双曲拱坝碾压混凝土施工技术.pdf

2 0 1 0年第 6期 ( 第 3 8卷) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 6 2 01 0 ( rr 0 d a 1 N o 3 8 ) 文章编号： 1 0 0 7 7 5 9 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 1 8 0 3 双 曲拱坝碾压混凝土施工技术 周 延平 ( 云南龙江水利枢纽开发有限公 司， 云南 潞西 6 7 8 4 0 0) 摘 要 ： 广西平南水电站拱坝为全断面碾压混凝土双曲薄拱坝， 最大坝高6 5 m， 坝底宽2 7 m ， 坝顶宽6 m 。大坝施工采用全断面碾压 通仓薄层连续上升施 工_T艺 ， 碾压层厚 为3 0 c m； 采用 2台1 3 i n 和 1台1 X 1 5 i n 强制式拌和机拌制混凝 土， 混凝 土浇筑 时低 仓位采用 自卸汽车直接运输入仓 ， 高仓位采用负压溜槽转 料人仓 的方式 和辐射式缆机 人仓的方式 。文章 介绍 了 工程 规划布置 、 碾压混凝土配合 比及原材料 、 拌制 、 运输、 碾压及养护等施工工 艺， 以及采取的 V C值动态控制方法和碾压混凝土 施工采取 的温控措施 ， 效果很好。 关键词 ： 双曲拱坝； 碾压混凝土施工； 配合比； 施工工艺； 温控 中图分类号： T V 5 2 文献标识码 ： A 1 基 本情 况 1 1 工程概况 广西平南水 电站枢纽工 程 的主要建 筑物 由碾压 混凝 土 双 曲拱坝 、 坝 身泄 洪孔 、 泄 洪 洞及 引水 发 电建 筑物 等组 成 。 最大坝高6 5 I n ， 正常蓄水位5 1 2 m， 总库容1 4 7亿 n l ， 调节库 容0 8 7 5 亿 in ， 为不完全年调节水库。引水洞及压力管道总 长2 9 4 0 m， 设计引用流量9 3 IT I s ， 设计水头9 0 i n ， 安装 3台 2 4万 k W混流式水轮发电机组， 总装机7 2万 k w， 保证出力 1 1 7万 k W， 多年平均发电量2 2 亿 k Wh 。 枢纽工程属 I I 等大( 2 ) 型工程， 引水系统和发电厂房属 I I I 等 中型工程 。拱 坝体 型为 单 圆心等厚 双 曲拱坝 ， 坝顶 宽 6 m， 最大底宽2 7 2 1T I ， 坝 顶圆 弧中心 角 1 0 3 6 。 ， 坝顶 上游 面 半径1 7 2 m， 弧长3 1 l in ， 拱端最大倒悬度0 1 7 。坝体共布置 5 条诱导缝和2条横缝， 平均间距4 5 m左右， 在坝底部4 、 5坝段 E L 4 2 8 m处布置两孑 L 临时导流底孔， 坝身布置有一条灌浆廊 道和二条交通廊道 。坝 顶布 置 5个 泄水表 孔 。坝体 上游侧 I 85 m为二级配碾压混凝土， 其余部位为三级配， 混凝土 标号为 R 2 0 0 。碾压混凝土施工 采用全断 面碾压连续上 升 施工工艺 ， 坝体混凝土3 0万 m ， 其 中， 碾压混凝土2 2万 i n 。 1 2 工程地质 、 水文气象 坝址位于峡谷段 ， 河谷两岸基本对称 ， 左 、 右岸岸坡平 均 坡度一般 4 0 。 6 0 。 ， 河床覆盖层厚 5 8 m。坝址 区出露地层 主要为变质凝 灰岩 ， 夹有少量板 岩条带 。