北疆某碾压混凝土重力坝施工的几项技术措施.pdf

水利水电技术第43卷2012年第6期 北 疆 某 碾 压 混 凝 土 重 力 坝 施 工 的 几 项 技 术 措 施 谌祖辉1，孙根民1，张津生2 ( 1新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，新疆鸟鲁木齐830000； 2中国人民武装警察部队水电指挥部，北京100055) 摘要：本文重点介绍了北疆某碾压混凝土重力坝施工的几项技术措施，即：极端气温条件下土石方 开挖、坝体混凝土越冬保护、斜层碾压施工技术、利用高压冲毛机进行喷雾改变仓面小气候、用常态 混凝土找平后直接铺筑碾压混凝土进行基础垫层施工等。这些措施已用于了工程施工，既保证了工程 质量又加快施工进度，取得了良好效果。 关键词：碾压混凝土坝；严寒季节；土石方开挖；混凝土越冬保护；斜层碾压；仓面小气候；基础垫 层；新疆 中图分类号：7IT、r642(245)文献标识码：B文章编号：1000- 0860( 2012) 06007704 Sever aIthI -icaIm e嬲ur 髓for 璐tn嵋6佃ofaII oll erm pacted咖c珊t eg豫vi t ydamiI lNor t II xi 哪i 粕g C H ENZuhui ，SUN ( k硼inl，ZH AN GJinshen92 ( 1xi| l ji al IgI rt y8h R i 唧B 商n D evel opm entA d- ll i ni stm t j veBur eau，0m m chi830000，X 嘶柚g，cll in8； 2H eadquan盯0f A 硼edPol ice H ydropow erT咖s，Bei ji r骣100055，Chjr m ) Abstm c：sevem l t echI Ii calm e鹳u陀8f ort l Ien8tnl ct i on0faIoU e rcom pacIedconcr et egm vi t ydamint heN om Ixinj iang锄 m ail l l y de8cri bedherei n；LetI leeanhrock excavat i onunderext f m e tem pem tu把condit ion；w i nt erprot ect i on 0fd锄con- c豫te；const r I l cti ont即hnolo盱0f i 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为一7；3月份月平均气温为一68。因此，每 年11月至次年3月底长达5个月时间内不能进行混 凝土施工，又不能像温暖地区那样避开高温季节浇 收稿日期：2012一0117 作者简介：谌祖辉，男43岁。助理下程师。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 谌祖辉，等北锺某碾压混凝土重力坝施工的几项技术捐旌 筑混凝土。目前我国还缺乏在这种气候条件下修 建碾压混凝土坝的成功经验。为了实现既定的工期 目标，项目法人、设计单位、监理单位、施工单位 及科研单位密切合作，结合工程的具体情况，摸索 出一套行之有效的施工技术措施，既保证了施工质 量又加快了施工进度。现将这些施工措施概括介绍 如下。 2极端气温条件下土石方开挖的技术措施 21 坝基开挖工程量及工期要求 该水利枢纽大坝基础土石方开挖总量l 弘86万m ( 包括发电洞进水口石方开挖1256万m ) ；开挖工 期要求从2006年9月15日开始，2007年4月15日 结束，为2007年4月底进行坝基混凝土浇筑创造条 件。不难看出坝基土石方开挖除2006年9月、10月 两个月外，都要在严寒的条件下进行施工。 22严寒气温条件下土石方施工措施 在严寒气候条件下保证开挖施工机械设备的正 常安全运行，提高设备的完好率是坝基开挖目标能 否实现的关键因素。用于开挖的液压钻机、挖掘 机、自卸汽车等设备，只要在维修、保养、用油、 保温等环节上措施得当并切实执行，其工作性能还 是能够得到充分发挥的。为此，除配备足够的且性 能良好机械设备和选配有经验的操作手外，还采取 了以下措施。 ( 1) 使用适合当时气温条件的各种油类。如柴油 发动机使用一30号抗冻柴油，机油使用CD l0W 30 型柴机油，液压油使用32号低温油，润滑油使用0 号锂基脂等。 (2)在开挖现场搭设暖棚。采用烧煤供热的方 式。使暖棚内的温度保持在O 一5之间，保证机械 设备的各种动力系统、液压系统及电器部分在正温状 态下待命。 ( 3) 加强供风管道的加温、保温丁作。钻孔设备 中有部分是风动系统，高压空气是它的动力来源。在 低温环境中由空气压缩机送出的高压气体，经过送风 管道后气体温度迅速下降，风动系统就无法正常工 作。解决的办法是设一个加热炉，把送风管中的一段 放在加热炉内加温，经过循环加热的气体直接送到风 动设备，这样就有效地解决了风管中高压气体迅速下 降的问题。 ( 4)火工材料在低温环境中的使用。实践证明 工地使用的乳化炸药在外界气温为一23一一3l之 间时会造成炸药爆速明显下降( 由3 800m s下降到 2900m s) ，因而发生拒爆现象。针对所用炸药的 这种特性，首先我们要求厂家在炸药中添加耐低温 的油相材料，使炸药中的水溶液冰点下降，从而提高 炸药的抗冻性能。另外，根据当天的爆破量，准确领 取炸药量。其三，组织好现场炸药的运输和人力资 源，做到及时、快速地使用，尽量缩短炸药在低温下 的暴露时间。 ( 5) 及时解除路面打滑问题。爆破后的土石方用 20t自卸汽车从基坑 运出。在严寒气温条件下，由于 降雪及出渣车辆从基坑 内挖装时带来的河水洒落到路 面上而结冰，使出渣道路湿滑，车辆不能正常行驶， 安全隐患突出。解决路面打滑问题的主要措施有：一 是适当加大路面宽度和放缓道路的坡度。路面宽度按 双车道设计，最大坡度9；二是遇降雪时组织人工 及时清除路面积雪；三是强化基坑 排水，减少出渣车 辆在行驶时将水洒落路面；四是在路面上抛洒工业盐 或煤渣、石粉，一方面使冰雪融化，另一方面洒在路 面的煤渣、石粉大大增加了路面的摩擦力；五是在路 况较差的路段用挖掘机在路面上刻槽，也能增大路面 粗糙度，提高摩擦力；六是在自卸汽车的后轮上安装 防滑链。 3坝体混凝严寒季节的保护措施 如前所述，北疆某水利枢纽地处严寒地区，冬季 长而寒冷。经监测仪器实测坝体混凝土最高温升有的 部位达到50左右，坝体温度与冬季极端最低温度 之比。温差巨大。面对这种情况如不对坝体混凝土进 行保护，必将产生坝体被冻裂的严重后果。为了防止 此类事故的发生，北疆某碾压混凝土坝对大坝上游 面、大坝下游面和越冬层面采取了以下措施进行了保 护。 31 大坝上游面永久保温 混凝土浇筑完毕拆除模板后，随即在大坝上游面涂 刷一层厚2咖聚氨酯防渗涂层，然后粘贴厚100硼 XPs保温板，再在保温板表面涂刷一层厚2-姗防老 化涂料。保温板粘贴后不再拆除，作为永久工程进行 保留。 32大坝下游面永久保温 混凝土浇筑完毕并拆除模板后，用聚氨酯砂浆在 大坝下游面粘贴厚100 m mxPS保温板，再在保温板 表面设置一层网格布，然后，用膨胀螺栓将保温板和 网格布固定，最后在其表面抹一层厚12一15m m 聚 氨酯砂浆进行保护。同样，下游保温板粘贴后也不再 拆除，作为永久工程进行保留。 水水电技术第43卷2012年第6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 33越冬层面临时保温 首先在越冬层面铺设一层厚06m m 的塑料薄 膜，然后在其上铺设二层厚20m m 聚乙烯保温被， 再在上面铺设13层每层厚20m m 的棉被，最后在 顶面铺设一层三防帆布。为加强保温效果及防止侧 面进风，在越冬层面上下游边缘用砂袋垒高lm 宽 O 8m 的防风墙。除此之外还在保温被周边及越冬 层面以下26m 范围内喷涂l O Om m 厚的聚氨酯硬 质泡沫。 次年3月底一4月初，根据温控理论计算结合现 场实际气温与混凝土表面实测温度情况，逐步拆除大 坝越冬层面的临时保温被。临时保温被完全掀开时需 根据环境气温最终确定，即越冬层面混凝土的温度与 日平均气温温差小于3时，可把保温被完全移除， 然后进行复工的准备工作。 34坝体侧面临时保温 由于某种原因各坝段不能同步上升而形成错台。 