DG水电站大坝工程碾压混凝土仓面设计

邱冬梅，熊 涛，蔡 畅，杨 卫

(水电九局西藏建设工程有限公司，西藏 拉萨 850000)

仓面设计作为单元工程施工组织设计，是对水工建筑物的单个浇筑部位进行详细规划，以确保混凝土浇筑的各道工序正常、有序，并按照相应的质量技术要求进行施工。仓面设计是混凝土浇筑质量控制的重要环节和保证措施[1]。

仓面设计最早于2000年在三峡二期工程中应用，在施工条件复杂与浇筑强度高的情况下，对规范施工作业、保证工程质量、加快进度等方面发挥了重要作用[2]。2011年应用在官地水电站中，在工期缩短12个月，月浇筑强度增加约10万m3的情况下保证了工程质量[3]。鉴于DG水电站大坝是目前在建的海拔最高的碾压混凝土重力坝，受特殊的气候与建设条件影响，对混凝土施工质量要求更高，且高海拔地区人工降效严重，类似工程项目应用较少，将仓面设计应用到DG水电站中，对单元工程进行合理规划，加快工程进度，保证工程质量。仓面设计在DG水电站中的成功应用可供类似工程项目借鉴。

1 工程概况

DG水电站位于西藏自治区山南地区，为二等大(2)型工程，以发电为主，水库正常蓄水位3 447.00 m，相应库容0.552 8亿m3，电站坝址控制流域面积15.74万km2，多年平均流量1 010 m3/年，电站装机容量为660 MW。

大坝坝顶高程3 451 m，最大坝高117 m，是目前在建的海拔最高的碾压混凝土坝，西藏在建最高大坝，坝顶长385 m，大坝碾压混凝土93.7万m3，常态混凝土50.5万m3。

2 主要技术难题

2.1 特殊气候条件

坝体所在地气候特性为昼夜温差大、空气稀薄、大气干燥、太阳辐射十分强烈，每年11月～次年4月为旱季，5月～10月为雨季，年温差小而日温差大，年平均温度低，低温季节长且最低气温低，温差变化大，日照充足而多大风，气压仅有0.6个标准大气压；据坝址下游35 km的加查气象站实测统计，昼夜温差最大达20℃左右，气候条件对混凝土的质量影响极大。

2.2 建设条件极差

坝址两岸山体陡峻，施工布置难度大；地质条件复杂，骨料供应紧缺；气候恶劣，温差大、气压低、风力强、冻土深、辐射强；先天条件的特殊性，对工程建设的各个单元带来了各种考验。

受坝体结构复杂、气候条件特殊、建设条件差，交叉施工干扰大等因素影响，施工难度大，且初凝时间短，安全生产管理工作任务艰巨。

因此，根据工程所处地区特点、仓面的结构特性，做出相应的仓面规划和做好仓面浇筑前期准备，并指导作业人员施工，保证混凝土浇筑有序进行，并达到加快工程建设进度、保证工程质量，是尤为必要的。

3 仓面设计要点

1)仓面特征。描述了仓面详细的参数，具有相应的仓面高程、仓面桩号、仓内的配筋情况与仓位埋件等情况。

2)入仓方式。应根据工程所在地气候特点，结合建设区域地势条件，入仓方式的规划决定了入仓道路的布置，在仓面设计过程中应该综合考虑入仓道路的布置，入仓道路坡度应控制在18%～20%，入仓道路两侧坡比为1∶0.5，设键槽与限裂钢筋，使得与后续混凝土浇筑更好的结合，保证坝体稳定性。

3)混凝土分区与施工布置。仓面设计要按照设计要求进行明确的混凝土分区。确定仓面的不同区域混凝土标号级配，仓面指挥时要避免混凝土下料发生混淆。施工布置包括设备、材料和仓面人员，设备包括混凝土的入仓设备、铺料设备、平仓设备、仓面保温保湿设备和仓面保洁设备等；材料主要为仓面保温保湿材料；仓面人员包括设备操作员、质量与安全监控人员、指挥管理人员等。

4)变态混凝土施工。采用一种介于常态与碾压之间的混凝土，使其具备常态混凝土的可振捣性能，同时又具备碾压混凝土施工快、强度高等优势。止水片周围是变态混凝土施工的关键部位之一，应严格按设计要求施工，采取止水支撑和保护措施，确保振捣密实。