坝址 区属亚热带 大 陆性季风气候区 ， 且有山区气候特征 ， 多年平均气温 l 5 ， 夏 季炎热多暴雨， 降雨多集中于汛期， 易形成洪水， 对工程影响 较大 ， 冬 季是施工 的黄金季节。 1 3 施工特点 本工程受季节 影响较 大 ， 洪水期 间 问断施 工 ， 导 致枯水 期 内施工紧张 ， 强度较大。 1 4 大坝主要工程量 大坝主要 工程量见表 l 。 2 碾压混凝土拱坝施工技术 2 1 混凝土生产 系统 混凝 土拌合系统布置在砂石系统 的附近 ， 采用 联合布置 形式 ， 并共用成品料 堆。设 置有 3台强制式 拌和楼 ， 拌 和设 备 的铭牌生产能力 为3 1 5 r n h ， 能够满足碾 压混凝土最 大小 时浇筑强度1 8 0 m h 。拌和楼均自带配料仓， 并配置有3 0 0 t 水泥及粉煤灰罐。另外还设有1 0 0 0 t 级罐两个， 以储存水泥 及粉煤灰。 表 1 大坝主要工程量表 2 2 施工机械配置 根据仓号的浇筑面积大小及浇筑强度要求， 确定仓面施 工设备的配置数量。随着坝体升高， 面积逐渐增大， 碾压混 凝土强度增加， 投入的设备也逐渐增多。碾压混凝土施工设 备见表 2 。 表 2 碾压混凝土施工设 备表 2 3 碾压混凝 土拱 坝施工工艺 2 3 1 混凝土入仓方案 根据电站碾压 混凝土拱坝坝址处 两岸 山坡 陡峭 ， 河 谷深 切 ， 加之两岸交通道路布置情 况 ， 经方 案 比较后 ， 决定采用 低 线公路汽车直接人仓和高线公路负压溜槽及缆机人仓方案 ， 即 E L 4 1 8 54 6 1 7 i n利用 坝 下游 道路 汽 车 直接 人仓； E I A 6 1 7 4 8 9 m 利用右岸负压溜槽人仓， 仓内配 自卸车接 料； E L 4 8 9 5 1 5 m左、 右岸部分仍采用负压溜槽入仓，仓内 配 自卸车接料 ； 中间表孔常态混凝土坝段采用2 0 t 辐射式缆 机人仓。基础 垫层 常态混凝 土 入仓采用 低线公 路 至基坑 出 渣道路 ， 直接人仓或反铲 、 搭设溜槽人仓 。 2 3 2 碾压混凝土层厚及升层高度确定 收稿日期 2 0 1 0 0 7 0 6 作者简介 周延平( 1 9 7 0一) ， 男， 山东文登人 ， 工程师， 从事工程建设的施工技术、 质量和安全的监督控制管理工作。 一 l 8 一 周延平： 双曲拱坝碾压混凝土施工技术 第 6期 根据大坝碾压混凝 土浇筑的入仓 方案 ， 拌和运输 能力 以 及仓 面面积 、 碾压混凝土凝结时 间来 综合考 虑碾压 混凝土施 工中的碾压层厚度及升层 高度 。当仓 面面积在3 0 0 0 m 左 右 时 ， 碾压层厚度为3 0 c m， 仓 面面积 3 0 0 0 m 时 ， 碾压层厚度 可适当降低 ； 升层高度确定为3 m。 2 3 3 原材料及施工配合 比 1 ) 本工程采用 的原材料 水泥采用柳州水泥 厂中热 5 2 5 硅酸盐水 泥 ； 粉煤 灰采用 柳州火 电厂 级 ( 准 I级) 粉煤灰 ； 钢筋 采用广钢 国内大型生 产厂 家的产 品。 、 砂石骨料采用砂石厂生产 的人工灰 岩骨料 ， 碾压 混凝土 配合比中选用的高效减水剂为广东省建科院生产的 J M1 I ( C ) 减水剂 ； 引气剂 为广 西南 宁外加剂 厂生产 的 D H一 9型外 加剂 。 