碾压混凝土快速筑坝技术在乐昌峡水利工程中的应用.pdf

第 8期 2 0 1 1年 8月 广 东水利水 电 GUANGD0NG W ATER RES 0URCES AND HYDR0P0W ER No 8 Au g 2 0 1 1 碾压混凝土快速筑坝技术在乐昌峡水利工程中的应用 张 军 ( 广 东水利 电力职业技术学院 ， 广东 广州 5 1 0 6 3 5 ) 摘要 ： 结合 广 东省乐昌峡 水利枢纽工程实例 ， 详细介绍碾压混凝 土快速 筑坝技 术的研 究 内容和具 体施 工措 施 ， 总结 出广 东南方地 区碾压 混凝 土筑坝技 术的特征及研 究 内容 ， 这是 涉及 坝体结构 、 材料 性能、 施工布 置、 浇筑方式 、 H- r - 工艺及温控 防裂的 系统 工程 。该 文为我 国该项技 术的研 究提供借鉴 资料 。 关键词 ： 碾 压混凝土 ； 筑坝技术 ； 快速施工 中图分类号 ： T V 6 4 2 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 0 4 0 3 1 概 述 从 2 0世纪 8 0年代 初引入碾压混凝土筑坝技术 以 来， 经过 3 0年不断地探索研究和筑坝实践 ， 我国碾压混 凝土筑坝技术在坝工设计 、 材料配合比设计 、 施工技术和 机械等方面都取得了突破性进展， 建成了普定、 江垭、 大 朝山、 龙滩 、 三峡工程围堰等具有代表性的大量碾压混凝 土大坝及建筑物 ， 逐步形成 了具有我国特点 的碾压混凝 土筑坝技术。 目前 ， 我国碾压混凝土筑坝技术已由低坝 向高坝发展 ， 重力坝向拱坝发展， 并推广应用于围堰、 加 固和扩大溢洪道以及修建公路等方面 ， 已处于 国际领先 地位 。 2 碾压混凝土快速筑坝技术在乐 昌峡水利枢纽工程中 的应 用 2 1 乐昌峡水利枢纽工程简介 乐昌峡水利枢纽工程位于韶关乐 昌市境 内的武水 中游， 坝址紧靠原京广铁路塘角车站 ， 下距乐 昌市区约 1 5 k in、 距韶关市区约 8 1 k m。乐 昌峡水利枢纽工程是以 防洪为主， 结合发电、 兼顾航运 、 灌溉等效益的综合利用 枢纽工程 ， 是解决北江中上游尤其是韶关市 、 乐 昌市的 洪水威胁 ， 实现库堤结合 防洪体系 ， 保障防洪安全和社 会经济可持续发展的关键性工程 。 乐 昌峡水利枢纽工程为 等大( 2 ) 型工程 ， 其主要 建筑物为 2级， 次要建筑物为 3级 ； 工程主要建筑物包 括拦河大坝 、 溢流坝 、 引水 系统 、 发 电厂房 、 开关站 等。 拦河大坝为碾压混凝土重力坝 ， 坝顶长为 2 5 6 m， 最大坝 高为 8 4 6 m， 坝体混凝 土约为 3 9 7万 m ， 其中碾 压混 凝土为 2 8 3万 n l 。 2 2 碾压混凝土快速筑坝技术的提出 按照工程建设 目标 ， 乐 昌峡大坝应在 2 0 1 0年具备 防洪功能。根据项 目进度安排 ， 大坝混凝土施工时间约 为 1 a ， 必须有超常规的施工速度 。为实现既定 目标， 要 求进行乐昌峡快速筑坝技术研究 ： 如何实现快速筑坝 ， 并加强温度控制防止坝体混凝土开裂。 