乐昌峡枢纽大坝溢流面混凝土施工关键技术及质量控制.pdf

第 8期 2 0 1 1年 8月 广东水利水 电 GUANGD0NG W ATER RESOURCES AND HYDROPOW ER NO 8 Aug 201 1 乐昌峡枢纽大坝溢流面混凝土施工关键技术及质量控制 黄爱 堂， 黄 家宝 ( 广东省ft 昌峡水利枢纽管理处 ， 广东 韶关5 1 2 2 4 1 ) 摘要 ： 乐昌峡水利枢 纽大坝溢流堰面混凝土施工 由于采 用先进 的模 板结 构、 合 理的材料 配合 比 ， 以及适 当的施 工工 艺控 制 在不增加材料成本 的前提下 ， 提 高了混凝 土的 强度 、 耐 冲磨 性 能， 避 免 了表 面裂缝 ， 形 成 了曲线顺 滑、 外 观光 洁、 抗 冲磨 强度 高的溢流堰面。 关键 词 ： 溢流堰 面； 混凝土 ； 施 工； 关键技术 ； 质量控 制 中图分类号 ： T V 5 4 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 l l 2 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 0 1 0 3 1 概 况 乐昌峡水利枢纽工程是 以防洪为主 ， 结合发 电， 兼 顾航运和灌 溉等综合利用 的枢纽 T程 ， 正常蓄水 位为 1 5 4 5 m， 校核洪水位为 1 6 3 0 m， 防洪库容为 2 1亿 m ， 总库容为 3 4 3亿 m 。工程等别为 等大 ( 2) 型， 其主 要建筑物拦河坝的级别为 2级。 拦河坝为碾压混凝 土重力坝， 坝顶长为 2 5 6 0 m， 其 中溢流坝段长为 7 8 0 m， 左岸非溢流坝段长为 9 6 0 m， 右 岸非溢流坝段长为 8 2 0 m。溢流坝布置 5孑 L 泄洪 ， 每孑 L 净宽为 1 2 m， 堰顶高程为 1 3 4 8 m， 闸孔孔口尺寸为 1 2 m 1 0 7 m。坝顶高程为 1 6 4 2 m， 最大坝高为 8 4 2 m。 溢流堰顶上游为椭圆曲线 ， 下游为 WE S型幂 曲线 与 1 ： 1的直线相切 ， 末端采用差动式 鼻坎挑流消能 ， 高 坎弧段半径为 2 6 m， 挑射角为 1 0 。 ， 挑坎高程为 1 1 3 5 m。 2施工 关键技 术 大坝主体结构为碾压混凝土 ， 施工预留溢流堰面结 构层不小于 2 5 m， 坡 面形成台阶状 ， 按施工计划 ， 闸墩 施工至一定高程 以后再进行溢流堰面混凝土施工 。 溢流面混凝土施工工艺流程 ： 仓面清理一测量放样 一钢筋绑扎及边模安装一溢流面模板安装一混凝土入仓 振捣拆除溢流面模板一割除钢筋样架一抹面一压光。 2 1 线形控制 先绘制设计曲线 ， 在曲线上按不同长度线段等分曲 线 ， 检查与设计 曲线 的偏差 ， 将偏差控制在施工规范允 许范围内。本 工程对下游 WE S型幂 曲线及 圆弧采用 2 m的线段拟合 ， 偏差 为 1 9 c m； 对 上游椭 圆 曲线 采用 l m的线段拟合 ， 偏差为 1 5 c m。再 南测量专业工程 师 用全站仪进行测量放点 ， 用 8钢筋将各点连接形成样 架 曲线 ， 每隔 1 5 m设样架一排 。最后检查成型后的溢 流面与设计 曲线 的最大偏差为 1 3 c m。溢流堰特性 见 图 l 所示 。 图 1 溢流堰特性示意 ( 单位 ： 高 程 m； 长度 h i m) 2 2 混凝土浇筑分块 溢流面混凝 土按照设计 图纸在坝 横 0+1 2 0 、 0+ 1 3 5 、 0+1 5 0设 3条结构缝将 面板分成 4大块 ， 在坝纵 0+ 0 4 3、 0+ 0 2 8 、 0+0 0 6处设 3条基本垂直于溢流面的 施工缝 ， 将上下游方 向分成 4块 ， 整个 溢流堰 面面层混 凝土共 1 9块进行混凝土浇筑 ， 为减少施工干扰 ， 加快施 工进度 ， 施工时采用跳块施工 ， 见图 2所示。 2 3混凝土入仓方式 溢流堰面混凝土采用 自卸汽车运输 ， 由布置在右岸 的高架 门机 、 左岸塔吊吊运入仓 。