通过现场碾压混凝土和易性及 可碾性 检测 ， 以及石 粉含 量与碾压混凝土抗压强度的关系试 验 ， 干砂石粉 含量控 制在 1 5 2 2 最为合理， 细度模数 2 6 2 9 ， 合格率 8 0 ； 小 石 、 中石 、 大石生产质量满足碾压混凝土施工要求 。 2 ) 碾压 昆凝土施工配合 比 根据水电站碾压混凝土拱坝 的结 构 和受 力特点 ， 以及 采 用的全断面碾压混凝土施工技术， 碾压混凝土配合比设计基 本思想主要是 ： 在 满足 施工要 求前 提下 ， 从 碾压 混凝 土 的强 度、 耐久性、 层面结合强度、 提高碾压混凝土抗裂性 、 降低施 工期温度应力和经 济性方 面综 合考 虑 ， 参照 了 国内 已建 、 在 建的碾 压混凝土大坝的施工配合 比。主要解决 的问题 是 ： 混 凝土的层间结合可碾性 、 温控和抗裂性 。 水电站碾压混凝土配合比通过两次现场工艺试验的验 证和调 整 ， 并在半 年多 的施 工 中进一 步得 到修 正 ， 施 工配 合 比几尢表 3 。 表 3 水电站碾压混凝土施工配合比 R 0 0 D j m s s J M一 ( c ) I ) H 9 0 4 7 盯 5 一l 0 7 4 l 1 l ， 加 3 8 4 0 6 0 2 4 帅 ( 顿配)0 7 0fi 2 R , 2 0 O D 6 J M一 ( c ) 1 ) H 0盯 8 l 5一旧 6 6 l 2 3 4 如： 柏 ： 2 枷 ( 级配】 u， o 0 2 R 帅 2 卯 埘 一 ( c ) ) H 0 4 7 2 5 4 9一l 1 0 2 7 O 1 呻 一2 2 0 0 砂浆 o 7 o 0 0 5 鲢 凝土 州 一 ( 1 二 ) 。 ” n 4 7 5 4 6 4 6 ， 鲫 徭 掺量为 捏凝土 j埘 净泵 u 7 o 0 0 5 俘 j 一 5 修正后的碾压混凝土施工配合 比， 通过实践检验， 证 明 碾压混凝土和易性 、 抗 分离性 、 可碾性 比原 设计 碾压 混凝 土 配合比有很大的改善， 碾压效果和层面结合质量得到极大提 高， 满足了设计技术要求和质量标准。 2 4 碾压混凝土施工工艺及施工技术 2 4 1 碾压混凝土拌制工艺 拌制碾压混凝土的设施分别为两座 H Z S 9 01 Q 4 o o o和 一 座 H Z S 7 5 1 5 0 0型强制式拌和楼 ， 拌和站所 有操作 系统 均 为电磁 、 气动控制 ， 操作系统和称量控制均由微机控制。拌 制每一罐碾压混凝土方量分别为3 I n 和1 5 m 。拌制 投料 顺 序为： 砂一粗骨料 一胶凝材料 一液体 ( 水 、 外加剂) 。拌制时 间： 有 Mg O掺人时， 级配为9 0 s ， l l I 级配为1 2 0 S ； 无 M g O掺 人时， 级配为7 0 s ， 1 1 I 级配为9 0 s 。 2 4 2 碾压混凝土运输工艺 碾压混凝土水平运输机具为2 0 t 自卸汽车， 每次拉运混 凝土6 m ； 垂直运输机具为2 0 t 辐射式缆机和负压溜槽， 缆机 吊6 m 卧罐人仓， 负压溜槽输送能力为2 4 03 2 0 m h 。 2 4 3 碾压混凝 土入仓工 艺 根据水电站大坝碾压混凝土入仓方案 ， 共有 3种人仓方 式 ， 分别为自卸汽车入仓方式、 缆机入仓方式 、 负压溜槽入仓 方 式。 2 4 4 质量保证方面 应特别注意防止碾压混凝土分离和减小外界环境对碾 压混凝土的影响。