贵州索风营水电站全断面碾压混凝土重力坝施工

贵州索风营水电站全断面碾压混凝土重力坝施工〔摘要）索风营水电站位于贵州修文、黔西县交界的乌江干流六广河段，是乌江干流继洪家渡水电站之后的第三个梯级电站，大坝为全段面碾压混凝土，坝高115.8m。针对索风营工程特点全面应用国内碾压混凝土施工的先进技术。制定了科学合理的施工技术措施。并在混凝土入仓方式、温度控制、全断面外掺MgO工艺等方面有所创造和发展。对夏季碾压混凝土施工采用埋设PVC冷却管进行通冷水降低混凝土内外温差，进行了大胆尝试。本文详细介绍了索风营全断面碾压混凝土坝的施工技术。〔关键词〕索风营水电站大坝 碾压混凝土施工措施1工程概况索风营水电站位于贵州省修文、黔西县交界的乌江干流六广河段，是乌江干流继洪家渡水电站之后的第三个梯级电站，工程以发电为主，承担调峰、调频、事故备用等任务，兼有灌溉、养殖、旅游等效益。工程枢纽由碾压混凝土重力坝、坝身泄洪表孔、右岸引水发电系统及地下厂房等建筑物组成。电站总装机容量600MW，保证出力166.9MW，多年平均发电量20.11亿kwh。水库正常蓄水位EL837m，死水位EL822m，总库容2.012亿m3，死库容1.012亿m3，为日调节水库。坝址区属于亚热带季风气候区，候温和湿润多年平均相对湿度在5%以上，夏季湿润多雨，多年平均气温为C。根据坝址区水文气象条件和工程枢纽结构布置的特点，索风营水电站采用枯期11月6日〜次年5月10日）上、下游过水土石围堰挡水，汛期基坑和导流隧洞联合泄流的导流方式。导流洞布置在左岸，导流洞隧洞长明（洞）渠段长00m洞身断面为2mX14碱门洞型。索风营水电站为II等大（2）型工程，大坝及泄洪系统、引水发电系统等为2级建筑物，按100年一遇（P=1%）洪水设计。拦河大坝为全断藤压混凝土重力坝，由河床溢流坝段和两岸挡水坝段组旗中河床溢流坝段长2m,坝基高程宠L728,坝顶高程宠L843.8最大坝高115.8m坝顶宽8m,大坝及消力池混凝土总量为万m3,其中大坝碾压混凝土方量为44.7万m3,大坝常态混凝土方量为0.8万m3,消力池常态混凝土方量为14.5万m3。坝体采用二级配碾压混凝土自身防渗。河床坝段设5孔单孔宽13m、堰顶高程EL818.5m的开敞式溢流表孔，下游以“X”型宽尾墩+台阶坝面+消力池的组合方式消能。大坝工程由以水电八局为责任方的捌玖联营体中标承建。大坝工程于002年10月8日开工建设，2002年12月18日实现大江截流，碾压混凝土施工于2004年1月14日开始到2005年5月3日结束，历时一年四个月，实际施工14个月。2005年6月29日下闸蓄水，2005年8月18日第一台机组投产发电。2 拌和系统布置2.1拌和楼布置根据招投标文件要求，整个拌和系统均由联营体自行设计，自行安装。联营体针对碾压混凝土施工单仓面连续浇筑强度大，时间长等特点，对混凝土浇筑强度分析、对拌和楼选型及系统配套辅助设施的建立作了大量细致的工作，以保证整个拌和系统的布置更加合理。混凝土拌和系统的生产能力既要满足最大月浇筑强度的需要，同时又要满足碾压混凝土最大浇筑仓面入仓强度的需要。考虑1.5的不均匀性生产系数，相应的碾压混凝土最大小时浇筑强度约为181m3/h；故系统设计生产能力确定为210m3/h。根据系统设计生产能力，选用HZ300-2S4000L型双卧轴强制式拌和楼1座，混凝土生产采用微机全自动控制、动态流程显示、中控室工业电视监视、故障在线检测、后台自动上料。