溪洛渡水电站拱坝混凝土施工关键技术.pdf

大 坝 工 程 骚 溪洛渡水 电站拱坝混凝土施工关键技术 【 摘要】 本文简要介绍 中采取 的关键技 术 ，对类 【 关键词】 特高拱坝 。 混 1 概述 黪于永 军／ ( 中国水利水电第八工程局有限公司) 溪洛渡水 电站位 于四川 省雷 波县 与 云南 省永 善县 交 界 的金沙江溪 洛渡 峡谷 中，下 游 距宜 宾 市 1 8 4 k m，左 岸 距 四川 省 雷 波 县 城 约 1 5 k in，右 距 云 南 省 永 善 县 城 约 8 k in，是一座 以发 电为主 ，兼有拦沙 、防 ： 和改善下 游航 运等综合效益的大型水电站。 溪 洛渡水 电站挡水建筑物为混凝 土抛 物线双 曲拱坝 ， 坝顶高 程 6 1 0 ． 0 0 m，最 低建 基 面高 程 为 3 2 4 ． 5 0 m，最 大 坝高 2 8 5 ． 5 0 m。 溪 洛渡水 电站特 高拱坝 施工 的关 键技 术 在于 如何 合 理地解决大坝建基面地质缺陷处理、坝基固结灌浆、接 缝灌浆 、金属结构 及机 电设 备安 装与 坝体 混凝 土 施工 之 间的干扰，并保证混凝土施工 “ 一条龙”系统的正常有 序，特别是要协调好这些项 目之间的交面关 系，最大限 度地避免十扰，并研究解决岸坡坝段混凝土与固结灌浆、 深孔帷幕灌浆的施工程序及方法，研究大坝工程在工期 缩短后如何保证 混 凝土持 续 高强 度 的生产及 运 输 ；总结 并 同化混凝 土备仓 及浇 筑施 工工 艺 ，确保 标 准化 施工得 以推进 ；对 金属 结 构 制作 安 装 工程 施 工进 行 技 术创 新 ， 加快施工进度 ，减少 对混凝 土 工程 的干 扰 。通 过 实施一 系列特高拱坝成套施工技术，顺利实现工程总进度调整 计划要求 ，是实现 蓄水发 电 目标的关键 。 2 主要技 术难点及特点 溪洛渡水 电站拱 坝施工 作 为一 个系 统工 程 ，具 有约 束条件多、边界条件复杂等特点，其结构复杂、工序多、 工作量大 、工期长 ，且多专业 交叉 作业 ，施工 难度 很大 ， 受 自然环 境 、结 构形 式 、施 工工 艺 、施 工组 织 、施 工机 囊 酶 点 ’ 各个专 韭氪葭叙 遂 巍 i工程 械等诸多冈素的影响，同时还需考虑施工 导流、度汛、 蓄水发电等阶段性的目标要求。 2 ． 1 工程 规模 大 溪洛渡水 电站拱坝工程规模大 ，具有坝体高、施工 项 目多、工程量 大等特点。 拱坝工程施工项 目多，包括围堰_T程、坝体土建及 金属结构施工 、坝后 水垫 塘 部位 施 工、导 流洞 工程 、河 道治理及其他临建工程等 ，各施工项 目在空间、时间上 相互制 约、干扰 、交叉 ，施 工协调难度大 。 拱坝工程 主要施 工项 目工程量 很 大 ，各 项 目实 际施 工工程 量约 为 ：混 凝 土 浇 筑 6 7 5万 ，钢 筋 制 作 安 装 9 ． 5万 t ，金属 结构 安装 1 ． 2万 t ，帷 幕灌 浆 约 3 5万 m， 固结灌浆约 3 2万 m，接缝灌浆 2 7万 F n 。 2 ． 2 拱坝结构复杂、专业多、施工工序多 拱坝坝 身结 构 复杂 ，设 置有 1 O个 导流 底孑 L 、8个 泄 洪深孔 、7个溢流 表孔 ，孑 L 口总数量 为 2 5个 。设置有 高 程 4 3 1 ． O O m、4 7 0 ． O O m、5 2 7 ． O O m三层 坝后永久栈 桥 。设 置有 1 O条以上各类型廊道 。