右岸高架门机吊运能 收稿 日期 ： 2 O l l 一 0 5 2 7 ； 修回 日期 ： 2 O l 1 0 61 8 作者简介： 黄爱堂( 1 9 7 3一) ， 男， 本科 ， 工程师， 从事水利工程建设工作。 1 0 1 1年 8月 第 8期 黄爱堂 ， 等 ： 乐昌峡枢 纽大坝溢流面 混凝 土施 工关键技术及质量控 制 图 2溢流坝段结构布置及施工分块平面示意 ( 单位 ： m) 力为 3 m ， 生产能力为 1 5 2 1 1 1 1 h ； 左岸塔 吊吊运能力 为 1 3 m ， 生产能力为 51 5 m h 。根据 门机 、 塔 吊布 置的位置及其各 自的覆盖范围， 确定右岸高架门机负责 3 一 5 孔及 2 孔右侧混凝土吊运 ， 左岸塔 吊负责 1 孔及 2 孔左侧混凝土 吊运 。 2 4 混凝土仓面施工 下游块混凝土由于其仓 面较大 ， 且底层不掺钢纤维 混凝土较厚达 1 8 m， 若与面层掺钢纤维混凝土同时 施工 ， 吊运能力不能满足施工强度要求 ， 采取底层不掺 钢纤维混凝土先行施工 ， 再浇筑面层混凝土。面层混凝 土施工时高坎与低坎同时浇筑， 高坎侧模顶面按设计弧 线加工成定形钢模板 ， 中间设 3排钢筋样架 ， 混凝土从 下游往上游 、 从低到高分层施工 ， 浇筑 至弧面时从低到 高逐层安装溢流面模板 ， 上层模板在下层混凝土浇筑振 捣密实后再行安装。在混凝土达到初凝时间时拆模 ， 将 样架钢筋割除后进行抹面， 然后人工收光。溢流面模板 安装见图 3 。各仓混凝土施 工时间见 流面混凝土施工 进度表( 见表 1 ) ， 最 大浇筑强度 为 2 0 1 il l h 。2 孔上 游块混凝土浇筑强度最小 ， 浇筑强度为 4 6 m h ， 主要 原因为左岸塔吊至仓面水平运距较大， 吊运能力最小。 表 1 溢流面 混凝 土施 工进 度 图 3 溢流面模板安装示意 5 孔 4 孔 3 孔 2 孔 1 孔 1 8 3 51 l 7 3 51 l 6 3 5 1 2 O 3 5 1 l 9 3 51 3 5 2 2 h 3 9 2 9 h 3 O mj n 3 1 2 6 h 3 0 mi n 3 2 6 7 6 h 3 22 6 3 h 1 5 4 4 4 9 4 4 4 1 0 4 4 4 8 4 4 4 1 1 4 4 4 1 3 4 4 4 1 2 8 9 3 1 4 2 0 5 0 3 2 4 3 5 h 2 2 2 3 5 h 2 2 4 3 6 h 2 1 9 4 1 h 3 2 3 0h 3 1 6 5 5 h 3 I 1 8 2 h 4 5 4 7 6 5 4 7 3 9 0 4 3 1 9 1 1 1 h 2 01 0 1 2 1 8 3 6 h 1 2 2 4 7 h 2 0 1 0 1 2 1 1 4 5 h 7 5 5 0 2 5 0 6 5 5 0 6 1 5 5 0 2 0 1 1 2 4 3 2时 3 0分 2 0 l O l 2 6 3 8 h 3 O mi n 1 1 6 4 1 h 2 0 1 0 1 1 2 8 4 9 h 4 0 m i n 注： 小方格中数据分别 3 溢 流堰 面混 凝土 质量控 制措 施 溢流堰面混凝土设计强度等级为 c 。 3 0 ， 需具有抗 冲磨 、 空蚀 的要求。混凝土工程数量为 1 3 6 2 0 m 。 3 1 原材料及配合 比选择 3 1 1水泥 本工程大坝混凝土主要采用碾压混凝土 ， 水泥要求 2 采用中热硅酸盐水泥。使用中低热水泥 ， 可降低混凝土 的绝对温升。由于在韶关附近水泥厂没有现成生产中 热水泥的生产线， 故本工程采用招标的形式 ， 促进生产 厂家改进生产线 。最后招标确定使用韶关 昌山水泥厂 生产的粤海牌 4 2 5中热水泥 ， 运到工地的入罐温度不 高于 6 5 2 0 1 1年 8月第 8期 广东水利水 电 3 1 2 骨料质量控制 本工程 主体 结 构采 用 人工 砂 ， 石 粉 含 量控 制 在 1 4 1 5 范围内， 细度模数控制在 2 6 2 8范围内。 