为解决此问题， 采取的研究方向为： 采用 日益成 熟的碾压混凝土筑坝技术代替传统 的常态混凝土筑坝 技术 ； 碾压混凝土快速筑坝技术是一系统工程 ， 其研 究涉及多专业 、 多工种 ， 方方面面 ， 范围非常之广 ， 不但 要研究坝体结构材料性能 ， 还要研究满足快速筑坝的施 工布置 、 混凝土上坝线路 、 浇筑方式及施工工艺 ， 尤其需 要研究如何解决 因快速筑坝而加重的温控防裂问题。 2 3 乐 昌峡水利枢纽工程碾压混凝土快速筑坝技术的 应用 2 3 1 枢纽布置及坝体体型优化 枢纽布置及坝体结构是能否实行快速筑坝技术的 基础 ， 因此有必要在满足枢纽功能的前提下对枢纽布置 及坝体结构进行优化 。设计推荐的枢纽布置方案为左 岸地下厂房方案 ， 将坝体与厂房分开布置 ， 并取消了右 侧底孔 ， 将廊道由现浇改为预制， 最大限度地减少 了对 碾压混凝土快速施工的干扰 ， 为碾压混凝土快速筑坝技 术的实施创造了条件。 2 3 2 材料优选 1 )水泥 。硅酸盐系列水泥都可用于配制碾压混凝 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 5 2 6 ： 修回 日期 ： 2 0 1 1 0 6一l 7 作者简介： 张军( 1 9 7 4一) ， 男， 本科， 工程师， 主要从事水利T程及建筑工程的教学研究及现场施工管理工作。 4 2 0 1 1年8月 第8期 张军： 碾压混凝土快速筑坝技术在乐昌峡水利工程中的应用 N o 8 A u g 2 0 1 1 土 ， 但是作为大体积混凝土 ， 宜选择 中、 低热水泥 ， 且应 定厂、 定品种供应 ， 不宜在施工过程中更换水泥厂家和 水泥品种。为减小水化热和提高混凝土 的韧性 ， 在矿物 组成上 ， c A和 c s宜低 、 c ， s较高 、 C A F适当 ； 水化热 低 、 脆性系数小 、 具有收缩较小 或微膨胀特 性 、 细度适 中。本工程选用的水泥品种为中热硅酸盐水泥 ， 强度等 级 为 4 2 5 。 2 )粉煤灰。粉煤灰的化学成分根据煤炭类别 、 锅 炉燃烧条件的不同具有较大的差别 ， 因此对不 同电厂粉 煤灰的颗粒形态 、 性 能应进行试 验 ， 原则上选 择球形颗 粒较多 、 烧失量小 、 活性大 、 强度 比高 、 干缩小 、 需水量较 小的粉煤灰。本工程粉煤灰应为 F类 I 级粉煤灰 。 3 )砂石料。用于拌制碾压混凝土的骨料包括细骨 料和粗骨料 ， 可以是天然骨料 ， 也可以是人工骨料 ， 约占 混凝土重量的 8 5 9 0 。粗骨料必须洁净 、 质地坚 硬 、 具有合适的粒形和 良好 的级 配， 不含过多 的有害物 质。良好的粗骨料级配对降低碾压混凝土 的胶凝材料 用量 、 改善混凝土的性能均具有重要作用。细骨料应洁 净 、 不含过多的有机杂质和有害物质 ， 其颗粒级配特别 是粉粒含量的多少对碾压混凝土的性能有较大的影响。 本工程选用 2 0将军山料场生产的人工砂石料 。 4 )外加剂。碾压混凝 土胶凝材料用量少 ， 砂率较 大， 为改善碾压混凝土的施工性能 ， 就必须加入一定量 的外加剂 ， 以降低混凝土单位用水量 、 改善其粘聚性 和 提高抗离析性 。另外 ， 为了适应碾压混凝土大面积施工 的特点 ， 需适当延长碾压混凝土拌合物 的凝结时 间， 从 而使碾压混凝土保持“ 新鲜” 状态 ， 防止冷缝 的出现 ， 改 善层面的凝结 ， 需加入一定量的缓凝剂 。