混凝土生产能力为：碾压混凝土250m3/h、常态混凝土312m3/h。由于按设计要求大坝强约束区混凝土全段面外掺MgO,因此对拌和楼进行了技术改造，增加了MgO输送，称量，控制系统，实现了外掺MgO的自动化作业。由于本工程高峰时段连续浇筑混凝土时间较长，为确保工程顺利建成，另选用中国水电八局自行研制的强制式连续拌和楼1座备用，其生产能力为：碾压混凝土200m3/h。在EL872.0m高程设置总容量为5500t的砂石骨料调节料仓，可满足高峰月混凝土浇筑1d的需用量。预冷骨料仓布置在EL850.0平台。在EL842m高程平台上，紧邻拌和楼布置1500t储灰罐4个，用于储存水泥、粉煤灰。胶凝材料均采用气动输送上楼。外加剂间布置在EL885m高程平台上，内设1m3搅拌池2个。在EL880m高程平台上设22m3储液池4个，其中碾压混凝土、常态混凝土各2个。使用时通过管道从储液池输送到拌和楼内。2.2制冷系统布置制冷车间布置在EL855m高程平台上，车间内布置3台制冷量为50X104Kcal/h的螺杆式氨压机。制冷车间设有两条管路跨公路与拌和楼相连，形成供氨回路。低温水采用管道跨公路输送上楼。拌和楼设有三个预冷骨料仓，分别存放大石、中石、小石三种粗骨料，料仓外配备有冷风机。料仓外冷风机的冷源由制冷车间提供。3 混凝土原材料及施工配和比3.1混凝土原材料水泥：大坝碾压混凝土工程使用的水泥是由贵州水泥厂生产的乌江牌P-O42.5水泥，其物理检测全部满足有关规范要求。掺和料：掺和料有三个品种：凯里电厂粉煤灰、遵义电厂粉煤灰和安顺电厂粉煤灰，除遵义电厂粉煤灰个别达准II级以外，其于均达到II级灰标准。外加剂：大坝碾压混凝土工程使用的QH-R20型高效缓凝减水剂，基本满足了索风营水电站大坝工程高温季节碾压混凝土大仓面施工的要求。砂石骨料：本工程使用的砂、粗骨料均由C2标用灰岩生产的人工砂石料，砂的品质一般，属中粗砂范围，砂的细度模数和石粉含量波动较大。3.2大坝混凝土施工配合比索风营大坝混凝土配合比试验成果在满足设计及规范要求的前提下，充分考虑了现场原材料品质情况、施工过程动态控制的难度和特殊性，由业主提出正式的大坝碾压混凝土施工配合比。由捌玖联营体试验室进行配合比用水量和含气量等室内校正试验，大坝工程碾压混凝土施工配合比有上游迎水面C90—20二级配（1）、内部C90—15三级配（2）和下游台阶C90—20二级配（3），坝体大规模浇筑碾压混凝土前，捌玖联营体进行了碾压混凝土生产性工艺试验，进一步验证业主提供的施工配合比的可行性，进行了原材料质量、施工工艺参数、外掺Mgo的均匀性检测等，最终确定的碾压混凝土施工配合比见表1。由于碾压混凝土有两个标号，三种碾压混凝土，按常规应有三种相对应的水泥净浆，为了便于控制和制净浆方便避免低标号高用的质量事故。下游台阶变态混凝土要求掺不加粉煤灰的水泥净浆，按要求在拌和楼进行粉煤灰掺量调整，通过试验论证每方变态混凝土加水泥净浆6%，即加60升水泥净浆，经计算60升净浆中含粉煤灰34.2kg，即在混凝土中扣除35kg粉煤灰，加水泥35kg，整个浇筑仓面使用一种水泥净浆即C90—20（4），这样既方便了施工又便于质量控制。