大峡水电站碾压混凝土重力坝施工.pdf

2 0 1 1 年第 1 期 东北水利水电 工程施工 【 文章编号】 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 2 1 0 4 大峡水电站碾压混凝土重力坝施工 霍福 山 ， 杨 建 军 ( 中国水利水电第一工程局有限公司 ， 吉林 长春 1 3 0 0 6 2 ) 摘 要大峡水电站大坝施工采用全断面通仓簿层连续上升施工工艺， 该工程采用人工砂石骨 料。 将石粉含量控制在 1 3 1 7 ， 改善了碾压混凝土的特性。 根据河床狭窄、 两岸陡峭的特点， 混 凝土入仓采 用汽车直接入仓 、 负压 溜槽 入仓 相结合 的方法 ， 用 了 1 2个 月的 时间 ， 完成 了碾 压混 凝土 浇筑任务 。经检测结果表明大峡 大坝碾压混凝 土的各项性 能指标 均满足设 计要 求。 关键词大峡水电站 ； 碾压混凝土； 重力坝； 施工技术 中图分类号 T V 5 4 4 9 2 1 ； T V6 4 2 3 文献标识码 A 1 工 程 概 况 大峡水电站地处湖北省西北部 ，距竹溪县城约 7 O k m， 是一座以发电为主 ， 满足竹溪县电力系统的供电需求， 并兼顾农业灌溉、 养殖等综合利用效益的综合丁程。本 工 程项目为中型水库 ， 大坝及水工建筑物为 I I I 等 3级 ， 水电 站厂房为 4级。 大峡水利枢纽工程由大坝、 输水隧洞、 电站厂房、 变电 站等组成。 大坝为碾压混凝土重力坝， 最大底宽 6 2 m， 最大 设计坝高 8 8 0 m， 坝顶长度 1 5 9 5 m。 大坝由非溢流坝段及 溢流坝段组成，溢流坝段剖面混凝土重力坝设坝顶溢流 ， 开敞式溢洪道， 共两孔。 溢流坝段基础部位采用 1 5 m厚常 态混凝土 ， 其上以碾压混凝土为主 ， 坝体上下游面、 止水设 施埋设处及等廊道周边采用 6 0 c m厚变态混凝土。大坝混 凝土总量约 2 0 5万 m3 ， 其中碾压混凝土约 1 5万 m ， 占混 凝土总量的 7 5 。 2 施工布置 根据大峡电站砂石骨料生产及混凝土拌和系统布置 及原材料供储状况的特点 ， 为保证坝体连续上升 ， 确保混 凝土生产连续 、 均衡供应 ， 确定系统设备选型应遵从两个 原则 ： 1 ) 系统生产能力要大于正常规划生产能力 ； 2 ) 系统 布置要求紧凑、 占地面积小。 2 1 砂石生产 系统布置 大峡电站大坝工程加上电站厂房、 引水隧洞等工程的 混凝土 ， 总量为 2 1 9 5 万 r n ， ， 需砂石料 4 5 4 万 c 。根据坝址 附近的地质条件通过对建筑材料的勘察设计， 定为采用人 工砂石料。 人工砂石生产系统布置在大坝下游左岸约 5 0 0 m处 的滩地上 ， 左岸为毛料开采场。砂石骨料系统采用干法生 产工艺，系统由 1 台颚式破碎机、 1 台反击式破碎机、 2台 振动筛、 1 台立轴式制砂机、 1 台洗砂机 、 骨料输送皮带、 半 成品料仓及成品料仓等组成。在筛分系统对大石、 中 、 小 石增加 水冼 系统 。 另外布置了石粉回收系统 ，将石粉含量控制在 1 3 一 1 7 ， 以满足碾压混凝土对石粉含量的要求。 按设计月平均浇筑 2 0万 m， 混凝土的要求 ，人工砂 石骨料成品设计生产能力为 1 2 0 t h( 其中碎石 9 5 t h ， 砂 2 5 t h ) ， 骨料最大粒径为 8 0 mm。