外加剂 的掺人 效果随工程所用原材料的不同而异 ， 其 中以外加剂与所 用水泥及粉煤灰的相容性最为重要。所 以要进行相容 性试验 ， 并对外加剂的性能进行优选 。 2 3 3混凝土特性研究与混凝土试验 大坝碾压混凝土配合比优化及特性研究。在优选原 材料的基础上， 通过优化设计得到技术指标科学合理 、 经 济合理的配合比是非常重要的。配合比选择时需研究水 胶比、 粉煤灰掺量 、 砂率 、 外加剂掺量及灰浆率等对混凝 士眭能的影响， 优化配合 比， 得到一种水泥用量较少、 粉 煤灰掺量较大、 水化温升较低、 和易性好 、 抗压强度适中、 抗拉强度和极 限拉伸较 高、 抗剪强度较高、 抗裂性好 、 收 缩小或微膨胀 、 耐久性好 、 经济合理 的碾压混凝土， 对保 证施工进度和工程质量 ， 具有至关重要的意义。 混凝土的力学性能和热学性能是设计 的基本参数 ， 只有通过试验才能得 到大坝混凝土 的密度 、 水泥水化 热 、 混凝土绝热温升 、 导温系数 、 导热系数和比热等进行 温控设计必须的关键参数 ， 为设计和施工提供可靠的参 考依据 。 2 3 4现场碾压试验研究 碾压混凝土施工是采用工程施工设备按选定 的施 工工艺参数 ， 将试验室配合 比配制的碾压混凝土浇筑成 实体的过程 。在施工前 ， 通过 现场碾压试验 ， 验证设计 的混凝土拌合物与现场施工设备的适应性 ， 并确定施工 配合 比。同时 ， 研究 卸料 、 摊铺 、 碾压工艺 ( 碾压遍数 、 碾压方向 、 振动碾 的行走速度 、 碾压层间隔时间 、 出机 口 和仓面 V C值控制 ) 、 层面与缝面处理、 变态混凝土 的加 浆量 、 加浆振捣方式等施工工艺参数对碾压混凝土质量 及进度的影响， 确定合理的工艺参数 ， 确保材料 、 设备和 工艺三者之间协调一致。验证检测方案及 程序 。通过 对碾压混凝土和变态混凝土现场钻孑 L 抽芯 ， 检测其抗压 强度 、 抗拉强度 、 弹性模量 、 抗渗等级 、 层间结合等性 能 指标是否达到设计要求 。 2 3 5 温控防裂仿真技术研究与温度 、 应力监测及反 馈分析 采用数值仿真计算技术对对大坝施工期混凝 土温 度场和应力场 的非恒定 时空复杂问题进行计算 求解。 通过计算分析 ， 以达到优化坝体混凝体施工温控防裂方 案 ， 防止坝体和坝面裂缝 ， 增大碾压混凝 土和现浇混凝 土层厚甚至连续碾压施工加快施工进度的 目的。施工 期间同时进行原型观测 ， 通 过温度 、 应力监测及反馈分 析 ， 随时掌握施工期间大坝 内部 的温度 、 应力状态和趋 势 ， 进行工程 现场温度等跟踪观测 数据 的反演分析 研 究 ， 动态跟踪施工的反馈计算分析 ， 及时调整温控措施 ， 步步指导混凝土的实际浇筑过程 ， 用“ 混凝土施工动态 反馈方法” 来提高工程混凝土的防裂能力。 2 3 6碾压混凝土快速施工方案 1 )加强人员 、 设备 、 材料 的准备与组织 大坝碾压混凝土共约 2 8 3 0 9 5 m ， 常态混凝土共约 1 1 3 8 4 2 m ， 混凝土浇筑 高峰期 为坝体施工 阶段 。大坝 混凝土施工高峰期投人人员强度达到 4 3 8人 ， 工程共布 置 3套拌和系统 ， 1套为 4 m 强制式搅拌机 ， 该机产 量 为 1 2 0 m h ； 1套 为 3 m 强制 式搅 拌机 ， 该机 产 量 为 9 0 m h ， 主要承担碾压混凝 土的拌和任务 。