阿尔塔什水利枢纽工程面板混凝土现场坍落度控制研究

谭小军，周天斌

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程是叶尔羌河干流梯级规划中“两库十四级”的第十一个梯级。工程坝址距喀什地区莎车县约120km，距喀什约310km。面板堆石坝坝高164.8m，坝顶宽度12m，坝长795m，因其超高面板堆石坝、深河床覆盖层、工程区强地震带以及坝体右岸存在国内罕见高边坡危岩体群特点，被业界称为“新疆三峡工程”。本工程地处高寒干燥地区，昼夜温差大，气候干燥，日照长，雨量少。

挡水坝为混凝土面板砂砾石-堆石坝，上游主堆石区采用砂砾石料，坝坡坡度为1∶1.7，下游坝坡坡度为1∶1.6，在下游坡设15m宽，纵坡为8%的“之”字形上坝公路，最大断面处下游平均坝坡坡度为1∶1.89。面板的拉应力区均配置双层双向钢筋，混凝土设计等级为C30W12F300。混凝土面板的厚度按式t=0.4+0.0035H确定(t-面板厚度，H-河床基底高程至面板顶部的垂直高度)，面板顶部厚度为0.4m，面板底部厚度为0.96m。

2 现场模拟试验存在问题

面板混凝土配合比材料组合为叶城天山P·O42.5+华电Ⅰ粉煤灰+C3骨料+育才减水剂/掺量1.0%+育才引气剂/掺量0.8/万+纤维/0.9kg/m3，设计坍落度70mm～90mm，面板配合比见表1。经检测叶城天山水泥厂生产的P·O42.5水泥、喀什华电生产的Ⅰ级粉煤灰、C3料场骨料、石家庄育才生产的GK-3000型减水剂及GK-9A型引气剂和泰安市源顺建材有限公司生产的聚乙烯醇PVA纤维均满足规范要求。

表1 面板混凝土施工配合比

现场面板模拟试验选在10月底进行，此间环境温度较低，日平均气温8℃，拌和用水采用叶尔羌河水，水温较低，大约在2℃～4℃。现场采用强制式H120型拌和站进行混凝土拌制，模拟试验拟用60s、90s、120s、150s、180s进行试验，测试拌和物性能和混凝土拌和物颜色，进而确定合适的拌和时间，混凝土拌和时间试验结果见表2。从试验数据可以看出，在同等条件下，搅拌时间为60s、90s、120s时拌和物均未达到很好的均匀性，当搅拌时间为150s、180s时混凝土拌和物和易性良好，颜色一致，180s时混凝土和易性最佳，但拌和时间偏长。出机口坍落度在90mm左右时，混凝土罐车进料困难，需人工振捣辅助才能入罐，增加了混凝土的卸料时间，一盘混凝土大约需要180s。一盘混凝土从拌制到入罐车需要6min，拌合站产能将严重制约混凝土面板施工进度。

表2 混凝土拌和时间试验结果

根据现场模拟试验拌和站产能数据分析来看，当出机口控制坍落度70mm～90mm，混凝土搅拌时间采用180s拌制，卸料时间180s/2m3，计算拌和站的产能仅为18.4m3/h。拌合站产能计算见表3。由此来看，虽然目前的产能能满足小仓位的浇筑，但距离高峰期面板混凝土浇筑的产能要求还有很大的差距。

表3 拌和站产能计算

3 影响面板混凝土施工现场坍落度的主要因素

经过现场勘查分析，影响阿尔塔什水利枢纽工程面板混凝土施工现场坍落度的主要因素有：混凝土原材料、气候环境等，而制约这些因素的主要原因是混凝土材料中的外加剂。

3.1 混凝土原材料

混凝土原材料中影响混凝土坍落度可改变的因素为外加剂。模拟试验时外加剂厂家考虑到4-6月间高温对面板混凝土性能的影响，更多地使用了外加剂的保坍性能，增加了混凝土的搅拌时间。在运输距离为2.4km，运输时间为15min时，过多地考虑混凝土保坍性能，对混凝土的制备和现场滑模施工带来负面影响，极大地增加了混凝土的搅拌时间和现场拉模时间，制约了整个面板施工进度。

3.2 气候环境

阿尔塔什水利枢纽工程地处欧亚大陆腹地，因远离海洋，周围又有高山阻隔，加上大沙漠的影响，流域内呈典型的大陆性气候。分析气象站多年的资料可见，沙尘暴和大风日多发生在4-6月，且4-6月是气温最高和蒸发量最大的三个月，为了避开雨季，面板浇筑高峰期主要在4-6月，此时间温度高达33.2℃～39.6℃，月蒸发量在205.4mm～266.5mm。同时，现场采用1.5mm白铁皮制作的“U”型溜槽，架设在坡度比为1∶1.7上游主堆石区，入仓长度为140m，施工方式采用滑膜施工，这种严酷的自然条件和施工方式对现场混凝土坍落的控制是个严峻的挑战。

4 现场面板混凝土施工坍落度控制方案

在一期面板混凝土施工时，阿尔塔什面板混凝土的设计坍落度为70mm～90mm，规范要求入仓坍落度为30mm～70mm，如果70mm～90mm作为拌和站出机口控制坍落度将很难满足现场施工要求，现场坍落度损失情况统计见表4。从试验数据分析来看，混凝土在运输过程中坍落度损失随着日间温度的升高出现一定的规律性变化，出机口混凝土运输至溜槽口损失坍落度大约15mm～20mm，混凝土经140m溜槽至入仓口坍落度损失大约为20mm～30mm，总计坍落度损失约为35mm～50mm。由此来看，阿尔塔什面板混凝土的坍落度控制应在保证质量的前提下，初始坍落应根据现场环境温度和现场实际施工情况及时做出调整，不宜桎梏于设计规范的限制。

表4 现场坍落度损失情况统计

考虑采用调整混凝土坍落度损失来控制混凝土坍落度，经与外加剂厂家协商，在保证面板混凝土配合比水胶比不变的前提下，调整了外加剂的配方，使出机口坍落度在120mm，运送至坝顶保持在70mm～90mm，溜送到仓面为40mm～70mm，降低保坍性。调整后搅拌时间为120s，混凝土罐车进料无需人工振捣辅助。

调整后分析拌和站产能，分别采用70mm～90mm和110mm～130mm坍落度进行比对，此间搅拌时间为120s，拌和数据分析见表5。通过数据分析来看，在提高出机口坍落度为110mm～130mm后，实际产能由最初的18.4m3/h增至56m3/h，平均拌和时间由最初的3.26mim/m3降低至1.07mim/m3，极大地提高了混凝土的产能，同时也无需人工辅助混凝土入罐，降低了人工成本。在混凝土经过溜槽后入仓口坍落度为40mm～70mm，满足规范30mm～70mm坍落度控制的要求。推荐阿尔塔什面板混凝土现场坍落度控制范围见表6。

表5 拌和数据分析

表6 推荐阿尔塔什面板混凝土现场坍落度控制范围

5 结论

目前，阿尔塔什面板混凝土已顺利施工完成，混凝土坍落度现场控制较好，根据现场环境因素的影响，采用优质可控的外加剂，控制合理的混凝土坍损时间，对整个面板混凝土质量控制和施工进度具有重要的意义。在水利水电工程建设施工过程中，对恶劣气候下面板混凝土现场坍落度控制技术进行研究，不仅有利于改进设计施工质量，而且实践经验有利于指导相似工程中面板混凝土现场坍落度的控制，有利于推动面板堆石坝技术更上一个新的台阶。