南俄5水電站碾壓混凝土重力拱壩施工技術及管理

梁元球

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰611830)

1 工程概況

南俄5水電站位于老撾北部山區，電站所在流域呈狹長狀，高山峽谷相間，地形崎嶇。在壩址河段，河道較為順直，但地形復雜，峽谷深度在400m左右，峭壁陡立，河谷狹窄，坡度在40°～50°之間。

電站所在流域屬季風氣候，受南海暖濕氣流影響，降水豐沛，高溫濕熱，無四季之分，全年分為雨、旱兩季，每年的5～10月為雨季，11月到次年4月為旱季。

大壩為碾壓混凝土重力拱壩，壩頂高程1103 m，最大壩高100.5m，壩頂寬6m，底寬42m，壩頂長240m。大壩設兩條結構縫，三條誘導縫。結構縫采用重力預置塊，重復灌漿系統;誘導縫只在上下游3m范圍設止水和預留縫，不設灌漿系統。

大壩采用表孔泄洪方式。泄洪表孔布置在河床中央，溢流壩堰頂高程1089m，共設3孔，每孔凈寬12m。溢流堰面采用WES實用堰，泄洪表孔末端反弧段底高程為1078.15m，鼻坎高程為1079.25m，下游消能方式采用挑流消能。

2 施工道路布置及設備材料入倉方式

2.1 施工道路

壩體在上升過程中，存在大量材料、設備及機具入倉問題，鑒于該工程受地形地貌限制，不宜布置纜索，故入倉主要依靠施工道路和吊裝轉運。

因此，施工道路的合理布置關系到材料、設備等是否能順利入倉和工程是否能順利開展。根據壩區地形地貌及工程特征，結合砂石系統和拌和系統布置位置，主要施工道路布置及其主要作用如表1所示。

表1 大壩主要施工道路布置及主要作用表

2.2 混凝土入倉方式

大壩混凝土施工入倉根據部位及方式不同主要分成四大部分。

(1)大壩1042m高程以下混凝土通過左右岸中低線各主要公路改道及回填，道路與壩體間架立活動鋼棧橋，自卸汽車直接入倉。

(2)大壩1042～1081m高程以及左岸1081m高程以上混凝土通過左岸1103m高程高線公路負壓溜槽入倉。

(3)右岸1081m高程以上混凝土通過右岸1103m高程高線公路由皮帶機、負壓溜槽入倉。

(4)溢流壩段常態混凝土通過負壓溜槽輸送至左岸倉內后，經汽車轉運，采用溜槽或混凝土泵機輸送入倉。

2.3 材料、設備的入倉方式

材料設備入倉主要采取直接入倉、與壩體相鄰各高程道路作為吊運平臺、入倉后再轉運、塔機吊運等方式，具體方式為:

(1)大壩1042m高程以下采用汽車直接運輸入倉。

(2)大壩1042m高程以上分別通過左岸上游1040m、1058m、1081m高程道路與壩體相臨處作為吊運平臺，由壩上8t吊車吊入左岸倉內，再在倉內轉運。

(3)壩體1081m高程以上施工分成左右岸及溢流壩段三個區間，在左岸靠溢流壩段邊墩處安裝了一臺QTZ63G塔機，便于各種材料吊運。

3 分層攤鋪方式及層間結合處理

根據南俄5水電站大壩結構、每層倉面大小、拌和系統生產能力、運輸能力以及當地氣候特點，大壩1025m高程以下混凝土采用平層通倉法，1025m高程以上采用斜層平推法，斜層平推法坡度控制在1∶12～1∶15。

每倉混凝土澆筑前，在上倉老混凝土面上攤鋪厚度為2～3cm砂漿。為確保防滲區每層充分結合，防滲區二級配碾壓混凝土在每層碾壓完成后、下層攤鋪前灑一層水泥漿;三級配碾壓混凝土在層間施工時間超過5h后，在層面上攤鋪一層水泥漿。

