阿爾塔什面板堆石壩混凝土面板施工技術(shù)介紹

唐德勝

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610000)

阿爾塔什水利樞紐工程位于新疆南疆地區(qū)，大壩為混凝土面板砂礫石堆石壩，最大壩高164.8m，壩長(zhǎng)795m。大壩壩基為深厚覆蓋層，鉆孔揭露最深處達(dá)93.9m。其混凝土面板位于大壩上游迎水面，頂部與壩頂防浪墻連接，壩頂高程1821.8m，底部與趾板連接，最低高程1662.4m。面板頂部厚度為0.4m，面板底部最大厚度為0.96m。按設(shè)計(jì)要求，大壩面板分三期進(jìn)行澆筑，澆筑時(shí)段分別為2018年、2019年、2020年的3—5月。

工程地處葉爾羌河流域，主要水流補(bǔ)給為雪融水，流域內(nèi)為典型的大陸性氣候，具有溫差大、濕度小、風(fēng)大及日照時(shí)間長(zhǎng)等氣候特點(diǎn)。這些都是不利于面板混凝土施工的因素，也給混凝土面板的養(yǎng)護(hù)帶來(lái)了極大困難，對(duì)混凝土面板施工提出了更高的要求。

1 混凝土面板施工常見(jiàn)問(wèn)題分析

1.1 擠壓邊墻及板間縫平整度差

目前墊層料常見(jiàn)的固坡方式有削坡法、砂漿固坡法及擠壓邊墻法，其中擠壓邊墻因其施工工藝簡(jiǎn)單、功效高等特點(diǎn)，近年來(lái)作為面板堆石壩墊層料固坡方式在施工中得到了廣泛應(yīng)用。但由于擠壓邊墻采用分層施工的工藝，層間搭接部位易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)，造成擠壓邊墻的整體平整度較差。

另一方面，面板混凝土澆筑側(cè)模一般采用木板拼接，拼接后木板在滑模重壓、混凝土浸泡及周轉(zhuǎn)使用下接縫部位易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，從而造成面板側(cè)面錯(cuò)臺(tái)。

1.2 面板混凝土裂縫

大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，混凝土面板壩作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)在施工及運(yùn)行過(guò)程中，在各種外荷載、溫度應(yīng)力、干縮應(yīng)力及運(yùn)行期水壓力等因素相互耦合作用下，易發(fā)生裂縫。此現(xiàn)象在南疆氣候干燥、多風(fēng)、溫差大的地區(qū)尤為明顯，根據(jù)對(duì)此區(qū)域內(nèi)已建的幾座大壩的統(tǒng)計(jì)，面板裂縫數(shù)量均較多，且多為貫穿性裂縫。

2 常見(jiàn)問(wèn)題防治措施

2.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土面板為面板堆石壩主要防滲結(jié)構(gòu)，因此在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮混凝土力學(xué)、變形、抗裂及施工可操作性等因素，嚴(yán)格控制混凝土水灰比，并摻加適宜的摻和料和外加劑，得到水化熱低、干縮小、抗裂性能好的混凝土配合比。

在阿爾塔什工程面板混凝土配合比設(shè)計(jì)中對(duì)摻粉煤灰、PVA纖維、抗裂防水劑及硅粉的多種組合方案進(jìn)行了對(duì)比分析，其中PVA纖維可以提高混凝土的韌性和抗拉力，降低彈性模量，可使混凝土達(dá)到防止開(kāi)裂的效果。因此最終選定的配合比見(jiàn)表1。

表1 面板混凝土配合比

對(duì)選定的混凝土配合比進(jìn)行了力學(xué)、變形、抗裂等方面試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 施工工程措施

2.2.1 大壩臨時(shí)斷面填筑超高及預(yù)留沉降期

混凝土面板為剛性結(jié)構(gòu)物，而大壩堆石為散粒體。由于混凝土材料和堆石材料性質(zhì)相差懸殊，其接觸面之間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)與脫開(kāi)，這將導(dǎo)致面板與墊層間出現(xiàn)脫空，改變面板以承壓為主的力學(xué)模型，從而導(dǎo)致面板產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫。因此，在施工中要通過(guò)適當(dāng)?shù)亩咽咛钪苊饣炷撩姘迮c堆石體之間產(chǎn)生脫空。

按現(xiàn)行規(guī)范要求，面板分期施工時(shí)，先期施工的面板頂部填筑應(yīng)有一定超高，壩高大于100m時(shí)，分期面板頂部以上超填高度不應(yīng)少于10m。填筑完成至面板澆筑的壩體預(yù)沉降期宜為3～6個(gè)月，150m以上高壩

表2 面板混凝土性能參數(shù)