表1碾压混凝土施工配合比校核试验成果表序号标号水灰比砂率（%）外加剂掺（％）每方混凝土材料用量（kg/m3）VC值（S）备注QH-R20DH9水泥煤灰MgO水砂石1C90-200.50380.800.1294945.649481513653~8上游迎水面2C90-150.55320.800.1264964.88870215263~8内部3C90-200.50380.800.12129595.649482213723~8下游台阶4C90-200.47--0.6—57057034.2536———水泥净浆4混凝土温度控制4.1气象条件索风营电站坝址上游流域位于湿润的亚热带季风气候区。气候温和湿润，多年平均相对湿度在75%以上，夏季湿润多雨，多年平均气温16.3°C，极端最高气温40.5°C，极端最低气温-5°C。日夜温差大。4.2温度控制标准温差控制标准大坝混凝土温差控制标准见表2。表2 温差控制标准(°C)项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年多年平均气温6..57.812.617.620.923.225.524.821.617.312.78.216.5自然入仓温度89.213.317.320.322.9242519.51815.210.8强约束区允许温差141414不浇筑141414允许最高温度28弱约束区允许温差1717171717不浇筑171717允许最高温度31无约束区允许温差242322202020202020202222允许最高温度31313536.536.536.536.536.536.536.53531内外允许温差:大坝混凝土内外允许温差按时段控制最低20°C，最高36.5°C。混凝土出机口温度根据混凝土的允许温差、大坝稳定温度和混凝土的水化热温升可得出大坝混凝土各部位的允许出机温度。见表3。表3 大坝混凝土允许出机口温度(°C)月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月强约束区垫层0.1L*16161616160.1-0.2L1717171718181817170.1-0.2L*181818191919191818弱约束区0.2-0.4L181818191919191919191818无约束区常态181818181819191918181818碾压2020202122222222222120204.3温度控制措施索风营大坝位田型河谷之中，两岸坝肩陡峭，约束很强，对大坝混凝土防裂不利。本工程至002年10月8日开工，2005年8月18日首台机组发电工期较紧。因此大坝碾压混凝土浇筑采用了连续上升（最高上升，一般6m〜15m,而传统的一般只上珈）及全年施工工艺。然而高升层浇筑混凝土及夏季高温时段浇筑混凝土所面临的问题主要是坝体混凝土温度控制。为保证索风营大坝混凝土大体积、高升层浇筑，又能满足其质量控制要求，首要任务就是对混凝土进行温度控制，使其温差降到允许范围，以避免在混凝土内部产生温度裂缝。温度控制采用两种方案：一是混凝土浇筑前控制混凝土入仓温度，二是在混凝土浇筑后控制其内部温升，并加强砼表面养护与保温。（1）混凝土入仓温度控制a、 优化碾压混凝土配合比，降低混凝土水化热混凝土水泥使用普通.5咏泥，并掺入大量粉煤灰作胶凝材料粉煤灰掺量达55%），同时采用对碾压混凝土性能有显著改善的高效减水剂，这样以降低水泥用量，并且在混凝土拌制过程中外掺入适量氧化镁，利用氧化镁的微膨胀性补偿碾压混凝土的温降收缩，减小收缩产生的拉应力，以利于防止裂缝的产生。