设 置有 2个 电梯 井等 。这 些 结构复杂部位工序多、工程量大、场地狭窄、施工难度 大 ，限制拱坝快 速上 升 。特 别是 坝体 孑 L 口部 位上 下游 悬 臂结构，由于悬臂跨度大，最大悬臂跨度达 2 4 ． 4 m，模 板及支撑结构 的制 作 、安装 与拆 除难 度大 ，悬空 作业 时 施工安全 问题 突出。 拱坝工程施工专业多，包括坝体混凝土施工、坝基 基础处理施工、金属结构制作与安装施工等，各专业施 工之 间关系交错 复 杂 ，各 工种 、工序 在 平 面、立 面上 的 作业时有交叉，相互施工干扰大，给施工安排带来较大 的难度 。 拱坝仓层多，各仓施工工序复杂 ，拱坝共 3 1 个坝 段，按 1 ． 5 m或3 m分层，共 2 0 0 0多个仓层。单个仓层包 21 ≤ 憝 水 利 水 电 施 工 2 0 1 4 第3 期 总 第1 4 4 期 括 冲毛 、模 板 拆立 、钢 筋绑 扎 、止水安 装 、接缝 灌 浆 系 统埋设 、埋件 安装 、冷却 水管 铺设 、凝 土 浇筑 、保 温养 护等多个工序，个别T序之问存在空问或时间 J 二 的干扰， 若 施工组织协调 不到位 或施 工工 艺 =炙施不 好 ，可 能形成 连锁反应 ，将会延 长单 仓备 仓浇 筑 时间 ，对 整体 施工 进 度 造成 影响 。特别 是包 含特 殊结 构 的坝段 ，施 工 工艺及 工序更是复杂，例如河床坝段在泄洪深孔孔 口部位施工 时，除模板、钢筋等一般性施工项 目外 ，还包括钢衬预 埋件安装、钢衬安装、回填灌浆系统安装等 ，各施工工 序在时间上有承 接 、有 并行 、有 交叉交 面 ，施 工 协调 组 织要求更是严格 。 2 ． 3 拱坝工程工期长、工期紧、施工强度高 根据合 同文件 ，溪 洛渡水 电 站拱坝 工程 施 工工 期约 6 O个月 ，施丁T期 长 ，施工 节点 目标要 求 多，施工进 度 控制难度大 ，施 工组织 协调 需 长期保 持 高效 ，并 需根 据 情况变化进行实时调整 。 由于坝体 混凝 土施 工 进 度 受 坝 基 地 质 缺 陷处 理 和 基础同结灌浆工程量增加等综合影响 ，至 2 0 0 9年底拱 坝 T程相 对 于合 同 T期滞 后约 1 1 ． 5个月 ，而 2 O 1 3年 6 月 发 电 日标 不 容推 迟 ，这 样 导致 工程 施 工 T 期 大 幅 度 缩 短 ，T期仅 4 7 ． 5个月 。而且 拱 坝工程 需 满足施 工期 内各年度 防洪度汛要求等 阶段性 目标 ，阶段性 的工程 形 象要求 高 ，施 T项 目多 、工 程 量 大 ，阶 段 工 期 尤 为 紧 张 。 拱坝工 程混凝 土工程 量大 ，施工 工期 紧 张 ，混凝 土 浇筑强 度高 。原 合同义件混 凝土 施工计 划月 高 峰浇 筑强 度 l 6 ． 0 9万 m。 ，调整 计划 的 月浇 筑 强度 最高 约 为 1 9 ． 5 万 r n 。 。 2 ． 4 拱坝混凝土温控标准高 ( 1 ) 拱坝混凝土温控标准高。为了防止拱坝混凝土出 现温度 裂缝 ，制 定 ． r非常 严格 的温 度控 制指 标 ，全 坝段 混凝土 内部容 许最 高温度 为 2 7 ~ C。为确 保接 缝灌浆 时上 部各灌 区温度及温降幅度形 成合适 的温度梯度，遵循 “ 小温差、早冷却 、慢冷却”温控防裂设计理念 ，采用一 期通水冷却 、中期 通水 冷却 和二 期通水 冷 却等 3个 温控 时期、9个控制阶段精细化控制程序和措施 。 ( 2 ) 混凝土原材料抗裂能力低。由于玄武岩粗骨料高 弹性模量特性 的影 响 ，拱坝 混凝 土呈 现 出 自生 体积 变形 量大 、持续时 间长 、混 凝 土极 限 拉伸 值低 等 特点 ，拱坝 混凝土抗裂能力相对较低 。 ( 3 )坝址区气候条件复杂。坝址区夏季气温较高，出 机 口温度 、浇筑温 度及 最 高温度 控 制难 度大 。冬季 多风 且气候干燥 ，混凝土表面 水分散 发较快 。 ( 4 ) 坝体 高 ，混 凝土块体大 ，温控难度大 。由于该拱 坝混凝土采用不 分纵 缝 的通仓 薄层 浇筑 方式 ，下部 浇筑 仓面尺寸大 ，基 岩的 约束作 用 也较 大 ，容 易产 生贯 穿裂 缝 。同时 ，混凝土温降 过程 缓 慢 ，内外 温差 引起 的 内部 约束时问长，易产生表面裂缝，并易引起劈头裂缝，影 2 2 响拱坝结构安全 。 ( 5 )坝块 多 ，内部 通水 冷却 程 序复 杂 。该拱 坝采 用 “ 一 刀切”形式的垂直平 面分缝 ，在拱坝 中设置 3 o条 横缝 ，将 大 坝 分 为 3 1个 坝 段 ，每条 横缝 间距 约 为 2 3 m。拱 坝施 工 时一 般按 照 3 m 一层 交替 上 升施 工 ，坝 块 众多 。 ( 6 ) 混凝土 温度控制设施 布置难度大 。该拱坝混凝土 温控采用两种水温、两套管路、两套制冷设备，而对于 V形河谷，两岸边坡陡峭，场地布置狭窄，坝后管网规 划 布置及冷水机 组规划布置难度大 。 2 ． 5防洪度汛标准高 根据施工 总进度计 划 ，该 工程从 2 0 0 8年 3月 至 2 0 1 4 年 6月拱 坝工程全 部 完工 ，共 经历 6个汛 期 ，施 工期 安 全度汛工作是该拱 坝工程建设 的一个重点 。 金沙江 流域洪 水 主要 由暴 雨形 成 ，根据 多年 水 文观 测 ，多年平均流量为 4 5 7 0 m3 ／ s ，实测最大流量 2 9 O 0 0 n l 3 ／ s ， 调查历史最大洪水流量 3 6 9 0 0 m3 ／ s 。 为确保工程在汛期安全度汛 ，制定 了较高的防洪度 汛标准，对拱坝T程中坝体混凝土形象、接缝灌浆施1 二 形象 、坝基基础处 理形 象 、坝 体各 孔洞 金属 结 构安 装形 象等根据各时 间节点均 有严 格 的验 收要求 ，施工 组 织难 度大 。 3 施工关键技术 以溪 洛 渡 水 电 站 拱 坝 整 体 施 工 布 置 、施 工 组 织 、 各施 工工 艺 创 新 等 主要 的技 术 难 点 和 特 点 为 突 破 口， 深入开展 了大坝施工关键技术系列科研攻关，在新技 术 、新 工 艺 、新材料 等 方 面取 得 了一 系 列 创 造 性 科研 成果 ，在工程整体施工进度计划的编排及调整、混凝 土高效入仓技术 、夜 问施工照 明系统的布置、混凝土 仓层备仓浇筑工艺 、孔 口特殊部位施 工、基础 处理、 金属 结构 安装 工艺 等 方 面取 得 了一 系列 创 造 性 科 研 成 果 ，确保 了拱 坝工 程 按 合 同工 期 进 行 ，实 现 了蓄 水 发 电等 节点 目标 。 3 ． 1 采用计算机仿真软件进行进 度计划编制及 动 态控 制 针对该拱坝混凝土施工条件和特点，按照满足 2 0 1 3 年 5月下 闸蓄水 目标 和尽 力保 证 合 同 控制 性 工期 要 求 ， 分析了制约坝体总体快速施工的关键因素，采用计算机 维可视化仿 真技术 编制拱 坝 混凝 土进 度计 划 ，实 现对 进度的动态控制 。 