不宜少于6個(gè)月。對(duì)于沉降期的控制標(biāo)準(zhǔn)，宜按照面板頂部壩體沉降速率小于5mm/月控制。為減少填筑體拉伸變形，上下游壩體臨時(shí)斷面高差不應(yīng)過(guò)大，對(duì)于高面板堆石壩，壩體堆石的填筑施工應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)上下游全斷面均衡上升。

阿爾塔什面板壩一期臨時(shí)斷面填筑超高24m，面板澆筑前5周累計(jì)沉降量為2.6mm；二期臨時(shí)斷面填筑超高18.8m，面板澆筑前累計(jì)沉降量為3mm。壩體預(yù)留沉降期均為6個(gè)月。

2.2.2 降低面板約束

面板板間縫約束及擠壓邊墻與面板間約束是產(chǎn)生面板非結(jié)構(gòu)性裂縫的重要原因，已有經(jīng)驗(yàn)表明，面板側(cè)面錯(cuò)臺(tái)、擠壓邊墻錯(cuò)臺(tái)及鋼筋架立筋割除不徹底均有可能導(dǎo)致面板早期裂縫的產(chǎn)生。因此在施工中應(yīng)采取以下措施進(jìn)行擠壓邊墻及面板側(cè)面平整度控制。

a.采取側(cè)模鑲貼鐵皮、定型模板等措施對(duì)面板側(cè)模平整度進(jìn)行控制，并在澆筑完成后采用2m靠尺進(jìn)行檢查，平整度不合格部位采用角磨機(jī)打磨處理。

b.擠壓邊墻在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)平整度控制，采取如槽鋼導(dǎo)軌等有效的導(dǎo)向措施。并避免大型機(jī)械在擠壓邊墻附近振動(dòng)或人員頻繁踩踏，乳化瀝青噴涂前對(duì)平整度進(jìn)行檢查，對(duì)不平整部位采用M5砂漿進(jìn)行修復(fù)，采用“兩油一砂”工藝以保證乳化瀝青噴涂厚度。

c.在混凝土澆筑過(guò)程中，邊澆筑邊進(jìn)行架立筋割除，減少澆筑后混凝土與擠壓邊墻間約束。

2.2.3 表止水槽口提前預(yù)留

側(cè)模采用干松木加工制作，在制作完成的側(cè)模上緣安裝50mm×70mm槽鋼作為滑模與側(cè)模間的保護(hù)，側(cè)模下緣內(nèi)側(cè)加工成120mm×15mm槽口，作為側(cè)模與面板垂直縫銅止水之間安裝槽口。側(cè)模加工時(shí)應(yīng)按混凝土面板厚度漸變情況進(jìn)行編號(hào)，以便于后續(xù)模板安裝。側(cè)模支撐三腳架加工材料為50mm×50mm×5mm角鋼，角鋼拼接部位滿(mǎn)焊，采用φ22錨筋作為三腳架支撐點(diǎn)。側(cè)模安裝時(shí)2m范圍內(nèi)平整度偏差不大于5mm，型體尺寸偏差不大于3mm，模板與銅止水的對(duì)中偏差不大于5mm。

圖1 側(cè)模結(jié)構(gòu)示意

2.2.4 滑模支腿機(jī)械就位

滑模就位采用2臺(tái)10t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，12m倉(cāng)位采用14m滑模，6m倉(cāng)位采用9m滑模。在工程前期施工中滑模支腿和行走輪采用螺栓固定，在到達(dá)安裝位置后采用墊枕木加千斤頂?shù)姆绞竭M(jìn)行支腿回收。此施工方法不僅存在極大的安全隱患，而且施工效率低、耗時(shí)長(zhǎng)。因此，對(duì)滑模支腿、行走輪進(jìn)行了改進(jìn)，采用電動(dòng)絲桿升降機(jī)進(jìn)行滑模行走輪升降，有效解決了滑模支腿回收時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)大、施工效率低、耗時(shí)長(zhǎng)等難題。滑模支腿改造結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 滑模支腿結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況總結(jié)，用于收納滑模行走輪的矩形框底面應(yīng)比滑模底面高出10～20mm，以避免因面板混凝土表面不平整導(dǎo)致的滑模在提升過(guò)程中兩側(cè)矩形框與面板混凝土間出現(xiàn)剮蹭，從而增大卷?yè)P(yáng)機(jī)負(fù)荷問(wèn)題的發(fā)生。

2.2.5 混凝土澆筑質(zhì)量控制

a.混凝土坍落度控制。面板混凝土規(guī)范要求入倉(cāng)坍落度為5～7cm，坍落度損失受氣候、外加劑質(zhì)量以及混凝土特性等多方面因素影響，在面板正式澆筑前應(yīng)進(jìn)行模擬性試驗(yàn)，以具體確定混凝土出機(jī)口、入倉(cāng)口坍落度等參數(shù)。按阿爾塔什工程施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土出機(jī)口坍落度控制在9～10cm，入倉(cāng)坍落度為8～9cm，溜槽溜送(溜送距離100m)坍落度損失1.7～2.6cm，倉(cāng)面坍落度控制在6.5cm左右較為適宜。