b、 在混凝土拌和过程中采取制冷措施，尽量降低混凝土出机口温度首先在拌和系统内L870高程设置一座500吨的调节料仓保证人工生产的砂石骨料能满足天以上的连续浇筑量这样既有利于砂石骨料含水率的控制，保证混凝土拌和时能加足够的冷却用水，又能避免阳光照射，降低粗骨料的温度;在拌和系统内L855高程设置一座50万大卡的制冷系^在EL850高程设置一座预冷骨料仓，对大石、中石及小石等粗骨料进行预冷，使粗骨料温度均达STC以下，所有砂石骨料胶带输送机上均设置遮阳棚止阳光直射，同时采用TC以下的冷却水拌和混凝土。c、碾压混凝土运输管理在碾压混凝土运输时要求所有运输车辆设置遮阳棚，同时要求所有混凝土运输车辆必须直达仓面或卸料点，以减少混凝土运输过程中温度倒灌。d、在碾压混凝土浇筑过程中加强管理在碾压混凝土入仓后要求对所有入仓混凝土做到快速铺快速碾压，同时在仓面配置喷雾设备，在白天阳光直射时对仓面进行喷雾处理，这既可以增加仓面混凝土湿度，又能达到仓面局部降温的目的。(2)混凝土浇筑后温度控制碾压混凝土浇筑后温度控制的手段就是在坝体内埋设却水管通过通冷却水对坝体内部混凝土进行冷却，以达到降低内部混凝土温度的目的。冷却水管埋设情况索风营电站大坝在L730.0『EL842.8之间埋设冷却水管，具体埋设情况为：EL730『EL755i水管层间距.1m管间町.5mEL755『EL773m水管层间町.5m管间距L5mEL773『EL783.2i水管层间距.1m管间跛m,EL783.2『EL842.8i水管层间踱m,管间踱m。水管距上下游边均为5m距廊道1.5mEL733.5m-EL739.8rfg直向上伸出坝体，其余水平伸出坝体与坝体外干管连接。冷却水管采用高密聚乙烯管，32外径壁厚mm,导热系数1.66KJ/(m.h.c)单位混凝土冷却水管最大埋设量为44m有，最小埋设量0.11m方，平均埋设^2m/方。冷却水管埋设总量9万m。通水要求通水的目的是为了降低混凝土内部水泥水化热产生的温升，从而降低混凝土内部的最高温升，使其温差降到允许范围。一般在冷却水管埋设一天后进行通水，如在高温时段时，混凝土入仓温度过高的情况下，也可提前进行初期通水冷却，即在埋设冷却水管部位的上层混凝土碾压完毕后就开始进行通水，通水量按如3/控制，通水冷却混凝土的降温幅度不得大©M，每天改变一次水流方向，冷水温度与坝体内部混凝土温度差不2得大于12〜3月份通河水冷却4〜11月份通0°C左右制冷水冷却；通水时间一般在45天左右，可根据埋设仪器测得的温度资料对通水时间作适当延长或缩短，但最低不得少于8天。表面保温与养护表面保温的目的是为减小坝体内外温差，防止产生表面裂缝；养护的目的是为避免产生干缩裂缝，同时有利于混凝土强度的增长。具体做法为：加强养护，有条件的部位采用流水养护，对间歇期较长的平面部位，采用蓄水养护直到上层混凝土浇筑时止上游坝面保护采用喷涂高分子保温材料、粘贴聚乙烯保温板或覆盖PEP保温被等保护措施。4.4冷却水管埋设实例虽然我们在碾压混凝土浇筑前对其入仓温度做了较好的控制，但由于碾压混凝土内部水泥水化热持续时间长，由于水泥水化产生的热量无法散出，其内部温度仍然会持续增长。这一点通过埋设在未埋设冷却水管附近的温度计和埋设在埋设有冷却水管附近的温度计所测得的温度数据可以证明；埋设在大坝右块L730高程&6-13-温度计所处位置附近未埋设冷却水管，浇筑时间为004年3月16日，实时气温8C，混凝土浇筑温度0.8C,在6天内快速增长到0C，以后缓慢增长，在!24日达到34.1C，然后缓慢下降，到0月18日下降333.2C，降幅仅为.9C，由此可见，碾压混凝土温升是一个长期的过程。