水库大坝碾压混凝土加固施工技术研究

郑学文

广东水电二局股份有限公司 广东 广州 510000

水库大坝作为水利工程的重要组成部分，对于水资源的调蓄、防洪、灌溉等方面具有重要的作用。随着社会经济的发展，人们对水资源的需求逐渐增加，水库大坝的安全运行成为了亟待解决的问题。碾压混凝土是一种适用于水库大坝加固的新型材料，具有良好的工程性能和施工性能。通过对水库大坝碾压混凝土加固施工技术的研究，可以提高大坝的稳定性和安全性，保障水利工程的正常运行。在过去的几十年里，水库大坝的建设和管理已经取得了显著的成果。然而，由于各种原因，如地质结构、建设技术、自然灾害等，部分大坝存在潜在的安全隐患。为此，有关部门采取了一系列措施，如监测、检测、加固等，以确保大坝的安全运行。其中，碾压混凝土加固技术因其优越的性能和施工便捷性，逐渐成为研究热点。

1 水利工程概述

本研究以A水库为实例进行探讨，该水库始建于20世纪80年代，由人工筑坝完成。在使用过程中，尚未开展地质勘探。为达到除险加固的目的，委派某勘探公司进行地质勘测[1]。

1.1 水文地质状况

依据现场地下水文地质条件，按照《岩土工程勘察标准》[2](GB50021-2001)进行实地勘查。勘查结果显示，水库所处区域主要为原生地貌，地势较为平缓，坝顶高程介于48.12~51.40m之间，最大坝高约为4.5m。地下水中的矿物质成分对钢结构有一定腐蚀作用，进而使水库坝体钢筋混凝土结构受到一定程度的侵蚀。

1.2 水库坝体工程状况

所选用的水库大坝填充材料主要来源于坝上下游以及两侧的山坡地，包括灰黄色和灰色两类粉状粘土，部分含有碎石，具备较强的塑性。坝体的最大厚度为10.2m，底部高程范围在43.00~46.50m之间。为探究碾压混凝土加固技术，需要找到较为脆弱的坝身进行加固。对多个部位进行检测，在坝身与坝基接触部位进行野外注水实验，结果发现部分区域防渗能力较差，存在局部渗水现象。因此，对这些区域实施碾压混凝土加固施工。表1为注水勘查实验结果。

表1 注水勘查实验结果

2 水库大坝碾压混凝土加固施工过程

2.1 拌制混凝土修建材料

为确保水库大坝碾压混凝土加固工程质量，需选择合适的原材料和拌合方法。首先，基于实际工程需求，选定膨润土作为泥浆材料，并利用实际检测结果进行混凝土泥浆配比参数的设定。根据实践经验，采用Q20型号的膨润土，表现出较好的性能指标。除膨润土外，选用其他原材料，如42.5R水泥、粗细适中的砂子、筛选过的石料以及纯净无杂质的水。同时加入分散剂纯碱、羧甲基纤维素(CMC)增稠剂和水泥防漏剂等，以提高混凝土性能。

在拌和过程中，关注混凝土泥浆配比参数，按照实际工程需求和地层情况，严格控制膨润土、纯碱、CMC、聚丙烯和水等材料的比例。泥浆浓度应大于5.2%，漏斗黏度为40～60s，配置密度需小于1.5g/cm3。静切力需要在10min后达到1.615N/m2，pH值控制在9.6~12.5之间，以减少材料腐蚀性[3]。

采用高速搅拌机进行混凝土拌和，制浆标准为40m3/h，每次搅拌时间不超过4min，且材料加料误差不得超过3%。在拌和过程中，确保混凝土均匀，无颗粒沉积。拌和完成后，将混凝土材料放置于泥浆池中，等待施工。运输混凝土时，采用混凝土搅拌车或泵车，确保运输过程中不发生分层、离析等现象。在浇筑前，检查施工现场条件，如坝体表面清理干净、无残留物等。浇筑过程中，使用机械振动器进行振捣，使混凝土充分密实，排除气泡。同时，保持混凝土在浇筑过程中的适当温度和湿度，以避免干缩裂缝的产生。通过对拌制混凝土修建材料的严格控制和合理配比，可确保水库大坝碾压混凝土加固工程的质量和效果。

