张 刚，陈敦刚

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

0 引言

碾压混凝土筑坝技术是最近三十年发展起来的一项筑坝技术。国内碾压混凝土筑坝技术始于1978年，1983—1985年分别在铜街子工程和沙溪口工程中进行碾压混凝土试验，1986年建成我国第1座碾压混凝土坝——福建省大田县坑口坝（高56.8m）。

1 碾压混凝土仓面温度控制技术分析

碾压混凝土因用水量小、流动性差，且采取大面积薄层浇筑，因此易受外界温度、湿度、风力等因素的影响。在高温季节进行混凝土施工时，因高温、强烈日晒等因素影响，使混凝土水分蒸发而降低坍落度，增加摊铺和碾压施工难度；混凝土入仓温度升高，还会使混凝土内部温度与成型后的外部温度产生较大温差，引起裂缝。除需对碾压混凝土原材料及配合比进行优化、降低混凝土原材料储存温度、混凝土运输过程中防止温升外，受施工环境多元化因素的影响，控制仓面内混凝土温度上升技术仍处在探索阶段，混凝土仓面温度控制需根据施工环境条件采取相应的措施。

碾压混凝土仓面温度控制主要体现在仓面“小气候”的改善，但受技术手段的限制，仍有许多难以克服的难题：采用固定或移动式喷雾装置降温，因设备能力所限，其影响范围不能对仓面实现全覆盖，影响碾压混凝土施工速度；在碾压混凝土成型后，采用保温材料覆盖不仅增加工序流程，降低工作效率，而且极易引起下层碾压混凝土水分蒸发而初凝，从而导致碾压混凝土上下层间结合不密实；富胶凝材料碾压混凝土的出现，缓解碾压混凝土层间结合的质量风险，但对仓面保湿的要求很高，且增加了碾压混凝土施工成本；碾压混凝土内通过埋设冷却水管强制冷却降温，可使混凝土成型后内部温升的峰值得到控制，缓解混凝土内部温差引起的裂缝缺陷，但导致仓面工艺复杂，施工效率降低，且冷却水管渗漏会影响层间结合，降低层间摩阻力，给坝体后续运行带来安全风险；与此同时，高温季节下层混凝土面覆盖不及时引起碾压前的初凝冷缝、入仓混凝土坍落度损失及混凝土工作度的峰值均可能引起碾压混凝土众多质量通病。因此，控制碾压混凝土仓面温度和湿度达到设计指标的仓面“小气候”要求，成为高温季节碾压混凝土施工的重大难题。

2 碾压混凝土仓面全覆盖保温降温工作原理

园林草坪喷灌360°自动旋转喷头为绿化草坪养护的专利产品，该自动旋转喷头由喷嘴、喷嘴支架、喷嘴定位和主体组成，喷嘴安装在喷嘴支架和喷嘴定位之间，主体上端连接有上盖，主体内设置升降杆，升降杆内置水流通道，升降杆上端与喷嘴定位下端连接，水流从主体下端进入，自下而上流到喷嘴后向外喷出。升降杆在水的作用下向上升起，喷嘴在水的冲击下旋转，使水流向四周旋转喷洒，有效提高水的利用率（见图 1）。

图1 仓面保湿、保温全覆盖布置

1）利用360°自动旋转喷头喷洒水的方式，结合高喷灌浆水气二重管组合原理，在喷头前置二重管，水源由制冷站专门供给，并在布置供水管的马道上布置空压机，为喷头提供风源。

2）将360°自动旋转喷头进行组装，采取悬挂的方式布置在作业区上方，并由每个喷淋头控制的喷雾压进行叠合，实现碾压混凝土作业面上方全覆盖。

3）喷淋头采取在作业面上方布置承载索的方式进行悬挂，为方便喷淋头检修及喷嘴角度调整，并方便其与岸坡马道上布置的供水供风管道相接，喷淋头悬挂方式采取移动式设计，即利用牵引设施使喷淋头实现其在坝轴线方向两侧自由移动，根据喷淋覆盖面积的需要，实现单侧覆盖或全面覆盖，达到覆盖面开合自如的效果。

4）承载索与坝轴线平行，布置在坝顶高程以上适当位置，并由左右岸坝肩边坡处的锚碇装置锁定牢固，承载索平行间距30m，每条承载索上采用“扁担”布置3组喷淋头，形成排距与间距均为10m的喷头组合均匀喷洒。

