高性能喷射混凝土在白莲河抽水蓄能电站中的应用.pdf

第 3 8卷第 7期 2 0 1 2 年7月 水 力 发 电 高性能喷射混凝土在 白莲河 抽水蓄能电站中的应用 安 萍 ，陈 彬 ( 中国葛洲坝集 团第一工程有 限公 司，湖北宜 昌 4 4 3 0 0 2 ) 摘要 ：在 白莲河抽水 蓄能电站地下厂房及隧道施工 中使用 了高性能喷射混凝土 。实践表 明 ，高性能喷射混凝土很 好地满足 了新奥法施工 的要 求 ，其泵送性好 、一次喷射厚度 大 、早期强度高 、后期强 度损 失小 、回弹率小 、与 围岩 粘接效果好 、粉尘少 ，有效控制 了初期支护的围岩变形。 关键词 ：高性能喷射混凝土 ；性能检测 ；L A HE体系 ；白莲河抽水 蓄能电站 Appl i c a t i o n o f Hi g h-pe r f or m a nc e Sho t c r e t e i n Bai l i anhe Pumpe d-s t or a ge Powe r St a t i on An Pi n g，Che n Bi n ( C h i n a G e z h o u b a G r o u p N o 1 E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， Y i c h a n g 4 4 3 0 0 2 ， Hu b e i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e h i g h p e r f o r ma n c e s h o t c r e t e i s u s e d i n t h e c o n s t r u c t i o n o f u n d e r g r o u n d p o w e r h o u s e a n d t u n n e l s o f Ba i l i a n h e P u mp e d s t o r a g e P o we r S t a t i o n T h e p r a c t i c e s h o ws t h a t t h e h i g h p e r f o rm a n c e s h o t c r e t e c a n me e t t h e r e q u i r e me n t s o f N e w Au s t r i a n T u n n e l i n g Me t h o d T h e s h o t c r e t e h a s g o o d p u mp a b i l i t y ，h i g h e r e a r l y s t r e n g t h ，l e s s p o s t s t r e n g t h l o s s ，s ma l l e r r e b o u n d r a t e a n d g o o d b o n d i n g wi t h s u r r o u n d i n g r o c k ，a n d t h e c o n s t r u c t i o n o f s h o t c r e t e c a n f o r m t h i c k e r c o n c r e t e a t o n e p r o c e s s a n d h a s l e s s d u s t T h e s h o t c r e t e c a n e ff e c t i v e l y c o n t r o l s u rro u n d i n g r o c k d e f o rm a t i o n a t i n i t i a l s u p p o r t i n g s t a g e Ke y W o r d s ： h i g h - p e rfo r ma n c e s h o t c r e t e ； p e r f o rm a n c e t e s t i n g ； L AHE s y s t e m； Ba i l i a n h e P u mp e d - s t o r a g e P o w e r S t a t i o n 中圈分类号 ： T V 5 4 4 9 2 3 ( 2 6 3 ) 文献标 识码 文章编号 ： 0 5 5 9 - 9 3 4 2 ( 2 0 1 2 ) 0 7 - 0 0 4 1 0 2 1 工程概况 2 高性能喷射混凝土设计要素 白 莲 河 抽 水 蓄 能 电 站 位 于 湖 北 省 黄 冈 市 罗 田 县 白莲 乡境 内 ，电站设 计 安装 4台 3 0万 k W 可逆 式 抽 水 蓄能 机组 ，总装机 容 量 1 2 0万 k W 。 