跟踪检测结果显示各项 指标满足规范要求， 生产强度满足混凝土生产 ， 没有影响 混凝土正常浇筑。 2 2 混凝 土生产 系统 的布置 混凝土拌和系统布置在紧靠砂石系统的上游侧 ， 设置 有 1 座 2 x 1 r n 3 拌和楼( 6 0 9 0 m3 h ) 及 1座 2 x 1 5 m3 拌和 楼( 1 5 0 m3 h ) ， 总计生产率为 2 1 0 m3 h， 碾压混凝土的生产 能力为每月 6万 m， ，而碾压混凝土的浇筑高峰时段为 1 0 月， 浇筑强度为 3万 m， ， 混凝土拌和能力能满足施工要求。 水泥 、煤灰储存罐紧靠拌和楼布置 ，共布置 了 3个 4 0 0 t 的水泥罐和 2个 4 0 0 t 的粉煤灰罐。 混凝土拌和系统运行正常，生产强度满足施工要求 ， 拌和站各种衡量精度经出机 u混凝土颗分结果统计， 各种 组分含量误差满足规范要求， 保证了大坝连续上升施工。 3 碾 压 混 凝 土重 力 坝 施工 工 艺 3 1 混凝土入仓 方案 电站坝址为“ v” 型河谷， 河宽 1 2 3 6 m， 坝址两岸呈陡 坡延伸 ，两岸不具备 自卸汽车直接上坝修筑施工道的条 - 21 工程施工 东北水利水电 2 0 1 1年第 1 期 件。经方案比较后。碾压混凝土人仓手段 ， 按不同高程、 不 同部位分别采用汽车直接人仓 、负压溜槽入仓等方式， 具 体见表 1 。 表 1 入仓 手段表 3 1 1 汽车 直接入 仓 采用自卸汽车直接入仓道路主要有以下 3条： 1 ) 大坝下游高程 4 8 5 0 0 5 2 0 0 0 m入仓道路 ， 从开挖 时已形成的从大坝下游河床高程 4 9 2 0 0 m至基坑建基面 高程 4 8 5 0 0 m； 2 ) 大坝左岸高程 5 3 8 0 0 5 4 3 0 0 m入仓道路 ， 利用原 左 岸坝肩开挖 时形成了 5 3 8 0 0 m 高程施工道路 填筑形成 ； 3 ) 大坝右岸高程 5 6 0 0 0 5 6 8 0 0 m人仓道路 ， 利用原 右岸坝肩开挖时形成了 5 6 0 0 0 m高程施工道路填筑形成。 直接人仓道路采用废弃开挖石料填筑， 随坝体上升逐 渐抬高到高程 5 2 0 0 0 1 3 3 ( 5 4 3 0 0 m或 5 6 8 0 0 m) ， 在入仓路 上设置冲车平台和碎石脱水。采用人工高压水冲洗人仓汽 车轮胎， 冲车平台设在离坝面 3 0 m以远的公路凹处。冲冼 处派有专职检查人员， 车辆经检查合格后方可始入碎石脱 水路进仓。 碎石脱水路面派有专人冲洗， 保证路面干净。 经 过冲洗的汽车 ，经 3 0 m碎石脱水路 ，确保人仓的汽车干 净 、 脱水彻底 ， 并控制车速在 5 k m h以内。 在入仓 I 1 的混凝土层面， 设置面积为 1 2 mX 8 m厚 8 r mn的钢板 ， 以达到保护碾压混凝土的目的。 大坝每碾压 3 0 c m封仓一次， 封仓时采用 1 0 0 c mX 2 0 c rex 3 0 c r n ( 长x 宽x 高) 的预制混凝土模板沿坝轴线在坝外 人工码砌。当碾压条带铺至入仓口时， 将入仓口所需的料 预先堆在靠入仓口的已铺条带上 ，即进行人工码砌封仓。 仓口一封 ， 仓内即可进行入仓口处的平仓 ， 仓外将 事先堆 在入仓口道路边的碎石填平入仓口， 然后上层进料紧接着 开始进 行 。 