4 溢流壩段的施工方法

溢流壩段的主要施工難點為上下游向外挑出牛腿施工時的支撐結構，上游牛腿向外挑出4m，下游牛腿向外挑出8m，均為1∶1反坡。牛腿施工時模板采用定型組合鋼模板，模板支撐結構采用［12槽鋼作立柱，φ18鋼筋兩側對稱斜拉;安全操作平臺附著于倒懸斜面上，與拉模筋相連。為防止上層混凝土施工時拉裂下層混凝土，牛腿每層混凝土施工完后在其表層鋪設防裂鋼筋，防裂鋼筋的大小及長度根據上層澆筑厚度受力分析確定。

溢流面混凝土一部分采用碾壓混凝土，與左岸一起通倉施工，表層1.5m為常態混凝土，其余部分為碾壓混凝土，采取自卸車直接入倉或泵送入倉。

5 混凝土溫控措施

南俄5水電站所處流域屬季風氣候，受南海暖濕氣流的影響，降水豐沛，高溫濕熱，無四季之分，全年分為雨、旱兩季。1月份日平均氣溫大約為19℃左右，最低氣溫7℃左右，7月份日平均氣溫約27.4℃，日最高氣溫約36℃，全年月平均氣溫差很小。根據專家組咨詢意見，碾壓混凝土重力拱壩取消了拌和加冰和在壩體中預埋冷卻水管的溫控措施，采取的溫控措施主要為:

(1)高摻粉煤灰，C18020二級配、三級配碾壓混凝土粉煤灰摻量為60%，C18015三級配碾壓混凝土粉煤灰摻量為65%;

(2)摻加高效緩凝減水劑;

(3)骨料倉搭設遮陽棚，運輸車輛及溜槽等混凝土輸送系統采取遮陽措施;

(4)骨料堆放高度為6m以上;

(5)拌和用水采用溫度較低的河水，供水管路采取遮陽措施;

(6)倉內采用噴霧設施;

(7)碾壓倉面到達收倉高度后加蓋麻袋并灑水養護，及時采取保溫隔熱等措施。

6 碾壓混凝土雨季施工措施

根據前期對南俄5水電站大壩工程區降雨的記錄資料進行統計分析得知，每年的4月開始有一定程度的降雨，5、6月以及10月降雨主要為陣雨形式，大部分降雨歷時在0.5h左右，極少數降雨歷時達到2h或以上。因此，根據該特點，采取適當的措施，可以確保碾壓混凝土澆筑過程中的施工質量。

應對雨水天氣很重要的一條措施是采用斜層鋪筑法，以利于倉內排水，防止雨量過大時在碾壓混凝土倉內積水。在施工期間，加強氣象預報信息的收集工作，及時了解現場施工所需的雨情和氣溫情況，妥善安排施工進度。

在降雨強度小于3mm/h的條件下，采取以下措施繼續施工:

(1)適當加大攪拌樓機口拌和物的VC值。

(2)卸料后立即平倉、碾壓或覆蓋，以保證未碾壓的拌和料暴露在雨中的受雨時間不超過10 min。

(3)設置排水，以免積水浸入碾壓混凝土中。

如遇大雨或暴雨來不及平倉碾壓時，應用防雨布迅速全倉面覆蓋，雨后根據具體情況及時采取各種措施進行處理并恢復施工。

7 工程采取的主要優化方案

7.1 大壩溫控措施優化

南俄5水電站大壩在初步設計階段其溫控措施需采取混凝土加冰拌和、骨料預冷系統和(或)壩體預埋冷卻水管。南俄5水電站專家組根據工程的具體氣候特點及工程特征仔細分析后對此進行了調整:取消混凝土加冰拌和、骨料預冷等溫控措施，亦不需要預埋冷卻水管，僅采取常規溫控措施即可。