电站 枢 纽 由上 水 库 、下水 库 、输 水 发 电 系 统 及 地 面 开关 站 等 组 成 ，上 水 库 位 于 白莲 河 水 库 右 坝 头 的 山 谷 凹 地 ， 包 含 1座 混 凝 土 面 板 堆 石 主 坝 及 3座 心 墙 土 石 副 坝 ；下水 库 则 利 用 已有 的 白莲 河 水 库 。 输 水 系 统 主 要 包 括 上 下 库 进( 出 )水 口 、 引 水 隧 洞 、 上 游 调压 室 、尾水 隧洞 等 建 筑 物 ：地 下 厂 房 主要 由 球 阀 室 、 主 厂 房 、 主 变 洞 、 尾 水 闸 门 室 、母 线 洞 及 其 他 辅 助 洞 室 组 成 。 在 地 下 厂房 及 隧 道 支 护施 工 中决 定 使用 喷射 混 凝 土 ，常 规 喷 射混 凝 土 分 为 干 喷 、潮 喷 和 湿 喷 3种 类 型 ，普 遍 存 在一 次 喷 射 厚 度小 、回弹 高 、施 T 效 率偏 低 等 问 题 。为 有 效 控 制 喷射 混 凝 土 质 量 白莲 河抽 水蓄 能 电站应 用 了高 性能 喷射 混凝 土施 工 技术 。 2 1 高 性能 喷射 混凝 土 主要技 术 指标 高 性 能 喷射 混 凝 土 主要 技 术 指 标有 ： 满 足 喷 射 混 凝 土 的 早 期 强 度 要 求 ，2 8 d强 度 等 级 应 达 到 C 2 5； 坍 落 度 1 2 0 1 4 0 mm，具 有 优 良的 可 泵 性 ； 回弹 小 ； 一 次 喷 射 厚度 不小 于 1 5 c m； 粉 尘 少 。 2 _ 2 高 性能 喷射 混凝 土 的材料 要 求 ( 1 )水 泥 。强 度 不 低 于 3 2 5，最好 采 用 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ( 2) 骨 料 。 级 配 连 续 ，0 1 2 5 mm 筛 余 含 量 应 在 4 9 范 围 内 ，粗 骨料最 优 粒径 1 0 mm左 右 ，最 大 不 要 超 过 1 5 mm， 针 片 状 含 量 应 小 于 1 0 这 样 既 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 5 1 0 作者简介 ：安萍( 1 9 7 5 一 ) ，女 ，陕 西韩城人 ，工程 师 ，从 事水 利水 电项 口施工技 术管理工作 W a t e r P o w e r V o L 3 8 N o 7团 芟工 ， 守： l 司 。12 1： 目E u 贝 习 死废疋 J一 仕匕】 娃 u J 出小 昌 目 E 巳 L + J H 用 可 满足 湿喷混 凝 土 的泵 送要 求 ，又可 有效减 小 回弹 。 细 骨 料 细 度模 数 宜 为 2 _ 3 3 0含水 率 宜 控 制 在 6 左 右 。粗 细 骨料 混 合 级配 曲线 应满 足 喷射 混 凝 土级 配 要求 ，每 一级 配数量 均 应小 于 3 0 。 ( 3 )掺合 料 。高性 能喷 射 混凝 土 通 常会 加 入 硅 粉 、粉煤 灰 等 ，尤 其 是纤 维 喷 射 混凝 土 。 此类 掺 合 料 比表 面积 很 大 ，可 有效 改 善 混 凝 土性 能 ，加 强 新 拌混 凝 土 的和 易性 、增 大 与 围岩 的粘 结 强 度 、减 小 同弹量 从 而 提 高喷 射 混凝 土 抗 渗 、抗 硫 酸盐 侵 蚀 及其 他 相关 性 能 。掺 合 料掺 量 通 常不 超 过 水 泥用 量 的 1 0 。 ( 4 ) 用 水 量 。 在 满 足 施 工 要 求 的 情 况 下 尽 量 减 少用 水 量 ，水 灰 比在 一 定 范 围 内越 小 ，混 凝 土凝 结 效 果 越 好 。 ( 5 ) 塑 化 剂 。 可 提 高 喷 射 混 凝 土 凝 结 效 果 及 后 期 强 度 ，节 约 整 体 成 本 。 ( 6)液体 速凝 剂 。与 水泥 有 较 好 的相 容 性 ，能 有 效 提 高 混 凝 土 与 基 底 的 粘 接 力 ， 对 混 凝 土 的 强 度 损 失影 响较小 。 2 3原材 料性 能 ( 1 ) 水 泥 。 采 用 华 新 水 泥 厂“ 堡 垒 ” 牌 3 2 5 R 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ，细 度 1 6 ，密度 3 1 0 g c m ；初 凝 时 间 5 h 2 0 mi n，终 凝 时 间 6 h 4 2 mi n；3、2 8 d 抗 压 强 度 分 别 为 2 4 3、 5 2 7 MP a ； 3、2 8 d抗 折 强 度 分 别 为 5 2、7 9 MP a；标 准 稠 度 用 水 量 2 9 ；安 定 性 合 格 。 ( 2) 粗 骨 料 。 采 用 罗 田 县 白莲 河 月 山 碎 石 厂 生 产 的 人 工 碎 石 ， 粒 径 为 5 1 5 mm，表 观 密 度 2 6 2 2 k g m ，压 碎 指 标 9 8 ，针 片 状 含 量 6 2 含 泥 量 0 4 。 ( 3 )细 骨 料 。采 用 白莲 河 天 然 砂 ，细 度 模 数 3 0， 连 续 级 配 ，表 观 密 度 2 5 5 3 k g m ，含 泥 量 1 8 ，无 泥 块 。 ( 4) 外 加 剂 。 采 用 L AHE 体 系 外 加 剂 。 L AHE 体 系 由 L A 1 0 0低 碱 速凝 剂 、R i c t u r e HE喷射 混凝 土 性 能 增 强 剂 等 组 成 有 效 解 决 了 速 凝 剂 同 水 泥 的 适 应 性 问 题 。 其 中 ，L A1 0 0低 碱 速 凝 剂 游 离 碱 含 量 小 于 0 6 且 不 含氯 离子 ，降低 了对 人体 及环 境 的损 害 程 度 ： Ri c t u r e HE增 强 剂 为 改 性 活 性 物 质 ，具 有 减 水 、保 持 坍 落 度 、遇 L A1 0 0发 生 促 凝 的 三 重 功 效 。L AHE体 系 同所 有 普通 硅 酸 盐 水 泥均 相 容 ，水 泥 适应 性好 ，故 喷射 混 凝 土凝 结 好 ，与潮 湿 、渗水 基 底 的粘 接效 果 也 非 常好 ；一次 喷 射 厚度 大 ， 回弹 率 小 ；早 期 强 度 非 常 高 ， 喷 射 混 凝 土 2 8 d强 度 损 失 小 ；掺加 量 少 ，整 体成 本低 。 ( 5 )水 。 当 地 生 活 饮 用 水 。 囫Wt t e r P o w e r V o 1 3 8N o 7 2 4高性能喷射混凝土施工 白莲 河 抽水 蓄 能 电站高 性 能 喷射 混 凝 土施 工采 用 S P M5 0 0 P C遥 控 机 械 手 大 型 喷 射 机 。 用 机 械 手 进 行 喷射 作 业 ，效 率 高 ，混 凝 土喷 射 均匀 密 实 ，质 量 好 ，同时作 业范 围广 。 因 喷 射 混凝 土 早 期 强 度 高 ，喷 射 作 业 完成 后 ， 要 及 时 养 护 ， 以 免 造 成 质 量 缺 陷 。 3 高性能喷射混凝土性能检测 ( 1 )新 拌 混凝 土 坍 落度 经 时 检测 。依 据 水 工 混 凝 土相 关 规 范 。对 现 场新 拌 混凝 土 的初 始坍 落 度 及 相应 经 时损 失进 行 了测试 检 验 ，其 3 0、4 5 rai n的坍 落 度 与 初 始坍 落 度 基 本 相 同 ，均 在 1 4 3 n l m 左 右 ， 表 明掺 加有 Ri c t u r e HE的混凝 土 3 0、4 5 mi n坍 落 度 基 本 没 有 损 失 。 ( 2)一 次 性 喷 射 厚 度 测 试 。 根 据 预 先 安 装 好 的 钢 筋 插 杆 。 经 多 次 检 测 一 次 性 喷 射 厚 度 完 全 满 足 1 5 c m厚 度 要求 ，其 中边 墙 可 达 3 0 4 0 C I l l ，顶 拱 一 次 性喷射 厚度 在 2 0 3 0 c m 之 间 ，提 高 了喷射效 率 。 ( 3 ) 回 弹 率 测 试 。 