3 1 2 负压溜槽入 仓 左岸 5 3 8 0 0 m平台及右岸坝顶 5 6 0 0 0 m平台上分别 安放 1 条负压溜槽 ， 两条负压溜槽沿坝肩按 1 ： 1 坡度布置。 其受料斗顶面高程与平台顶面高程齐平 ， 自卸汽车由拌和 楼运至平台上卸人负压溜槽受料斗。负压溜槽布置在钢管 脚手架上， 断面为直径 6 o c m。 溜槽出口高程可根据坝体上 升面相应调整 ， 最大高差为 1 5 m。仓内配备 2台装载机接 2 2 料 并按条带转 运摊铺 。随着 坝体 上升 ， 逐段 拆除真 空溜 槽 和排架， 保证不中断碾压混凝土连续上升。 3 2 连续 交替上升模板施 工 为确保大坝碾压混凝土快速施工的要求 ，根据大坝 坝体形式， 大坝上游面施工模板主要采用连续交替上升大 模 板。 3 2 1 模 板 设 计 连续交替上升大模板的设计结构形式 ， 将 3块外形尺 寸为 3 0 0 m 2 1 0 mx 0 1 2 m的面板( 厚 5 mm) 通过三品 桁架式背架分别连接组装 ， 形成可进行三层交替上升的翻 转模板。模板的结构主要包括 ： 面板系统、 支撑系统、 锚固 系统及工作平台等， 全部采用钢结构制作。 每套模板使用 4 根 ( 一排) D2 0锚筋固定，背架采用 2 榀 1 0 号槽钢， 桁架工作平台及斜撑、 栏杆等部位采用角钢。 3 2 2 模 板施 工 大坝上游面全部采用连续交替上升大模板 ，模板需 1 2 0套 。 模板整体翻升作业流程 ： 首层模板安装一第二层模板 安装一第三层模板安装一首层模板翻升到第四层一第二 层模板翻升到第五层一第三层模板翻升到第六层一下一 循坏 。 单块模板翻升作业流程 ： 吊车就位一挂钩一锚筋螺栓 松卸一起吊一安装一测量调整一拼缝板安装及补缝一锚 筋 埋设一下一循环 。 大模板用汽车运输至仓面，仓面由 8 t 仓面汽车吊配 合安装， 安装人员通过调节桁架连杆来实现面板内外倾斜 度的调整， 使其达到精度要求。安装一块模板 ， 耗时 1 0 ra i n 左 右 。模板安装时 ， 测 量人 员随时用 仪器校正 。 3 3 碾 压混凝土的碾压 层厚及升层 高度确定 根据大坝碾压混凝土浇筑的人仓方案 ， 由拌和、 运输 能 以及仓面面积 、 碾压混凝土的初凝时间来综合考虑碾 压混凝土施工中的碾压层厚度及升层高度 ， 碾压层厚为 3 O cm，大坝实际升层高度见表2 。 3 4 施工机械配 置 根据仓面的浇筑面积大小及浇筑强宦要求 ， 确定仓面 施- 【 = 设备的配置数量。随着坝体碾压混凝土升高， 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 压混凝土施工配置的机械设备见表 3 。 3 5 碾 压 混 凝 土 施 工 3 5 1 施 工 工 艺 为加快施工进度 ， 减少层面处理工作量 ， 碾压混凝土 施1 二 方法采取 RC C工艺， 即大仓面薄层铺料、 碾压( 层厚 为 0 3 m) ， 连续上升的施工方法。 