5）每条承载索上分左右岸布置喷淋头，喷淋头采取串接方式，每个喷淋头间距控制在10m左右，并使喷淋范围有效搭接，防止喷头组合范围内在喷淋时出现覆盖搭接“盲区”。

6）喷淋头安装在吊架上，吊架与滚轮上的吊耳采用电动葫芦加吊索相接，使用电动葫芦调整喷头的上下移动。

7）喷淋供水（气）管采用高强PVC管，保证系统正常使用。

8）喷头采用360°旋转喷淋系统，调节喷嘴方向，通过调整喷嘴角度及水压，控制单个喷头喷洒范围及水雾姿态，即通过调节每个喷头上4组出水口和每组孔的角度与方向，使喷头喷出的水雾形成互补和加强，从而达到最佳喷淋降尘效果。

9）合理选择冷却水制冷温度，严格按规范控制温差在设计允许范围，即碾压混凝土上方的气温与混凝土表面温度差≤22℃，混凝土内部温度与表面温度差≤22℃。

10）测定工程区在高温时段的水汽蒸发量，适时调整供水压力及供水量，使之在满足仓面“小气候”的前提下，防止因洒水量过大引起混凝土的VC值变化，确保碾压混凝土快速施工及碾压效果。

11）根据碾压混凝土仓面作业机械最大高度，将喷淋头尽量靠近作业面，并利用喷淋形成厚3～5m的低温水气雾化层，以抵抗太阳直射在混凝土面上引起温度回升。

3 主要施工方法

3.1 承载索施工

1）在坝址区左右坝肩各布置1组固定承载索锚碇，每个锚碇采用3～5根25mm地脚螺栓锚固，螺栓入岩深度不小于5m，单根螺栓抗拉拔力不小于9.8kN。

2）为防止锚栓锚固端基岩松散，影响锚碇安全，每根锚栓安装前，对锚栓孔采取固结灌浆，并达到固结灌浆结束标准后，用0.5∶1浓浆向孔内压浆，直至孔口返浆浓度与进浆浓度一致后，将螺栓由孔口旋入孔内，直至螺栓底部到达孔底。

3）人工拌合水泥泥球压入孔内不小于30cm，锚杆与孔壁的间隙采用钢楔固定牢固，将焊有锚环的钢板用螺栓及螺母锚固在基岩上，钢板锚固前对基岩表面采用1∶2砂浆找平。为防止钢板及锚环锈蚀，锚环采用防腐环氧漆涂刷2道，并在钢板上浇筑10～20cm厚混凝土保护层。

4）锚碇施工完毕并达到设计锚固力后进行承载索施工，承载索为8mm，采用千斤顶张拉锁紧。施工时，将承载索所需的钢丝绳运到左岸锚碇平台，然后将20mm尼龙绳的一端用钢丝绳卡环与8mm的钢丝绳连接，连接完成后将尼龙绳从左岸抛向河床，同时右岸锚碇平台的尼龙绳一端和绞盘连接，另一端头从右岸抛向河床，然后将左、右两岸的绳索相连，相连后的绳索采用右岸的绞盘进行收回，靠绳索的牵引将承载索从左岸拉升至右岸，最后于两岸的锚点固定。重复上述工作，完成承载索安装及锁定。

3.2 牵引索安装

1）在承载索安装时，在承载索中部采用钢夹板将2个滑轮固定在承载索上，滑轮分别作为两岸牵引索的固定端，牵引索通过滑轮后，将其绳索拉直后使其甩头预留在承载索的2个锚固端，用8号铅丝绑扎在承载索上。

2）承载索固定完成后，将牵引索滚轮滑槽安装在承载索上，滚轮的下底面与喷淋组合结构吊耳焊接在一起。

3）解除8号铅丝，将2个甩头分别通过设在岸边的绞车与喷头组合结构吊耳的前端和后端相接，控制绞车转筒上正反2个方向的牵引绳索在转筒上的缠绕长度大于移动长度3圈以上。

4）在牵引索上每10m作1个标记，按由河床中心向岸边的顺序将牵引索上的每个标记点与滚轮上布置的锚固点相连并固定牢固。

3.3 喷淋头组装

1）喷淋头吊架采用2根∟25×25制作成桁架结构，桁架结构高度按50cm控制，2根角钢间的肋条采用12钢筋相连，钢筋制作成“之”字形结构。为方便角钢桁架安装，桁架每节制作长5m，并焊接锚垫板，采用25mm螺栓进行连接。

2）吊架与滚轮上的吊耳采用电动葫芦加吊索相接，电动葫芦的运行长度控制在30m以内，超出范围后通过增加吊索方式予以加长。

3）吊架桁架每根长20m，每个吊架上按10m间距布置3个喷头，每个喷头在同一吊架上相对独立，与相邻吊架相对应部位的喷头采用PVC管相连，形成相邻吊架间3组平行的喷头首尾相连布置形式。

