台阶法浇筑在潜明水库大坝工程中的应用

万春华，姜宇强，罗志军，金永亮

（1.浙江省正邦水电建设有限公司，浙江 杭州 310051；2.缙云县水利局，浙江 缙云 321400）

1 工程概况

潜明水库一期工程位于浙江省缙云县和磐安县境内，坝址位于瓯江流域好溪缙云县境内左库水库附近，坝址以上集水面积304.8 km2，总库容3 413 万m3，电站装机3.2 MW。工程规模为中型，工程等别为Ⅲ等。主要建筑物拦河坝、泄水建筑物、发电引水进水口等级别为3 级，最大坝高42.5 m。工程的主要任务是以防洪、供水为主，结合灌溉和发电，兼顾改善河道水环境等综合利用。

拦河坝为常态混凝土重力坝，共分19 个坝段，由溢流坝段和非溢流坝段组成，坝体混凝土设计方量为22 万m3。在大坝混凝土浇筑前，应明确详实可行的浇筑方法、仓面设计、施工注意事项等，以此加快仓面周转次数，在保证施工质量的前提下加快工程进度。同时有效控制坝体温度，最大程度地限制施工期温度应力引起的裂缝。本文对潜明水库大坝施工中的关键浇筑技术和施工工艺进行总结。

2 混凝土浇筑方案

2.1 混凝土入仓方法

水工大体积混凝土浇筑主要采用平铺法和台阶法[1]。2 种方法适用条件不同，针对不同工程、不同需求合理选择入仓方法，平铺法和台阶法的主要优缺点比较见表1。

表1 平铺法和台阶法的主要优缺点比较表

一般情况下应优先采用平铺法，但是在仓面面积较大、结构复杂，且混凝土温控要求严格的情况下[2]，应合理选用浇筑仓面方法，可考虑使用台阶法。事实上，台阶法已广泛应用于我国混凝土大坝的建设中[3-4]。

2.2 浇筑方案比选

2.2.1 施工条件

（1）设备选型。拌和设备选型，根据总体施工进度要求，坝体混凝土浇筑最大强度为1.86 万m3/月，混凝土拌合系统小时生产能力：

式中：Qh为小时生产能力（m3/h）；Kh为小时不均匀系数，可取1.3～1.5；Qm为混凝土高峰浇筑强度（m3/月）；m为每月工作天数，一般取25 d；n为每天工作小时数，一般取20 h。

拌和系统选型项目部从拌和能力和经济性2方面考虑，选用 HZ90-2F1500 型，理论生产能力90.0 m3/h。

垂直运输设备选型。本工程大坝坝顶长325 m，底部长约260 m，坝基面总体平整，经综合考虑，垂直运输采用在坝体下游侧设置1 台TC7052 移动式塔吊。

（2）浇筑块尺寸。重力坝每个坝段长18 m，最大浇筑块仓面坝轴线方向长18 m，上下游宽40.5 m，最大仓面面积为729 m2。

（3）混凝土初凝时间。根据本工程试验的施工配合比，混凝土初凝时间为180～240 min。

（4）设备入仓强度。

混凝土拌和能力。混凝土拌和系统为HZ90-2F1500 型，理论生产能力90.0 m3/h，实际生产能力按系数0.7 计算，即63.0 m3/h。

混凝土水平运输能力。采用3 辆10 t 自卸汽车（2 辆作业，1 辆备用），每车可运输3.0 m3，最大运输距离约200 m，车速控制在10 km/h，往返时间为143 s，装卸料时间按120 s 计，每趟运输时间为263 s。单车运输能力为3.0×60×60/263=41.1 m3/h，则水平运输能力为41.1×2=82.2 m3/h。

混凝土垂直运输能力。混凝土垂直运输采用TC7052 移动式塔吊，吊罐容积为3.0 m3，最大起吊高度32 m，提升速度取25 m/min，提升时间为1.28 min，装卸料时间取2.00 min，垂直运输能力为3.0×60/（1.28+2.00）=54.9 m3/h。