若利用人 工进行拱 坝工程 施工 总进 度计 划 的编 排及 调整 ，工 作量 十分 巨大 ，完成一次 坝体 混凝 土 进度 编排 需要 7 ～ l O d ，耗 费 时间 长 ，且 南于 工 作 量 繁 杂容 易 出 错 ，修改 调整也需 2 ～ 3 d 。而 拱 坝坝 体混 凝 土施 工 计划 采用计算机三维可视化仿真技术进行编制仅需 1 ～2 d的 时间 ，还 可根据实 际情况人 工对 边界 条件 进行 微 调 ， 自 动纠错 ，相 比人工 编制在 时间上节省 了将近 7 d ， 日 | 准确 率更高。 3 ． 2 特高拱坝混凝土快速高效入仓技术研究 为满足拱坝工程混凝土月浇筑强度要求 ，对混凝土 生产系统、运输系统、配仓方式、入仓方式等多个方面 进行研究 。 ( 1 )为满足浇筑强度要求，新增一座 4 4 ． 5 m。 混凝 土拌和系统 。 ( 2 )为满 足混凝 土入仓强度 ，增设一 台缆机 ，五 台缆 机同 台运行 。如何保证 同层平 台布置 的缆机 群安全 运行 ， 并使其使用效率合理提高是研究重点。 ( 3 )为提 高混凝 土水平运输 效率 ，对水平运输线进行 优化，根据地形特点布置供料平台并利用射频编码对 混凝土运输车辆进行识别 和调度 。 ( 4 )为提高混凝土浇筑强度，根据拱坝仓层顺水流错 开布置 的特点 ，利 用缆 机群进 行 多仓 同浇 配仓 优化 及 控 制 ，并研究无缝转仓技术 。 特高拱坝高效入仓等施工关键技术 的研究及运用， 使得拱坝工程牛产效率得到极大提升，混凝土浇筑持续 高强度 。2 0 1 1 ～ 2 0 1 2年 连续 两年 混凝 土 浇筑 量超 过 2 0 0 万 ，其中 2 0 1 1 年 4 月浇筑强度达到 2 1 ． 6 万 r fi 。 ，连续 数月浇筑强度超过 1 9万 m。 ，并赶 回 2 0 0 9年底较 合 同工 期滞后的 1 1 ． 5 个月 ，保证 了 2 0 1 3 年 5 月按时 蓄水 发电 目 标的实现 。 3 ． 3 设置特高拱坝施工立体交通综合体 系 特高拱坝通过设置 坝体 上下游 各 马道 、坝后 栈桥 、 仓面转梯及水平栈桥等形成施工立体交通综合体系，保 障施工人员安全高效通 行。 坝体上下 游各 层 马道 能使施 工人 员、设 备 、材 料 高 效入仓，有利坝体施工进度。坝后栈桥的设置方便 了坝 体通水冷却施工并能安全通行。施工过程 中相邻坝段之 间存在一定高差，为保证施工人员通行顺畅及安全，须 设置标准施工 通道 ，为 大坝混 凝 土快 速高 效安 全施 工 奠 定基础。其中两个相邻先浇坝段之间设置交通栈桥通道， 两个相邻坝段之间设置垂直转梯通道。 3 ． 4 特高拱坝缆索式照明系统设计与施工 研制 的缆 索式 照 明系 统具有 全 覆盖 、可调 整 、高 照 度、低耗节能等特点 ，能满足高拱坝安全高效施工需求。 缆索式照 明 系统 的 运用 ，极 大地 改 善 了夜 间施 工环 境 。 根据测试，使用该照明系统后，大坝现场照明亮度达到 5 0 ～ ] 0 0 1 x ( 照度) ，满足施工需要 。 缆索式照 明系统 的使 用 ，简 化 了仓面 照 明系统 安装 工序，节省了备仓工期。若按常规方法，在仓面架设碘 钨灯进行照 明，根据仓 面面积每个坝段 需架设 4 ～6个 碘 钨灯 ，每次架设及安拆需 3 ～4名施 工人 员工作 4 h左右 ， 且需根据坝段上升不断进行安拆调整，长期如此将极大 地占用施工资源并延长施工工期。 3 ． 