由于混凝土所用水泥采用的是由泰國生產的大象牌波特蘭(硅酸鹽)PO52.5水泥(高熱)，前期水化熱偏高。在施工過程中，采用了常規的溫控措施，只有局部超過40℃。混凝土入倉后1～11d(絕大部分介于3～7d)達到初期最高溫升，峰值溫度介于29.4℃～41.8℃(絕大部分介于32℃～37℃)，溫升介于5.3℃～18.8℃(絕大部分介于8℃～14℃)。

大壩混凝土在施工過程中未出現明顯裂縫，但局部有表層裂縫，主要是因日溫差過大所致(日溫差在12月、1月份達到20℃左右);另外的裂縫則是壩面因洪水過流壩體外表面溫度驟降引起的貫通性裂縫，經過處理，未見任何滲水現象。

因此，南俄5水電站大壩根據其特定的氣候特征所采用的常規溫控措施是可行且非常有效，對簡化施工工藝，減少施工難度，加快工程建設速度具有重要意義。

7.2 調整大壩壩基邊坡開挖坡比及支護型式，優化道路布置

兩岸壩基上游側邊坡開挖坡度為:壩基以上15m高程為1∶0.5，中間設平行兩岸壩基面的2 m寬馬道，馬道以上邊坡坡度為1∶0.75，錨噴混凝土厚12cm。由于地形條件限制，施工進展非常緩慢，每月下挖不到10m。綜觀大壩施工道路布置，結合大壩兩岸壩基邊坡具體的地質構造及1081m高程以下的基巖情況，經各方探討研究后對大壩上游邊坡開挖進行了以下調整。

(1)鑒于大壩上游邊坡為臨時工程，其開挖支護滿足施工期安全即可，根據壩區巖層走向、巖體整體穩定的具體情況，其開挖坡比可調整至1∶0.5～1∶0.3，邊坡支護素噴混凝土5～8cm厚即可保證施工期安全，基巖較好地段可不進行支護，局部破碎地段進行錨噴支護即可。

(2)取消平行于兩岸壩基面的2m寬馬道。

邊坡開挖結構及支護方式經過調整后，邊坡本身開挖及因施工道路布置所引起的邊坡開挖工程量大為減少，每月壩肩下挖速度達到20～30 m。另外，使左岸上游施工道路與以后壩體間的三角形空缺部位由30～40m長變為5～6m，對以后的施工道路與壩體間聯通提供了極大的便利，為壩體施工設備材料順利上壩提供了重要保證。

7.3 溢流壩段混凝土材料分區優化

溢流壩段混凝土在投標階段主要考慮采用高架門機入倉，但由于受地形及施工條件限制，進場后主要考慮泵送入倉方式。因該壩段體積大、工程量大，常態混凝土工程量達3萬m3，若按常規采取泵送混凝土，其水泥用量大，水化熱高，施工后易出現溫度裂縫。

在對工程特征及施工條件等進行分析和研究后，將溢流壩段混凝土材料及分區優化為:溢流面常態混凝土在防沖表層澆筑厚度為1.5m，其余部位除上下游外挑部分外全部采用碾壓混凝土。

經過進行材料改變及分區后，減少了大量分區分塊和分層的數量，加快了施工速度并大量減少了水泥用量，同時亦更有利于混凝土施工溫度控制。

7.4 碾壓混凝土配合比調整

(1)二級配碾壓混凝土骨料摻量調整。

南俄5水電站采石場巖石為石英砂巖，由于其特有的礦物組成及結構特性，母巖在破碎加工后成品骨料顆粒級配嚴重不合理，雖對砂石設備及碾壓混凝土配合比進行了各種調試，其配比仍然變化不大，大壩防滲區施工因此存在很大的質量隱患。

在對砂石骨料母巖、砂石設備以及現場各種條件進行分析后對大壩防滲區二級配碾壓混凝土配合比進行了調整:在二級配混凝土中摻入了適量大石，減少了中石和小石用量，以改善骨料級配不合理狀況。

