黄花寨水电站110m高碾压混凝土双曲拱坝施工技术.pdf

第 9期 2 0 1 2年 9月 广东水利水电 GU ANGD0N G W AT E R RE S 0 URCE S AND HYDROP OW E R No 9 Se p 2 01 2 黄花寨水电站 1 1 0 m高碾压混凝土双 曲拱坝施工技术 谭万善 ，汪永剑 ( 广东水 电二局股份有限公 司，广东 增城5 1 1 3 4 0 ) 摘要：通过试验确定最佳的爆破参数，保证了高陡坝坡的开挖质量；通过设置避险平台，使高陡坝坡爆破 时钻孔及开 挖设备的安全得到 了保 障；采 用抗分 离溜管输送混凝 土，克服 了高山峡谷 坝区混凝 土入仓速度慢 、成本 高的缺 陷 ；坝体 局部坝段混凝土采用6 0 c m厚碾压工艺，加快了混凝土施工速度，取得 了良好的质量效果。以上措施可供同类工程参考。 关键词 ：双曲拱坝 ；高陡坝坡开挖 ；抗分 离溜 管；混凝 土厚层碾压 中图分类号 ：T V 6 4 2 4 2 文 献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 8一 O l 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 9 0 0 6 1 0 3 1 工 程概况 黄花寨水 电站位于贵州省蒙江流域干流格凸河上， 由大坝 、发电引水隧洞 、厂房、开关站等主要 建筑物 组成 。电站装机容量为 2 X 2 7 MW，水库正常蓄水位为 7 9 5 5 m，相应库容为 1 6 2 8亿 1 1 3 。电站枢纽大坝为碾 压混凝 土双曲拱坝 ，最大坝 高为 1 1 0 m，坝顶高程 为 8 0 0 0 m，坝顶宽为6 m，坝顶弧长为 2 4 3 5 8 m，坝底最 大宽度 2 5 3 m，大坝厚高 比为 0 2 3 6 。坝体混凝 土工程 量为 3 0 5 m ( 其中 C 2 0三级配碾压混凝土为2 8万 m ， 坝基( 坡) 最 大开挖高度 约为 1 3 0 0 m，土石方 开挖总 量为2 8万 m 。 2高陡坝坡开挖技术 黄花寨水 电站工程区河谷为深切峡谷 ，一般河流 切 割深度 为 2 0 05 0 0 m；两岸 山体 陡峻，坡 度约 为 7 0 。 。大坝坝基地质条件复杂 ，弱风化层岩体较多，多 处有裂隙 ，岩石完整性较差 。由于大坝区域 山高坡陡、 道路修筑难 、交通不便 ，且开挖量大、工期紧、质量 要求高( 岩体残 留炮孔率为 5 0 一8 0 ，相邻炮孔 间 岩面不平整度小于 1 5 c m) ，因此 开挖施工任务重 、施 工难度大。 2 1 开挖区块划分及道路布置 左岸坝坡从 8 0 0 7 6 0 m高程分 4层开挖 ，梯段高 度 1 0 m从 7 6 07 0 0 m高程分 1 0层开挖 ，梯段平均高 度为6 m；右岸坝坡从 8 3 0 7 5 0 m高程分 8层开挖 ，梯 段平均高度为 1 0 m，7 5 0 7 0 0 m高程分 8层开挖 ，梯 段平均高度为 6 m。 因坝 区山体陡( 约为 7 0 。 ) ，且均为岩体 ，修筑道 路难度大 、费用高 ，因此 只在左 岸修 1条坝顶 公路 ( 路面 高 程 为 8 0 0 m)和 下基 坑 道 路 ( 高 程 为 8 0 0 7 0 0 m) ；另外 在右岸从坝脚 7 0 0 m 高程到坝坡开挖顶 8 3 0 m高程修筑 i条简易 的“ 之” 字形 道路 ，供钻孔设 备 、清挖石渣反铲挖掘机及人工搬运爆破器材作为上 下交 通 。 2 2开挖方法及机械避险 1 )开挖 方法 开挖采用钻孑 L 爆破法。遵循 自上而下 的原则 ，先 开挖坝肩后开挖河床梯段 ，为加快施工进度 ，左 、右 岸坝肩开挖同时进行 ；为避免梯段爆破对设计边坡与 建基面产生震动破坏 ，坝肩开挖采用预裂爆破 ；为减 少反铲挖掘机清渣工作量 ，主爆孔采取抛掷爆破。 