碾压混凝土采取 0 3 m薄层连续上升 7 1 5层 ( 夏季 按平层法浇筑时连续上升 4 5层) 后进行层I司间歇 ， 升程 2 0 1 1 年第 1 期 东北水利水电 工程施工 表 2 大坝升层 高度表 层次 高程 m 层 次 高程 m 一 4 8 5m 以下 常态混凝土 十三 5 3 0 0 - 5 3 5 0 二4 8 5 0 4 8 8 0 十四 5 3 5 0 6 3 8 0 三4 8 8 0 49 1 4 十五 5 3 8 0 - 5 4 0 0 四4 9 1 4 4 9 5 0 十六 5 4 0 0 - 5 4 5 5 五4 9 5 0 4 9 7 0 十七 5 4 3 0 5 4 5 0 六4 9 7 0 5 0 2 0 十八 5 4 5 0 5 5 1 1 七 5 0 2 o 0 6 0 十九 5 5 1 1 5 5 4 0 八 5 0 6 O 一 5 1 0 0 二十 5 5 4 O 5 5 7 0 九 5 1 0 0 - 5 1 5 0 二十一 5 5 7 0 - 5 6 0 0 十 5 1 5 0 5 2 0 0 二十二 5 6 0 0 - 5 6 4 0 十一 5 2 0 0 5 2 6 0 二十三 5 6 4 0 - 5 6 6 0 十 二 5 2 6 0 5 3 0 0 二十 四 5 6 6 0 - 5 6 8 8 表 3 碾压混凝 土施工设 备表 高度 2 5 m不等 ， 在连续上升时每层( 0 3 m) 的允许浇筑 时间要求必须在混凝土初凝时间内完成 ， 夏季允许浇筑时 间 2 - 4 h ( 斜层铺料方式取小值) 、 其它季节控制 6 h内。 3 5 2 铺料 与平仓 碾压混凝土拌和物运至仓面上采用自卸车叠压式卸 料串链摊铺作业法， 铺料条带从下游向上游平行于坝轴线 方向铺摊 ， 每 6 - 1 5 m宽一条带。混凝土摊铺由上游向下游 依次摊铺 ， 采用汽车或装载机卸料 ， 推土机摊平 ， 层厚为 3 4 3 5 c m。 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 做条带平整、 层厚均匀。 3 5 3 碾压 碾压作业采用条带搭接法 ，碾压方向垂直于水流方 向 ， 碾压条 带的搭接 宽度为 1 5 2 O c m。为防 止振动碾 在碾 压时陷入混凝土内，对刚铺平的碾压混凝土先无振碾压 2 遍后使其初步平整 ， 再继续有振碾压 8 遍 ， 碾压速度一般 控制在 1 4 1 6 k m h范围内。碾压达到规定的碾压遍数 后， 及时用率定过的表面型核子水分密度仪对压实后的混 凝土进行容重测定 ， 如果达不到规定的容重指标 ， 需补振 碾压 ， 确保容重指标或压实度达到设计要求。 碾压混凝土从拌和至碾压完毕，要求在 2 h内完成。 碾压作业完成后 ， 用核子 密度仪检测其压实容重 ， 以压实 容重达到规定要求为准， 检测控制范围为 5 0 1 0 0 m2 点。 3 5 4 V e 值 的控 制 碾压混凝土的 c 值对碾压质量影响极大，应随着气 候条件变化而作相应的变动。根据大量的工程试验资料表 明， 碾压混凝土的工作仓面 c 值 9 1 2 s 最佳 ， 一般为 l O + 5 s ， 遇雨天和夏天阳光照射， c值分别向规定范围的上限 或下限靠近 ， 经过碾压后 ， 以混凝土表面出现一层薄薄的 浆体( 微泛浆) ， 又略有些弹性 ， 同时在初凝前铺摊碾压上 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。 3 5 5 变 态混凝 土的施 工 变态混凝土是碾压混凝土铺筑施工中，在靠近模板、 分缝细部结构、 岸坡位置等 6 O c m宽范围内铺洒水泥粉煤 灰浆而形成的富浆碾压混凝土， 采用常态混凝土的振捣方 法捣固密实 ， 与碾压混凝土结合部位 ， 用振动碾压实， 其浇 筑随 碾压混凝土施 工逐层进行 。 