3 1 3 外加剂选择 溢流面各仓混凝土施工时间较长 ， 坍落度要求 3 4 c m， 且水胶 比为 0 3 5 经过多次配合 比试验 ， 选择聚羧 酸缓凝性减水剂作为溢流面混凝 土的外加剂 ， 混凝土各 项性能均达到要求 。 3 1 4 强化混凝土施工配合 比 溢流堰面层混凝土设计强度等级为 C 勰 3 0 ， 根据施 工规范在施工条件下 ， 混凝土坍落度设计为 5 7 c m， 水 胶 比最大允许值为 0 5 ， 在混凝土配合 比试验中采用水 胶 比为 0 4 5 ， o r 取 3 O M P a进行配制 。在施 工过程 中， 减少用水量， 将水胶 比控制在 0 3 5进行拌制混凝土 ， 坍 落度在 3 4 c m进 行施 工。这样 可降低混凝 土干缩变 形 、 提高抗渗能力及增加强度。溢流面混凝土施工配合 比见 表 2 。 表 2 溢流堰面混凝土施 工配 合比 水泥 嘶2 4 0 栖 5 2 水 注： 表中未标示单位为 k g ； 在面层混凝土中掺入钢纤 维为 4 0 k g m ， 聚丙烯纤维 为 0 9 k g m 。 溢流 面混凝 土 7 d强 度 为 3 2 3 M P a ， 2 8 d强 度 为 4 1 3 MP a 。混凝 土 中掺人钢 纤维后 ， 抗 压强 度显著 增 加， 2 8 d 强 度 介 于 5 5 6 5 M P a ，其 表 观 密 度 达 2 5 2 0 kg I I l 。 3 1 5 掺入适量的钢丝纤维 ， 改善混凝土性能 本工程溢流面面层混凝土中掺钢丝纤维 ， 钢纤维掺 量为 4 0 k g i n 。 ， 聚丙烯纤维为 0 9 k ： m ， 由于短纤维乱 向分布阻碍了混凝土 内部微裂缝 的扩展和阻滞 了宏观 裂缝的发生和发展 ， 具有更好的抗拉 、 阻裂 、 高韧性等性 能。 3 2 施工工艺控制 溢流堰面混凝土施工 由于降低 了水胶 比， 采用较好 的缓凝剂 ， 加强施工工艺控制 ， 在不增加材料成本的前 提下 ， 把设计为 C 2 8 3 0的混凝土， 实际为试验 2 8 d强度 接近 C 5 0 ， 表面光滑 ， 没有产生裂缝 ， 超过设计要求。施 工工艺控制如下 ： 1 )施工缝处理 施工缝包括与台阶接触 面、 与闸墩接触面 、 面层混 凝土与先浇块接触面。除与台阶接触面采用冲毛外 ， 另 外两个面采用凿毛处理 ， 凿毛需充分成毛面。台阶直角 部位须做成倒角。 2)加强搅拌 由于在混凝土中掺人 了钢丝纤维 ， 水胶 比为 0 3 5 ， 并用冰水搅拌 ， 为防止各组 分产生 离析分层现象 ， 提高 混凝土 的均匀性 ， 将 拌和时间增加至 1 1 5 s 。在施工过 程中禁止改变混凝土水胶 比， 以防止混凝土产生局部不 均匀形变而引起产生干缩裂缝 。 3 )强化振捣 强化振捣使拌和物很好地充满模板 ， 减少其 内部空 隙 ， 并且增大混凝土的密实度 ， 尽可能排 出其 内部气泡 ， 减少显孔 、 大孔 ， 尤其是连通孔 ， 提高其强度， 从而提高 其抗渗能力 ， 最终达到改善其耐久性的 目的。 4 )强化施工管理 在混凝土施工时加强施工管理 。应减少 混凝土 的 中转次数和时间； 按规范对原材料及混凝土中间过程进 行检测 ， 必要时加密检测 ， 发现异 常及时纠正。由于各 仓混凝土施工时问较长 ， 在混凝土施 工期 间， 需经常对 人仓设备进行岗前检查 ， 发现问题及 时处理 ， 避免发生 意外。 3 3 及时养护 养护对混凝土特别是对低水胶 比混凝土 的性能影 响很大 ， 实验结果表明， 抗渗性主要决定于大的毛细孔 ， 特别是直径超过 1 3 2 O h m 的孔 的数 量， 随着养 护龄期 的增长， 在早期 主要是 这些较大 的孑 L 被 水化产物所填 充 ， 一直到后期才使d , ： f L 均匀地变细。对混凝土应及时 养护 ， 采取适当的养护措施 ， 保持水化的适 宜温度 和湿 度 ， 保证水泥水化硬化的正常进行 ， 从而提高早期强度 ， 也有利于改善混凝土的耐久性 。 