調整后的準三級配碾壓混凝土可碾性明顯提高，相對壓實度及表面泛漿效果大大改善，強度及抗滲性亦穩定增加。后經鉆孔取芯檢測，混凝土芯樣致密，抗壓及抗滲等各項指標均滿足設計要求。

(2)碾壓混凝土拌與VC值調整。

根據本工程技術條款要求，碾壓混凝土VC值為8±2s，因此將現場出機口處的VC值一般控制在4～5s。在施工過程中，泛漿不夠明顯，通過取芯也表明層間結合效果不太理想。后依據實際情況對出機口VC值進行了調整，將其降至1～2s。雖然有時在施工過程中會出“彈簧土”現象，但經過調整后表面泛漿明顯，取芯表明:VC值調整后的碾壓混凝土整體致密，層間相互嵌入，無層間結合縫，容重及抗壓強度均達到設計要求。

7.5 負壓溜槽結構的改進

本工程料場巖石為石英砂巖，巖石中石英含量高達60%，其硬度非常高，對鉆孔、篩網及襯板等磨損嚴重，負壓溜槽襯板磨損速度是普通工程的5～7倍，導致其不到4000m3即被磨穿。而大壩工程每一倉碾壓混凝土在1.2萬m3左右，碾壓混凝土在施工過程中將會出現經常歇倉的現象，給施工質量帶來非常大的影響。

為此，對負壓溜槽作了以下三方面改進:(1)把溜槽尾部彎頭改成煙斗型;(2)在溜槽槽體中設置阻尼材料;(3)把彎頭以下的溜筒由鐵制材料改成柔性蓋帶。

經過上述三方面改進后，負壓溜槽能保證輸送三倉碾壓混凝土(3.6萬m3)以上，從而減少了大量修補工作和材料損耗，同時減少了大量人員、設備窩工現象，保證了每倉碾壓混凝土施工的順利進行。

8 關于方型廊道方案的探討

在大壩碾壓混凝土施工過程中，大壩廊道一般為拱形結構，施工主要采取現澆、預制頂拱或邊頂拱。由于拱形廊道在施工中存在諸多問題，不利于碾壓混凝土大壩連續施工，而將廊道結構由拱形改成方形，國內對此方面研究很少，少有論文對此進行論述，主要原因是普遍認為拱形應力條件好，對壩體整體及穩定性有利。

張光斗在《水工建筑物》一書中對方型廊道專門進行了論述，推薦采用方型廊道:壩體自重和上游水壓力所產生的荷載，可由廊道頂部混凝土內的虛擬拱承受，虛擬拱以下設置鋼筋以分散和限制裂縫。1994年11月，我國RCC專委會赴西班牙考察期間發現西班牙水庫大壩普遍采用方型廊道，從預制、吊裝就位、內部美觀、防滲等方面看均比較好。

《預制灌漿廊道斷面的設計》(東北水利水電，2002年第6期)對此進行了專門的論述，以白石水庫攔水壩為例對拱型和方型廊道各結點處的應力也進行了計算和分析，方型廊道在受力上完全可行;文中對方型廊道在斜坡澆筑提出了可行方案，可將斜廊道頂部設置成梯步形式，相鄰兩塊有適量搭接。遼寧省玉石水庫采用方型廊道設計，在施工中取得了比較好的效果。

若將拱形廊道改成方型廊道在設計上亦完全可行，廊道邊墻與碾壓混凝土之間可采用變態混凝土，頂部采用預制蓋板，可實行大壩碾壓混凝土的連續施工，有利于廊道與壩體一起上升。

9 結語

南俄5水電站大壩工程在溫控、壩基上游面邊坡開挖及溢洪壩段混凝土材料分區及施工等方面均作了重大調整優化;在碾壓混凝土配合比設計、負壓溜槽結構及廊道施工等方面根據現場實際情況作出了相應調整和改進。以上方案的調整、優化和改進在施工中取得了良好效果，在保證工程質量，減少施工難度，加快工程建設速度方面起到了重要作用。