高纬度寒冷地区混凝土重力坝施工技术探讨

尹 高 云

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

1 工程概述

1.1 工程简介

内蒙古DTZ水库坝型为沥青混凝土心墙堆石坝与混凝土重力坝混合坝型，大坝总长1 505.6 m，其中沥青混凝土心墙堆石坝坝长1 415 m，布置于左岸及河床段；混凝土坝段总长90.6 m，布置在河床右岸及岸坡岩体内。

混凝土坝坝顶高程为678.53 m。挡水坝段坝顶宽为9.5 m，最大坝高37.53 m，上游面直立，下游面坡度为1∶0.75，折坡点高程为671.44 m，坝顶上、下游各设一1.0 m宽悬臂；底孔及溢流表孔坝段最大坝高为45.03 m，在每个坝段底部布置一个泄洪排沙底孔，底孔底高程为637.0 m，孔口尺寸为4.0 m×6.0 m(宽×高)，孔口前端设置一道检修平板闸门，后端设置一道弧形工作闸门，底孔出口接457.2 m长泄槽，泄槽中部设转流导向冲击墩和挑流鼻坎消能；底孔及溢流表孔坝段中溢流表孔堰顶高程为665.4 m，采用WES实用堰，溢流净宽为9.0 m，采用弧门挡水，挡水高度为8.35 m，溢流堰两侧闸墩厚度为3.0 m，溢流堰下游与底孔共用一个泄槽；引水坝段最大坝高为45.03 m，在高程643.70 m和652.50 m分别布置两层进水口。

1.2 主要工程量

本工程混凝土工程总量约为13.25万m3，其中挡水坝段混凝土约12 825 m3；底孔及溢流表孔坝段混凝土32 834 m3；引水坝段混凝土19 007 m3；混凝土连接段21 979 m3；泄水工程混凝土10 599 m3；电站工程混凝土6 933 m3；鱼道工程混凝土7 542 m3；码头工程混凝土3 713 m3；清水混凝土防浪墙4 303 m3；供水管线混凝土3 600 m3；堆石坝混凝土9 191 m3。

2 总体施工方案

2.1 入仓方案

根据总进度计划和施工强度，本工程混凝土主要采用自卸汽车、混凝土罐车水平运输，塔机垂直入仓方式，在底孔及溢流表孔坝段下游右侧EL643.0平台布置1台固定式塔机(K80)入仓兼顾材料垂直运输；在电站厂房安装场下游EL636平台布置1台固定式TC6024塔机；K80塔机覆盖范围外的连接坝段采用QUY100液压履带吊入仓。为满足施工，回填混凝土和溢流表孔、压力钢管以下可采用BLJ600-40型履带式布料机。

2.2 能力分析

2.2.1 最大仓面分析

1)大坝大体积混凝土。大坝回填混凝土中，最大仓号为引水坝段基础混凝土，即高程EL641 m～EL643 m浇筑仓号。该仓号层厚2.0 m，最大面积747.0 m2，混凝土允许浇筑间歇时间按4 h考虑，浇筑坯层厚度50 cm时，采用平铺法浇筑时，要求入仓强度为93.4 m3/h；采用台阶法浇筑时，浇筑坯层厚度50 cm，台阶宽度2 m，混凝土浇筑沿上下游方向推进，分3个台阶，由此要求的混凝土入仓强度为13.5 m3/h；最大仓面宜采用台阶法浇筑，其余仓面根据仓面大小和入仓能力分别采用台阶法和平铺法浇筑。

每台BLJ600-40型布料机的最大入仓强度120 m3/h，因此1台BLJ600-40型布料机满足施工要求。

2)电站厂房回填混凝土。回填混凝土最大仓面面积369 m2，混凝土允许浇筑间歇时间按4 h考虑，浇筑坯层厚度50 cm，采用平铺法浇筑，层浇筑量184.5 m3，根据以上参数可以计算出混凝土的入仓强度为46.1 m3/h，每台BLJ600-40型布料机的最大入仓强度120 m3/h，因此1台BLJ600-40型布料机满足施工要求。

2.2.2 整体强度分析

本工程混凝土总量约为13.25万m3，根据施工阶段计划和施工顺序的安排，整体混凝土入仓设备采用1台K80塔机、1台TC6024塔机、1台BLJ600-40布料机、1台QUY100液压履带吊和1台HBT60混凝土输送泵。1台K80塔机和1台TC6024塔机月入仓能力可达到1.8万m3/月，1台BLJ600-40布料机月入仓能力可达到4.0万m3/月，QUY100液压履带吊月入仓能力可达0.9万m3/月。基础回填总入仓能力在4.0万m3/月以上，结构混凝土总入仓能力在2.7万m3/月以上；设备完全可以满足高峰期混凝土入仓强度的要求。