其施工方法是碾压混凝土摊铺平仓后， 采用人工掏槽 并注入适量的水泥煤灰净浆， 待浆液浸入碾压混凝土中 1 5 mi n后， 再用插入式振捣器进行振捣。 在岸坡改性混凝土与 碾压混凝土的结合部 ，顺水流方向用大碾碾压 1 2遍 ， 其 它部位的改性混凝土与碾压混凝土结合部位 ， 用 B W8 0小 碾往返碾压数次， 使结合部平整并保证其 良好的结合。 变态混凝土中灰浆的加入量通常为该部分碾压混凝土 体积的 4 左右， 以普通插入式振捣器易于捣固密实为准。 3 5 6 层 间结 合 及 缝 面 处理 对于碾压混凝土拱坝 ， 碾压混凝土层间结合的好坏是 施工质量的重要关键 ， 直接关系到大坝建成后能否投入正 常运行。大坝采用通仓连续碾压施工工艺 ，共计约有 2 7 3 层的施工碾压层面和水平施工缝面。大坝的防渗主要是以 坝体 自身二级配碾压混凝土为主， 在大坝的上游面从坝底 到坝顶有 3 m厚的二级配富胶凝材料的碾压混凝土作为 大坝 防渗 主体 。 施工时 ， 对于连续上升的层间间隔以不超过初凝时间 进行控制 ； 对迎水面二级配防渗区 ， 在每一条带摊铺碾压 混凝土前 ， 先喷洒 2 3 mm 厚的水泥煤灰净浆， 以确保层间 良好结合的效果。所用的水泥粉煤灰净浆严格按照试验室 签发的配料单配料拌制， 洒铺的水泥灰浆在条带卸料之前 分段进行 ， 严禁长时间地暴露。 在每一大升层停碾的施工缝面上 ， 再继续上升时均充 分打毛 ， 并冲洗干净 ； 在上升时， 全仓面铺一层 2 3 c m厚 的水泥砂浆， 以保证新老碾压混凝土的良好结合。 3 5 7 诱 导缝、 横 缝的施 工 坝体共设置 7 道坝体接缝， 其中 5 条诱导缝 ， 两条永 2 3 工程施工 皇 2 0 1 1 年第 1 期 久横缝 ，其桩号依次为 o + 0 2 0 4 0 ， 0 + 0 3 7 9 0 ， 0 + 0 5 4 8 O ， 0 + 0 7 4 9 1 ， 0 +0 9 5 7 1 ， 0 + 1 1 4 1 1 ， 0 + 1 3 9 1 1 m。原设计坝体诱导 缝及横缝通过仓面上设置对扣的重力式预制混凝土模板而 成， 后经业主、 设计同意 ， 决定采用钻诱导孔的方式形成。 诱导孔采用 I O O B潜孔钻钻孔 ， 孔径为 4 , 9 0 1 I1 1 ， 孔间 距为 7 0 c m， 由测量放线， 沿分缝线钻孔， 分缝控制准确， 效 果良好。诱导孔利用大坝碾压混凝土间歇时钻孔 ， 成孔后 孔内填塞烘干后的干燥砂子 ， 以免上层施工时混凝土填塞 诱导孔， 达不到诱导缝的目的。 3 5 8 特殊 气 象条件 下的施 工 雨天施工 ， 当降雨量小于 3 r 一 h时 ， 碾压混凝土可 以继续施工 ， 同时适当增大 c值 ， 汽车卸料后 ， 立即用塑 料编织布覆盖， 平仓碾压时揭开 。 当降雨量达到 3 mm h或下大雨时 ， 停止施工 ， 同时 将全仓面混凝土用塑料编织布覆盖 ， 做好排水、 截水工作。 雨后恢复施工时， 对受雨水冲洗的混凝土面砂石暴露 严重部位 ，要求铺一层 2 c m厚水泥砂浆后再铺筑碾压混 凝土。 冬季施工时 ， 仓面摊铺和碾压紧密衔接， 快铺快碾 ， 碾 完后， 立即盖上保温被， 以保温防寒。 