官地水电站大坝碾压混凝土快速施工关键技术

韩国松 杨海燕 姜一天 李丽霞

(1.河北工程大学,河北 邯郸 056038; 2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概况

某水电站坝顶高程1 334.0 m，坝高168.0 m，最大剖面坝底宽153.2 m，坝轴线全长516.0 m，共计分为24个坝段，其中4个溢流坝段、18个挡水坝段和2个含底孔坝段，正常蓄水位1 330.0 m[1]。大坝建设总计混凝土使用量313万m3，混凝土使用量见表1。

表1 大坝建设使用混凝土统计表

由于不可抗拒因素，大坝混凝土浇筑较原计划向后延期3个月，使大坝混凝土施工工期压缩至22个月，要求大坝碾压混凝土必须进行快速施工，需将混凝土浇筑层厚度由原来的3 m提高到4.5 m或6 m，甚至更厚，同时缩短浇筑间歇期在7 d之内，此外，大坝建设位于山区，气候复杂，浇筑期昼夜温差最大可达20 ℃，产生的温度荷载加大，增加混凝土产生裂缝的可能。为了缩短施工层时间间隔，提高层面胶结质量，加快碾压混凝土施工速度、提高建设强度很有必要。

为使大坝工程建设，加快碾压混凝土施工效率，达到连续、高强、快速施工的目的[2-6]，本工程主要以下面4个主要问题进行研究和实施：

1)优化改进施工场地和机械的布置；

2)采用新的混凝土掺料配比；

3)探究并改进混凝土温控防裂技术；

4)大型翻身模板、钢筋直螺纹套筒链接、RCC碾压质量GPS监控系统等技术的使用等。

2 快速施工技术

2.1 施工场地和机械的优化布置

官地水电站枢纽工程所在的地区地形属于高山峡谷地区，河谷呈典型对称的“V”型形状，河流两岸峡谷坡度较陡峻，左右岸坡度均在35°～50°之间，为确保在工期内完成大坝浇筑任务，混凝土施工必须采用厚层短间歇施工方法，采用自卸式汽车直接入仓方式对大部分混凝土进行浇筑，需对施工场地内道路路线重新规划，在原投标时设计入仓道路的基础上新增加4条道路，形成左右岸与上下游的环线道路。

在大坝施工场地设混凝土拌和系统两个，由2座HL-2S600L型强制式搅拌楼构成的底线拌和系统。该拌和系统用于生产常温混凝土，生产能力为600 m3/h。由1座4×3 m3型拌和楼和1座2×6 m3型拌和楼构成高线拌和系统，用于生产常温混凝土与预冷混凝土，每小时可生产常温混凝土与预冷混凝土：480 m3/h,370 m3/h，整个系统总生产能力为30万m3/d，满足大坝建设施工要求。

大坝施工混凝土均由自卸车(20 t)及搅拌车(6 m3)经场内已规划路线运输到建设施工作业面进行浇筑碾压。混凝土及设备的垂直运输由2台20 t辐射式缆机进行施工。坝后布置2台MQ900B60T型门机、K80-115型塔机和C7050型塔机轨道等用于常态混凝土施工。

2.2 混凝土配合比优化设计

对筑坝材料和配合比参数进行大量的试验并进行论证和优化，大坝施工采用的新型碾压混凝土掺合料及各材料配合比例详见表2。通过掺用不同的材料优化配比，明显降低混凝土凝结过程中的水化热，降低了温升。

表2 碾压混凝土掺合材料及各材料配合比例

2.3 混凝土温控防裂技术

在高温季节混凝土施工，主要通过骨料风冷、加制冷水和加冰拌等措施来降低预冷混凝土的出机温度。在运输过程中，对吊罐、自卸车等运输容器侧壁增设保温隔热材料，施工过程中统一调度，缩短出机到浇筑时间，把混凝土从出机到捣实过程中温度回升控制在5 ℃以下。当浇筑仓内气温大于25 ℃时，需对仓号周围采取喷水及喷雾措施，来降低浇筑周围局部环境温度。混凝土收藏温度严格控制在17 ℃以下。在上一层混凝土浇筑之前在已完成施工表面铺盖2 cm棉被，在拆模前用3.5 cm聚乙烯苯板贴在表面钢板外部。在拆模后覆盖一层2.0 cm厚大坝保温被20 d以上。

