高寒大温差超长混凝土面板一次成型施工技术研究

吴明怡

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

丰宁抽水蓄能电站上水库位于永利村段滦河上游左岸。上水库大坝坝顶高程1510.3m，最大坝高120.3m，坝顶宽10m，轴线长度570.0m，上游坝坡1∶1.405，为钢筋混凝土面板堆石坝。大坝面板混凝土共分53条块，分12m和10m两种(河床受压区面板宽度为12m，计22块；左、右岸受拉应力区面板宽度为10m，共29块；边角2块，宽度为8m)，最大块斜长约201.47m，采用一次成型技术，中间不设横缝。面板厚度随高程变化，从上至下按t=0.4+0.003H(H是坝顶防浪墙前趾控制点至计算点的高差)，采取双层双向配筋，其混凝土标号高程1460m以上为C30W12F400，高程1460m以下为C30W12F300。坝顶上游侧设L型混凝土防浪墙，防浪墙底部与混凝土面板连接。面板垂直缝、防浪墙底缝和周边缝均设置两道止水；在底部设置铜止水；缝顶设柔性填料止水或手刮聚脲；防浪墙结构缝设置止水。

本工程地处燕山山脉与内蒙古高原过渡带，冬季寒冷且漫长，夏季昼夜温差可达20℃，能够进行混凝土施工作业的时段仅为5月至9月，上水库大坝面板混凝土总量约3.6万m3，防渗面板总面积6.9万m2，工程量大，总工期仅短短5个月。在温度条件如此不利且工期紧张的情况下，超长混凝土面板一次成型施工难度大，温控、养护、防冻、防裂技术难题突出。

2 主要研究内容及成果

2.1 堆石坝坝体沉降变形、固坡砂浆约束控制技术研究

通过调整施工工艺，控制上坝料源质量、堆石坝快速填筑，达到控制坝体沉降变形量、增加坝体沉降时间的目的；翻模固坡法砂浆垫层施工，实现各区坝料整体上升，避免坝体填筑预留台阶，减少坝体不均匀沉降；在确保固坡砂浆表面平整度的同时，采用乳化沥青喷涂，达到减小固坡砂浆约束应力的目的。通过各项施工措施，大坝填筑较节点工期提前29天完成，坝体沉降期6.5个月，优于规范要求的沉降期，面板混凝土浇筑前坝体沉降速率2mm/月，优于规范要求的3mm/月～5mm/月的沉降速率，坝体最大沉降值为最大坝高的0.712%，坝体变形控制效果极佳。垫层料固坡砂浆表面光滑平整、厚度均匀，乳化沥青喷涂将坝体与面板混凝土隔离开来，大大降低了面板混凝土的约束应力。

2.2 高抗裂面板混凝土配比研究

通过对高性能面板混凝土研究，配置高抗裂、超抗冻面板钢筋混凝土，以满足高寒地区超长面板混凝土的防裂、抗冻要求。通过配合比设计优化，3.6万m3面板混凝土浇筑施工过程中，未出现混凝土和易性差与性能检测不合格等现象，混凝土抗裂性能大大提高，裂缝数量较类似工程大大减少。增加了抗冻、抗裂性能。400次冻融循环检测，混凝土抗冻性能满足要求。

2.3 超长面板一次成型施工工艺研究

通过现场工艺试验，确定混凝土拌合顺序、坍落度损失曲线、混凝土超长溜槽运输和易性能否满足要求等施工参数。通过超长面板一次成型工艺研究，确定了混凝土拌制工艺、超长斜溜槽垂直运输混凝土防离析工艺、混凝土坍落度损失曲线、混凝土超长面板养护防裂措施等重要施工参数，在面板混凝土浇筑施工中，混凝土半成品及成品质量得到保证。

2.4 超长面板一次成型快速、安全施工技术研究

针对安全风险高、工期紧的特点，研究超长面板混凝土一次成型快速施工措施，在保证施工安全、质量的前提下，以最快的速度完成施工，确保电站蓄水及发电目标。通过各种措施，总方量3.6万m3、防渗面积6.7万m2的上水库大坝面板混凝土施工提前20天完成，在保证节点工期的前提下，未出现一起安全事故。

2.5 大温差、高寒气候下的养护防裂措施研究

针对施工期白天气温高、昼夜温差大、冬季严寒的气候特点，研究面板混凝土养护措施，以达到减少混凝土裂缝的目的。采取面板混凝土养护防裂措施，可保证高寒、大温差气候条件下混凝土浇筑施工及成型后的全过程保水、降温养护，本工程混凝土裂缝数量较类似工程混凝土裂缝数量大大减少。

3 关键技术研究点

针对高寒、大温差气候条件下超长混凝土面板一次成型施工中的防裂、工期紧张等技术难题，开展了优质、快速施工技术研究，主要创新点：

(1)研究堆石坝坝体沉降变形控制技术，采用快速、优质填筑工艺，为坝体沉降预留更多时间，增加坝体稳定性，为后期面板混凝土防裂创造有利条件。

(2)研究减小垫层料固坡砂浆约束应力技术，通过采用翻模固坡施工新技术、优化设计降低固坡砂浆强度、固坡砂浆表面乳化沥青喷涂，解决了固坡砂浆表面平整度差、厚度不均匀、摩擦力大等原因导致的面板混凝土约束应力大的难题，解决了面板混凝土因约束应力产生裂缝的难题。

(3)研究高抗裂面板混凝土配比技术，通过采用性能更优良的聚乙烯醇纤维替代传统的聚丙烯腈纤维，大大改善面板混凝土的各项指标，对面板初期、后期强度、防裂等性能更加有利。

(4)研究超长面板混凝土一次成型快速施工技术，通过设计加工坡面安全通道，解决了超长斜坡面人员通行的安全问题；优化面板滑模系统，解决了不同面板分缝宽度及面板厚度情况下的快速备仓；通过自行设计滚压式止水成型机工作平台及橡胶棒导轮，解决了铜止水分段加工、反复翻身填塞及安装、分段焊接施工中质量及进度难以保障的难题，实现了铜止水快速、优质安装。

(5)研究大温差高寒气候下面板混凝土防裂施工技术，通过设计防离析保水溜槽，降低了混凝土入仓垂直运输中的水分流失及温度增加的幅度；优化施工期养护措施，保证混凝土初凝后的流水及覆盖养护；创新采用严寒地区混凝土保水及保温防护，解决了严寒地区混凝土冬季流水养护与保温养护的矛盾，提高了混凝土成品质量。

4 研究思路

(1)针对混凝土面板堆石坝应力变形大的技术难题，从控制沉降、减小约束等角度控制施工方法，有效控制混凝土面板裂缝。

(2)针对高性能面板混凝土研究，配置高抗裂面板混凝土，以满足高寒地区超长面板混凝土的防裂要求。

(3)针对混凝土面板斜长大、安全风险大、工期紧张的超长混凝土面板施工技术难题，进行创新优化施工设备、施工工艺等快速施工技术研究，达到安全、快速的目的。

(4)针对工区昼夜温差大、冬季气温极低的气候条件，进行面板混凝土的养护及冬季保温施工技术研究，达到施工期防裂及冬季极端低温季节的混凝土防裂要求。

5 结论

混凝土面板一次成型施工技术在丰宁抽水蓄能电站上水库面板堆石坝工程得到了应用，大坝填筑和面板混凝土施工质量优良，未发生质量安全事故。为实现安全环保目标、确保工程质量、电站按期蓄水发电，提供了保障，引领行业水平进步，为同类工程提供借鉴。