据有关资料证明，在未有外界因素干扰的情况下，混凝土内部温度需要)多年方可达到稳定温度场；埋设在大坝右现757.高程&6-14温度计附近埋设有冷却水管，该升层混凝土浇筑时间嘟4年6月10日，实时气温1°以平均气温5°C，混凝土浇筑温度2C,从6月11日开始通水,7月25日结束，通水时间5天，通水时间45天，在开始通水的前天，通水温度为0C左右，出水口温度平均达29C，内部混凝土温度最高达¥。，此后混凝土混凝土温度开始下降低，冷却水管进出水口水温温差也呈现出明显下降趋势，在一个月后，进出水口水温温差下降3C左右，混凝土内部温度下降至.1C，停止通水后，其内部混凝土内度呈现增长趋势，但增幅不大。通过对上述两处温度观测资料分析，我们认为混凝土在通水冷却的影响下，加快了水泥水化热的散发速度，其温降速度明显加快，混凝土最高温升得到了有效限制。通过埋设在坝体内仪器观测所得资料分析，索风营大坝混凝土内部温度大部分均未超过设计值，符合相关规范要求。说明我们针对索风营大坝碾压混凝土施工特点所采取的温控措施是卓有成效的，在碾压混凝土大坝工程中实施连续上升的方案是可行的，而采用埋设冷却水管对碾压混凝土进行后期温度控制，更是作为在高温时段下进行高升层碾压混凝土温度控制的一种行之有效的温控措施。在碾压混凝土内掺氧化镁可改善坝体内部应力状况，但应加强氧化镁在混凝土内均匀性质量控制。5碾压混凝土施工5.1模板大坝模板主要有交替式上升模板、坝后台阶及廊道模板三种结构型式。交替上升模板：单块模板尺寸为3.1mX3m（高X宽），每两块模板组成一套模板使用。该模板后面支撑采用钢桁架结构，面板采用芬兰VISA面板。采用汽车吊拆立模。主要用于大坝迎水面和横缝。坝后台阶模板：该模板用于溢流面台阶和非溢流面台阶，该模板为1.2X3m（高X宽）后撑式模板，面板采用4mm厚钢板，后部采用钢桁架。先支立4-5层，浇筑过程中逐层循环上生。混凝土预制廊道：混凝土预制廊道采用边墙和顶拱整体预制，现场吊装的施工工艺。廊道三通、四通部位采用现立木模。混凝土预制廊道在预制场加工，采用定型整体钢模板立模，以保证几何尺寸、外观质量，并在其强度达到设计强度的100%后，方才进行混凝土预制廊道的运输和安装施工。5.2碾压混凝土浇筑分层分块根据索风营水电站大坝坝体结构、混凝土浇筑与固结灌浆进度安排等因素，大坝碾压砼浇筑分层分块如下：EL732.5m以下由于有排水廊道及灌浆廊，按廊道轴线分仓浇筑； EL732.5m以上从坝横0+88.32分为左右两块连续上升。EL811.4m-EL842.3m为左右非溢流坝段，右非溢流坝段采用连续上升浇筑，左非因受检修门库（为常态混凝土）影响，采用3m一个浇筑分层上升。5.3混凝土入仓根据索风营电站地形特点，结合碾压混凝土自身特性，采用汽车直接入仓、汽车+胶带机+仓内汽车转料及汽车+真空溜槽+仓内汽车转料三种入仓方式。汽车直接入仓汽车直接入仓具有环节少，强度高的优点。但仓面易受污染，入仓口难以处理，且随着坝体上升，入仓道路填碴量增大。因大坝EL740.6m以上为溢流台阶面，因此EL740.6m以下碾压混凝土采用汽车直接入仓。汽车+胶带机+仓内汽车转料由于索风营电站大坝两坝肩均为高陡边坡，真空溜槽从左右岸EL843.6m平台只能布置到EL770m，而EL740.6—EL770由于受地形限制，无法采用汽车直接入仓方式。