对这种错台在入冬前也要进行临时保温，方法是粘贴 厚100m mxPs保温板，来年复工前拆除。 35保温效果 为了检验保温效果，结合坝体永久安全监测的需 要，在坝体越冬层面、大坝上下游面及坝体内部安装 了温度计。2008年2月22日坝体各部位温度高程结 果如下。 ( 1) 顶面(越冬层面)温度：29坝段为171一 195；35坝段为119146。 (2)棱角处温度：29。坝段上游棱角为89，下 游棱角为76；35。坝段上游棱角为102，下游 棱角为101。 (3) 侧面温度：32坝段侧面温度为122。 (4)坝体内部温度：29。坝段上游二级配混凝土 温度为25564，内部三级配混凝土温度为 230276。 采用上述保温措施后，环境温度(2008年2月下 旬平均气温约为一21)与坝体表面温度差一般都小 于3D ，说明环境温度对坝体温度影响较小。坝体 内外温差为514，符合设计要求。因此，可以说 大坝冬季保温效果显著。 4碾压混凝土采用斜层碾压施工技术措施 碾压混凝土施工有平层碾压和斜层碾压两种方 式。保证碾压混凝土施工质量有两大控制指标，一是 混凝土从拌和机出料口至仓面碾压完毕要控制在2 h 以内；二是碾压混凝土层问间隔时间控制在混凝土初 水利水电技术第43卷2012年第6期 谌祖辉等北疆某碾压混凝土重力坝施工的几项技术措施 凝时间以内。对于全断面混凝土坝如其浇筑仓面面积 过大，若采用平层碾压方式必须分仓浇筑，即将整个 坝面分解成若干浇筑仓块分开浇筑，或增加拌和、运 输、平仓、碾压设备和投入较多人力，以保证混凝土 的施工质量。 根据招标设计该工程在右岸布置了三座拌和楼， 其中两座为2 x45 m 3强制式拌和楼，一座为 DW 200S型连续式混凝土拌和站。三座拌和楼拌和能 力为生产碾压混凝土6m 3h。如果铺料厚度35cm ( 虚铺厚度) ，按2h完成混凝土从拌和机出料口至 仓面碾压完毕的要求，则碾压混凝土最大浇筑仓面 不能大于3800m 2。该坝主河床部位宽约300m ， 坝底宽度近100m ，最大仓面面积近30000m 2。如 此之大的仓面面积采用平层碾压浇筑方式，无论是 设备还是劳动力安排都不能保证混凝土的浇筑质 量。为了解决大仓面连续施工和保证施工质量，决 定采用斜层施工方式。斜层碾压的好处是准备好一 定长度的仓面后即可开始碾压混凝土施工，后面的 仓面的施工准备可以和浇筑同步进行。另外，已浇 筑的混凝土部位当混凝土强度达到25M Pa以后， 还可以进行下一升程混凝土浇筑的施工准备。这样 就解决了大仓块连续浇筑问题，大大加快了施工进 度。2008年度实现了全天候不停仓浇筑施工，在 190 d内浇筑混凝土l oo万m 3，充分体现了斜层碾 压的优越性。 斜层碾压一般的工艺过程与平层碾压工艺要求基 本相同，关键在于斜面的坡度、铺料厚度及坡脚处理 的控制。斜面坡度控制在1：10以上( 以不影响施工机 械正常运行为原则) ；铺料厚度为3436em ，碾实后 约为30 cm ；为防止碾压时压碎坡脚处混凝土中的粗 骨料，需要在坡脚以外5m 范周内水平摊铺碾压混凝 土并先行碾压，然后再摊铺碾压斜面混凝土。该工程 一个升程为3m ，因此，按上述参数计算，最大浇筑 仓面面积约为3 600 m 2。当需延长坡脚水平碾压混凝 土时，在铺设砂浆前应对坡脚混凝土前缘进行挖除， 直至挖出混凝土底部出现砂浆为止。另外，由于坡脚 混凝土厚度较薄，容易失水。因此，在切脚前要用水 泥粉煤灰净浆对混凝土进行湿润后再切除。 由于该工程拌和系统主要布置在右岸，混凝土由 右岸运至浇筑地点，因此，碾压施工从左岸逐渐向右 岸推进。又由于混凝土运输车辆频繁进出仓面，对未 摊铺混凝土的部位二次污染严重，在铺筑混凝土前要 特别注意对二次污染的清理。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 谌祖辉，等北疆某碾压混凝土重力坝施工的几项技术措旋 5 利用高压冲毛机进行喷雾，改变仓面小气候 如前所述，该坝混凝土施工期问(每年4月一 10月底)。具有干燥、风大、高温、强辐射、高 蒸发的特殊自然气候条件。这种气候条件容易造 成混凝土失水过快，严重影响可碾性和层间结合 质量。因此，必须想方设法提高仓面小气候的空 气湿度。 