4.5 m升層混凝土施工技術的推廣與應用

黃 丹 勇，　楊 衛 森

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都　610091)

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4.5 m升層混凝土施工技術的推廣與應用

黃 丹 勇，楊 衛 森

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都610091)

介紹了錦屏一級水電站高拱壩采用的4.5 m升層雙撐桿懸臂大模板施工技術，加快了拱壩混凝土澆筑上升速度。

4.5 m升層；混凝土；施工技術；錦屏一級水電站

1　概　述

錦屏一級水電站混凝土雙曲拱壩壩頂高程為1 885 m，建基面高程1 580 m，最大壩高305 m，是世界上已建成的最高的混凝土拱壩。工程位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，地處高山峽谷，地質地形條件極為復雜。該拱壩混凝土澆筑因邊坡及壩基開挖工程滯后﹑混凝土工程量增加﹑前期骨料供應不足等因素影響，導致大壩混凝土澆筑滯后原定工期9個月。為此，開展了特高拱壩混凝土4.5 m升層厚度澆筑關鍵技術研究與應用，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術難題，并在全壩段推廣使用，加快了拱壩混凝土澆筑上升速度，節約工期4個月。

2　主要施工關鍵技術

2.14.5 m升層模板施工技術

4.5 m升層澆筑混凝土會對模板產生更大的側壓力，導致模板變形控制難度大大增加。為解決模板變形問題，保證大壩體型滿足設計要求，研發了雙撐桿懸臂大模板及4.5 m直筒異型液壓自爬模板。

(1)雙撐桿懸臂大模板。

為滿足4.5 m升層混凝土澆筑，加快施工進度，我們委托模板專業化公司進行模板設計。 通過對上下游面模板在高度方向上以折代曲所產生的偏差進行分析，采用高度為4.9 m的模板澆筑4.5 m升層倉最大偏差發生在大壩上游面1 871～1 885 m高程，偏差值為-1.1 cm，其它部位偏差均≤1 cm，滿足規范要求；水平方向的模板寬度按常規的3 m考慮，通過作圖對偏差進行分析，偏差均滿足規范要求。結合各壩段寬度輔以2.7m、2.4 m、2.1 m寬度規格的模板、再配合拼縫板以解決曲率變化引起的“V形和倒V形開口”問題。

模板采用雙支點、雙軸桿的支撐方式以增強模板剛度，懸臂大模板主要由面板系統、支撐系統、錨固系統及輔助系統四部分組成，通過由加強型爬升錐、懸掛螺栓、預埋蛇形筋等組成的錨固系統固定模板，具有操作簡單快捷、通用性強、調節靈活方便、安全性高、周轉次數多等特點，在錦屏一級水電站高拱壩施工中已被廣泛應用。

(2)4.5 m直筒異型液壓自爬模板。

錦屏一級水電站大壩電梯井位于18#壩段，為異型結構，井深247 m，井內結構復雜、空間狹窄。澆筑分層隨大壩升高采用3 m或4.5 m，為此，電梯井模板采用4.7 m高整體液壓自動爬升模板。該模板使用簡便、操作快捷，節省了大量的施工時間及施工成本。模板結構為幾個面板結構基本相同或對稱，桁架結構相同或對稱且相對獨立的整體單元。澆筑混凝土時，各單元的模板及上桁架需連成整體，共同承擔施工荷載；其它工況下各單元既可以獨立施工作業，也可以整體施工作業，相互之間施工作業的干擾小。

液壓自爬模板體系具有的優點：

①液壓爬模可整體爬升，也可分單元爬升，爬升穩定性好。液壓爬升過程平穩、同步、安全。

②提供全方位的操作平臺，操作方便，安全性高，可節省大量的工時和材料。

③爬模架一次組裝后，一直到頂不落地，既節省了施工場地，也減少了模板(特別是面板) 的碰傷損毀。

④模板安裝簡單，糾偏方便，施工誤差可逐層消除。

⑤模板爬升速度快，可以提高工程施工速度。

2.24.5 m升層澆筑溫控關鍵技術

拱壩施工期產生裂縫的主要原因是混凝土溫度應力超過其抗裂能力而致，溫度應力超標是導致裂縫產生的主要原因，一般產生在通水冷卻、強迫降溫過程中。為了防止混凝土裂縫，通常采用控制澆筑層厚、延長間歇期，通過層面散熱，降低混凝土最高溫度的溫控措施以減少溫度應力。錦屏一級水電站拱壩陡坡壩段約束區溫控防裂安全裕度不高，4.5 m升層將對溫度應力產生不利影響。