3 4 其他措施 3 4 1 骨料仓的遮 阳棚 骨料 占混凝土总质量的 8 0 8 3 ， 实验证 明， 骨 料温度下降 l ， 混凝土相应下降 0 7 5 0 7 8 ， 故 降低骨料 的温度是控 制混凝土绝对温 升的主要方 向。 在骨料仓设置遮 阳棚 ， 避免阳光直接照在骨料表面引起 骨料温度上升 ， 同时也避免了混凝土入仓温度出较大差 异。再次是在骨料仓进行喷雾 ， 降低料仓骨料温度同时 也隔离开空气 ， 减少因气温变化对骨料温度的影响。选 择在低温季节施工有利于骨料的温度和混凝土 的绝对 温度 。 ( 下转第 l 4页) 3 2 0 1 1年 8月第 8期 广 东水 利水 电 水力计算手册 ， 可得 出本桥概化后 的平底宽顶堰的流量 系数 m， 计算成果见表 2 、 表 3 。 表2 拟建桥梁概化堰顶总净宽计算 洪水 平均堰宽 b 频率 m 桥上游平均水 面 6 B 流量系数 宽 B m m 注 ： 表中流量系数 已包含侧收缩系数 的计算 。 4 )桥梁上游水位壅高计算及对 防洪的影响 采用 ( 7 ) 式计算桥梁概化后堰上游的堰前水头。 为简化计算 ， 下游水深 h 按概化后矩形河道 的水 深 h考虑( 见表 1或表 2 ) ， 堰前水深 H=n o 。通 过试 算 ， 求得堰前水深值。 采用 ( 8 ) 式计算桥上游的水位壅高值 ， 见表 4 。 从表 4水位壅高值可以看 出， 拟建桥梁 的建设 ， 对 东引运河水位影响很小。遭遇 5 0 a 一遇 ( P： 2 ) 洪水 时 ， 桥上游水位壅高 1 1 c m； 遭遇 5 a 一遇 ( P= 2 0 ) 洪 水时， 桥上游水位壅高仅为 4 m m。 表4 桥梁对上游水位壅高值计算 5 结语 本文根据桥涵水力学基本原理 ， 提出了一种符合堰 流流态 的壅水计算方法。在过水面积和水力半径均相 同的情况下 ， 概化计算桥涵上游侧 的平均水面宽度 ， 以 及桥涵概化的堰顶总净宽 ， 以确定流量系数并计算上下 游水位差和建筑物壅水高度。 通过实例的具体运用 ， 验证了这种方法的适用性和 简便性 ， 也证明这种思路是正确的。 本方法在使用时 ， 应符合一定的条件 ， 即桥涵所处 的上下游河段应基本顺直 ， 河床稳定并大致为“ U” 形断 面。对于分汊型或游荡型的河段 ， 以及河漫滩宽阔的河 段 ， 并不适用 。 相应于河工模 型试 验 ， 本方 法为简化 的快速预估 法。在无条件开展河流模拟的情况下 ， 对于河段基本顺 直 、 水流平顺的天然河道上 的桥涵， 不失为一种好的计 算方法 。 ( 本文责任编辑马克俊) ( 上接第 3页) 3 4 2 水温控制 水的比热容为 4 2 k J ( k g ) ， 约为混凝土的 4 2 4 5 倍 ， 在相同条件下 ， 拌和用水温度每降低 1 o C， 混凝 土相应降低 0 2 0 一 0 2 2 o C。故可采用降低拌和水 的温 度来降低混凝土的绝对温度。本工程对拌和用水加冰降 低温度， 将拌和用水温度从 1 8 降至 5 C以下。 3 4 3 混凝土冷却控制 为控制混凝土绝对温度 ， 选择在低温季节施工 ， 本 工程 中溢 流面面层混凝土在 1 1月至次 年 3月进行施 工。在冷却过程中， 需减少或避免因温度下降过快而造 成温度裂缝发生的概率 ， 在面层混凝土埋设冷却水管 ， 冷却水管通水冷却控制在 2 4 h内进出水 口对换一次 ， 混 凝土内部温度在下降 2 内， 通水量视预埋在混凝土内 1 4 部的温度计温度变化情况进行控制 。为防止混凝土表 面温度降低过快 ， 在混凝土完成抹面以后 ， 在表面覆盖 泡沫保温被 。 4结 语 大坝溢流堰面混凝土于 2 0 1 0年 1 1月底开始浇筑， 2 0 1 1 年 3月底完工。由于采用先进的模板设计、 合适的 施工方案， 并在原材料质量、 混凝土施工配合 比及温度控 制 、 施工工艺等方面进行了严格 的控制， 溢流面混凝土内 在质量及外观质量都有很大的提高， 无表面裂缝。 参 考文献 ： 1 中华人民共和国国家经济贸易委员会 D L T 5 1 4 42 0 0 1 水工混凝土施工规范 S ( 本文责任编辑马克俊 )