有的碾压混凝土临近初凝，给测试带来困难，需要对容重达不到要求的混凝土采取补碾措施时，时间紧张，达不到理想的效果。
通过现场检测，可以提供各个高程的压实容重，完整记录施工压实参数，有利于整体施工质量的评定。当现场所测容重低于规定指标时，对于达不到要求的部位，应立即重新测定，确实存在问题时，可增加碾压遍数。仍达不到规定的容重指标时，应分析原因，如摊铺厚度超过规定，拌和物材料有无变化，振动碾性能、振频、振幅、激振力是否存在问题等，针对不同的原因，采取相应的措施，确保碾压密实。
因此，现场容重的检测，直接关系到工程质量，关系到碾压混凝土是否密实、是否达到设计要求，是否具备碾压混凝土相应的力学强度。此条款是碾压混凝土施工的最基本检测要求。
6.4.4 对碾压层间允许间隔时间的控制要求
《强制性条文》根据SL53的要求，对碾压层间允许间隔时间提出了以下控制要求：
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。
在我国已建碾压混凝土工程中，采用连续上升铺筑工艺的较多，大大提高了碾压混凝土的施工速度，缩短了工期，显示其优越性。为了确保混凝土层间的良好结合，使碾压混凝土工程形成一个整体结构，必须控制施工层间间隔时间。层间间隔时间控制标准直接关系到层间结合质量的好坏，国内外各个工程的控制标准和具体做法都不尽相同，但其实质上都是在时间方面做出了限制，目前国内工程现场施工时，层间间隔时间一般按混凝土初凝时间控制。
1 混凝土初凝时间，水泥与水拌和后即为水泥浆，它是以水泥颗粒为分散相、水为连续相构成的分散体系，具有溶胶性质。随着水泥的不断水化，大量水化产物的生成，水泥浆的结构在凝聚结构的基础上逐渐向结晶结构网转变，水泥浆的凝结时间相应于水泥浆结构特性的转变，初凝以前，水泥浆的结构为凝聚结构，初凝标志着水泥浆结构由凝聚结构向凝聚-结晶结构转变。结晶结构破坏后，不再有触变复原性质。在用粘度计研究水泥浆结构形成过程时，测定了水泥浆在不同水灰比时的极限剪应力和塑性粘度随时间变化的曲线都有一个转折点和相对应的极限剪应力和塑性粘度值。这个转折点相应于水泥浆由凝聚结构向结晶结构转变，对外力的阻抗也发生了明显的变化，天生桥二级水电站和漫湾工程在室内大量的试验中均证实了这个对外力阻抗明显的转折点，这个转折点相对应的时间即为初凝时间。
施工现场由于受环境温度、湿度的变化和水份蒸发等因素的影响，胶凝材料的水化速度和拌和物的水胶比都发生变化。对大于中型水利水电工程，一般先进行不同配合比室内初凝时间的测定，再对现场不同气候条件、不同施工环境进行现场初凝时间的测定，用现场测定的不同情况下的初凝时间，作为施工时控制指标。
2 现场初凝时间的测定，一般利用“现场初凝时间测定仪”进行，具体步骤如下：
1）在拌制混凝土的同时，按混凝土中的砂浆配合比材料，拌制砂浆试样50L（其中砂子事先筛除大于5mm的石子）。
2）在现场平仓后的碾压混凝土某一预定位置，挖一面积不小于40×40cm2、深度25～30cm的坑，将砂浆试样倒于坑内，此时试样表面应略高于混凝土面。
3）在砂浆试样周围设置标记，于砂浆试样表面覆盖一层尼龙编织袋，让砂浆试样与混凝土拌和物同时承受碾压并一起保护。注意防止碾压过程中石子带进砂浆试样中。碾压完毕，除去尼龙编织袋。
4）预先根据室内初凝时间测定结果计算初凝时间对应的贯入压力，减去测定仪滑杆重量后为现场实施时的附加压重。
5）现场施测时，每次布置3个点，以施加附加压重的贯入深度平均值为测试结果。
6）从混凝土拌和加水至贯入深度为25mm所经历的时间，即为混凝土拌和物的初凝时间。当现场初凝时间测定仪贯入深度小于25mm时，说明混凝土已经超过初凝。相反，贯入深度大于25mm时，说明混凝土拌和物未初凝。
岩滩水电站采用的施工配合比现场测试成果见下表。(下表略)
从上述测试成果可以看出，同一混凝土配合比，在不同强度、不同风速条件下，初凝时间是不同的，成熟度也是不一致的。如果超过初凝时间，就不能保证层面良好的粘接。
目前我国碾压混凝土采用的高掺粉煤灰技术，由于粉煤灰不象水泥熟料具有迅速水化的性能，水泥-粉煤灰浆体与稠度相同的水泥浆比较，凝聚结构维持时间较长，由凝聚结构向结晶结构转变慢，相应浆体初凝时间较长。在混凝土配合比中掺入缓凝剂也可以延缓浆体结构的转变，延长初凝时间。
铜街子水电站工程做了一些试验工作，结论为碾压混凝土连续铺筑的层间间隔时间小于混凝土初凝时间时，层面抗剪和抗拉强度与碾压混凝土层内指标相差不大。随着层面间隔时间的延长，碾压混凝土层面的抗剪强度及抗拉强度随之降低。层间间隔时间达到或超过初凝时间，层面的抗剪强度降低约10%，抗拉强度降低约20%，抗渗性低于碾压混凝土本身的50%。
目前，在我国连续铺筑的碾压混凝土工程施工中，除采用上述初凝时间作为直接控制标准外，还增加了一个加垫层铺筑允许时间。即超过直接允许铺筑时间时，可先在层面上铺垫层拌和物，再铺筑上一层混凝土。垫层拌和物可采用水泥浆、砂浆、细骨料混凝土。
碾压混凝土工程的层面处理，一直是该项技术发展过程中研究的重点，为了保证层面更好的结合，保证工程的整体性，发挥连续上升的优势，在碾压混凝土工程实践中，摸索总结了大量的经验，现在层面处理技术日趋成熟，许多工程层面处理质量达到较高的水平，湖南江垭水电站、山西汾河二库在坝体取样检查中，碾压混凝土芯样长度超过了7m，外观光滑密实，直接观察分不出层面，整体性好，抗剪、抗拉、抗渗均达到设计要求。
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