混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)振搗，中間混凝土宜采用70型振搗棒振搗，靠側(cè)模位置振搗時(shí)為保護(hù)銅止水及側(cè)模，宜采用50型振搗棒振搗。混凝土振搗應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)，并在施工中進(jìn)行記錄，以便拆模后對(duì)銅止水和混凝土外觀(guān)等情況檢查后對(duì)混凝土振搗人員進(jìn)行考核、獎(jiǎng)懲或調(diào)整。

b.滑模提升速度控制。現(xiàn)場(chǎng)施工中分別采取2.0m/h和2.5m/h兩種滑模提升速度，在澆筑完成后對(duì)混凝土面板裂縫進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得出以下結(jié)論：?當(dāng)滑模上升速度為2.0m/h時(shí)，混凝土面板裂縫數(shù)量明顯少于滑模上升速度2.5m/h時(shí)施工的混凝土面板裂縫數(shù)量；?當(dāng)滑模上升速度為2.0m/h時(shí)，混凝土面板裂縫的規(guī)模，即混凝土面板裂縫的寬度和裂縫的長(zhǎng)度，明顯小于滑模上升速度2.5m/h時(shí)施工的混凝土面板裂縫規(guī)模。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，面板混凝土澆筑時(shí)控制滑模上升速度在2.0m/h以?xún)?nèi)，可有效減少混凝土早期裂縫的發(fā)生。

2.3 養(yǎng)護(hù)及成品保護(hù)

2.3.1 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土面板厚度小、結(jié)構(gòu)暴露面積大，對(duì)環(huán)境溫度變化敏感。在混凝土澆筑時(shí)，由于水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，產(chǎn)生溫度應(yīng)力，一旦溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。新澆混凝土因表面干燥過(guò)快引起干縮，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，形成開(kāi)裂。因此面板在澆筑完成后必須采取有效措施以控制混凝土內(nèi)外溫差，并做好保濕措施，以防止水化熱反應(yīng)和水分損失導(dǎo)致混凝土干縮引發(fā)的溫度裂縫的產(chǎn)生。且面板澆筑完成后至蓄水中間存在很長(zhǎng)的時(shí)間間隔，面板在暴曬之下表面溫度大幅度上升，產(chǎn)生較大的溫度壓應(yīng)力，從而進(jìn)一步加劇了混凝土面板裂縫的產(chǎn)生。

養(yǎng)護(hù)是裂縫防治的關(guān)鍵措施之一，工程區(qū)所在位置3月和4月上旬氣溫較低，晝夜平均氣溫在12℃左右，對(duì)養(yǎng)護(hù)水進(jìn)行了加熱處理，使混凝土內(nèi)外溫差保持在20℃以?xún)?nèi)。混凝土養(yǎng)護(hù)主要采取加熱養(yǎng)護(hù)水+土工布+土工膜的保溫保濕方案；4月下旬和5月平均氣溫在20℃左右，混凝土養(yǎng)護(hù)主要采取長(zhǎng)流水+土工布的保濕方案。

2.3.2 成品保護(hù)

面板分期施工時(shí)在混凝土澆筑完成后需對(duì)外露鋼筋、銅止水接頭進(jìn)行保護(hù)，外漏鋼筋可采取刷防銹涂層、木板覆蓋等措施進(jìn)行保護(hù)；銅止水接頭可采取加蓋木盒、碼放沙袋等措施進(jìn)行保護(hù)。混凝土面板頂部與防浪墻相接位置預(yù)留有橫向銅止水及變徑銅止水接頭，需格外注意加強(qiáng)保護(hù)，避免其發(fā)生破壞。

3 結(jié) 語(yǔ)

阿爾塔什面板堆石壩位于新疆南疆地區(qū)，地處歐亞大陸腹地，因遠(yuǎn)離海洋，周?chē)钟懈呱阶韪簦由洗笊衬挠绊懀饔騼?nèi)為典型的大陸性氣候，具有溫差大、氣候干燥、日照時(shí)間長(zhǎng)、多風(fēng)等氣候特點(diǎn)，采取擠壓邊墻表面修補(bǔ)、面板側(cè)面錯(cuò)臺(tái)預(yù)防、滑模支腿改造、多層覆蓋養(yǎng)護(hù)等措施，有效保證了面板混凝土施工質(zhì)量。本文對(duì)實(shí)際施工中采取的裂縫防治措施進(jìn)行了分析和總結(jié)，可為類(lèi)似工程施工提供參考。