另外 1套 为 2 m ( 产量为 6 0 m h ) 混凝土强制式搅拌机 ， 主要 承 担常态混凝土的拌和任务。拌和系统 的设计 生产 总量 超过 2 7 0 m h ， 满足施工要求。 利用大坝施工配置的 1台高架 门座式起重机 ， 承担 左岸挡水坝段 、 溢流坝坝段施工材料及设备的吊运。左 2 0 1 1年 8月第 8期 广东水利水电 岸挡水坝段、 右岸挡水坝段、 溢流坝段碾压混凝土按施 工高峰期约3 O 0 0 m d 要求， 采用 l 8台1 5 t 自卸运输车 进行运输 。常态混凝土运输采用 4 6台6 m 混凝土搅 拌运输车进行运输。 2 )坝体分区 在碾压混凝土坝段 ， 除坝基常态混凝土 、 坝体约束 区混凝土浇筑分层厚度为 1 5 m外 ， 其余分层厚度均为 3 m， 拦河坝分左岸挡水坝段为 2 、 3 、 4 、 5 坝 、 溢流坝段 为 、 7 、 8 坝 、 右侧挡 水坝段为 9 、 1 0 、 1 1 坝。9 0 5 m 高程以下为通仓 浇筑 。在 9 0 51 2 9 5 m分 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7 坝段为 1 个浇筑仓面和 7 、 8 、 9 、 1 0 坝段为 1 个浇筑仓面。1 2 9 5 m以上碾压混凝土 ， 左侧 2 、 3 、 4 、 5 和右侧 9 、 1 0 分别为 1 仓， 详见图1 。 图 1 混凝土浇筑分层分块示 意( 单位 ： 高程 m； 长度 m m) 3 )混凝土运输入仓碾压工艺 由于仓面大， 铺料采用斜层铺料法， 斜层坡 比为 I： 1 0。 自 卸汽车直接入仓卸料时， 采用退铺法依次卸料， 铺筑方向与坝轴线平行 ， 卸料高度控制小于 1 5 m。采 用大仓面薄层连续铺筑 ， 铺筑厚 度由混凝土拌和及碾压 能力 、 温度控制要求 、 坝体分块尺寸和细部结构等 因素 确定 ， 铺筑厚度控制在 3 4 c m左右范 围内。 平仓采用混凝土平仓机 ， 做到随卸料 随平仓 ， 摊铺 好的混凝土及时进行碾压 ， 碾压时有 以下控制要点 ： 按照碾压试验要 求碾压遍数 控制为 2( 无振 )一6( 振 动) 一 2 ( 无振) ； 每层碾压作业结束后， 及时布点做核 子密度仪检测混凝土压实容重 ， 各标号的碾压混凝土在 任何测点测得的相对压实度 不得低 于 9 8 ， 如达不到 设计要求须补压至合格 ； 层间允许间隔时间应控制在 混凝土初凝时间内， 夏天控 制在 6 h内， 冬 天控制在 8 h 内 ， 混凝土 拌 和物从 拌 和 到碾 压完 毕 历 时不 得超 过 1 2 0 ra i n ， 混凝土拌和物从摊铺到开始碾压的历时不得超 过 3 0 m i n ， 混凝土 值控制 在 37 s 之间 ， 实际操作控 制在 5 s左右 ； 高温条件下施工 ， 尤其是 中午 日照强 时， 仓面采用喷雾器朝天喷雾对仓 内混凝 土降温保湿 ； 6 所有施工缝均采用高压 冲毛机冲毛， 边角部位、 立面 采用人工打毛； 左 、 右岸挡水坝段有设横 向结构缝要 求 ， 在每 1 层混凝土浇筑完毕后终凝前 ， 采用切割机切 缝形成诱导缝 ， 采用 编织布嵌缝 ， 上游二级配混凝土和 变态混凝土及 下游 2 O m范围横缝采用 B W 聚乙烯 闭 孔泡沫板嵌缝 ； 变态混凝土采用沟槽法加浆的方式 ， 在已经摊铺好 的碾压混凝土上 ， 人工采用钉耙将碾压混 凝土掏 出沟槽 ( 如 图 2所示 ) ， 然后将灰浆均匀地掺人 沟槽 内， 用 + 1 o o型高频振捣器插入振捣。 