2.7 层间结合及指标
碾压混凝土由于施工仓面大，混凝土拌和与运输能力不易满足要求，造成层间碾压间隔时间过长，加上施工环境高温低湿，碾压混凝土VC值损失过大，层面易产生冷缝，导致层间结合质量不好，降低层间抗剪断力学指标，并可能产生层间渗漏。如何保证碾压混凝土层间结合质量，在设计与施工过程中需要从碾压混凝土的胶凝材料用量、浆砂比值、VC值、碾压层间间隔时间等方面综合考虑。
2.7.1 坝体层间结合设计
1.确保胶凝材料用量
碾压混凝土配合比选择时，一般会基于降低混凝土温升、有利于温控、避免产生温度裂缝等考虑，尽量减少水泥用量；按混凝土的填充理论，较低的胶凝材料用量难以填满砂子的空隙，影响混凝土和易性、泛浆效果和抗渗性。为便于碾压振动密实，提高碾压混凝土的密实度与抗渗性，保证层间结合质量，碾压混凝土的胶凝材料用量须保持在一定范围内（一般150～180kg/m3）。贵阳院设计的部分工程不同强度等级碾压混凝土的胶凝材料用量统计见表2.7.1。
表2.7.1 贵阳院部分碾压混凝土坝工程混凝土胶凝材料用量统计表
续表
2.提高浆砂比值
浆砂比值是碾压混凝土中灰浆体积（水+水泥+掺合料+0.08mm石粉的体积）与砂浆体积的比值。
我国碾压混凝土配合比经过20多年的发展，已经形成较为成熟的研究体系，其中浆砂比值是碾压混凝土配合比设计中应考虑的一个关键参数之一；根据光照电站现场碾压混凝土配比及施工试验的实践，工程技术人员对浆砂比值影响层间碾压混凝土泛浆效果、层间结合质量及层间抗剪断物理力学指标的认识越来越重视。根据现场试验及工程实践，当人工砂石粉含量在17%左右时，浆砂比值不宜低于0.42。当碾压混凝土的浆砂比值越大，其碾压混凝土的可碾性和泛浆效果越充分，表明碾压混凝土的层间结合质量越良好。
砂中的石粉含量对碾压混凝土配合比中浆砂比值影响大，当碾压混凝土采用的人工砂或天然砂中石粉含量较低时，可采用提高人工砂中石粉含量或提高掺合料（粉煤灰等）代替石粉的方式来提高碾压混凝土中浆砂比值，以此改善碾压混凝土的可碾性及确保层间结合质量。光照水电站碾压混凝土大坝的浆砂比值控制在0.42～0.45之间。
3.斜层碾压
斜层碾压是采用浇筑许多斜坡单层的办法逐层向前推进而形成厚块碾压混凝土的一种施工方法，各单层都从本块顶部向下斜延到上一厚浇筑块的顶部。各单层的坡度根据浇筑能力和浇筑面积和浇筑每一层所需的时间确定，斜层坡度越陡，越能降低层间浇筑间隔时间，就能提高斜层层面抗剪参数和抗滑稳定安全系数；但太陡会造成施工设备利用不够充分，碾压不够密实。
不同的工程应结合坝址区气候条件、碾压混凝土拌和楼配置条件、施工条件及结构抗滑稳定需要等因素，考虑是否采取斜层碾压混凝土施工技术，以确保碾压混凝土连续上升和保证层间结合质量。我国经“九五”科技攻关和多个工程施工实践表明，碾压混凝土斜层平推法可以用较小的浇筑能力满足较大的浇筑仓面，达到减少投入、提高工效、降低成本和保证层面结合质量的目的，是近几年应用较为广泛和成熟的一种碾压混凝土施工方法。
斜层碾压施工的三个主要控制要点为斜层坡度、厚度和坡脚处理，通过选择合适的参数，使层间碾压间隔时间控制在碾压混凝土初凝时间之内。一般碾压层的倾斜坡度在1∶10～1∶20之间，一次连续浇筑高度为3～4.5m，碾压单层厚度为30cm。斜层平推的方向宜平行坝轴线，斜层倾向有倾向上游和倾向左右岸两种。
斜层平推铺筑法的优点：
（1）缩短碾压混凝土层间间隔时间，较好解决碾压层间结合问题。
（2）较小的浇筑强度覆盖较大的坝体仓面，减少浇筑能力资源配置难度，节省施工组织费用。
（3）斜层方向可以从一岸到另一岸或从下游至上游，进行大规模的循环流水作业，减少层面处理工序，层间施工质量较易保证。
（4）由于层面间隔时间大大缩短，上层混凝土覆盖快，能减少混凝土温度的回升，且因浇筑面积小，仓面喷雾、保湿等措施容易实施，因而对高温季节施工具有良好的适应性，以确保碾压混凝土VC值损失较少。