在施工结束后，混凝土终凝后开始通水冷却，使用14 ℃制冷水在自由区一期冷却(3月～10月份)，在前30天1.0 m3/h，30 d后通水0.5 m3/h，共计通水60 d，混凝土内部温度降至21.0 ℃～23 ℃。在中期根据温度测量结果，综合考虑环境、水管布置、通水量等因素选择合适的通水量、温度和时长。在水库蓄水前对温度还未达到设计要求局部区域进行后期冷却。

根据普查温度绘制的温度场图分析各坝段混凝土内部温度均达到设计标准。

2.4 斜层碾压技术

在大坝上下游采用由右至左及由左至右双向坝面平铺施工，为尽可能缩小施工碾压面积，对碾压混凝土进行及时覆盖，采用斜层碾压施工技术，碾压坡度在1∶10～1∶15范围内，最大程度上的减少高温时节混凝土覆盖时间间隔。

2.5 大型翻升模板技术

在模板安装工程中，根据施工大坝的自身结构特点及施工需要，在建设过程中坝体上下游直立面和侧面采用连续翻升钢模板，规格为3 m×3 m；坝体内部廊道处与牛腿部位均使用预制混凝土模板，在4个中墩位置均使用自升式滑升模板。通过对不同部位使用相对应的模板，不仅极大的提高了施工效率，加快了支模、拆模速度，保证了施工进度安全有效推进。

2.6 钢筋直螺纹套筒连接技术

施工对接时，用直螺纹套筒(直螺纹套管)将两个螺丝头连接起来。这样针对大坝廊道，空洞等含大量钢筋处钢筋进行连接，优先采用此技术进行机械连接。在不能使用机械处采用传统手工焊接。与传统的焊接方式相比，通过两种连接结合的方式，具有接头处强度高，速度快，适应性强等特点，大大的加快了施工技术，缩短工期。

2.7 碾压混凝土切缝技术

为提高碾压混凝土的施工速度，针对大坝工程切缝量大，对切缝施工工艺进行改进。本工程采用手持式振动切缝机，先碾后切，填缝材料用双层彩条布作为切缝填充材料，切缝结束后再次使用振动碾碾压1遍～2遍。

2.8 RCC碾压质量GPS监控系统使用的技术

本工程采用的实时监控系统，主要由GPS监控系统、混凝土温度检测系统、仓面环境信息与核子密度仪检测信息实时监控系统、坝体施工现场信息PDA采集与大坝进度施工总布置可视化系统组成。传统的测量方法是先人工碾压层厚并记录碾压遍数，后进行组织抽样测试压实度。该系统能在碾压填筑施工中满足全方位数字化监控，明显提高了监控效率，还能对其动态进行分析评价。

3 质量检测与评定

3.1 混凝土取芯试验

对大坝进行钻芯取样，其中取样的钻孔直径为219 mm，取得的芯样直径为200 mm，进孔深183.55 mm，取得混凝土样长183 mm，取样的钻孔直径为171 mm，取得的芯样直径为150 mm，取孔深度为381 mm,混凝土芯样直径为378 mm。总计取样孔深565 mm，其中单根长10 mm以上的芯样个数为12根。通过检查芯样观察表面光滑，结构密实，说明混凝土施工后胶结良好。

混凝土芯样耐久性和力学性能试验表明，设计的RCC符合要求，其试验结果如表3所示。

表3 RCC芯样力学性能及耐久性指标试验结果表

3.2 压水试验

大坝压水测量共设4孔，编号分别为YS1，YS2，YS3以及YS4，通过对36段混凝土进行测量发现，吕荣值最小为0.004 7 Lu，最大高达0.335 42 Lu，其中小于0.01 Lu的混凝土有13段，0.01 Lu～0.1 Lu的混凝土有18段，0.11 Lu～0.35 Lu的混凝土有5段，可见大坝抗渗透性较好，整体均符合规范要求。

4 结语

通过施工场地的合理布局，采用自卸汽车运输直接入仓、斜层碾压和温控防裂等技术进行短间歇厚升层快速施工，不仅兼顾混凝土坝的安全性与经济性二者统一，还提高了混凝土坝建设施工速率和运行的成本，其成功经验可为类似大坝建设施工提供参考。