爆破主炮孔采用梅花形布置，炮孑 L 直径为 7 6 m m， 孔距为 3 m，排距为 2 5 m，最小抵抗线为 2 0 m；药卷 直径为 7 0 m m，单位耗药量为 0 3 5 0 5 5 k g m 。 ，炮孔 堵塞长度为 2 0 2 5 m，单孔装药量为 l 62 4 k g 。预 裂爆破 孔径 为 7 6 ra m ，根据地 质 岩性不 同 ，孑 L 距 为 0 61 0 m，线装药密度为 1 0 0 7 0 0 g IT I 。 钻孔采有阿特拉斯液压钻( 3台) 、英格索兰液压 钻( 1台)，选用 2 J H J 岩石按梯炸药和防水乳化炸药 ， 采用非 电毫秒微差爆破、导爆索和非 电毫秒雷管起爆 ； 挖装采用反铲挖掘机( 1台为 2 0 m 、2台为 1 6 m 、2 台为 1 0 m ) 及 Z L 5 0 0轮 式装载机 ( 1台) ，运输采 用 1 5 t自卸车( 1 6辆 ) 。爆破后 采用挖掘机将石渣甩至河 床 ，再采用挖掘机 、装载机在河床挖装 ，用 自卸汽车 运至上游弃渣场。 2 )机械避险 由于山高坡 陡，沿开挖坝坡无交通道路 ，当坝坡 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 60 5 ；修 回日期 ：2 0 1 2 0 61 4 作者简介：谭万善( 1 9 7 2一) ，男，本科，高级工程师，从事水利工程施工管理工作。 61 2 0 1 2年 9月 第 9期 谭万善 ，等 ：黄花寨水 电站 l l O m高碾压混凝土双 曲拱坝施工技术 岩体爆破时 ，清渣的反铲挖掘机及钻孑 L 液压钻无法通 过交通道路驶离爆破 区。为解决机械避 险问题 ，在每 个开挖层面坝坡开挖范围外 的上游面，通过爆破开挖 出 1 个约 2 5 m 的平台 ，当进行梯段爆破时 ，将机械迁 移到该平 台避险。 2 3 开挖效果 大坝坝基 ( 坡) 开挖从 2 0 0 6年 9月 1 3 H开始 ，于 2 0 0 7年 2月 5日完成 ，历时 4 5个月 ，每月开挖量达 6 2万 m ，满足进度要求 ；预裂开挖面平整 ，预裂效 果明显 ，无明显爆破裂隙出现 ，两预裂残孔之间基本 平行 ，预裂残 留孔壁无破碎痕迹 ，孔底部无未起爆岩 体 ，残孑 L 率达 9 0 以上 ，满 足质量规定要求 。开挖单 元工程质量评定优 良率为 9 0 5 ，并实现 了施工过程 安全质量零事故的目标。 3高陡坡混凝土输送技术 由于坝区山体坡 陡( 约 7 0 。 ) ，只在左岸修 1条坝 顶公路和下基坑道路，混凝 土运输交通不便 。坝体 7 5 0 8 m高程 以下混凝土利用石渣修筑运输道路 ，采用 自卸车运输直接入仓 ；坝体 7 5 0 8 m高程 以上混凝土 原计划 采用塔 机运输 入仓 ，但 塔机一 次性投入 较高 ( 满足 吊重 、吊高、吊距的塔机为 4 1 0万元 台) ，人 仓速度慢 ；后 拟采 用 溜管运 输入 仓 ，但 在 高陡边 坡 隋况下用溜管运输混凝土 ，其各 组分 间会发生分 离，造成不均匀和失去连续性现象 ，给混凝 土工程 留下质量隐患，为此研发了抗分离溜管 ，并成功应用 于混凝土输送。 3 1 抗分离溜管 在一定长度的溜管内按一定角度成对设置且出 口 相互垂直 、间距一定的两组斜 钢板 ( 下称抗 分离板) ， 混凝土在该段溜管 内与第一组抗分离板相撞 ，下落速 度降低，下落方向改变，混凝土相互挤压、碰撞并混 合 ，进行第 1 次混料拌合。经第一次混料拌合 的混凝 土继续下落后与第二组抗分离板相撞 ，速度进一步降 低 ，并改变下落方向，混凝土相互挤压 、碰撞并混合 ， 进行第 2次混料拌合。为防止 因设置抗分离板使溜管 的过流面积缩小太多 ，导致堵管 ，将设置抗分离板的 溜管管径加大 ，用渐变管与主溜管连接 ，这种 由设置 抗分离板的加大溜管和渐变管组成的抗分离装置，称 为抗分离器 J 。