2.3 运输方式

大坝混凝土、电站厂房基础回填和溢流面、压力管道以下采用1台BLJ600-40型布料机入仓设备；大坝、电站厂房底板以上结构采用1台K80塔机和1台TC6024塔机作为垂直运输设备；连接坝段塔机覆盖范围外采用QUY100液压履带吊入仓。

厂房主机间二期混凝土浇筑，主要采用HBT60型混凝土输送泵泵送混凝土浇筑；蜗壳二期回填采用泵送自密实混凝土；进水、尾水门槽二期混凝土采用溜槽或挂溜筒入仓。

塔机覆盖范围以外的鱼道采用混凝土输送泵泵送入仓。

进水渠、泄槽、码头混凝土等部位采用自卸汽车、混凝土罐车直接入仓或CAT320长臂挖掘机辅助入仓。

3 混凝土施工方法

3.1 挡水坝段施工

3个坝段均按3 m一层进行施工，鱼道穿过部位，根据施工图纸和实际情况进行分层浇筑。

模板采用多卡模板和翻升模板，使用K80塔机+3 m3吊罐入仓进行混凝土浇筑。

3.2 底孔及溢流表孔坝段施工

大坝大体积外表面采用多卡模板，下游斜坡面采用翻升模板；底孔进口圆弧段采用定型排架+异型模板，底孔进口直线段采用满堂脚手架+组合钢模。

表孔溢流面模板根据浇筑层高和溢流面的设计曲线在斜段采用定制弧度翻升钢模板，内撑外拉法加固；溢流面堰顶采用焊接龙骨，竹胶板和人工收面结合。

尾墩墙采用定型钢模板+竹胶板。

牛腿部位采用预埋型钢柱或钢筋三角柱斜拉定型排架+组合钢模板。

所使用的模板支立采用8 t平板车运输到现场，K80塔机和仓面12 t汽车吊安装；自卸汽车直接运输混凝土到浇筑地点，利用在下游的K80塔机+3 m3～4.5 m3吊罐入仓为主；混凝土人工振捣。

3.3 引水坝段施工

引水坝段大体积外表面采用多卡模板，下游斜坡面采用翻升模板。

底孔进口圆弧段采用定型排架+异型模板，压力钢管预留钢衬部位，待管道安装完成后再进行浇筑。K80塔机和仓面12 t汽车吊安装模板，K80塔机+3 m3～4.5 m3吊罐入仓为主；混凝土人工振捣。

3.4 连接坝段施工

连接坝段主要采用翻升模板，K80塔机覆盖范围外采用QUY100液压履带吊+3 m3～4.5 m3吊罐入仓，混凝土人工振捣。

3.5 电站厂房施工

1)回填混凝土。回填混凝土采用普通组合钢模板,混凝土采用10 t自卸汽车运输，布料机辅助入仓。

2)电站厂房基础施工。混凝土每3 m分层分仓浇筑。排架、梁、柱混凝土采用翻升钢模板，满堂脚手架支撑，混凝土采用10 t自卸汽车或混凝土罐车运输, 塔机吊1 m3罐入仓。

3)框架施工。本工程框架结构混凝土施工主要包括启闭机房、主副厂房安装高程以上、升压站等建筑工程梁板柱混凝土施工。

钢筋主要在加工厂进行加工，模板采用定制钢模板，脚手架作支撑。由8 t平板车运至现场进行绑扎施工。框架施工采用人工或塔吊来实现材料的运输。

混凝土由拌和站集中拌合，水平运输采用6 m3～8 m3混凝土搅拌车。采用布置的塔机配1 m3吊罐来完成。

3.6 泄水工程施工

进水渠底板混凝土和泄槽的尾墩墙、导流墩墙、衬砌等混凝土主要采用组合钢模板，混凝土采用10 t自卸汽车运输直接入仓，局部辅以混凝土泵送入仓。

3.7 鱼道工程施工

鱼道进口设在电站尾水渠右下侧，鱼道出口设在进水渠右岸开挖边坡马道上游位置；

鱼道主要包括进口、休息池、池室、隔板、支撑杆、出口等，按每隔15 m～20 m分段浇筑。

混凝土采用普通组合钢模板或木模板，混凝土采用10 t自卸汽车和搅拌车运输入仓。泄槽左侧鱼道混凝土主要采用12 t汽车吊入仓和自卸汽车+溜槽辅助入仓，右侧岸坡马道上的鱼道混凝土主要采用HBT60混凝土输送泵泵送入仓。

