南俄5水电站碾压混凝土重力拱坝施工技术及管理

梁元球

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰611830)

1 工程概况

南俄5水电站位于老挝北部山区，电站所在流域呈狭长状，高山峡谷相间，地形崎岖。在坝址河段，河道较为顺直，但地形复杂，峡谷深度在400m左右，峭壁陡立，河谷狭窄，坡度在40°～50°之间。

电站所在流域属季风气候，受南海暖湿气流影响，降水丰沛，高温湿热，无四季之分，全年分为雨、旱两季，每年的5～10月为雨季，11月到次年4月为旱季。

大坝为碾压混凝土重力拱坝，坝顶高程1103 m，最大坝高100.5m，坝顶宽6m，底宽42m，坝顶长240m。大坝设两条结构缝，三条诱导缝。结构缝采用重力预置块，重复灌浆系统;诱导缝只在上下游3m范围设止水和预留缝，不设灌浆系统。

大坝采用表孔泄洪方式。泄洪表孔布置在河床中央，溢流坝堰顶高程1089m，共设3孔，每孔净宽12m。溢流堰面采用WES实用堰，泄洪表孔末端反弧段底高程为1078.15m，鼻坎高程为1079.25m，下游消能方式采用挑流消能。

2 施工道路布置及设备材料入仓方式

2.1 施工道路

坝体在上升过程中，存在大量材料、设备及机具入仓问题，鉴于该工程受地形地貌限制，不宜布置缆索，故入仓主要依靠施工道路和吊装转运。

因此，施工道路的合理布置关系到材料、设备等是否能顺利入仓和工程是否能顺利开展。根据坝区地形地貌及工程特征，结合砂石系统和拌和系统布置位置，主要施工道路布置及其主要作用如表1所示。

表1 大坝主要施工道路布置及主要作用表

2.2 混凝土入仓方式

大坝混凝土施工入仓根据部位及方式不同主要分成四大部分。

(1)大坝1042m高程以下混凝土通过左右岸中低线各主要公路改道及回填，道路与坝体间架立活动钢栈桥，自卸汽车直接入仓。

(2)大坝1042～1081m高程以及左岸1081m高程以上混凝土通过左岸1103m高程高线公路负压溜槽入仓。

(3)右岸1081m高程以上混凝土通过右岸1103m高程高线公路由皮带机、负压溜槽入仓。

(4)溢流坝段常态混凝土通过负压溜槽输送至左岸仓内后，经汽车转运，采用溜槽或混凝土泵机输送入仓。

2.3 材料、设备的入仓方式

材料设备入仓主要采取直接入仓、与坝体相邻各高程道路作为吊运平台、入仓后再转运、塔机吊运等方式，具体方式为:

(1)大坝1042m高程以下采用汽车直接运输入仓。

(2)大坝1042m高程以上分别通过左岸上游1040m、1058m、1081m高程道路与坝体相临处作为吊运平台，由坝上8t吊车吊入左岸仓内，再在仓内转运。

(3)坝体1081m高程以上施工分成左右岸及溢流坝段三个区间，在左岸靠溢流坝段边墩处安装了一台QTZ63G塔机，便于各种材料吊运。

3 分层摊铺方式及层间结合处理

根据南俄5水电站大坝结构、每层仓面大小、拌和系统生产能力、运输能力以及当地气候特点，大坝1025m高程以下混凝土采用平层通仓法，1025m高程以上采用斜层平推法，斜层平推法坡度控制在1∶12～1∶15。

每仓混凝土浇筑前，在上仓老混凝土面上摊铺厚度为2～3cm砂浆。为确保防渗区每层充分结合，防渗区二级配碾压混凝土在每层碾压完成后、下层摊铺前洒一层水泥浆;三级配碾压混凝土在层间施工时间超过5h后，在层面上摊铺一层水泥浆。

4 溢流坝段的施工方法

溢流坝段的主要施工难点为上下游向外挑出牛腿施工时的支撑结构，上游牛腿向外挑出4m，下游牛腿向外挑出8m，均为1∶1反坡。牛腿施工时模板采用定型组合钢模板，模板支撑结构采用［12槽钢作立柱，φ18钢筋两侧对称斜拉;安全操作平台附着于倒悬斜面上，与拉模筋相连。为防止上层混凝土施工时拉裂下层混凝土，牛腿每层混凝土施工完后在其表层铺设防裂钢筋，防裂钢筋的大小及长度根据上层浇筑厚度受力分析确定。

溢流面混凝土一部分采用碾压混凝土，与左岸一起通仓施工，表层1.5m为常态混凝土，其余部分为碾压混凝土，采取自卸车直接入仓或泵送入仓。

5 混凝土温控措施

南俄5水电站所处流域属季风气候，受南海暖湿气流的影响，降水丰沛，高温湿热，无四季之分，全年分为雨、旱两季。1月份日平均气温大约为19℃左右，最低气温7℃左右，7月份日平均气温约27.4℃，日最高气温约36℃，全年月平均气温差很小。根据专家组咨询意见，碾压混凝土重力拱坝取消了拌和加冰和在坝体中预埋冷却水管的温控措施，采取的温控措施主要为:

(1)高掺粉煤灰，C18020二级配、三级配碾压混凝土粉煤灰掺量为60%，C18015三级配碾压混凝土粉煤灰掺量为65%;

(2)掺加高效缓凝减水剂;

(3)骨料仓搭设遮阳棚，运输车辆及溜槽等混凝土输送系统采取遮阳措施;

(4)骨料堆放高度为6m以上;

(5)拌和用水采用温度较低的河水，供水管路采取遮阳措施;

(6)仓内采用喷雾设施;

(7)碾压仓面到达收仓高度后加盖麻袋并洒水养护，及时采取保温隔热等措施。

6 碾压混凝土雨季施工措施

根据前期对南俄5水电站大坝工程区降雨的记录资料进行统计分析得知，每年的4月开始有一定程度的降雨，5、6月以及10月降雨主要为阵雨形式，大部分降雨历时在0.5h左右，极少数降雨历时达到2h或以上。因此，根据该特点，采取适当的措施，可以确保碾压混凝土浇筑过程中的施工质量。

应对雨水天气很重要的一条措施是采用斜层铺筑法，以利于仓内排水，防止雨量过大时在碾压混凝土仓内积水。在施工期间，加强气象预报信息的收集工作，及时了解现场施工所需的雨情和气温情况，妥善安排施工进度。

在降雨强度小于3mm/h的条件下，采取以下措施继续施工:

(1)适当加大搅拌楼机口拌和物的VC值。

(2)卸料后立即平仓、碾压或覆盖，以保证未碾压的拌和料暴露在雨中的受雨时间不超过10 min。

(3)设置排水，以免积水浸入碾压混凝土中。

如遇大雨或暴雨来不及平仓碾压时，应用防雨布迅速全仓面覆盖，雨后根据具体情况及时采取各种措施进行处理并恢复施工。

7 工程采取的主要优化方案

7.1 大坝温控措施优化

南俄5水电站大坝在初步设计阶段其温控措施需采取混凝土加冰拌和、骨料预冷系统和(或)坝体预埋冷却水管。南俄5水电站专家组根据工程的具体气候特点及工程特征仔细分析后对此进行了调整:取消混凝土加冰拌和、骨料预冷等温控措施，亦不需要预埋冷却水管，仅采取常规温控措施即可。

由于混凝土所用水泥采用的是由泰国生产的大象牌波特兰(硅酸盐)PO52.5水泥(高热)，前期水化热偏高。在施工过程中，采用了常规的温控措施，只有局部超过40℃。混凝土入仓后1～11d(绝大部分介于3～7d)达到初期最高温升，峰值温度介于29.4℃～41.8℃(绝大部分介于32℃～37℃)，温升介于5.3℃～18.8℃(绝大部分介于8℃～14℃)。

大坝混凝土在施工过程中未出现明显裂缝，但局部有表层裂缝，主要是因日温差过大所致(日温差在12月、1月份达到20℃左右);另外的裂缝则是坝面因洪水过流坝体外表面温度骤降引起的贯通性裂缝，经过处理，未见任何渗水现象。

因此，南俄5水电站大坝根据其特定的气候特征所采用的常规温控措施是可行且非常有效，对简化施工工艺，减少施工难度，加快工程建设速度具有重要意义。

7.2 调整大坝坝基边坡开挖坡比及支护型式，优化道路布置

两岸坝基上游侧边坡开挖坡度为:坝基以上15m高程为1∶0.5，中间设平行两岸坝基面的2 m宽马道，马道以上边坡坡度为1∶0.75，锚喷混凝土厚12cm。由于地形条件限制，施工进展非常缓慢，每月下挖不到10m。综观大坝施工道路布置，结合大坝两岸坝基边坡具体的地质构造及1081m高程以下的基岩情况，经各方探讨研究后对大坝上游边坡开挖进行了以下调整。

(1)鉴于大坝上游边坡为临时工程，其开挖支护满足施工期安全即可，根据坝区岩层走向、岩体整体稳定的具体情况，其开挖坡比可调整至1∶0.5～1∶0.3，边坡支护素喷混凝土5～8cm厚即可保证施工期安全，基岩较好地段可不进行支护，局部破碎地段进行锚喷支护即可。

(2)取消平行于两岸坝基面的2m宽马道。

边坡开挖结构及支护方式经过调整后，边坡本身开挖及因施工道路布置所引起的边坡开挖工程量大为减少，每月坝肩下挖速度达到20～30 m。另外，使左岸上游施工道路与以后坝体间的三角形空缺部位由30～40m长变为5～6m，对以后的施工道路与坝体间联通提供了极大的便利，为坝体施工设备材料顺利上坝提供了重要保证。

7.3 溢流坝段混凝土材料分区优化

溢流坝段混凝土在投标阶段主要考虑采用高架门机入仓，但由于受地形及施工条件限制，进场后主要考虑泵送入仓方式。因该坝段体积大、工程量大，常态混凝土工程量达3万m3，若按常规采取泵送混凝土，其水泥用量大，水化热高，施工后易出现温度裂缝。