管上按一定 的间距安装抗分离器后组 成抗分离溜管。 3 2 抗分离溜管的应用 2 0 0 8年 1 2月 ，根据黄花寨水 电站大坝左岸坝坡 实测资料 ，7 8 0 m高程以下按设计要求开挖完成 ，因坝 顶坝坡开挖范围有一条连通上下游的交通道路 ，7 8 0 m 高程以上至 8 0 0 m高程基本上是垂 直的 ，据此进行抗 6 2 分离溜管布置及设计。由于坝坡地形 的原因 ，溜管 中 间设 1 道 弯管，上 部溜管倾角为 5 1 。 ，下部溜管倾 角 为 6 5 。 ，为防止混凝土经溜管输送后 ，在卸 至运输 车 的过程中发生分离 ，须考虑在 溜管使用的全过程 ，其 出口离受料面不宜超过 2 O m；为适应工程施工过程各 种情况的变化( 如溜管进 、出口运料车载重不 同) ，方 便控制混凝土的溜送 ，提高工作效率 ，在溜管尾部安 装控制弧门。抗分离溜管主要由上部集料斗、渐变管 、 弯管 、主溜管 、抗分离器 、出口控制弧门组成 J 。 上部集料斗承载 自卸车卸入的混凝土 ，其 出口与 溜管的进 口相连 ，是混凝土进 入溜管 的通道 ；集料斗 进料 口尺寸为 3 2 m3 2 m，出料 口尺寸为 6 0 0 m m 6 0 0 m m，容积为 1 4 9 m 。变截管是将两端 不同管径或 形状的结构进行过渡连接的构件 ，包括上部变截管和 下部变截管 ；上部变截管用于连接上部集料斗和抗分 离溜管 ，管长为 1 O m；下部变截管位于抗分离溜管的 出口处 ，用于安装控制弧 门，长为 7 0 0 mm。主溜管采 用钢板卷制后焊接而成，管径为 5 0 0 m m，每节长度取 3 m，为满足安装要求及保证溜管 出口到 自卸车的高度 差始 终 满 足 规 范 要 求 小 于 2 m，另 外 制 作 长 度 为 2 7 5 m、1 5 m、1 m 的溜 管各 1节。抗 分离 器管径 为 5 5 0 ra m，上下采用渐变管与主溜管连接 ，根据对溜管 溜送试验结果的分析 ，抗分离器在主溜管上的布置 间 距设为 6 m。弯管用于抗分离溜管转弯部位的连接 ，一 共有 3个 ，弯心半径为 1 3 m。 抗分离溜管支架与埋人岩基 的锚筋连接 ，见图 l 。 图 1安装 好的抗分 离溜 管 混凝土从拌和站到坝坡顶溜管 的上部集料斗处采 用 3台 1 5 t自卸车运输 ( 运距 为 2 6 k m) ，在坝块 浇筑 仓面溜管 出口采用 1台 1 5 t 的 自卸汽车转运 。溜送混 凝土前 ，用软水管 向抗分离溜管 内冲水 ，使管 内壁润 湿 ，防止其吸收混凝土水分；然后启动溜管 出口控制 弧 门，将弧门关闭，再 向集料斗 内卸料 ，在管 内装混 凝土约 2 m 高后 ，开启 出 口弧 门，混 凝土 随即溜 出， 卸到 自卸车 内。采 用抗分离溜管 总计输送 至 7 5 0 8 m 高程以上坝块 的混凝土为 1 0 1 3万 m 。 3 3 抗分离溜管应用效果 2 0 1 2年 9月 第 9期 广东水利水电 在坝体施工时，对经抗分离溜管输送的混凝土 的 V C值 、混凝土匀质性 、抗压强度及输送速度 ( 能力 ) 等进行检测 ，其 中 V C值 共检测 1 3组 ，经溜管 溜送 后 ，平均损失0 4 s ；混凝土匀质性共检测 1 2组 ，砂浆 密度 相对 误差 平均缩 小 0 1 2 ，粗 骨料 质 量 相对 误 差 平均缩小 0 2 3 ；混凝土强度共检测 1 2组 ，离差系 数减小 0 0 1 ；当落差为 5 0 4 m时 ，溜管溜送混凝土 的 速度平均为 2 4 8 m h 。 4混凝土厚层碾压技术 为推动 R C C筑坝技术的持续发展 ，突破 R C C常 规薄层碾压 ( 压实厚度为 3 0 c m) 的限制 ，缩短 R C C坝 施工工期 ，提高坝体施工质量 ，采用新型垂直碾压设 备和深层压实度检测仪器 ，通过试验，确定厚层碾压 施工参数 ，并在坝体局部坝段应用 。 