5 特高拱坝仓面成套标准化施工工艺研究 研究 制定拱坝混 凝土施 工成 套标 准化 施工 工 艺 ，实 大 坝工程 现高效 、优 质施 工 。该 拱 坝分 2 0 0 0多个 施 工 仓 ，将 单 个施工仓号作为一个基本单元进行控制，从工序各环节 人手 ，对仓 面施 工组织 、施工 工艺 、施工 流 程等 进行 系 统总结 提炼 ，并 进行工 艺创 新 ，形 成规 范化 、标 准化 施 工工艺 ，控制层 问施工间歇期，实现全坝段 整体均 衡 上升 。 坝段横缝面施工使用标准悬臂键槽模板，上下游面 也使用悬臂模板 ，使用一台汽车吊，4名施工人员，2个 白班可 完成所 有模 板 提升 、调整 ，施工 快 速安 全 ；钢 筋 连接使用直螺 纹 套筒 ，相 比焊接 工艺 ，大大 缩短 了施 工 工期，并节约了施工资源；钢筋施工使用定制标准卡尺 进行间距控制，加快钢筋安装。据统计，这些标准化钢 筋施工技术使用后 ，一个普通仓面上下游坝面钢筋安装 时 ，比以往工程节省 约 0 ． 5 个 班。 3 ． 6 特高拱坝倒悬结构部位模板施工技术研究 根据不 同部 位 的结构 特 点 ，分别 采 用 _ r定型 角 支 架加外撑钢桁架模板、改型全倒悬模板和混凝土预制面 板钢桁架模板 。 同时研制 了专用 吊具 ，用 于 改型 全倒 悬 模板 的吊装 。充 分 利 用有 效 资 源 进 行机 械 化 备 仓 作业 ， 有效解决了高拱坝及其倒悬结构快速施工技术难题。 3 ． 7 特高拱坝泄洪深孔钢衬混凝土快速施工技术 该拱坝共设置有 8个泄洪深孔，深孔流道采用全断 面复合钢衬结构进行衬护。其快速施工技术主要包括钢 衬厂 内单节制作 ；坝 外两 节 拼装 ；缆机 抬 吊安 装 ；定 位 节精确控制 ，双向工作面同步施工等。 深孔钢衬材质为复合钢板 ，工程量约 5 2 5 0 t 。由于钢 衬安装工程量大，施工难度大，影响安装施工程序因素 多 ，原计划深孑 L 孑 L 口部位 单仓 施工工期为 3 6 ~4 o d ，对 大 坝混凝土均匀 上升 有很 大影 响 。采用 泄洪 深 孔孔 口部 位 快速施工技术后 ，拱 坝深 孔孑 L 口部 位仓 层施 工仅 3 o d左 右 ，其 中最早 2 8 d 完 成 4号 泄洪 深孑 L 孔 口钢 衬仓 层混 凝 土施工 。 3 ． 8 特高拱坝混凝土温控技术研究 ( 1 )通过对拱坝常规配合比优化设计，使混凝土强度 和抗冻、抗渗性能满足设计要求，并改善混凝土抗裂性 能，同时最大限度地减少水泥用量；通过富浆王级配混 凝土 的研究 与使用 ，控制 拱 坝低 级配 混凝 土 的使用 ；通 过外掺 P VA纤维 混凝 土配合 比的研 究应用 ，预 防开裂风 险较大部位 出现裂缝 。 ( 2 )研究 制定 了混凝土温控施工工艺措施 ，重 点研 究 了高温季节和低温季节在各种特殊工况下 的温控措施 ， 减小 了外界环境 对混 凝 土表 面温 度 的影响 ，从 而 降低 了 拱坝开裂 的风 险。 ( 3 )研究控制混凝土内部温度的主要方法，通过合理 设计通水冷却工艺，控制混凝土内部最高温度，并平顺 地将混凝土内部温度降到 目标温度，达到预防混凝土温 度裂缝 的 目的。 ( 下转第 4 4页) 2 3 水利水 电施工 2 0 1 4 第 3期 总第 1 4 4期 基础爬坡廊道帷幕施工技术 静贺 毅 王 海 东／ ( 中国水利水电第八工程局有限公司) 【 摘要】 溪洛渡水电站拱坝爬坡廊道坡陡、高差大，帷幕灌浆钻孔施工 中采用了移动钻机 台车和固定式操作 平台，帷幕化学灌浆时布置通氯 设施，有效降低 了空 气中化学材料挥发 物的浓度，采取出渣孔提运、运输台车 滑动运输、人工转运等多种方式，满足了帷幕灌浆施工出渣要求 该工程 中采取的些施工措施在 实际施工中 取祷 弋较埒 的效 聚 ，可诀 炎 0往媸鉴 锅 n爬波辞道椎慕滩靛台车通氐 污 1 概 述 溪洛 渡 水 电 站 拱 坝 坝 内 左 、右 岸 高 程 3 4 7 ． 2 5 ～ 4 7 0 ． 2 5 m 之间各设 置 1r 一 条爬坡 廊道 ，用 于连 接上 、下 各 层廊道交 通 和进 行 帷幕 灌 浆 ，布 置 形式 如图 1所示 。 爬坡廊道断面 城 f J 洞形，高程 3 9 5 ． 2 5 m 以下尺寸为 4 。 O mX4 ． 5 m ( 宽 高) ，高程 3 9 5 ． 2 5 m以上尺寸为 3 ． O mX 3 ． 5 m ( 宽 高 ) 。 坡廊 道共 跨 1 6个坝 段( 左 岸 6 ～ l 3 号坝段 、右岸 1 8 ～2 5号坝段) ，每个坝段横缝分界线位 置没置水平平 台 ，平 台宽度 约 3 ． O m，斜 坡 仰角 平均 4 5 。 左 右。 AG 7 6 mr n ) ，灌浆压力最 大为 6 ． 5 MP a ，最大孑 L 深 为 9 0 m。帷 幕灌浆 钻 孔 以地 质 钻 机金 刚 石 回转 钻 进 为 主，灌 浆 以 S NS灌浆泵为 主。水泥灌 浆 帷幕施 工完 成后 ，由于 岸 地 层 地 质 条 件 差 、渗 水 性 强 ，右 岸 高 程 3 4 7 ． 2 5～ 3 9 5 ． 2 5 m爬坡廊道 和 AG R 2平 洞洞 口以里 8 0 m 范围 系统 增加 了一排化学 帷幕 灌浆孔 。 由于爬坡廊道斜坡长、坡陡、高差大，上下交通十 分小便 ，帷幕灌 浆需 要使 用 重型设 备 ，必须借 助 专用 施 工平台施工，施工时需要频繁移动钻机设备，工效低 ， 对工期安排 十分 不利 。施 工 中存 在上 下交 叉作 业 ，安 全 风险高。化学灌浆施工时，由于使用的 C W 材料具有较 强烈的刺激性，操作不慎或吸入过量对人体健康 利 ， ＼ ； ： ； ； 道 ． ＼ J三 j 2 高 程 _Ij d 后 橱 卜 弋 ＼ j I 42 8． 25 ． ＼ ＼ ＼ 监测j ￡ 廊道 一 交通廊 ＼ 、 3 91 ： ．25 一 ／ ． 3 ． 2 5 一 们 ～— ~ ． v 3 77_ 25 R2 左岸爬 坡廊道 ／／ v h＼ ＼ ／ j 3 O ． ) 7 右 岸 爬 坡 廊 道 f ，基 耐 廊 道 西 L 1 、、 、 _ 3 2 q 5 0 圣 舌 _ I A 甜 ＼ I 图 1 溪洛渡爬坡廊道 布置形式 ( 高程单位 ：m) 爬坡廊道内设计有帷幕灌浆孔。高程 3 9 5 ． 2 5 m以下 帷幕孑 L 分 排，排距 1 ． 5 m，孔距 2 ． O m；高程 3 9 5 ． 2 5 m 以上分两排 ，排距 1 ． 3 m，孑 L 距 2 ． O m。帷幕孔呈梅花形 布置 ，孔 向 钳 垂 ，孔 径 以 6 0 mm 为 主( 先 导 孔 孔 径 6 4 且 空气 中含 有高浓 度的挥 发性 有机 物质 对 防火安 全也 十 分 不利 。帷幕灌浆施 工 中会 产生 大量 的 污水废 渣 ，南于 高程 3 9 5 ． 2 5 m 以下没有 通道 与外界 直接 连通 ，所有 污水 废 渣必须通过爬坡廊道 ，排污难度大 。