图2 沟槽法加浆示意( 单位 m l ,n 4 )模板的形式 左 、 右岸挡水坝的上 、 下游部位 ： 采用 3 m 3 m的悬 卡式模板 。悬卡 式模板 为结构 桁架 。模板 安装采 用 l O 8 t 仓 面吊吊装 ， 人工配合就位加 固( 见 图3 ) 。 承力螺栓r 一 、 赫 一 f f ： - 。 - ： 。 。 。 ， ： h f 一 - ， 一 ： ， ： l l J ： 一 ： n一 ： r ， ： T 图3 悬卡模板安装及坝面布置展开示意( 单位； m ( 下转第 2 9页) 2 0 1 1年 8月第 8期 广 东水 利水 电 度很大 ， 排名略有上升， 主要是 与这些高耗水行业 比例 的下降有着密切联系。 2 )2 0 0 9年 ， 1 业用水效率最高的深圳和珠海 2市 工业 中通信设备 、 计算机及其 他电子设备制造业 、 电气 机械及器材制造业在各市的 J 业总产值所 占的比例很 高； 排名第 3的阳汀金属制品业 已成一定规模 ， 有利于 提高其： r = 业用水效率； 湛汀的石油和天然气开采业和石 油加丁业 、 炼焦及核燃料加 业也形成规模 。虽然部分 城市具有 电力 、 热力的生产和供应业 、 化学原料及化学 制品 、 黑色金属冶炼及压延加工业和有色金属冶炼及压 延加工业等高耗水行业 ， 但是这些行业所占的比例均处 于基本稳定或者下降的趋势 ， 而通信设备 、 计算机及其 他电子设备制造业和交通运输设备制造业属于高附加 值产业 ， 各市的T业效 率较高与这些行、 l 及其规模 的增 加有着密不可分的关系 ， 3 )分析用水效率 f 升速度最快 的清远市可知 ， 有 色金属冶炼及压延加 T业 、 非金属矿物制 品业所 占的比 例不断上升 ， 而电力 、 热力的生产和供应业和电气机械 及器材制造业 比例下降明显， 这说明电力、 热 力的生产 和供应业是造成内陆城 市 _ 业用水效率偏低的最 主要 行业。T业用水效率排名下降最大的梅州 市和汕尾市 ， 也是南于其电力 、 热力的生产和供应业的增加导致其工 业用水效率难 以提高。 4 )河源和汕尾等市的纺织业属于用水效率较低的1 二 业行业， 而汕头和揭阳配套发展纺织服装 、 鞋、 帽制造业， 可 以大大提高工业附加值 ， 有利于工业用水效率的提高。 3结论 与建 议 通过 以上分析 可知 ， 就 T业行业性 质及其规模 而 言 ， 导致广东省各 地市工业用水效 率偏低 的行业主要 有 ： 电力 、 热力的生产和供应业 、 化学原料及化学制品制 造业 、 黑色金属冶炼及压延加一 1 业 、 有色金属冶炼 及压 延加工业 、 有色金属矿采选业 、 非金属矿物制 品业和纺 织业。这些行业将是 T业节水的重点对象 ， 需要加快生 产工艺的改进和用水装置的更新换代 ， 必须提高高耗水 工业的用水管理水平。工业 水效率较高的行业主要 有 ： 通信设备 、 计算机及其他 电子设备 制造业和交通运 输设备制造业。