混凝土入仓浇筑强度。综合混凝土拌和能力、水平运输能力以及垂直运输能力，混凝土入仓浇筑强度为min{63.0，82.2，54.9}=54.9 m3/h。

2.2.2 铺料方法选择

（1）平铺法。平铺法铺料厚度计算式为[5]：

式中：δ为铺料厚度（m）；q为混凝土实际入仓强度（m3/h）；t为铺料层的允许间隔时间（h）；S为浇筑仓的面积（m2）。

混凝土实际入仓强度q为54.9 m3/h，允许间隔时间t为3 h，浇筑仓面面积S为729 m2。经计算，铺料厚度δ=0.23 m。

（2）台阶法。将所有台阶覆盖一层混凝土方量，可推算出需要的混凝土入仓强度，计算公式为：

式中：V为台阶法浇筑每铺筑1 次的混凝土量（m3）；δ为铺料厚度（m）；n为台阶数；L为浇筑块短边长度（m）；v为吊罐容积（m3）。

浇筑块短边长度L为18 m，吊罐容积v为3 m3，铺料厚度δ一般可取0.5 m[6]，台阶数n为4。经计算，铺料方量V=88.2 m3。

（3）方案比选。水工混凝土浇筑单层铺料厚度一般采用30～50 cm，平铺法铺料厚度δ=23 cm，小于下限30 cm，故本工程不适合选用平铺法铺料；本次施工混凝土初凝时间偏保守取值为3 h，台阶法铺料浇筑一层方量V=88.2m3＜54.9×3=164.7 m3，入仓能力满足混凝土浇筑要求。

经比选，本工程大坝混凝土浇筑选用台阶法铺料施工。

3 仓面工艺设计

3.1 浇筑要求

（1）台阶法浇筑时，必须注意保持老混凝土面的湿润和清洁，保证水平施工缝逐步覆盖。

（2）在浇筑过程中，台阶层次分明，铺料厚度控制在40～50 cm，浇筑层厚度一般为1.6～2.0 m，台阶宽度不小于2.0 m，坡度不大于1:2。

（3）在浇筑中如因机械和停电等故障而中止工作时，做好停仓准备，必须在混凝土初凝之前，把接头处的混凝土振捣密实，特别是钢筋网附近。

（4）用台阶法浇筑起始端的混凝土上升速度快，对模板的侧向压力较大，在加固模板时，必须考虑这一因素。

（5）现场技术人员需根据仓面情况准确选择最优卸料方向及卸料宽度，确保形成台阶铺料，避免产生冷缝而形成坝体渗漏。

（6）现场技术人员需判断入仓混凝土的坍落度，对不符合台阶浇筑要求的混凝土料，作废料处理，并及时告知拌合楼进行调整。

（7）现场振捣工人能准确把握振捣距离，防止漏振或者振捣原因导致无法形成台阶。

3.2 浇筑质量控制

为确保混凝土台阶法浇筑质量，本工程针对性采取控制坍落度、防止冷缝、混凝土铺料厚度及振捣控制等措施。

3.2.1 控制坍落度

严格控制混凝土坍落度在3～5 cm 范围内，控制方法主要有：

（1）混凝土拌和前，检测砂、骨料的含水率，对照配比试验所用数据，折算出实际拌和所需砂、石料及用水量。

（2）在出料口和浇筑现场均对混凝土进行坍落度检测，对坍落度不在规定范围内的混凝土作废料处理。

3.2.2 防止冷缝

为尽可能防止产生冷缝，或者最大程度降低冷缝带来的危害，在台阶法浇筑中主要采取以下措施：

（1）添加缓凝剂，延长混凝土的初凝时间。试验表明，通过添加缓凝剂，混凝土的初凝时间从原来的2 h 增加到3～4 h。

（2）增加备用车辆和备用柴油发电机。一旦运输车辆故障或系统断电，立即启用备用车辆或柴油发电机。

（3）合理布置台阶延展方向。保持台阶延展方向始终与潜在渗水方向垂直，坝体为档水建筑物，宜从下游往上游浇筑，即使出现冷缝，由于冷缝与渗水方向垂直，渗水将不会贯穿混凝土结构产生渗漏通道。