在实践中， 采取在出料 口加弯头以降低碾 压混凝土分离 ， 减少对汽车的冲击； 负压溜槽下料顺畅与碾 压混凝土 V C值有较大的关系， 而 V C值受外界条件影响很 大， 实测证明， 碾压混凝土 V C值在 5 8 s 时， 下料较为流畅， V C值再大时， 下料速度较快， 分离加剧， V C值 4 s 时， 下料 较为 困难 。 2 4 5 碾压混凝土仓面作业 铺浆工艺： 大坝碾压混凝土层面铺浆时有两种方式： 一 种是新老混凝土 面( 间 歇层 ) 结合时 ， 层 面铺 一层 11 5 c m 厚水泥砂浆。在进行这道工序时， 将卸在仓内的砂浆按碾压 混凝土铺筑条带方向用专用铺浆耙子铺设均匀 ， 铺浆范围与 下料范围协调一致， 避免砂浆长时暴露水分散失后干硬。另 一 种铺浆是 在坝前5 m范 围 内， 碾压 混凝土 层与层 之间 ( 3 0 c m 层之间) ， 为保证防渗效果， 而铺设一层 11 5 n l lT l 厚 水泥粉煤灰净浆， 水泥粉煤灰净浆 由集 中制浆站制备， 并用 专用输浆管送至仓面 。 铺料与平仓工艺： 混凝土料在仓面上采用 自卸车两点叠 压式卸料串联摊铺作业法， 铺料条带从上游向下游平行于坝 轴线方向从左至右铺摊， 每4 m宽一个条带。为保证碾压混 凝土自加水及平仓到碾压完成控制在两小时以内， 在大坝上 升之初 ， 坝体较宽而短 ， 摊铺条带 比相邻条带超前 4 0 6 0 m 左右 ， 在大坝上升至一半时， 坝体较窄而长， 摊铺条带比相邻 条带超前2 O m左右。对于卸料、 平仓条带表面出现的局部骨 料集 中辅 以人工 分散 。与模板 接触 的条带边 采用人 工铺料 ， 反弹回来的粗骨料及时分散开， 并在上下游大模板 上刻划出 层厚线 ， 以做到 条带 平整 、 层 厚均 匀 。平 仓厚 度 为 ： 按3 4 c m 控制 ， 平仓后的整个坝面略 向上游倾斜 。 碾压工艺 ： 采用 B W2 0 1 A D振动碾时， 碾压遍数为： 先无 振 2遍， 再有振 6 8遍， 最后无振 l 2遍。碾压机作业行走 速度为 11 5 k m h ， 平 均为 1 2 5 k m h 。小 碾 压机 L P 6 5 0 H 的碾压遍数为： 先无振 2遍， 再有振 2 5 2 8遍， 最后无振 1 2遍 ， 碾压机作 业行 走速 度为 1 6 k m h 。碾压机 沿碾压 条带 行走方向平行于坝轴线， 相邻碾压条带重迭 l 52 0 o m， 同一 条带分段碾压时 ， 其接头部位应重迭碾压 2 3 m。在一般情 况下不得顺水流方 向碾压 。 碾压完成的混凝土面， 由于车辆走动等原因， 可能出现 一 些表面裂纹， 这时可用振动碾无振碾压， 使裂纹弥合。大 碾碾压完成后， 应马上用小碾对仓号边角进行碾压， 以保证 碾压质量。碾压混凝土层间间隔时间， 要求在 68 h 内完 成。碾 压作 业完成后 ， 用 核 子密 度仪检 测 ， 以压实 容重 达到 规定要求为准， 检测点控制范围为 1 0 01 5 0 i n 点。 表 4 水 电站碾压 混凝土压 实容重及相对压实度测试结果 3 V C值的动态控制 碾压混凝土的V C值是综合反映其和易性与可碾性的性 一 1 9 2 0 1 0年第 6期 ( 第 3 8卷 ) 黑龙江水利科技 H e i l o n g j i a n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y No 6 2 0l 0 ( T o d a l N o 3 8 ) 能指标值， 对碾压混凝土的质量影响极大， V C值过大或过小 均会降低碾压混凝土的压实度、 强度、 抗渗性。