常 规 喷 射 混 凝 土 的 回 弹 率 ， 在 边 墙 部 位 一 般 为 1 5 2 0 ，顶 拱 部 位 为 2 0 3 0 ；而 高性 能 喷 射 混凝 土 ，根 据 收集 到 的每 班 现 场 地 面 回 弹 物 质 量 折 算 成 方 量 后 、 与 当 班 喷 射 的 混 凝 土方 量 进 行 对 比 ，并 计 算 出喷 射 作 业 的 同 弹 率 ， 经 统 计 分 析 其 边 墙 回 弹 率 在 5 5 6 8 之 问 ， 顶 拱 回 弹 率 在 1 3 9 1 6 2 之 间 ，表 明 边 墙 同 弹 率 小 于 顶 拱 回 弹 率 干 燥 粗 糙 基 面 回 弹 率 要 低 于 潮 湿 光 滑 基 面 回 弹 率 ，这 与 常 规 喷 射 混 凝 土 的 规 律 相 同 ， 但其各 部位 回弹率均 明显低 于 常规 喷射混 凝 土 。 ( 4 ) 抗 压 强 度 检 测 。 依 据 锚 喷 施 工 规 范 ， 现 场 采 集 大 板 试 样 及 无 底 试 模 样 块 。放 置 现 场 2 4 h后 取 回实验 室 标 准 养 护 ，检 测 C2 5喷射 混 凝 土 的 1 、3 、 2 8 d抗 压 强 度 分 别 约 1 4、3 2 、4 3 MP a，表 明 高 性 能 喷射混 凝土 的早期 强度 高 、后期 强度 损失 较小 。 ( 5 )喷 射施 工 作 业 区粉 尘 浓 度 的测 定 。使 用 便 携 式 电动 测 尘 器 采 用 滤 膜 法 进 行 粉 尘 浓 度 的 测 定 ， 测 得在 喷射 能 力 为 1 0 1 5 m3 h条件 下 的平 均粉 尘 浓 度 小 于 l 0 mr , i n ，表 明 现 场 喷 射 环 境 良好 。 ( 6)抗 渗 性试 验 。作 为 喷射 混 凝 土 耐久 性 的 主 要 指 标 ，抗 渗 性 能 实 验 结 果 表 明 喷 射 混 凝 土 整 体 抗 渗 等级 达到 W8 。 ( 7 )容 重 密 实 度 。喷 射 混 凝 土 平 均 容 重 2 3 3 3 k g m ， 密 实 度 为 0 9 9 4 。 4 结语 白莲 河 抽 水 蓄 能 电站 地 下 厂 房( 下 转 第 5 1页 ) 表 3岩锚梁测缝计实测梁体与 围岩接触变形 i n n 梁体 与围岩接触变形 最大增 幅 试 验项 目 厂 O + 3 5 厂 0 + 8 6 厂 O + 9 6 厂 O + 1 2 0 上游 上游 上游 上 游 荷 载 全 程 静 载 试 验 中 进 行 。 在 其 他 加 载 条 件 下 桥 机 处 于 运 动 状 态 。无 法 完 成 水 平 位 移 和 垂 直 位 移 监 测 。 水 平 位 移 采 用 无 接 触 式 收 敛 法 进 行 观 测 ，垂 直 位 移 采 用 几 何 水 准 法 进 行 观 测 。 监 测 结 果 表 明 1 0 0 额 定 荷 载 全 程 静 载 试 验 条 件 下 ，桥 机 停 靠 在 厂 0 +8 6、 厂 0 + 9 6和 厂 0 + 1 2 0等 3个 不 同 部 位 时 的 上 、下 游 侧 岩 锚 梁 收 敛 变 形 测 值 分 别 为 0 9、 1 9 ml n和 1 2 mm， 上 游 侧 梁 体 垂 直 位 移 分 别 是 0 5、 0 7 mm 和 0 4 mm。下游 侧梁 体 垂直 位移 分别 是 0 4、 0 4 mm 和 0 3 mm。 负 荷 试 验 对 岩 锚 梁 梁 体 位 移 影 响非 常 有 限 。 另外 ，从 外 观检 查 来 看 ，岩锚 梁 无 新 增 裂 缝 ， 原 有 裂 缝 无 扩 展 趋 势 ，岩 锚 梁 与 岩 体 结 合 紧 密 。 4 负荷试验对围岩稳定的影响 4 1 围岩 变 形 地 下 厂房 围岩 变形 由埋 设 在 顶 拱 和边 墙 部 位 的 多 点位 移计 测得 。负 荷 试 验前 ，地 下 厂 房 围岩 变 形 已 基 本 趋 于 稳 定 。 岩 锚 梁 负 荷 试 验 各 级 荷 载 条 件 下 ， 地 下 厂房 围 岩 变形 测 值 变 化 均较 小 桥 机停 靠 前 后 测 值 变化 约 为一 0 0 5 0 1 mm。无 明 显 的规 律 性 ，测 值 变 化 与 荷 载 大 小 无 明 显 正 相 关 性 。 岩 锚 梁 负 荷 试 验对 电站 地 下厂房 的围岩 变形 影 响非 常小 。 4 2支护 结构 应 力 顶拱 围岩 大 部 分锚 杆 应 力 和 大 部分 格 构 梁 钢 筋 应 力测 值变 化 很小 ，仅在 F 断层 带 内少 量 观测 仪 器 测值 略有 变 化 。