5)温度控制措施。大坝混凝土为大体积混凝土，须采取合理的温控措施，采用智能温控系统对坝体进行冷却通水，对大体积混凝土的最高温度控制极为有效。

6)碾压参数。在碾压混凝土施工前进行了碾压混凝土试验，确定最佳的碾压参数，以达到碾压质量要求。在施工过程中采用智能碾压系统对混凝土碾压参数进行实时监测，最终检测压实度满足压实标准为止。

7)过程养护。仓面须时刻使用喷雾机与冲毛枪保证仓面湿润，改善仓面小气候；及时处理仓面出现的积水；在已经碾压完成的部位未进行下层浇筑前覆盖保温保湿材料。

8)质量保证措施。根据坝体结构特点、碾压混凝土试验结果；结合施工工艺及技术要求，明确混凝土的升层高度、碾压密实度、铺料方法、与变态防渗区域的施工方式等；对于特殊部位的施工，须编写专门的作业指导书并下发至每一个作业人员的手中。如遇施工缝与结构缝，铺设限裂钢筋，增加坝体稳定性。针对浇筑时段的不同，提前查清天气情况，做好应急措施，确保仓面浇筑作业能保质保量的进行。且在浇筑前对拌和系统设备例行检查，避免浇筑过程中因设备出现问题而停止浇筑的现象。

4 仓面设计的应用

为切实了解仓面设计在DG水电站的应用，以下为9～11号坝段3 352.00～3 356.70 m仓面设计实例。

4.1 分析仓面特性

根据大坝浇筑入仓方式规划，大坝3 398 m以下的碾压混凝土主要利用自卸汽车运输，充分发挥自卸汽车入仓强度大的特点。且因施工结构需要，施工时将9～11号坝段合并为一个单元工程进行浇筑，浇筑高程为3 352.00～3 356.70 m，桩号为(坝上0-002.10～坝下0+094.50，坝左0+050.00～坝右0+033.64)，永久面混凝土保护层为20 cm，抗震钢筋网采用Φ25螺纹钢相间布置，间距为20 cm；仓面升层4.7 m，开仓前，需将浇筑的分层线标注在模板上,以控制碾压层高；经计算，本仓混凝土总浇筑方量为22 813 m3，共有五种标号级配；分别为碾压混凝土C9020W8F200和C9015W6F100、变态混凝土C9020W8F200和C9015W6F100以及常态混凝土C30W6F150；上游模板往里1.2 m为变态防渗区域；2019年6月浇筑，属高温季节施工，采取预冷入仓，温度控制在10℃左右，允许间歇时间按2 h控制，预计浇筑历时104 h。

4.2 仓面设计规划

入仓道路平面布置：采取坝后入仓+坝前出仓、仓内道路+仓外道路的组合方式形成机动而灵活的浇筑仓汽车运输回路，过程减少施工干扰，加快浇筑效率。

图1 入仓道路平面布置图

混凝土分区与施工平面布置：该仓面存在多种级配的混凝土，根据施工规范，不同混凝土需要同时浇筑，保证混凝土交界面的结合质量；在结合部位，振捣棒需插入下层碾压混凝土中5 cm，并进行复振确保混凝土的质量。

在上游防渗区、孔洞、模板、廊道等周边无法用机械设备碾压部位浇筑机拌变态，无需造孔灌浆，须用振捣棒进行振捣，加强混凝土层间结合质量，振捣应使用高频振捣器(变态混凝土施工主要采用Φ100振捣棒(50 cm长)，靠近模板的部位采用Φ70振捣棒(60 cm长)，振捣时间宜大于常态混凝土1～2倍，保证浆体翻至表面。施工时振捣棒垂直插入混凝土中，快插慢拔，振捣时将振捣器插入下层混凝土5 cm左右，保证均匀性和碾压区与变态区结合，振捣后无气泡产生，振捣器提出的浆液，表面光滑圆润平顺。

图2 混凝土分区及施工平面布置图

温度控制措施：该仓布置了3层冷却水管，采取水平间距为1 m，垂直间距为1.5 m，距离模板面1 m，与诱导缝的距离范围为0.8～1.5 m，用U形锚筋固定，特殊部位的冷却水管铺设可根据现场实际情况进行调整；每趟支管不超过300 m，采取一拖三的方式，即一趟主管最多接三趟支管，冷却水管铺设完毕后，统一接对应主管引进智能温控分控站。

该仓内埋设了10支温度计，垂直间距为3 m，以便后期坝体温控系统监测冷却水管的作用。

碾压参数：采用通仓法分层浇筑，进占法进行卸料，铺料厚度宜为34±2 cm，满足压实厚度为30 cm，智能振动碾压参数按照2+6(行走速度为1.0～1.5 km/h)进行施工，碾压完成后对于条带不平整部位采用无振慢速2遍加碾平整，无法碾压的局部采用小碾碾压20遍。