因此， 碾压混 凝土拌和物的 V C值应随着外界条件的变化而作相应的变 动。V C值变动具体作法是： 在实地各种气候条件下找到出 机口V C值至仓面的损失与晾晒时间的关系， 然后， 在确定碾 压混凝土配料单 时 ， 根据 当时 的气 温 、 阴 晴、 昼夜 、 人 仓快慢 等不同环境情况， 适当考虑 V C修正值， 按每方混凝土每降低 1 S V C值加 1 1 5 k g 用水 量计 算单位用水 量。单位用水 量 确定后 ， 一种方法是按不改变设计水 胶 比的方法 计算其他材 料用量， 还可以认为 V C值损失主要是水分损失， 可以在原设 计配合比其它材料不变的条件下， 单独补充适量的水， 以满 足人仓碾压混凝土 V C值的需要。在高温时段或降雨时段施 工， 如果机口V C值按以上方法调整仍不能满足施工要求， 可 通过调整外加剂掺量来控制 V C值， 对于 级配外加剂掺量 每变化 0 2 ， V C值相应变化3 s ； 级配 V C值相应变化 1 s 。 根据碾压 混凝土 V C值与强度关系试验 以及 V C值损 失 对碾压混凝土性能影 响试验 ， 本工程 使用 的碾压 混凝 土 V C 值控制在： 晴天控制在51 S ， 阴天、 无风控制在8 1 s ， 雾天、 小雨天控制在1 0 2 s 。总之， 施工实践证明， 碾压混凝土若 能控制在 51 2 s ， 其碾压密实度及强度均较高( 碾压混凝土 抗压强度检测成果 见表 5 ) 。经过碾压后 ， 混凝土表面为一 层 薄薄的浆体( 微泛浆) ， 又略有些弹性 ， 同时在初凝前摊铺碾 压上一层 ， 使上层混凝土碾 压振 动时 ， 上下层浆体 、 骨料能 相 互渗透交错 ， 形成整体。 表 5 碾压混凝土抗压强度检测成果表 4 碾压 混凝土 温度控 制 温控 的关键点是在于夏 季如何控 制其坝 内的最高温升 、 冬季如何保温防止内外温差过大使大坝开裂或冻坏混凝土 的表面， 故针对工程的冬夏季施工具体情况 为避免大坝产 生裂缝或混凝土冻坏 ， 采取了以下综合措施， 收到了很好的 效果 。 1 ) 充分利用 l 0至翌年 3月施 工黄 金季 节 多浇 筑混 凝 土， 使其平均入仓温度降低， 严格控制允许浇筑温度( 各月允 许浇筑温度见表 6 ) ； 在 4、 5 、 9 、 1 0月份施工 ， 运输、 转料设备 应采取遮阳防晒措施 ， 仓面采取喷雾及覆盖措施， 以降低环 境温度， 减少 V C值的损失， 并且预埋冷却水管进行冷却， 以 削减混凝土温峰。 表 6 各月允许浇筑温度表 2 ) 从原材料及碾压混凝土配合比设计着手， 通过充分的 优化试验， 降低水泥用量( 胶材总量不超过1 8 5 k g ) ， 高掺粉 煤灰( 最高到6 2 ) ， 以减少混凝土水化热温升值。 3 ) 大坝 混凝 土 E L 4 4 2 i n 高 程 以下 采用 内掺 M g o ， 利 用 Mg o 混凝土自身的体积变形膨胀， 补偿温度应力及收缩变形。 在次高温及高温时段调 整减水剂缓凝 成分 ， 延缓 碾压混凝 土 的凝结时间以保证 层问结合 质量 。实践 中初 凝时 间可达 到 一 2 0 1 2 h 以上 ， 终凝 时间达到1 6 h 以上 ( 在 室外现场情况下) 。 