形成产业规模而有利 于提高工业用水 效率的行业有 ： 石油和天然气开采业和相配套的石油加 炼焦及核燃料加 业 ， 纺织服装 、 鞋 、 帽制造业 以及规 模化 的金属制品业。 参考文献 ： 1 J 三 浩 ， 马淇珍， 张象明， 等 我 同的片 j 水效率与节水潜 力 J 水 0 规戈 0 ， 1 9 9 8 ， ( 增于 IJ ) ： 3 7 4 6 2 孙才志 ， 王曳 圩， 李红新 辽宁省H j 水效率影响 素分析 J 水利经济 ， 2 0 0 9 ， ( 2 7 ) ： l 一 5 3 马瑞 ， 刘 树锋 ， 李 铁 “ 十二 五” 厂 东省 水 资源可持 续发 展 的战略与 重点 J 广东 水利水电 ， 2 0 1 0 ， ( 1 0 ) ： 91 1 4 朱肩荣 r f l 国T 、 崩水效 牢 与节水潜 力实证研 究 J T 业技术经济 ， 2 0 0 7 ， ( 2 6 ) ： 4 8 5 1 ( 本文责任编辑马克俊) ； ； 薹 专 专 戋 善 专 、 专 ； ； 专 乏 警 专 专 睾 蔓 专 ； 、 廖专 ( 上接 第 6页) 5 )廊道预制及安装 设有 2道廊道 ， 分别为 8 4 51 4 4 O m高程的灌浆廊 道和 1 0 7 5 m高程的观测廊道。廊道均采朋混凝土预制 件， 宽为 2 5 m， 顶高为 3 m， 每节长为 1 5 m。混凝土浇筑 至廊道底板高程后立即用仓而吊进行预制廊道 吊装。廊 道就位后 ， 两侧对称浇筑混凝土， 离边线 5 0 e ra范围内浇 筑常态混凝土 ， 防止碾压机械挤压致使廊道变形。未影 响层问采取直接铺筑 ， 满足了快速施 1 的要求。 6 )冷却水管安装及通水方法以及保温材料安装方法 对高温时段浇筑 的坝体约束区混凝土采片 J 埋 设冷 却水管通过水冷却 ， 混凝 土浇筑完成终凝后 ， 通河水冷 却 ， 冷却水流量为 2 0 L m i n ， 通水时间为 2 0 d 。冬天低温 日平均气温为 O C 3 q C时， 采取保 温被 、 聚乙烯泡沫板 覆盖 ， 用温水拌和。 3 结 语 乐 昌峡水利枢纽大坝经过建设者们一年艰 辛， 受 了 2 0 1 0年 1月近 l O O a一遇洪水 、 广东高温季节 长 、 连 续 雨天 、 交通运输条件极差等不利 素 的考验 ， 大坝右 岸坝段于 2 0 1 1年 1月 5日到顶 ， 碾压混凝土实际高峰 月达 3 9万 m 月 ， 创造 了广东省混凝 土浇筑最高 纪 录 ， 达到预期建设 目标要求 。 从 2 0世 纪 8 0年代 至今 ， 我 国逐步 形成 了不设纵 缝 、 富浆碾压混凝土 防渗 、 低水泥用量 、 高掺粉煤灰 、 低 V C值 、 坝体大仓面连续浇筑上升 、 斜层铺筑碾压以及变 态混凝土替代常态混凝土等成套技术 。广东南方地 经过双溪水 电站 、 惠州抽水 蓄能电站 、 乐 昌峡水利枢纽 等T程实践 ， 也有力印证了碾压混凝土筑坝技 术快速 、 经济的特点 。该技术的研究与发展空问大 ， 具有重要的 现 实意 义 。 参考文献 ： 1 陈宗梁 我 国碾 混凝 土筑 坝技 术 的发展 及其 主要 特 点 J 水 利水电技术 ， 1 9 9 3 ， ( 2 ) ： 1 2一l 4 ( 本 文责任 编辑马 克俊 ) 29