在对工程特征及施工条件等进行分析和研究后，将溢流坝段混凝土材料及分区优化为:溢流面常态混凝土在防冲表层浇筑厚度为1.5m，其余部位除上下游外挑部分外全部采用碾压混凝土。

经过进行材料改变及分区后，减少了大量分区分块和分层的数量，加快了施工速度并大量减少了水泥用量，同时亦更有利于混凝土施工温度控制。

7.4 碾压混凝土配合比调整

(1)二级配碾压混凝土骨料掺量调整。

南俄5水电站采石场岩石为石英砂岩，由于其特有的矿物组成及结构特性，母岩在破碎加工后成品骨料颗粒级配严重不合理，虽对砂石设备及碾压混凝土配合比进行了各种调试，其配比仍然变化不大，大坝防渗区施工因此存在很大的质量隐患。

在对砂石骨料母岩、砂石设备以及现场各种条件进行分析后对大坝防渗区二级配碾压混凝土配合比进行了调整:在二级配混凝土中掺入了适量大石，减少了中石和小石用量，以改善骨料级配不合理状况。

调整后的准三级配碾压混凝土可碾性明显提高，相对压实度及表面泛浆效果大大改善，强度及抗渗性亦稳定增加。后经钻孔取芯检测，混凝土芯样致密，抗压及抗渗等各项指标均满足设计要求。

(2)碾压混凝土拌与VC值调整。

根据本工程技术条款要求，碾压混凝土VC值为8±2s，因此将现场出机口处的VC值一般控制在4～5s。在施工过程中，泛浆不够明显，通过取芯也表明层间结合效果不太理想。后依据实际情况对出机口VC值进行了调整，将其降至1～2s。虽然有时在施工过程中会出“弹簧土”现象，但经过调整后表面泛浆明显，取芯表明:VC值调整后的碾压混凝土整体致密，层间相互嵌入，无层间结合缝，容重及抗压强度均达到设计要求。

7.5 负压溜槽结构的改进

本工程料场岩石为石英砂岩，岩石中石英含量高达60%，其硬度非常高，对钻孔、筛网及衬板等磨损严重，负压溜槽衬板磨损速度是普通工程的5～7倍，导致其不到4000m3即被磨穿。而大坝工程每一仓碾压混凝土在1.2万m3左右，碾压混凝土在施工过程中将会出现经常歇仓的现象，给施工质量带来非常大的影响。

为此，对负压溜槽作了以下三方面改进:(1)把溜槽尾部弯头改成烟斗型;(2)在溜槽槽体中设置阻尼材料;(3)把弯头以下的溜筒由铁制材料改成柔性盖带。

经过上述三方面改进后，负压溜槽能保证输送三仓碾压混凝土(3.6万m3)以上，从而减少了大量修补工作和材料损耗，同时减少了大量人员、设备窝工现象，保证了每仓碾压混凝土施工的顺利进行。

8 关于方型廊道方案的探讨

在大坝碾压混凝土施工过程中，大坝廊道一般为拱形结构，施工主要采取现浇、预制顶拱或边顶拱。由于拱形廊道在施工中存在诸多问题，不利于碾压混凝土大坝连续施工，而将廊道结构由拱形改成方形，国内对此方面研究很少，少有论文对此进行论述，主要原因是普遍认为拱形应力条件好，对坝体整体及稳定性有利。

张光斗在《水工建筑物》一书中对方型廊道专门进行了论述，推荐采用方型廊道:坝体自重和上游水压力所产生的荷载，可由廊道顶部混凝土内的虚拟拱承受，虚拟拱以下设置钢筋以分散和限制裂缝。1994年11月，我国RCC专委会赴西班牙考察期间发现西班牙水库大坝普遍采用方型廊道，从预制、吊装就位、内部美观、防渗等方面看均比较好。

《预制灌浆廊道断面的设计》(东北水利水电，2002年第6期)对此进行了专门的论述，以白石水库拦水坝为例对拱型和方型廊道各结点处的应力也进行了计算和分析，方型廊道在受力上完全可行;文中对方型廊道在斜坡浇筑提出了可行方案，可将斜廊道顶部设置成梯步形式，相邻两块有适量搭接。辽宁省玉石水库采用方型廊道设计，在施工中取得了比较好的效果。

若将拱形廊道改成方型廊道在设计上亦完全可行，廊道边墙与碾压混凝土之间可采用变态混凝土，顶部采用预制盖板，可实行大坝碾压混凝土的连续施工，有利于廊道与坝体一起上升。

9 结语

南俄5水电站大坝工程在温控、坝基上游面边坡开挖及溢洪坝段混凝土材料分区及施工等方面均作了重大调整优化;在碾压混凝土配合比设计、负压溜槽结构及廊道施工等方面根据现场实际情况作出了相应调整和改进。以上方案的调整、优化和改进在施工中取得了良好效果，在保证工程质量，减少施工难度，加快工程建设速度方面起到了重要作用。