(1)4.5 m升層與3 m升層澆筑對比分析。

通過仿真計算分析同等條件下3 m升層澆筑和4.5 m升層澆筑溫度場、溫度應力和安全系數的差別，評估4.5 m升層澆筑溫控防裂的風險并得出以下結論：

①4.5 m升層澆筑混凝土的最高溫度一般發生在1～3 d齡期之內；混凝土內部最大順河向應力均發生在該部位二期通水冷卻降溫末期。河床壩段最大順河向應力位于基礎強約束區；岸坡壩段最大順河向應力位于基礎強約束區與岸坡交界處。4.5 m升層澆筑混凝土溫度應力的基本規律與3 m升層澆筑相似。

②河床壩段的溫度和應力情況基本規律如下：4.5 m升層澆筑比3 m升層澆筑最高溫度略高，相差約0.3 ℃，最高溫度滿足設計標準要求。4.5 m升層澆筑比3 m升層澆筑的最大應力略大0.05～0.12 MPa，安全系數降低0.04～0.16。

③考慮采用纖維混凝土和錦屏水電站B版溫控措施后，4.5 m與3 m升層澆筑層厚相比最高溫度略高0.4 ℃，最大應力略大0.14 MPa(主要原因在于最高溫度增加以及間歇期增加)，安全系數略低。

(2)4.5 m升層澆筑溫控標準及措施優化。

由于采用4.5 m升層澆筑后，壩體最高溫度和最大應力均有所增大，遂對4.5 m升層澆筑的溫控標準和措施進行了優化，并保證措施優化后4.5 m升層澆筑的抗裂安全系數優于現有溫控措施條件下3 m層厚澆筑的情況。

2.34.5 m升層澆筑施工工藝

(1)做好倉面設計和資源配置。

4.5 m升層澆筑采用平鋪法澆筑。每倉分4區共9個坯層(40 cm+55 cm×2+50 cm×6)澆筑，將上下坯層覆蓋時間控制在4 h以內，要求入倉強度必須達到180 m3/h以上。在倉內配置“四平四振”平倉振搗設備，并在倉外四周布設10臺噴霧機用于倉內降溫。

(2)提高混凝土輸送和澆筑速度。

為充分提高纜機的吊運效率，將倉面根據4臺纜機覆蓋范圍分為4個施工區域。開倉前，在兩邊橫縫上標示清楚。在每個施工區域內布置平倉機和振搗臂各1臺，并在倉內設置下料標識進行定位。當吊罐距離倉面高度在1.5 m以內時，迅速下料。除特殊情況外，纜機不行走大車，纜機在倉內卸料完畢、平倉機及時平倉。

(3)縮短冷卻水管鋪設時間。

在澆筑過程中，各區同一坯層覆蓋時間的長短不一，通過充分利用各區的覆蓋時間差鋪設冷卻水管并保證澆筑不停歇，從根本上消除了冷卻水管鋪設對混凝土澆筑的影響。

(4)加強模板變形控制。

4.5 m升層大模板的單套模板比3 m升層模板重量增加約70%，此外，4.5 m升層澆筑混凝土會對模板產生更大的側壓力。我們采用在橫縫上定點拉線控制和全站儀實時測量兩種方式觀測模板的變形情況，發現異常，及時處理。

(5)加強混凝土溫度控制。

①對混凝土骨料采用一次、二次風冷的措施進行預冷，以砸石溫度替代表面溫度的方式確保骨料內部溫度滿足要求，從而保證了入倉溫度和澆筑溫度滿足設計要求。

②混凝土拌制采用冷水、加冰拌制，以確保混凝土出機口溫度滿足設計要求。

③混凝土澆筑過程中加快了混凝土層面的覆蓋速度和平倉振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土澆筑強度，縮短坯層覆蓋時間(控制坯層覆蓋時間在4 h以內)。

④高溫季節(時段)進行倉面噴霧，以降低環境溫度。

⑤混凝土通水冷卻，在每個4.5 m升層試驗倉內按1.5 m×1.5 m布置了3層HDPE冷卻水管。采用1臺制冷能力為360 m3/h的冷水機組進行通水冷卻。

3　4.5 m升層混凝土施工

錦屏一級水電站大壩共設26個壩段，大壩首倉14#壩段于2009年10月23日開倉澆筑，至2013年12月23日26#壩段最后1倉封頂，歷時50個月。大壩共澆筑1 495倉(共計混凝土507.13萬m3)，其中1.5 m、3 m和4.5 m倉數量分別為205倉、734倉、556倉，混凝土澆筑量分別為33.94萬m3、237.37萬m3、235.82萬m3。