3 5 9 混凝土 养护 在干燥、 炎热或大风天气 ， 因水分蒸发大， 用高压水喷 头在 仓面 喷雾 保持 湿润 ； 施工 间歇 层 面 ， 混 凝土 终 凝后 用 淋水喷头旋喷洒水养护。 3 6 混凝土 施工温度控 制 碾压混凝土坝全年施工的关键性问题就是解决好大 坝的温控， 而温控的关键是在夏天如何控制其坝内的最高 温升 ， 冬天如何保温防止内外温差过大以避免大坝开裂或 冻坏混 凝土表层 。 经过温控研究 ， 拟定的大峡电站碾压混凝土温控标准 见 表 4 。 表 4 碾压混凝土 温控标准 汇总表 注： 表 中L为混凝土浇筑块的最大边长； 浇筑温 度系指碾压混凝土碾压完毕， 覆盖上层混凝土前， 离混凝土 表面深 1 0 c m处的混凝土温度 ； 在 1 2月一次年 2 月低温 季节浇筑时段， 混凝土浇筑温度可为 自然入仓温度。 针对大峡水电站冬夏季施工的具体情况， 为避免大坝 2 4 混凝土产生裂缝或混凝土受冻， 采取了以下综合措施 ： 1 ) 对混凝土配合比进行多次的优化试验 ， 对不同的材 料和时段采用不同的配合比施工 ； 2 ) 充分利用 2 3月、 1 O 一1 2月施工黄金季节多浇筑 混凝土， 使其平均入仓温度降低； 3 ) 拌和楼的配料仓搭设遮阳棚， 成品料仓在使用过程 中堆高保持在 6 m以上 ， 并在晴天上午 1 0 ： o 0 一下午 4 ： O D 间断地在骨料顶部喷低温水雾 ， 保持骨料表面湿润； 4 ) 夏季碾压混凝土施工， 仓面采用人工喷雾制造人工 雾化环境， 降低仓面环境温度； 5 ) 冬季施工碾压混凝土 ， 仓面在一 3时以下加盖保 温被 ，在一 5以下暂停碾压混凝土浇筑，并立即进行保 温 ， 待气温恢复后继续施工。 4 结语 大峡水电站大坝碾压混凝土工程 于 2 0 0 6年 3月开 _ f 二 ， 至 2 0 0 7年 2月施工完毕 ， 仅用了 1 2个月的时间即完成 了大坝碾压混凝土填筑。 2 0 0 9年 3月通过国家电力监管委 员会大坝安全监察中心组织的大峡水电站工程竣工安全 鉴定。经检测结果表明大峡大坝碾压混凝土的各项性能指 标均满足设计要求 ， 采取的施工工艺成功地解决了高坝碾 压混凝土连续上升施工上的技术难题。 1 ) 连续交替上升模板的应用， 满足的碾压混凝土快速 施工的要求。 2 ) 负压溜槽的应用， 解决了在大高差下碾压混凝土强 度、 连续、 经济入仓的难题。 3 ) 诱导缝的设计 ， 扩展了碾压混凝土成缝途径。 坝体诱 导缝及横缝 决定采用钻诱导孔 的方式形成 。它确保 了碾压 混凝土拱坝的整体性连续上升， 且对施工质量也有保障。 4 ) 变态混凝土的 大应用， 简化了施工程序， 提高了 效率 。 参考文献 1 大峡水电站可行性研究补充设计报告 R 湖北省孝感 市水 利勘测设计 院 ， 2 0 0 4 ， 6 2 S L 5 3 9 4 ， 水工碾压混凝土施工规范 s 北京： 水利电力 出版社 ， 1 9 9 4 3 孙恭 尧 ， 冯树 荣 ， 王三 一 高碾压混凝 土重力 坝 M 北 京 ： 中国电力 出版社 4 张仲卿 碾压混凝土拱坝 M 北京 ： 中国水利出版社， 2 00 2 1 2 5 刘文清主编 最新水利水电工程一级施工技术与管理 M 长春 ： 吉林人 民出版 社 ， 2 0 0 0 收稿 日期】 2 0 1 0 1 0 0 9