官地水電站大壩碾壓混凝土快速施工關鍵技術

韓國松 楊海燕 姜一天 李麗霞

(1.河北工程大學,河北 邯鄲 056038; 2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概況

某水電站壩頂高程1 334.0 m，壩高168.0 m，最大剖面壩底寬153.2 m，壩軸線全長516.0 m，共計分為24個壩段，其中4個溢流壩段、18個擋水壩段和2個含底孔壩段，正常蓄水位1 330.0 m[1]。大壩建設總計混凝土使用量313萬m3，混凝土使用量見表1。

表1 大壩建設使用混凝土統(tǒng)計表

由于不可抗拒因素，大壩混凝土澆筑較原計劃向后延期3個月，使大壩混凝土施工工期壓縮至22個月，要求大壩碾壓混凝土必須進行快速施工，需將混凝土澆筑層厚度由原來的3 m提高到4.5 m或6 m，甚至更厚，同時縮短澆筑間歇期在7 d之內(nèi)，此外，大壩建設位于山區(qū)，氣候復雜，澆筑期晝夜溫差最大可達20 ℃，產(chǎn)生的溫度荷載加大，增加混凝土產(chǎn)生裂縫的可能。為了縮短施工層時間間隔，提高層面膠結質量，加快碾壓混凝土施工速度、提高建設強度很有必要。

為使大壩工程建設，加快碾壓混凝土施工效率，達到連續(xù)、高強、快速施工的目的[2-6]，本工程主要以下面4個主要問題進行研究和實施：

1)優(yōu)化改進施工場地和機械的布置；

2)采用新的混凝土摻料配比；

3)探究并改進混凝土溫控防裂技術；

4)大型翻身模板、鋼筋直螺紋套筒鏈接、RCC碾壓質量GPS監(jiān)控系統(tǒng)等技術的使用等。

2 快速施工技術

2.1 施工場地和機械的優(yōu)化布置

官地水電站樞紐工程所在的地區(qū)地形屬于高山峽谷地區(qū)，河谷呈典型對稱的“V”型形狀，河流兩岸峽谷坡度較陡峻，左右岸坡度均在35°～50°之間，為確保在工期內(nèi)完成大壩澆筑任務，混凝土施工必須采用厚層短間歇施工方法，采用自卸式汽車直接入倉方式對大部分混凝土進行澆筑，需對施工場地內(nèi)道路路線重新規(guī)劃，在原投標時設計入倉道路的基礎上新增加4條道路，形成左右岸與上下游的環(huán)線道路。

在大壩施工場地設混凝土拌和系統(tǒng)兩個，由2座HL-2S600L型強制式攪拌樓構成的底線拌和系統(tǒng)。該拌和系統(tǒng)用于生產(chǎn)常溫混凝土，生產(chǎn)能力為600 m3/h。由1座4×3 m3型拌和樓和1座2×6 m3型拌和樓構成高線拌和系統(tǒng)，用于生產(chǎn)常溫混凝土與預冷混凝土，每小時可生產(chǎn)常溫混凝土與預冷混凝土：480 m3/h,370 m3/h，整個系統(tǒng)總生產(chǎn)能力為30萬m3/d，滿足大壩建設施工要求。

大壩施工混凝土均由自卸車(20 t)及攪拌車(6 m3)經(jīng)場內(nèi)已規(guī)劃路線運輸?shù)浇ㄔO施工作業(yè)面進行澆筑碾壓。混凝土及設備的垂直運輸由2臺20 t輻射式纜機進行施工。壩后布置2臺MQ900B60T型門機、K80-115型塔機和C7050型塔機軌道等用于常態(tài)混凝土施工。

2.2 混凝土配合比優(yōu)化設計

對筑壩材料和配合比參數(shù)進行大量的試驗并進行論證和優(yōu)化，大壩施工采用的新型碾壓混凝土摻合料及各材料配合比例詳見表2。通過摻用不同的材料優(yōu)化配比，明顯降低混凝土凝結過程中的水化熱，降低了溫升。

表2 碾壓混凝土摻合材料及各材料配合比例

2.3 混凝土溫控防裂技術

在高溫季節(jié)混凝土施工，主要通過骨料風冷、加制冷水和加冰拌等措施來降低預冷混凝土的出機溫度。在運輸過程中，對吊罐、自卸車等運輸容器側壁增設保溫隔熱材料，施工過程中統(tǒng)一調(diào)度，縮短出機到澆筑時間，把混凝土從出機到搗實過程中溫度回升控制在5 ℃以下。當澆筑倉內(nèi)氣溫大于25 ℃時，需對倉號周圍采取噴水及噴霧措施，來降低澆筑周圍局部環(huán)境溫度。混凝土收藏溫度嚴格控制在17 ℃以下。在上一層混凝土澆筑之前在已完成施工表面鋪蓋2 cm棉被，在拆模前用3.5 cm聚乙烯苯板貼在表面鋼板外部。在拆模后覆蓋一層2.0 cm厚大壩保溫被20 d以上。