斜层碾压在施工过程中，对坡顶和坡脚处理要求很高。稍不注意，容易造成坡脚骨料被压碎或坡顶碾压不密实等施工缺陷，影响斜层碾压施工层间结合质量。另外，层面铺浆过程中，容易造成坡脚浆液丰富、坡顶浆液贫乏现象，施工中必须引起重视，否则会影响层面结合及抗剪断指标。
光照水电站碾压混凝土坝经咨询国内有关专家后，结合光照工程实际情况，大量采用了斜层平推法铺筑的碾压施工。高程650m以下采用从下游向上游斜层铺筑方式，铺料及碾压方向平行于坝轴线；高程650m以上采用从左岸向右岸的斜层铺筑方式，铺料及碾压方向垂直于坝轴线。斜层碾压坡度控制在1∶12到1∶15范围，并对斜层碾压层间上坡脚和下坡脚进行了专门的处理。层间间歇时间一般宜控制在6h以内，高温季节宜缩短至3～4h以内，升程高度按3～4.5m控制。光照大坝碾压混凝土最大开仓面积达20086m2，实现上坝强度最高达到了21万m3/月。经后期光照大坝钻孔取芯质量检查表明，芯样采取率99.76%、芯样获得率99.50%、芯样优良率95.19%、芯样合格率98.72%；取芯层缝面折断率1.65%，其中缝面折断率0.84%、层面折断率1.74%。芯样外观表面光滑致密，结构密实，骨料分布均匀，胶结良好。光照大坝碾压混凝土层间结合总体良好。
4.VC值动态控制
VC值是指碾压混凝土拌和物的工作度，采用维勃稠度仪方法测得的时间，以秒（s）为计量单位。
根据近些年的碾压混凝土的实践经验证明，碾压混凝土VC值对碾压混凝土的性能有着明显的影响，现场施工中碾压混凝土配合比的控制重点之一就是混凝土拌和物的VC值。由于现场气候条件的变化、碾压仓面的大小、混凝土入仓摊铺及碾压时间等都将影响仓面碾压混凝土VC值、可碾性及泛浆效果。因此，拌和楼出机口VC值，应根据上述影响因素变化，采取动态控制，以确保仓面碾压混凝土的可碾性、泛浆效果及层间结合质量。
碾压混凝土的设计配合比是在规程规范要求的温度和湿度条件下开展的，而现场碾压施工中的情况受气候条件的影响复杂，为确保碾压混凝土在高温、干燥、蒸发量大等不利自然条件下的施工质量，须对碾压混凝土的配合比进行动态调整，一般在保证配合比不变的情况下，通过仓面喷雾和碾辊洒水等措施来改善小气候，以达到降温、保持仓面湿度，减少VC值损失。随着近几年碾压混凝土配合比研究的深入，可通过适当改变缓凝高效减水剂的掺量，达到延缓初凝时间和降低出机口VC值。
出机口VC值应根据季节、施工现场气候条件和施工条件等采取动态进行控制，VC值一般控制在2～8s。较小的VC值能保证碾压混凝土在施工过程中保持良好的塑性，且在上层碾压混凝土覆盖后振动碾压液化泛浆，并能使上层骨料嵌入到下层碾压混凝土中，确保层间结合质量。
5.确保可靠的碾压遍数
碾压混凝土层面泛浆是在振动碾碾压作用下从混凝土中液化提出浆体，这层3～5mm的薄层浆体是保证层面结合质量的关键，液化浆体已作为评价碾压混凝土可碾性的重要标准。因此，可靠的振动及碾压遍数是确保碾压混凝土层面结合及压实度的重要保障。一般采用“2+6+2”遍数可满足要求，即2遍静碾，6遍振动碾，2遍静碾。
6.确保在层间间隔时间内完成碾压
碾压混凝土可以大面积浇筑，以加快浇筑速度，但由于浇筑面积大，上层混凝土未能及时覆盖碾压完成，间隔时间过长，层间便容易产生冷缝；因此碾压混凝土层间间隔时间控制直接关系到层间结合质量的好坏。
在碾压混凝土施工过程中，连续上升的碾压混凝土层间间隔时间应控制在允许时间以内。层间间隔时间应综合考虑碾压混凝土拌和物特性、季节、气温、日照、混凝土入仓强度、施工方法、上下游混凝土分区等因素经试验确定，不应大于混凝土的初凝时间，一般为4～8h，当超过规定时间后应进行层间铺浆处理。贵阳院设计的索风营、光照、思林、格里桥、沙沱等工程采用初凝时间大多为6～8h。
7.层面处理设计
（1）碾压层面施工缝做冲毛处理并铺设厚1.5～2cm的较同区域碾压混凝土强度高一个等级的水泥砂浆。