浇筑时段在夏季，属于高温大风季节，混凝土表面水分散失迅速，为了保证碾压密实度和良好的层间结合，在仓面施工过程中，需采取冲毛枪和喷雾机改善仓面小气候，同时避免出现仓面积水；在已经碾压完成的部位，未进行下层混凝土浇筑前覆盖彩料布进行保温保湿。

4.3 相关资源分配

仓面内的资源分配包括入仓机械、仓面的主要设备及设施、仓面指挥人员、相关值班人员等，合理的资源分配决定了资源的利用率。

1)采用自卸汽车直接入仓方式浇筑混凝土的仓面最大浇筑面积为4 591.5 m2，碾压层厚为30 cm，按6 h覆盖，需最大强度为229.6 m3/h。从左岸混凝土生产系统经左岸沿江通道、下游围堰，汽车运距为1.5 km，仓内平均行驶速度降低25%，自卸汽车平均速度取14 km/h，来回共需时间为12.85 min(1.5÷14×60×2=12.85)，拌和站搅拌时间6 min，考虑洗车、卸车、转向、调车、排队等时间和其他原因停车的时间约10 min，共计28.85 min。综合考虑上述因素，一辆自卸汽车每小时可运料2车，25 t自卸汽车每车装料13.5 m3(装3罐，4.5 m3/罐)，其生产强度为27 m3/h。共需25 t自卸汽车229.6÷27=8.5台，考虑到维修和备用，共配备10台25 t自卸汽车。

2)仓面内主要施工机械设备计算如下。

振动碾配置。大坝碾压混凝土碾压主要采用三一STR130C-8型振动碾，其生产率为：

Q=V(B-b)H×K/N

式中：V为振动碾碾压行走速度，取1 500 m/h；B为振动碾作业宽度，取2.135 m；b为要求的重迭宽度，取0.2 m；(B-b)为一次有效碾压宽度，取1.94 m；H为碾压层厚度，取0.3 m；K为碾压作业综合效率，取0.9；N为碾压遍数，取6遍。

单台振动碾生产率Q=1500×(2.135-0.2)×0.3×0.9/6=161.7 m3/h

共需配置振动碾数量229.6/161.7=1.42台。

考虑1台维修备用，经以上分析需配置3台STR130C-8型振动碾。

平仓机配置。平仓拟采用山推SD13S平仓机，其生产率为：

Q=W×V×D×E/N

式中：W为平仓机作业宽度，取1.8 m；V为平仓机作业速度，取1.6 km/h；D为摊铺层厚度，取0.34 m；E为平仓机作业效率，取0.6；N为平仓机的摊铺次数，取值1次。

单台平仓机生产率Q=1.8×1600×0.34×0.6=587.52 m3/h

平层铺筑一层(30cm)共1 377.45 m3，共需配置平仓机数量1377.45/587.52=2.35台。

考虑1台维修备用，经以上分析需配置4台平仓机。

综上所述，该仓面的设备分配如表1所示。

工程地处高原地区，人工降效严重，应根据浇筑时段的气候条件，实际浇筑情况进行人员分配，此仓除去设备驾驶员外，人员分配如表2所示。

表2 人员分配表

4.4 应用总结

经过仓面应用情况分析，最终该仓浇筑完成历时87.7 h，实际浇筑方量为21 580 m3，浇筑强度为246 m3/h，完全满足最大强度要求；经检测，已浇筑的混凝土坝体内冷却水管通水冷却效果好，有效控制了混凝土内部最高温度；仓面设计切实发挥出指导作用，规范施工，提高浇筑效率，保证了坝体混凝土质量。

5 结 语

在西藏高海拔、特殊气候、建设条件差、工期紧的情况下，结合碾压混凝土施工快、强度高的特点，对大坝碾压混凝土施工进行仓面设计、资源规划、减少了施工干扰，在质量、进度和安全方面均得到了保证，自2019年3月碾压混凝土开始浇筑以来，截止至2019年8月共完成混凝土浇筑60.22万m3，并在2019年8月完成混凝土浇筑11.51万m3，创开工以来最高纪录，收到了业主贺信；仓面设计在DG水电站坝体混凝土浇筑过程中，对保证混凝土质量，规范施工过程发挥了极大作用，加快了DG水电站的建设速度。