4 1 应用部位 混凝土厚层碾压应用部位位 于坝体右岸非溢流坝 段高程为 7 8 9 5 8 0 0 m，分 4个仓 号( 坝块) ，分别为 78 9 5 79 2 5m 、 7 9 2 5 7 95 5 m 、 7 9 5 5 79 8 51T I 、 7 9 8 58 0 0 m，其 中 7 8 9 5 7 9 2 5 m 仓 号 面 积 为 7 7 8 m ，7 9 2 5 7 9 5 5 m仓号面积 为 7 3 0 m ，7 9 5 5 7 9 8 5 m仓 号面积为 6 8 4 m ，7 9 8 58 0 0仓号 面积为 6 4 0 m 。由于仓面窄 、设备 多 ，混凝 土进仓强度 受到 影响，为确保碾压质量 ，在长 4 0 5 0 m、宽 6 7 m 的 仓面进行厚层 碾压施工 ，各仓号 ( 坝块 ) 其余 区域按 3 0 e m层 厚斜层 碾压施 工 。 4 2 厚层碾压施工参数 根据试验结果 ，采用 S D 4 5 1型垂直振动碾碾 压 ， 采用 R O C K Y型改 良密度仪 进行混 凝土压 实度检 测 ， 碾压施工参数为 ：铺料厚度为 6 6 c m时，分 2次铺 料 ， 每次铺 3 3 c m；采用 S D 4 5 1型垂直振动碾碾压 ，碾压遍 数为 21 0 2 ( 即静压 2遍 + 振压 1 0遍 +静压 2遍 ) ， 压实厚度为 6 0 c m。采用后退法卸料 ，碾压条带问搭接 1 0 2 0 c m，端头部位搭接约 1 0 0 c m。 4 3厚层碾 压应 用效果 为检测厚层碾压混凝土的施工质量 ，对其压实度、 实体抗压和抗渗等性能进行检测。压实度共检测 3 3 3 点 ， 其 中3 2 8点压实度超过 9 7 以上 ，一次检测合格 率达 9 8 5 ；实体取芯 3孔 ，取得芯样长分别 9 6 5 m、 9 6 5 m、8 7 3 m，芯样获得率依次为 9 8 4 、9 8 4 、 9 8 5 ，芯样胶结较好 ，骨料分布基本均匀 ，层 面少 量骨料 被架空 ；混凝 土芯样强度 均超 过设计要 求 的 C9 0 2 0W 6。 5 结语 1 )通过控制预裂孑 L 孑 L 距 、孔深 、预裂孑 L 线装药密 度和装药结构等参数进行爆破开挖 ，取得 了较好的效 果 ，确保高陡坝基( 坡 ) 开挖质量 ；在坝坡开挖范嗣的 上游设置避险平台，保证 了高陡坝坡爆破时钻孑 L 及开 挖设备的安全。 2 )在高陡坡情况下，采用抗分离溜管输送碾压混 凝土 ，V C值损失小 、匀质性变好 、强度离散 程度缩 小 ，可保证混凝土质量 ；混凝土输送速度快 、成本低 ， 具有 良好 的推广应用价值。 3 )采用 6 0 c m厚碾压工艺进行施工 的混凝土坝体 各项质量指标满足标准要求 ，对混凝土入仓能力要求 较高 ，碾压速度比常规薄层碾压快 。 参 考文献 ： 1 蒋涛 碾压混凝土坝浇筑中人仓手段综述 A 张严明， 王圣培 ，潘罗生 中围碾压混凝 土坝 2 0年 北京 ：中国 水利水 电m版社 ，2 0 0 6 ：1 1 4 1 1 9 2 D L T 5 1 3 52 0 0 1 水 电水利工程爆破施 丁技术规范 s 北京 ：中国电力 出版社 ，2 0 0 2 3 洪雷 混凝土性能及新型混凝土技术 M 大连 ：大连理 _丁大学 出版社 ，2 0 0 5 4 汪永剑，丁仕辉 ，何育文，等 一种用于防止混凝土冈 高 落 差 溜 送 而 产 生 离 析 的 抗 分 离 器 ： 中 国， 2 0 0 7 2 0 0 5 3 4 4 0 9 P 2 0 0 8 0 61 7 5 汗永剑 高落差陡坡运输混凝土抗分离溜管的研制与应 用 D 武汉：武汉大学，2 0 1 0 6 汪永剑 6 0 c m厚混凝 土碾 压技术 研究 与应用 A 中困 水利学会第五屑青年 科技论 坛论文 集 郑 州 ：黄河 水利 出版社 ，2 0 1 2 ( 本 文责任 编辑王瑞 兰) 6 3