碾压混凝土坝的施工缝及冷缝是个薄弱环节，往往形成渗漏通道，影响抗滑稳定，必须进行认真处理。缝面处理可以采用刷毛、冲毛等方法，刷毛、冲毛的目的是清除混凝土表面的乳皮、乳浆、污物和松动骨料，增大混凝土表面的粗糙度，以提高层面胶结能力。刷毛、冲毛时机随混凝土配合比、施工季节和机械性能的不同而变化，一般可在初凝以后、终凝之前进行。在处理好的层面上铺水泥净浆或水泥砂浆后再进行上一层铺筑碾压，可保证上下层胶结良好。
（2）为使迎水面碾压混凝土层间结合良好，防止渗漏，在防渗层碾压混凝土层间应铺设厚2～3mm的水泥掺合料净浆。净浆用灌浆泵输送至仓面进行喷洒，铺洒要均匀并及时覆盖上层混凝土。
（3）施工配合比应采用有显著缓凝作用的外加剂，以保证碾压混凝土初凝时间控制在6～8h以上。
（4）日平均气温高于25℃时，应大幅度消减层间间隔时间，并采取防高温、防日晒和调节仓面局部小气候等措施，使碾压混凝土的仓面保持湿润，防VC值损失。若仓面局部有失水发白现象，在覆盖上层碾压混凝土之前铺洒一层水泥净浆或砂浆。此外日平均气温低于3℃或最低气温低于-3℃时，应采取低温施工措施。
（5）在碾压混凝土施工中，降雨强度可按5～10min内测得的降雨量换算值进行控制。在降雨强度小于3mm/h的条件下，可以采取措施继续施工。当降雨强度超过3mm/h时，应停止碾压施工。刚碾压完的仓面应采取防雨保护和排水措施。降雨停止后、恢复施工前，应严格处理已损失灰浆的碾压混凝土，并按照上述的有关规定进行层、缝面处理。
2.7.2 层间结合指标要求
碾压混凝土坝的层间关键指标主要包括层面抗剪断参数及层面抗渗性能指标，这些指标主要受混凝土胶凝材料用量、浆砂比值、VC值、碾压遍数、层间间隔时间等材料、参数和施工质量的影响。
1.层间抗剪断力学指标
碾压混凝土坝为分层碾压，碾压层面是相对弱面，层面的抗滑稳定是一个较突出的问题。因此，作为碾压混凝土重力坝（特别是高坝），有必要对层间抗滑稳定进行计算并提出抗剪断参数设计值要求。随着坝高的不断增大，设计要求的层面抗剪断强度参数也随之增加。
由于层面抗剪断参数在碾压混凝土重力坝的断面设计中起着关键的作用，一般设计根据坝高、混凝土强度等级和坝体防渗排水等布置，可计算出坝体不同高程所需的层面抗剪断参数设计要求值。通过现场碾压试验和坝体取芯试验，验证施工后的大坝实际层面抗剪断参数是否能满足设计要求；最后采用现场试验所得的层面抗剪断参数值，计算大坝实际的抗滑稳定安全系数。
对于前期设计无试验资料坝高70m以上的碾压混凝土重力坝、坝高低于70m的中低坝前期及施工阶段的碾压混凝土抗剪断力学参数，可参见《混凝土重力坝设计规范》（DL 5108—1999）中附录D中表D3选用。
我国已建的光照工程碾压混凝土重力坝坝高200.5m，龙滩工程碾压混凝土重力坝坝高192m，两座大坝挡水断面的层面抗剪断强度参数设计要求值计算结果见表2.7.2。
表2.7.2 光照和龙滩碾压混凝土层面抗剪断参数设计反演值
续表
作为200m级的碾压混凝土重力坝的代表工程，光照和龙滩工程现场碾压混凝土实际达到的层面抗剪断参数值表明，合理选择碾压混凝土强度等级和施工方法，设计要求的抗剪断参数是能够达到的。
根据光照碾压混凝土层面抗剪断试验成果参数（表2.7.3），并与碾压层面抗剪强度参数设计要求值进行了对比。从表2.7.3可知，不同强度等级碾压混凝土抗剪断参数的室内试验值均可满足设计要求，且有较大的余度。
表2.7.3 光照碾压层面抗剪断参数设计与试验对比表
注 1.C′的单位为MPa。
2.室内试验参数为层面不做处理、层间覆盖间隔时间为6h的试验值。
2.层间抗渗指标
碾压混凝土的层间抗渗等级评定与碾压混凝土本体评定是一致的，其根据作用水头（H）对建筑物最小厚度（L）的比值。光照工程对不同部位碾压混凝土提出的抗渗等级见表2.6.4，取芯压水试验表明是能够达到的。
碾压混凝土渗透系数与水胶比和胶材用量密切相关，对有抗渗要求的混凝土，水胶比不宜大于0.55。
3.碾压混凝土骨料品质要求