其 中 ，桥 机停 靠 前 后 锚 杆应 力 最 大 变 量 为 5 6 0 MP a；岩 锚 梁 以 下 边 墙 围 岩 内 锚 杆 应 力 变 化 量 约 为 0 3 3 5 MP a ； 安 装 在 格 构 梁 端 头 联 系 梁 内的锚 索锚 固力 变化 不大 其值 在一 6 0 8 0 k N范 围 内波 动( 平 均 锚 索 锚 固力 约 1 1 0 0 k N) 。 同一 大 车 停靠 点 ，小 车停 靠 在 近 上 游侧 与停 靠 在 近 下游 侧 两 种 不 同工 况 下 ， 围 岩 锚 杆 应 力 相 差 约 1 2 MP a 。 支 护 结 构 应 力 变 化 一 定 程 度 上 反 映 了 围 岩 岩 体 应 力 变 化 。从 监 测 结 果 可 以 看 出 ，试 验 荷 载 对 围 岩 支 护 结 构 应 力 和 围 岩 岩 体 应 力 存 在 一 定 的 影 响 ， 但 影 响 幅 度 较 小 ， 约 为 2 5 4 3格 构 梁钢 筋应 力 地下 厂房 格 构梁 专 为 断 层顶 拱 支 护设 置 。顶 拱 围 岩 的 微 小 变 形 均 会 引 起 格 构 梁 钢 筋 的 应 力 变 化 。 随着 地下 厂房 的逐 层开 挖 ，顶拱 围岩变 形逐 步 增加 ， 导 致 格 构 梁钢 筋 应 力 增加 ，至 桥 机 负荷 试 验 时 最 大 钢 筋拉 应力 已增 至 6 5 MP a最 大钢 筋压 应 力 已增 至 5 4 MP a 。桥 机停 靠 前后 ，格 构 梁钢 筋应 力 变化 量 最 大 为 3 4 8 MP a 。同一 大 车 停 靠 点 ，小 车 停靠 在近 上 游 侧 岩 锚 梁 与停 靠 在 近 下 游 侧 两 种 不 同工 况 下 ， 格 构 梁 钢 筋 应 力 的 最 大 差 值 为 2 2 1 MP a 。 5 结语 通 过 同 步 监 测 的 成 果 ， 分 析 了 白 莲 河 抽 水 蓄 能 电 站 岩 锚 梁 负 荷 试 验 对 岩 锚 梁 及 地 下 厂 房 围 岩 稳 定 的 影 响 可 得 出 如 下 结 论 ： ( 1 )负 荷试 验 的各 级 荷 载会 引起 岩 锚 梁 承拉 和 承 压 锚 杆应 力 增 加 ，但 增 加 幅 度 较小 ，这 与 围 岩质 量 、锚 杆 和岩 锚梁施 工 质量 等众 多 因素有 关 。 ( 2)负荷试 验对 岩锚 梁梁 体 与 围岩 的接 触变 形 ， 以及 梁体水 平 位移 与垂 直位 移 的影 响均较 小 。 ( 3 )负 荷试 验对 地 下 厂 房 围岩 稳 定 的 影 响非 常 小 ， 围 岩 变 形 基 本 不 变 ，岩 体 应 力 稍 有 增 加 。 ( 4)负 荷试 验 引起 的锚 杆应 力 、岩 体 应力 、接 触 变 形 以及 梁 体 位 移 等变 化 在 卸荷 后 或 者 桥 机驶 出影 响范 围后 均能 恢复 至试 验前 的 状态 。 参考文献 ： 1 G B 5 0 2 7 8 -9 8 起重设 备安装 工程施工及验 收规 范 s 1 ( 责任 编辑杨健 ) () o() 0 oo-o-o o- ( ( oo- ( ( 上 接 第 4 2页 )及 隧道 标 段 支 护施 工 中采 用 了高 性 能 喷射 混凝 土 喷 射 混 凝 土泵 送 性 好 ；一次 喷 射 厚 度 大 且 与 围 岩 的粘 接性 好 ；凝 结 效 果 好 ，早 期 强 度 尤 其 是 一 天 的强 度 高 ，后 期 强 度 损 失 小 ： 回 弹 率 小 ；粉 尘 少 ，现场 工 作 环 境好 。实 践 表 明 ，高 性 能 喷射 混 凝 土很 好 地 满 足 了新 奥 法 施 工 的要 求 为 地 下 洞 室 开 挖 中 柔 性 支 护 的 重 要 组 成 部 分 ，可 有 效 控 制 初 期 支 护 的 围岩 变 形 ，为 今 后 推广 一 次 性 永 久 支 护 提 供 了可 能 。 参 考文献 ： 1 D I ， r 5 1 5 0 2 0 0 1 水工混凝土试验规程 S 2 G B 5 0 0 8 6 -2 0 0 1 锚杆喷射混凝土支护技术 规范 S ( 责任 编辑焦 雪梅 ) Wa t e r P o w e r Vo 1 3 8 No 团