在施工結束后，混凝土終凝后開始通水冷卻，使用14 ℃制冷水在自由區(qū)一期冷卻(3月～10月份)，在前30天1.0 m3/h，30 d后通水0.5 m3/h，共計通水60 d，混凝土內(nèi)部溫度降至21.0 ℃～23 ℃。在中期根據(jù)溫度測量結果，綜合考慮環(huán)境、水管布置、通水量等因素選擇合適的通水量、溫度和時長。在水庫蓄水前對溫度還未達到設計要求局部區(qū)域進行后期冷卻。

根據(jù)普查溫度繪制的溫度場圖分析各壩段混凝土內(nèi)部溫度均達到設計標準。

2.4 斜層碾壓技術

在大壩上下游采用由右至左及由左至右雙向壩面平鋪施工，為盡可能縮小施工碾壓面積，對碾壓混凝土進行及時覆蓋，采用斜層碾壓施工技術，碾壓坡度在1∶10～1∶15范圍內(nèi)，最大程度上的減少高溫時節(jié)混凝土覆蓋時間間隔。

2.5 大型翻升模板技術

在模板安裝工程中，根據(jù)施工大壩的自身結構特點及施工需要，在建設過程中壩體上下游直立面和側面采用連續(xù)翻升鋼模板，規(guī)格為3 m×3 m；壩體內(nèi)部廊道處與牛腿部位均使用預制混凝土模板，在4個中墩位置均使用自升式滑升模板。通過對不同部位使用相對應的模板，不僅極大的提高了施工效率，加快了支模、拆模速度，保證了施工進度安全有效推進。

2.6 鋼筋直螺紋套筒連接技術

施工對接時，用直螺紋套筒(直螺紋套管)將兩個螺絲頭連接起來。這樣針對大壩廊道，空洞等含大量鋼筋處鋼筋進行連接，優(yōu)先采用此技術進行機械連接。在不能使用機械處采用傳統(tǒng)手工焊接。與傳統(tǒng)的焊接方式相比，通過兩種連接結合的方式，具有接頭處強度高，速度快，適應性強等特點，大大的加快了施工技術，縮短工期。

2.7 碾壓混凝土切縫技術

為提高碾壓混凝土的施工速度，針對大壩工程切縫量大，對切縫施工工藝進行改進。本工程采用手持式振動切縫機，先碾后切，填縫材料用雙層彩條布作為切縫填充材料，切縫結束后再次使用振動碾碾壓1遍～2遍。

2.8 RCC碾壓質量GPS監(jiān)控系統(tǒng)使用的技術

本工程采用的實時監(jiān)控系統(tǒng)，主要由GPS監(jiān)控系統(tǒng)、混凝土溫度檢測系統(tǒng)、倉面環(huán)境信息與核子密度儀檢測信息實時監(jiān)控系統(tǒng)、壩體施工現(xiàn)場信息PDA采集與大壩進度施工總布置可視化系統(tǒng)組成。傳統(tǒng)的測量方法是先人工碾壓層厚并記錄碾壓遍數(shù)，后進行組織抽樣測試壓實度。該系統(tǒng)能在碾壓填筑施工中滿足全方位數(shù)字化監(jiān)控，明顯提高了監(jiān)控效率，還能對其動態(tài)進行分析評價。

3 質量檢測與評定

3.1 混凝土取芯試驗

對大壩進行鉆芯取樣，其中取樣的鉆孔直徑為219 mm，取得的芯樣直徑為200 mm，進孔深183.55 mm，取得混凝土樣長183 mm，取樣的鉆孔直徑為171 mm，取得的芯樣直徑為150 mm，取孔深度為381 mm,混凝土芯樣直徑為378 mm。總計取樣孔深565 mm，其中單根長10 mm以上的芯樣個數(shù)為12根。通過檢查芯樣觀察表面光滑，結構密實，說明混凝土施工后膠結良好。

混凝土芯樣耐久性和力學性能試驗表明，設計的RCC符合要求，其試驗結果如表3所示。

表3 RCC芯樣力學性能及耐久性指標試驗結果表

3.2 壓水試驗

大壩壓水測量共設4孔，編號分別為YS1，YS2，YS3以及YS4，通過對36段混凝土進行測量發(fā)現(xiàn)，呂榮值最小為0.004 7 Lu，最大高達0.335 42 Lu，其中小于0.01 Lu的混凝土有13段，0.01 Lu～0.1 Lu的混凝土有18段，0.11 Lu～0.35 Lu的混凝土有5段，可見大壩抗?jié)B透性較好，整體均符合規(guī)范要求。

4 結語

通過施工場地的合理布局，采用自卸汽車運輸直接入倉、斜層碾壓和溫控防裂等技術進行短間歇厚升層快速施工，不僅兼顧混凝土壩的安全性與經(jīng)濟性二者統(tǒng)一，還提高了混凝土壩建設施工速率和運行的成本，其成功經(jīng)驗可為類似大壩建設施工提供參考。