4 混凝土控制措施

4.1 混凝土施工工艺措施

1)内拉螺杆固定模板时，内拉螺杆纵横方向间距、孔眼大小按规划要求一致，拉杆孔眼采用统一梯形橡胶扣环套在拉杆上，扣在模板内面封堵拉杆眼或采用可拆卸螺锥。拆模后采用的环氧砂浆和普通预缩砂浆进行填塞。

2)闸墩、胸墙、导墙等结构的平面，采用面板厚度不小于5 mm的翻升钢模板，模板内面涂刷模板漆。

3)板、梁、柱及牛腿部位异型结构的施工时，采用统一的定型钢模板，按图拼装板，板内面涂刷模板漆。

4)混凝土运输主要以自卸汽车运输为主，运输设备采用保温材料覆盖，确保混凝土的入仓温度控制在设计允许范围以内。

5)严格实施混凝土检验制度，对每车混凝土进行坍落度取样检测，如遇坍落度超出允许范围，禁止使用。

6)提前计划，并制定合理的浇筑方案，确保混凝土供应连续、均匀、充足。严禁出现混凝土供应不均匀或突然中断。

7)混凝土振捣均匀，严禁漏振、过振和欠振。采用二次振捣法，减少表面气泡，即第一次在混凝土浇筑时振捣，第二次待混凝土静置20 min～30 min时再振捣。

8)在雨天浇筑混凝土时，须采取必要的防雨措施，防止混凝土泌水或有色差。

4.2 混凝土温度控制措施

4.2.1 优化配合比

1)选择碱含量较低的水泥、粉煤灰和外加剂，减少混凝土中总碱含量，抑制骨料碱活性反应。

2)优化混凝土配合比，选用水化热较低、质量稳定的水泥，在确保混凝土性能条件下，尽量减少水泥用量，以降低混凝土水化热温升。

4.2.2 出机口温度控制

1)骨料温度控制。成品砂石骨料堆高不小于6 m，料堆搭设防晒棚，对大、中石骨料采取喷淋降温措施。骨料须从地弄或设置有遮阳棚的皮带上拌和站。

2)胶凝材料温度控制。尽量减少水泥用量，多掺粉煤灰，以减少混凝土水化热温升。在每个水泥和粉煤灰储罐外表面搭设了遮阳棚，防止阳光直射罐体，以达到降温的目的。

3)高温时段，根据需要可以在拌和站骨料仓上采用附壁式冷风机对骨料进行5 ℃冷风连续冷却，使骨料冷却到15 ℃左右。

4.3 施工过程温度控制

4.3.1 降低混凝土浇筑温度

1)坝体混凝土浇筑温度。采取骨料堆高6 m以上、地垄取料、料堆搭遮阳篷、风冷粗骨料等措施降低混凝土浇筑温度。

2)上下层温差。a.高温季节对自卸汽车和混凝土搅拌车等采取有效的隔热保温措施。b.快速入仓、平仓和振捣，减少混凝土浇筑过程中的温度回升，减少上坯层混凝土的覆盖时间。c.根据相关规范，结合本工程的实际情况，确定上下层温差不得大于17 ℃。

3)浇筑层厚及层间间歇。根据相关规范，施工过程中各坝块应尽量均匀上升，相邻坝块的高差不宜超过10 m，相邻坝块浇筑时间的间隔宜小于30 d。

4)具体的温度控制及防裂措施。为防止混凝土产生裂缝，必须从原材料选择、施工过程、保温降温及结构型式等方面采取综合的混凝土温度控制措施。a.对大体积混凝土选用水化热较低的水泥，同时，适当比例外掺粉煤灰，尽量降低混凝土的水化热温升。b.为降低水化热温升，采用坝内埋设塑料冷却水管通水降温措施，冷却水管的布置为1.5 m×1.5 m，冷却水管材质为φ32 mm HDPE管。c.在混凝土配合比设计中，按坝体分区要求，对大体积混凝土采用三、四级配，最大骨料粒径为120 mm。d.尽量采用薄层、短间歇的浇筑方法。e.根据实际条件控制浇筑层厚。对于大坝溢流面以下、厂房蜗壳层及其下部大体积混凝土，基础强约束区浇筑层厚不大于1.0 m，层间间歇控制在7 d以上；基础弱约束区及上部混凝土浇筑层厚可采用1.5 m～3.0 m。f.尽量避开高温时段浇筑混凝土，充分利用低温季节和早晚及夜间气温低的时段浇筑混凝土。