4）喷淋头串联时，为防止牵引索运行时对供水管产生拉力，相邻喷淋头间的连接管道应留有足够的富余量，长度不少于11m。

5）旋转喷头与PVC管的连接采用塑料快速接头，喷淋头组装完成后，先用0.1～0.2MPa压力供水试验，检查各喷头运行状况，一切正常后将水压保持在正常水压状态30min进行试运行，方便进行维修和调整。

6）喷淋水管根据作业面范围由两岸向中心移动进行输送，根据作业面情况转动牵引索转筒，调整喷淋头组合与作业区平面相对位置，完成喷淋头对作业区域的覆盖。

3.4 喷淋运行与维修

1）采用多级泵将冷却水由制冷站送至左右坝肩承载索锚碇马道上，供水管道形成进出循环回路。

2）在左右坝肩承载索锚碇马道上各设1台40m3空压机供风，供水管道上设水炮并接叉管向二重管供水。

4）仓面进行混凝土碾压作业时必须采取风水混合喷雾作业，防止因洒水量过大引起混凝土的VC值变化影响碾压作业，并将喷淋头吊架提升至略高于碾压作业机械以上的部位，以保证在不影响作业的前提下，靠近作业面喷雾，增强仓面保湿降温效果。

5）使用喷淋系统进行碾压混凝土洒水养护时，宜采取常温水直接喷淋，以增强养护效果，并节省制冷及供风施工成本。

6）每月定期对喷淋系统检查1～2次，喷淋头上的旋转部分易磨损，需及时更换。一般每个喷淋头1～2个月更换1次。

4 工程实施及效果

黄藏寺水利枢纽坝址距青海省祁连县约25km，工程规模属于Ⅱ等大（2）型，主要建筑物碾压混凝土重力坝（包括挡水坝段、溢流表孔坝段、泄洪底孔坝段和发电引水坝段等）为2级建筑物，坝后式厂房不参与挡水，为4级建筑物。

黄藏寺水库死水位2 580.000m，相应死库容0.61亿m3（有效）；正常蓄水位2 628.000m，正常蓄水位以下有效库容3.33亿m3，调节库容2.95亿m3；设计洪水水位2 628.000m，校核洪水位2 628.700m，水库总库容4.03亿m3（原始），调洪库容0.08亿m3，电站装机容量49MW。

黑河黄藏寺工程左、右坝肩总开挖量为146万m3，开挖所需工期为36个月，大坝碾压混凝土阶段施工周期约22个月。本工程在左、右岸坝肩布置3条承载索及相应的牵引绳，将喷淋头布置在作业区上方，利用360°旋转喷头覆盖整个作业面。

喷淋系统锚碇在大坝左、右岸坡EL2 711.000m高程，设置3条高空喷淋承载索，并利用承载索及吊架结构将喷淋头间隔距离缩小为10m，并实现喷淋设备在坝轴线上的左右开合和每个喷淋头在高程上的上下位置调整，喷淋设备利用左、右岸开挖面所提供的供水设施向喷淋设施进行供水，节省开挖降尘施工成本；在大坝碾压混凝土实施阶段，将高喷喷淋设施改造为碾压混凝土施工仓面降温、保湿、营造“小气候”设施，并达到如下效果。

1）通过在大坝开挖区左、右坝肩处设置3条高空喷淋降尘承载设施，将高压水通过喷淋管道输送至承载索上布置的喷头中，在高空中形成细微雨雾状水滴，对作业区实现无死角全覆盖。

2）通过牵引索控制和调节旋转喷头位置、喷头间距及每根喷淋供水管的控制数量，实时控制喷淋降尘时间段、水温、喷射角度及方向、区域等，减少耗水量，增加空气湿度，改善施工区域空气质量。

3）由牵引索上布置的滑轮实现每条喷淋线在相应的承载索上来回移动，达到对喷淋区域的随时调节，随开挖区的展开可实现最佳覆盖。

4）采用360°旋转洒水喷淋设备对喷嘴角度进行调节，并结合供水设备对供水压力进行调节，使喷头喷出的雾状水滴形成不同姿态组合，从而达到最佳喷淋和潮湿效果。

5）采用左右岸两侧开合移动式喷淋系统设计，便于喷淋系统检修和维护。

6）对悬挂喷淋头的吊架采用可升降式设计，利用空间高度和风力减小喷水水颗粒直径，不仅达到降尘和保湿目的，而且最大限度避免在工作面或坡面上产生水蚀现象。

7）通过对开挖作业区域良好的降尘效果，改善施工环境，保障施工人员职业健康，并提高施工效率。

8）通过水会混合装置调节水雾颗粒粒径和温度，使碾压混凝土仓面在不影响碾压混凝土质量的前提下实现保湿降温。