(1)體型控制。

總的體型控制成果見表1。

表1　錦屏一級水電站大壩體型偏差統計成果表

從大壩1.5 m、3 m、4.5 m升層形體偏差統計成果看，各澆筑層的體型偏差符合設計要求，4.5 m澆筑升層體型偏差略大于1.5 m、3 m層厚。

(2)溫控實施情況評價。

混凝土在高線拌和樓拌制過程中，骨料風冷溫度控制良好，加上動態調整加冰量的措施，混凝土出機口溫度控制良好，合格率達到99.8%。通過混凝土運輸、澆筑過程中的溫度控制，澆筑溫度總體控制在11 ℃范圍內，運輸過程中的溫度回升也基本控制在4 ℃以內，澆筑溫度合格率達到96.5%。

根據1.5 m、3 m、4.5 m升層最高溫度超溫統計情況表看，3 m升層超溫率最高。這是因為主要基礎約束區、結構倉多數澆筑3 m升層，故其超溫率比其它澆筑升層略高。通過對澆筑時間以及最高溫度出現時間相近的澆筑倉最高溫度情況進行對比得知，總體規律為4.5 m層厚最高溫度略高于3 m層厚澆筑倉，平均高0.05 ℃左右。從溫度過程看，4.5 m層厚溫度過程與3 m層厚相差不大。

4　進度分析

(1)大壩不同升層倉使用情況及對施工進度影響分析。

大壩共澆筑倉位1 495個，其中4.5 m倉層厚度澆筑倉位占總倉位數的37.2%，混凝土量占總方量的46.5%。若將4.5 m升層倉全部按3 m升層施工，則需多澆筑278個倉。因此，采用4.5 m倉層厚度澆筑混凝土對加快施工進度十分有利。

(2)典型壩段分析。

孔口壩段(15#壩段)4.5 m升層倉共澆筑了28倉，澆筑方量為14.5萬m3，混凝土方量為該壩段總方量的40%。采用4.5 m升層倉后，較采用3 m升層倉倉位數量減少了14倉。按實際統計，采用4.5 m升層倉與采用3 m升層倉比較，大壩每上升1 m可節約1 d時間，按此效率， 15#壩段采用4.5 m升層共澆筑126 m，節約工期126 d。

岸坡壩段(19#壩段)4.5 m升層倉共澆筑了36倉，澆筑方量為16.1萬m3，混凝土方量為該壩段總方量的63%。采用4.5 m升層倉后，較采用3 m升層倉倉位數量減少了18倉。按照平均完成一倉用10 d時間計算，相當于增加了180 d的倉位調節時間。

采用4.5 m升層方案，能夠減少備倉和澆筑次數，減少設備轉倉次數和時間，提高施工效率，明顯縮短了施工工期，減少了水平縫面的處理次數，從而大大節省了人工及材料，相應的水平縫面沖毛及損耗、保溫等工序的工程量明顯減少。

(3)施工進度成果。

大壩混凝土澆筑從2009年10月23日開始至大壩全線澆筑至壩頂高程1 885 m，共歷時約50個月，完成混凝土澆筑507.13萬m3。大壩混凝土施工月最高強度18.02萬m3，高峰年澆筑混凝土169.13萬m3，月平均強度14.09萬m3；全壩月平均上升高度為6.1 m，高峰年全壩月平均上升高度為7.5 m，其中19#壩段上升111 m，月平均9.25 m。

5　結　語

通過采取雙撐桿懸臂大模板、4.5 m直筒異型液壓自爬模板、4.5 m升層澆筑溫控標準及措施優化、4.5 m升層澆筑施工工藝優化等技術措施，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術難題，在全壩推廣應用后加快了拱壩混凝土澆筑上

升速度，實現了錦屏一級水電站拱壩優質快速施工，節約工期4個月。

4.5 m升層厚度澆筑關鍵技術突破了常態混凝土拱壩澆筑倉層厚度的限制，為靈活組織施工和加快施工進度提供了一個有效的技術手段。該項技術在錦屏一級工程中的應用，不僅對加快錦屏一級水電站拱壩施工進度，保障工程順利建成具有非?，F實的意義，而且在烏東德、白鶴灘、松塔等同類工程中具有廣泛的應用前景和推廣價值。

(責任編輯：李燕輝)

2016-05-20

TV7；TV52；TV544

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1001-2184(2016)04-0071-03

黃丹勇(1973-)，男，湖北應城人，項目經理，高級工程師，從事水電工程施工技術與管理工作；

楊衛森(1987-)，男，山西洪洞人，助理工程師，從事水電工程施工技術與管理工作.