因此，在上游面EL754m处及EL768m处分别布置了一条皮带机，用于EL740.6m-EL770m碾压混凝土入仓，同时在上游围堰EL748m高程处布置了一台MD900波坦塔机，用于吊运砂浆入仓及材料设备的转运。汽车+真空溜槽+仓内汽车转料真空溜槽具有输送强度高，对仓面无污染等优点，但其布置易受地形限制。当大坝浇筑至EL770m以后，在大坝左右岸EL843.6m平台各布置两条真空溜槽，用于输送碾压混凝土入仓，同时右岸EL843.6m平台布置了一台MD900波坦塔机，用于吊运砂浆入仓及材料设备的转运。5.4铺料、平仓、碾压、成缝碾压混凝土入仓后，应按要求进行卸料。汽车卸料应做到2-3点卸料，以免造成骨料大量分离，卸料堆边缘距模板距离应大于2m，以防止对模板造成影响，卸料完毕后，立即进行平仓处理，平仓机采用D31P型二台,每层碾压混凝土压实厚度为30cm，铺料厚度33cm，在上下游模板上每隔5m放出铺料高程线和高程控制线，汽车在仓内行驶时，避免急刹车和急转弯等有损混凝土质量的操作，仓内卸料必须服从现场总指挥的安排，不得任意卸料。三级配与二级配混凝土的分界线误差不得超过0.5m，卸料平仓采用连续式作业方式，平仓应做到仓面平整，没有显著凸凹起伏，仓面平整度应控制在±5cm以内。碾压采用工艺性试验所得参数进行，振动碾采用 YZC12或BW202AD光碾四台和BW75S小碾两台，作业采用无震1-2遍，有震6遍，有震第一遍采用高频低振幅，以后采用高频高振幅，行走速度1.0~1.5km/h，碾压作业要求碾压条带清楚，走偏距离应控制在10cm范围，碾压条带必须重叠15~20cm，同一条带分段碾压时，接头部位重叠碾压2.4〜3.0m，两条带间因碾压作业形成高差，采用有振碾1〜2遍压平处理，碾压混凝土从出机至碾压完毕，要求在2小时内完成，不允许入仓或平仓后的碾压混凝土拌和物长时间暴露，碾压混凝土的层间允许间隔时间必须控制在混凝土的初凝时间以内，碾压后的仓面要求有微浆泛出，并经核子密度仪检测其压实度达到要求，否则应进行补碾，如仍不合格，则将该部位混凝土挖除，重新回填混凝土碾压，直至合格为止。仓面试验质控人员应根据现场碾压作业和气候的实际情况，及时与拌和楼质控人员取得联系，对Vc值进行动态控制。5.5变态混凝土施工大坝上下游面、左右岸边坡与基岩接触部位；模板、止水片、结构孔洞周边等不能碾压部位均采用变态混凝土。变态混凝土采用加浆振捣法进行施工，即先铺洒一层水泥净浆，摊铺碾压混凝土，再铺洒一层水泥净浆后用常态混凝土振捣作业方式振捣密实即可。水泥净浆参量为60山方，施工时按面积进行浆量控制。6施工质量管理碾压混凝土施工质量受原材料质量波动、气候条件及现场人工操作因素影响较大。因此，必须对各种影响因素进行有效控制，才能确保碾压混凝土施工质量。针对索风营工程特点制订了，贵州索风营水电站《大坝碾压混凝土施工工法》；采取了一系列质量控制措施。6.1原材料控制按设计文件及规范要求对原材料进行检测，所有指标必须满足要求。针对索风营工程特点提出重点控制指标：水泥中MgO含量应控制在2.3%以内。粉煤灰品质不得低于II级灰标准。MgO出厂前必须测定活性指标的均匀性，其离差系数Cv应W0.1其性能指标应满足表4的要求。细骨料的含水率小于6%。沙的细度磨数为2.4—2.9,含泥量小于2%，石粉含量控制在15—20%，粗骨抗压强度不低于