如何提高仓面小气候的空气湿度，最简单最直接 的办法就是在碾压过程中进行喷雾。一部分水雾的蒸 发也在一定程度上降低了仓面温度。施工初期在浇筑 仓面配置了4台高压喷雾机，但在实际使用过程中发 现高压喷雾机有以下不足之处，一是高压喷雾机体积 大，机身还配备有进水管、电缆线等，相当笨重，移 动不便；二是覆盖范围小，实测喷雾机覆盖半径约为 15m ，每个碾压层要将喷雾机移动数次才能将整个碾 压仓面覆盖，且放在仓面内的喷雾机会严重干扰碾压 施工；三是受风的影响喷雾机喷出的水雾不能按预想 的部位覆盖碾压仓面。鉴于以上原因，在实际施工过 程中改用高压冲毛机进行仓面喷雾( 高压冲毛机最大 压力达15M Pa)。这种办法具有以下优点。一是冲毛 机主机可停在浇筑仓面之外，不影响碾压施工；二是 冲毛机喷嘴移动方便，一个工人即可随意在仓面移 动；三是喷枪喷雾机机动灵活，可随时对仓面失水严 重的部位进行喷雾，还可以根据风向调节喷雾方向； 四是可与仓面二次污染清理结合使用，实现一机多 用。 6基础垫层用常态混凝土找平后直接铺筑碾 压混凝上 按照常规的做法。碾压混凝土坝的基础部位都要 浇筑一层常态混凝土，厚度一般为23m ，有的工 程如龙滩基础常态混凝土垫层厚度达到6m 。从基础 处理的需要来讲。设置垫层是合理的。因为在有压重 灌浆的条件下，灌浆的效果能够得到保证。 但是由于常态混凝土水泥的用量比碾压混凝土 多得多( 根据设计推荐的配合比，该碾压混凝土重力 坝基础常态混凝土垫层的水泥用量达1742km 3， 而上下游水位变化区的外部碾压混凝土水泥用量为 989km 3，上游死水位以下外部碾压混凝土水泥用 量为707kgm 3，高程650m 以下坝体内部碾压混凝 土的水泥用量为596kgm 3，高程650m 以上坝体内 部碾压混凝土的水泥用量为581kgm 3)，水泥用量 多，水化热温升也就高，与较低的地温接触，由于温 差引起的应力将比碾压混凝土来得大。如果垫层混凝 土不分纵缝，由于浇筑块的长度达到百米，垫层混凝 土极有可能产生裂缝。 因此，从温控和施工进度考虑，经研究取消了常 态混凝土垫层，改用常态混凝土找平基础后直接铺筑 碾压混凝土，形成基础垫层。实践证明采用这种措施 是成功的，因为在浇筑完垫层混凝土到固结灌浆结束 这段时间内，未发现垫层混凝土产生危害性裂缝。又 经钻孔取样发现找平层常态混凝土与基础及碾压混凝 土结合良好。 7结语 北疆某碾压混凝土重力坝工程所在地气候条件恶 劣，每年11月至次年4月上旬由于气候严寒不能进 行混凝土施工，其他时段又受高温、干燥、多风等不 利因素的影响，且该工程工程量大工期要求又十分紧 迫，给工程施工提出不少难题需要在实践中加以解 决。在参建单位的共同努力下，通过施工实践摸索出 一套在恶劣气候条件下进行碾压混凝土施工技术措 施，通过这些措施的实施既保证了工程质量又加快了 施工进度。该工程已于2008年9月下闸蓄水，目前， 坝前水深达到100m 以上。经过蓄水考验证明工程质 量优良，符合设计要求。 (责任编辑欧阳越) -l囊鼻囊叠，奠L叠一，羹皇奠，皇，I羹，童羹奠量一，土，量，叠一一j， (上接第76页) 4】蔡晓鸿，贺新华，蔡勇平，等土石坝坝体反滤层与渗流控制 J】大坝与安全，2009(5) 5 sL237一1999，土工试验规程s 6 sL274-001，碾压式土石坝设计规范f S 【7】郭学斌山西张峰水利工程大坝反滤层渗透稳定性分析J 水利与建筑工程学报，2006(3) 8李晓晖张峰水库牯土斜心墙堆石坝反滤层渗透稳定性探讨 J水利水电技术，2008(10) 9郎小燕台溪水库工程黏土心墙反滤层设计 J 浙江水利水 电专科学校学报，2啷，19( 3) 10张朝晖李掘水流对土石坝心墙裂缝在反滤层保护下的冲蚀 特性J 西北农林科技大学学报( 自然科学版)。2003(4) 11王永军心墙土料裂缝冲刷试验研究 J】水利与建筑工程学 报。2008(1) 【12詹美札，高峰，何淑嫒，等接触冲尉渗透破坏的室内试验研 究 J】辽宁工程技术大学学报( 自然科学版)，29(S1) (责任编辑欧阳越) 水利水电技术第43卷2012年第6期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m