在混凝土浇筑过程中，要关注施工现场的环境因素，例如温度、湿度等。适当调整混凝土的配方和浇筑速度，以适应不同的施工环境。在施工过程中，对混凝土材料进行定期检测，确保材料性能符合要求，并对施工质量进行实时监控。混凝土拌合完成后，对混凝土材料进行抽样检测，以确保其性能达到预期。如有必要，可根据检测结果调整混凝土配比，以优化混凝土的性能。在实际施工过程中，注重与其他施工环节的衔接和协调，确保整个水库大坝碾压混凝土加固工程的顺利进行。

2.2 设计加固槽段几何尺寸

对于水库大坝碾压混凝土加固工程，设计加固槽段的几何尺寸显得尤为关键，因为这会直接影响到加固效果与施工安全。首先，根据大坝的实际情况、结构特点以及施工条件，确定槽段的宽度、深度和长度。一般来说，槽段宽度应在1.5～2.0m之间，深度在0.5～1.0m范围内，长度则需基于大坝长度和加固范围来设定。在设计过程中，务必充分考虑大坝的力学性能和现场施工条件。

槽段钻孔设备采用冲击钻，将3台设备分为一组，对A3号位置和A5号位置进行槽段钻孔施工。在钢筋装置放置之前，进行多网格划分。待混凝土材料初次振实完成后，需满足干容量要求，即27.5~29.7kN/m3范围内。然后，在加固位置进行标记，放置钢筋装置。接下来，考虑槽段之间的间距和错台。槽段间距应保证碾压操作有足够的空间，错台有利于增强槽段间的抗剪能力，从而提高整体稳定性。针对大坝的曲率和斜度，适当调整槽段几何尺寸，以适应复杂的地形变化[4]。

将钢筋栏板按顺序下放，以满足浇筑前坝基高程范围，初始混凝土铺设面为8cm。在钢筋下放完成后，采用蒸汽加热方式，确保后期混凝土加固过程中的浇筑温度保持在12℃~16℃范围内。钻头中心对准槽段中心线，设置两组钻机间距为3.5m，先采用小冲击间断方式进行开孔，每分钟冲击次数控制在40次。设计方案确定后，进行详细审查和评估，确保设计合理、安全可靠。通过计算和模拟分析验证设计方案的可行性，如考虑渗透流、地震响应等因素对大坝稳定性的影响。同时，与相关领域专家充分沟通，征求意见，以期优化设计方案。在导向孔设计结束后，进行抓槽工作。根据设计方案，按顺序从两侧向中间移动，首次抓长不得超过3.2m。对选定的坝体进行混凝土加固施工，通过修建施工平台，对水库坝体的导墙进行防渗加固[5]。

2.3 修建坝体施工平台

修建坝体施工平台是确保水库坝体工程顺利进行的基础。首先，依据设计图纸和现场条件，选定适当的平台位置和尺寸，确保平台能够容纳施工设备、材料和人员，同时保证平台的稳定性和安全性。考虑到施工设备和材料的占地面积，平台的宽度和长度应适当扩大，以便于施工操作和设备的进出。在修建坝体施工平台的过程中，按照1∶1.4的坡度将高程进行修筑，采用薄混凝土防渗墙技术，在原有水库坝体检测位置上修建厚度为0.5m的防渗墙。墙底嵌入风化麻岩石，厚度为0.8~1.4m。地层内的适应范围可以适当加宽，增加砂土层，以确保坝基的密实程度。本次修建工程中，最大建墙深度需达到45m。

施工平台建设过程包括土方开挖、填筑、夯实和排水等环节。首先进行土方开挖，清理施工平台范围内的松散物。然后，按设计要求进行填筑，采用夯实机械对填筑土进行分层夯实，确保土体达到所需的密实度和承载能力。接下来，设置合适的排水设施，防止雨水和地下水对施工平台的稳定性产生不利影响[6]。

完成坝体施工平台设计后，进行导墙体的施工。采用蛙式打夯机对导墙底进行夯实，为导墙底部铺设砂浆垫底。当砂浆垫底形成初凝效果后，放置导边墙线，并进行导墙的钢筋捆绑和扎实，以固定浇筑模板和调直经纬仪。根据工程现况，仪器放置在导墙钢筋中，绑扎找准，并利用水准仪进行找准设定。待所有导墙处于同一平面后，进行混凝土浇筑。整个浇筑过程采用插入式振捣器，对混凝土材料充分振动。填筑材料达到一定强度后，拆除模板。导墙应平行于防渗墙的中心线，允许偏差为1.5cm。