4 ) 拌合楼的配料仓、 成品骨料堆、 水泥粉煤灰料罐及皮 带上搭设遮阳棚及采取淋水措施 ， 成品料仓在使用过程中堆 高保持在 以上， 最大限度降低气温对骨料温度的影响， 实践 中可降低 2 6 。 5 ) 次高温季节施工碾压混凝土 ， 仓 面采用高压 水喷雾及 覆盖的综合措施， 以降低仓面环境温度， 提高保湿能力。实 践 中可降低仓面温度 5 C1 0 o C， 湿度增加最 高达 4 0 ， 极大 地改善了碾压施工条件 ， 保证了施工质量。 6 ) 冬季施工碾压混凝土， 仓面在 日平均气温低于 3 e或 最低气温低于 一3 加盖高发泡聚乙烯塑料保温材料， 上下 游坝面拆模后， 立即进行保温。 5 碾压混凝土芯样质量检测 为全面检测大坝碾 压混 凝土施 工质 量 ， 除 了取 样试 验、 现场压实容重检测 等常规检测方法 进行质量 检查外 ， 还 对坝 体碾压混凝土达到设计高程后 ， 进行了钻孔取芯和压水检查 工作 ， 并对部分芯样进行 了室 内力学性 能指标检测 。 6 结束语 1 ) 碾压混凝土施工的快速、 高效特点决定要有一个高效 率的辅助生产系统做保障， 因此， 可以说碾压混凝土的施工 优势 的发挥根本取 决于辅 助生产 系统 的好 坏。人 工砂 石骨 料生产系统尽管在生产能力和生产质量方面基本能够满足 施工需要， 但是， 由于人工砂石骨料筛分工艺设计方面的欠 缺造成各级骨料生产调节 能力较 弱 ， 加 上成品骨料储 备受场 地的限制， 在一定程度影响了碾压混凝土的正常浇筑。另 外 ， 料场开采能力的不充分发挥也影响了骨料的正常生产。 2 ) 拌和系统机械设备配置好 ， 单机性能优良， 综合效率 高 ， 保证了碾压混凝土 的施工速度和质量。 3 ) 在选择运输工具方面， 自卸汽车人仓卸料的运输方 式 ， 仍然是简便 而经济 的运 输方 式 ， 选择合 适 的运输工 具或 采取多样化的运输入仓手段 ， 有利于提高施工效率。 4 ) 碾压混凝土配合比经过不同阶段 的验证、 调整和优 化， 最终确定的施工配合比较为合适， 各项指标均达到了设 计要求， 并且干砂石粉含量较高， 骨料级配适宜， 使碾压混凝 土有很好的可操作性和抗分离性。 5 ) 把主动的控制碾压 混凝 土层 间间隔时间 ， 使 之不超过 初凝或大大小于初凝时间， 作为保证层面结合质量和碾压混 凝土均匀性的主要措施， 把层面铺浆处理方法作为特殊情况 下 的辅 助保证措施。 6 ) 碾压混凝土施工 主要有 ： 运输 、 卸料 、 平仓 、 碾压 四大 工序， 无论在高温时段还是低温时段施工， 均是影响碾压混 凝土浇筑温度回升或降低的主要因素， 除了采取一系列温控 措施外 ， 各工序之间的紧密衔接最为关键， 及时人仓、 及时平 仓和碾压 ， 大幅度缩短层间间隔时间是解决碾压混凝土温控 问题 和保证施工质量的根本办法。 大 坝采用技术较为成熟的全断面平层 碾压施 工工艺 ， 应 用了国内碾压混凝土筑坝技术发展的经验和成果， 并结合工 程的具体情况， 严格执行碾压混凝土施工工法， 认真细化和 落实各项施工技术措施 ， 严格工艺作风， 强化施工组织管理， 是碾压混凝土快速施工和保证质量的先决条件。 参考 文献 ： 1 D L T 5 1 1 2 2 0 0 0水工碾压混凝土施工规范 北京 ： 中国电力 出 版社 2 建筑施工手册( 第三版 ) 北京 ： 中国建筑工业 出版社