我国《水工混凝土施工规范》（DL/T 5144—2001）及《水工碾压混凝土施工规范》（DL/T 5112—2009）中规定，混凝土所用砂石骨料按骨料粒径分为细骨料和粗骨料。碾压混凝土中骨料所占比例明显高于常态混凝土，主要是碾压混凝土配合比及施工方式与常态的不同所决定。大量工程实践证明，大坝内部碾压混凝土一般采用三级配，最大骨料粒径80mm，大坝外部防渗区碾压混凝土一般采用二级配，最大骨料粒径40mm。碾压混凝土用人工砂的细度模数应控制在2.2～2.9，天然砂细度模数宜在2.0～3.0；砂的含泥量应小于3%，含水率应小于6%，含水率波动不得超过0.2%，否则应进行脱水。根据部分工程碾压混凝土配合比砂率统计分析，人工骨料三级配砂率一般控制在32%～34%，二级配砂率一般控制在36%～38%；天然砂的砂率较人工砂砂率降3%～6%。
碾压混凝土中石粉含量对碾压混凝土的性能及振动液化泛浆效果的影响较大，大量的工程试验表明，碾压混凝土用的人工砂中石粉含量较高时，能显著改善碾压混凝土的工作性、液化泛浆、可碾性、层间结合、抗骨料分离及提高混凝土密实性等施工性能。近年来工程实践证明，人工砂石粉含量一般控制在16%～22%，贵阳院设计的工程从设计的角度要求人工砂的石粉（d≤0.16mm的颗粒）含量应控制在17%±2%，其中d≤0.08mm的颗粒含量不小于8%，最佳石粉含量通过试验确定。
4.碾压混凝土配合比设计中浆砂比值和VC值要求
碾压混凝土配合比参数选择是配合比设计中的重要环节，碾压混凝土在控制好水胶比、砂率、单位用水量三大参数的同时，控制好浆砂比值和VC值等参数，是提高碾压混凝土工作性、液化泛浆、可碾性、层间结合等施工性能的关键。
根据现场试验及工程实践，当人工砂石粉含量在17%左右时，浆砂比值不宜低于0.42。当碾压混凝土的浆砂比值越大，其碾压混凝土的可碾性和液化泛浆效果越充分，表明碾压混凝土的层间结合质量越良好。光照水电站碾压混凝土大坝的浆砂比值控制在0.42～0.45之间。
VC值一般宜控制在2～8s。较小的VC值能保证碾压混凝土在施工过程中保持良好的塑性，且在上层碾压混凝土覆盖后振动碾压液化泛浆（泛浆厚度一般为3～5mm为佳），并能使上层骨料嵌入到下层碾压混凝土中，确保层间结合质量。
贵阳院设计的龙首水电站针对河西走廊气候干燥蒸发量大的特点，VC值采用0～5s；索风营、光照、思林、格里桥、沙沱等工程的气候条件适中，其VC值大都采用3～8s之间。
5.碾压混凝土碾压参数要求
为保证层间结合质量和碾压混凝土的密实度，需要确保施工碾压遍数；一般工程采用先无振碾压2遍、然后有振碾压6～8遍，再根据需要无振碾压1～2遍的顺序进行；边角部位，采用手扶式振动碾碾16～24遍。可在上述参数范围内筛选出最佳的碾压次（遍）数，最终碾压遍数经现场试验选定，试验时振动碾行走速度可在1.0～1.5km/h，选择2～3个速度进行试验，选取最佳碾压速度，根据表面液化泛浆情况和核子密度仪检测结果增减碾压遍数。
核子密度仪宜按7m×7m～10m×10m的网格布点，相对压实度（指仓面实测压实容重与碾压混凝土配合比设计容重之比）达到98.5%和每一铺筑层80%试样容重不小于设计值即为合格。当低于设计要求时，应及时复检，查明原因，采取补碾处理措施，直至合格为止；处理后仍达不到设计要求，应挖除换填。
6.连续上升层间允许间隔时间要求
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碾压混凝土碾压完毕为止），应严格控制在混凝土初凝时间以内。层间允许间隔时间需综合考虑碾压混凝土拌和物特性、季节、气温、日照、混凝土入仓强度、施工方法、上下游混凝土分区等因素经试验确定。中小型工程也可类比同类工程确定，不同的气候条件和施工强度的大坝要求不同，同一大坝在不同条件和不同部位下要求亦应有所区别。贵阳院设计的索风营、光照、思林、格里桥、沙沱等工程采用层间允许间隔时间大多按6～8h控制，取得较好质量。为此，层间允许间隔时间宜为6～8h，当季节和浇筑能力变化时，其值应相应调整。另还要求混凝土拌和物从拌和到碾压完毕的时间以不大于2h为宜。