（4）合理设置塔吊起吊点。尽可能地减少垂直吊运时间，加快混凝土入仓速度。

3.2.3 台阶宽度及厚度控制

坝体浇筑采用跳仓浇筑，开仓前，根据混凝土浇筑块仓面面积及层厚，在侧模上画好台阶分层浇筑次序施工草图（相临低仓位浇筑时，直接划在横缝分缝板上），台阶厚度控制在50 cm 以内，台阶宽度不小于2.0 m。

3.2.4 振 捣

（1）振捣采用ZDN100 型高频振捣器，作用半径为50 cm，振捣器插入点整齐排列，插入距不大于振捣器作用半径的1.5 倍，并插入下层混凝土5～10 cm。

（2）振捣时间以混凝土不再显著下沉、气泡不再冒出、开始泛浆时为准。

（3）在模板、钢筋及预埋件附近振捣时，其插入距离不大于有效作用半径的0.5 倍，且不使模板、钢筋、预埋件变形移位。

（4）振捣作业依序进行，插入方向、角度一致，防止漏振。

（5）振捣棒尽可能直插入混凝土中，快插慢拔。

（6）振捣中的泌水及时排除，严禁在模板上开洞引水自流。

4 大坝混凝土实测温度

本工程所在地夏季期长，气温高，高温施工不可避免。另外，浙江省内没有用于大坝工程的低热水泥生产厂家，建设过程中只能就近选择普通硅酸盐水泥，而普通硅酸盐水泥比表面积较大，早期强度往往较高，水化热集中在早期释放，对大坝混凝土浇筑温度的控制十分不利。

台阶法浇筑有利于混凝土的温度控制，潜明水库大坝浇筑过程中，在大坝部分坝段、不同高程的上游面板、下游面板和坝体内部埋入温度传感器以测试混凝土浇筑后内部温度历程。温度计安装示意见图1。选取典型坝段实测温度历程，绘制曲线见图2（包含夏季和冬季入仓的混凝土温度历程）。

图1 温度计安装位置示意图

图2 典型坝段实测温度历程图

由图2 可知，坝体内部温度在混凝土浇筑后急剧上升，在浇筑后30～60 h 达最高值，随后开始缓慢下降。根据各坝段统计数据可知，大坝混凝土浇筑后最高升温约为30 ℃。大坝混凝土的温度历程符合一般大体积混凝土温度变化规律，并且由于采用台阶法浇筑，混凝土温度控制较好，有利于控制大坝温度应力。

升温阶段，坝体上下游面板和坝体内部温度并无太大差异，因为升温阶段时间较短，散失热量少，不同部位的散热环境不会对温度造成太大影响，温度的差异主要由配合比中水泥含量引起。

降温阶段，不同部位降温趋势基本相同，但相同时间点不同部位温度之间的关系大致服从内部温度高于上下游面板的规律。主要原因是不同部位的散热环境不同，大坝内部散热环境最差，因此其温度高于上下游面板。

5 结 语

（1）潜明水库大坝施工中采用台阶法浇筑，减少坝体水平施工缝，增加坝体美观度。

（2）台阶法浇筑降低施工成本，台阶法铺料1 仓可浇筑4 个台阶，只需进行1 次施工缝处理，1 次模板吊装。

（3）台阶法浇筑有利于温度控制，高温及严寒季节，台阶法铺料可以减少接头覆盖面积，减少散热和温度倒灌。

潜明水库在使用台阶法浇筑时，认真遵守施工程序，采取合理的仓面工艺，保证工程质量，并且达到良好的温度控制效果。