4.3.2 降低混凝土水化热温升

尽量优化混凝土配合比，采取综合措施，减少混凝土单位水泥用量。

4.3.3 降低坝体内外温差

在低温季节前，采取通水冷却、表面保温等措施将坝体温度降至设计要求的温度，以降低坝体内外温差，防止或减少表面裂缝。

4.4 大体积混凝土温度控制

当浇筑大仓面混凝土时，在浇筑前适当布置冷却水管，层面暴露时间长时，为减少层面的热量倒灌，在平仓、振捣后，立即盖上保温被，等覆盖新的混凝土之前才揭去。

4.5 混凝土通水冷却

1)HDPE塑料管。规格为：内径28 mm，壁厚2.0 mm，外径32.0 mm。HDPE塑料冷却水管为专用管材，除满足给水用高密度聚乙烯管材相关国家标准要求外，还要具有较高的导热性能，其导热系数不小于1.66 kJ/(m·h·℃)。

2)水管布置。a.结合本工程实际，5月份～9月份浇筑的混凝土需布置冷却水管，其他时段不布置冷却水管，厂房不布置冷却水管。b.大坝混凝土分层厚度不大于2 m时，水管水平间距按1.5 m，布置一层；当2 m<层厚≤3 m时，水管水平间距按1.5 m，布置2层。c.大坝基础约束区水管布置为1.5 m×1.5 m(水平间距×垂直间距)方式，自由区水管布置为1.5 m×3.0 m(水平间距×垂直间距)方式。d.冷却水管距上下游面的距离要求为0.8 m～1.5 m，局部不小于0.5 m～1.0 m；冷却水管距横缝面的距离要求为0.8 m～1.0 m，距孔口、预留槽等内壁面的距离不小于0.5 m。e.单根管的长度不大于250 m，若同一仓面需要布置蛇形支管时，各蛇形支管长度要基本相当。

3)通水冷却。本工程6月份～8月份浇筑的混凝土通6 ℃～10 ℃制冷水，其他时段均通河水，根据混凝土进度安排，冷却通制冷水时段月最大强度约1.6万m3。根据冷却水管埋设情况及通水要求，冷却最大制冷水流量约26 m3/h，拟配备1台BZ-140A(50 HP)循环水制冷机，名义工况下制冷容量为12万kcal，相应制冷水能力为30 m3/h，满足本工程混凝土冷却制冷水需求。a.混凝土下料浇筑即开始通水冷却。混凝土龄期前10 d参考通水流量1.2 m3/h～1.8 m3/h，10 d后参考通水流量0.6 m3/h～1.2 m3/h，每24 h改变一次通水方向。b.动态控制通水冷却。当混凝土内部温度在上升阶段时，采取降低通水水温或加大通水流量，以加快削峰力度。当降温速率过大时，采取减小通水流量或提高通水水温，确保混凝土内部温度控制在设计容许范围内。c.峰值温度过后最大日降温速率不大于0.5 ℃/d，通水温度与混凝土温度相差不大于20 ℃。d.冷却水管封堵回填。冷却水管封堵采用与周边混凝土强度等级相同的水泥浆进行封堵，再切除外露部分。

4.6 越冬面混凝土保温措施

为确保大坝的越冬安全，按照招标文件及设计要求，结合工程实际情况，特采取以下保温措施：

1)大坝坝体上游面均采用100 mm厚的GRC复合挤塑板保温，置于模板内侧，与混凝土同时施工，挤塑板表面喷涂5 mm厚的水泥砂浆保护，挤塑板燃烧性能应达到B2级。2)大坝下游裸露坝面，采用100 mm厚挤塑板保温，至竣工后拆除。3)溢流堰面、闸墩部位采用100 mm厚防水岩棉被保温，保温材料至竣工后拆除。

5 结语

本工程混凝土重力坝施工技术，分别采取了优化混凝土配合比、料堆设置遮阳棚、风冷粗骨料、铺设冷却水管等一系列温控措施，有效解决了混凝土温度裂缝问题，达到了混凝土重力坝快速施工的目的，可为高纬度寒冷地区大坝混凝土施工提供借鉴经验。