拆除混凝土导墙模板后，对坝体进行混凝土碾压加固。首先对坝基进行多次碾压，形成较为坚固的水坝基底。在混凝土回填过程中，每次碾压都需进行密实处理，采用分段碾压方式，对混凝土材料进行铺设。施工平台建设过程中，应定期进行质量检查和验收，以确保施工质量。如发现平台存在不稳定、沉降等问题，应及时进行处理和整改[7]。

2.4 分段碾压铺设混凝土材料

分段碾压铺设混凝土材料对于加固工程至关重要，它直接关系到坝体的稳定性和强度。在钢筋结构填筑完成并抹平表面之后，按照设计要求和施工计划，将混凝土分段铺设在坝体槽段内，确保厚度和密实度满足要求。辅助设备如挖掘机和推土机可提高铺设效率和质量。

振动碾设备被用于对铺设好的混凝土进行多次碾压，至少7次。碾压过程中要控制行走速度、压实厚度和遍数，观察混凝土表面的平整度和裂缝情况，如有问题应及时处理。每次加固的分段长度应设置在150～300m之间，主坝区的铺设厚度为1000mm，次坝区为1200～1600mm，过渡区厚度为600mm。碾压完成后，对加固混凝土进行养护。养护措施包括洒水处理、覆盖保温材料等，保持混凝土表面湿度和温度。在为期两周的养护期间，定期检查混凝土表面状况，及时处理问题。加固后表面的渗水系数需经测试超过标准设计要求，以确保加固效果。

整个分段碾压铺设混凝土材料过程中，重视质量管理和现场安全。定期进行质量检查和验收，加强现场安全管理，制定严格的安全操作规程，为施工人员配备必要的安全防护设备，确保施工现场安全。

总之，水库大坝碾压混凝土加固施工过程需要严格控制混凝土材料质量、设计合理的加固槽段几何尺寸、修建稳定可靠的施工平台以及分段碾压铺设混凝土材料。只有确保每个环节的质量和安全，才能实现水库大坝的有效加固，保障水利工程的长期稳定运行。

3 加固施工结果测定

在水库大坝碾压混凝土加固工程完成后，对加固效果进行了测定。以下是施工35天后的抗压强度检测结果和渗透系数检测结果。

3.1 施工35天后抗压强度检测结果

在加固工程完成35天后，对混凝土的抗压强度进行了检测。根据检测结果，混凝土抗压强度达到了设计要求，表明加固效果良好。具体数据如下：

主坝区：抗压强度平均值达到8.5MPa，最低值为4.8 MPa，最高值为9.9MPa。次坝区：抗压强度平均值达到7.7MPa，最低值为3.6MPa，最高值为9.1MPa。过渡区：抗压强度平均值达到6.0MPa，最低值为2.2MPa，最高值为8.6MPa。

这些数据表明加固后的混凝土强度满足设计要求，有利于保证水库大坝的长期稳定运行。

3.2 施工35天后渗透系数检测结果

在加固工程完成35天后，对混凝土的渗透系数进行了检测。渗透系数反映了混凝土防渗性能，较低的渗透系数意味着较好的防渗效果。根据检测结果，加固后的混凝土渗透系数满足设计要求，具体数据如下：

主坝区：渗透系数平均值为1.0×10-6cm/s，最低值为0.8×10-6cm/s，最高值为1.2×10-6cm/s。次坝区：渗透系数平均值为1.3×10-6cm/s，最低值为1.0×10-6cm/s，最高值为1.5×10-6cm/s。过渡区：渗透系数平均值为1.6×10-6cm/s，最低值为1.2×10-6cm/s，最高值为1.9×10-6cm/s[8]。

通过对水库大坝碾压混凝土加固工程施工35天后的抗压强度和渗透系数进行检测，结果表明加固效果显著，混凝土强度和防渗性能均满足设计要求。这为水库大坝的长期稳定运行和安全提供了有力保障。

4 总结

综上所述，本文针对水库大坝碾压混凝土加固工程中的关键问题，提出了一套完整的施工方案。通过对混凝土材料质量的严格控制、合理设计槽段几何尺寸、稳定的施工平台以及分段碾压铺设混凝土材料等措施，确保了工程质量和现场安全。实施本文提出的方案有助于加固水库大坝，确保水利工程的长期稳定运行。最终，本研究对水库大坝碾压混凝土加固工程提供了有力的技术支持。