錦屏一級水電站高拱壩4.5 m升層混凝土施工試驗研究

韋 寧

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

錦屏一級水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程1 885 m，建基面高程1 580 m，最大壩高305 m，是目前世界上最高的拱壩。大壩正常蓄水位高程1 880 m，死水位高程1 800 m，拱冠梁頂厚16 m，拱冠梁底厚 63 m，最大中心角93.12°，頂拱中心線弧長552.23 m，厚高比為0.207，弧高比為1.811。大壩設置25條橫縫，分為26個壩段，橫縫間距20～25 m，平均壩段寬度為22.6 m，施工不設縱縫。

該工程位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，地處高山峽谷，地質地形條件極其復雜。前期因地質條件原因使大壩基坑開挖進度滯后，導致大壩首倉混凝土開始澆筑時間比原計劃滯后9個月，嚴重影響到2012年首臺機組發電目標的實現。為實現發電目標，必須采取措施進一步提高混凝土澆筑速度，加快施工進度，趕回滯后的9個月工期。根據現場施工條件，經對施工總進度進行分析后認為，若仍采用3 m升層的澆筑方案，大壩混凝土施工進度將無法滿足2012年發電的要求。為此，葛洲壩集團錦屏施工局率先提出并在右岸15#壩段進行了4.5 m升層混凝土澆筑生產性試驗，通過采取一系列技術措施，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術難題，總結出一套4.5 m升層混凝土快速施工方法，為錦屏一級水電站大壩全面采用4.5 m升層方案提供了科學依據，對其他工程大體積混凝土采用4.5 m升層施工亦具有重要借鑒意義。

2 混凝土澆筑施工

2.1 做好倉面設計和資源配置

4.5 m升層混凝土澆筑試驗安排在15#壩段1 616～1 625 m高程(為后澆塊)，共2個倉次，分別為15#－17和15#－18倉，單倉平均寬度約為24.45 m，順水流方向長度約 58.95 m，最大澆筑面積1 397.8 m2，單倉混凝土方量達6 200 m3，均采用平鋪法澆筑。如圖1所示，每倉分4區共9個坯層(40+55 cm×2+50 cm×6)澆筑，坯層厚度控制在40～55 cm，上下坯層覆蓋時間控制在4 h以內，要求入倉強度必須達到180 m/h以上。在倉內配置了“四平四振”平倉振搗設備，并在倉外四周布設了10臺噴霧機用于倉內降溫。

2.2 提高混凝土輸送和澆筑速度

為充分提高纜機的吊運效率，將倉面根據4臺纜機覆蓋范圍分為4個施工區域，開倉前在兩邊橫縫上標示清楚。在每個施工區域內布置平倉機和振搗臂各1臺，并在倉內設置下料標識進行定位。當吊罐距離倉面高度在1.5 m以內時，迅速下料，將下料時間控制在10 s內。除特殊情況外，纜機不行走大車。纜機在倉內卸料完畢，平倉機在10 s內及時進行平倉。同時，加強拌和系統管理，實現拌和樓等候混凝土運輸車的要求，避免出現“車等樓”現象。

通過對混凝土澆筑各環節進行精細化管理，2個4.5 m升層試驗倉的混凝土入倉強度分別為280.1 m3/h、249.5 m3/h，滿足施工要求。

圖1 倉面施工工藝流程圖

2.3 縮短冷卻水管鋪設時間

按照設計要求，4.5 m升層混凝土內需鋪設3層冷卻水管，第1層布置在施工縫面上，其他兩層分別布置在距施工縫面1.5 m、3 m的層面上，其中上面兩層冷卻水管必須在混凝土澆筑過程中鋪設。冷卻水管采用HDPE管，柔韌性好，能夠根據布管要求快速鋪設。在澆筑過程中，各區同一坯層覆蓋時間長短不一，通過充分利用各區的覆蓋時間差鋪設冷卻水管，保證澆筑不停歇，從根本上消除了冷卻水管鋪設對混凝土澆筑的影響。

3 模板變形控制

4.5 m升層混凝土澆筑采用懸臂式大模板，單套模板比3 m升層模板重量增加約70%;此外，4.5 m升層澆筑混凝土會對模板產生更大的側壓力，致使模板變形控制難度大大增加。為解決模板變形問題，保證大壩體形滿足設計要求，采取了以下措施:

(1)優化模板設計方案。通過由加強型爬升錐、懸掛螺栓、預埋蛇形筋等組成的錨固系統固定模板，摒棄傳統的拉條加固方式，減少模板附近的鋼筋用量，降低模板周邊混凝土的澆筑難度，減小混凝土振搗對模板的影響;采用雙支點雙軸桿的支撐方式增強模板剛度。

(2)加強模板變形監測。為獲取混凝土澆筑時4.5 m升層模板的變形量，同時采用在14#、15#橫縫上定點拉線和全站儀實時測量兩種方式觀測模板變形情況。實測結果為:15#－17倉大壩模板最大變形量為20 mm，位于第9坯層上游面模板距14#橫縫6 m的位置，15#－18倉大壩模板最大變形量為6 mm，位于第9坯層上游面模板距14#橫縫9 m的位置。混凝土澆筑完畢，對15#－17倉成型壩體上下游面18個測點進行了檢測，體形偏差為－10～21 mm;對15#－18倉成型壩體上下游面15個測點進行了檢測，體形偏差為－11～14 mm。觀測成果表明，4.5 m升層懸臂大模板剛度和強度滿足要求，結構安全可靠，大壩成型體形滿足施工規范要求。

4 混凝土溫度控制

4.1 溫控標準

根據《錦屏一級水電站拱壩混凝土溫度控制技術要求》(A版)，提出了4.5 m升層混凝土溫控標準:混凝土允許最高溫度為27℃，出機口溫度為5℃ ～7℃，澆筑溫度為5℃ ～11℃，層間間歇期按10～14 d控制。

4.2 混凝土配合比

15#壩段4.5 m升層試驗每倉第1坯層采用C18035W14F250三級配富漿混凝土，第2～9坯層均采用C18035W14F250四級配混凝土，施工配合比見表1。

4.3 澆筑溫度控制

15#壩段4.5 m升層混凝土澆筑在2010年5月底進行，此時已進入夏季施工，氣溫高，混凝土澆筑溫度控制難度較大。為保證混凝土澆筑溫度滿足要求，采取了以下措施:

表1 15#壩段1 616～1 625 m高程4.5 m升層試驗混凝土施工配合比

(1)嚴格控制混凝土出機口溫度。大壩混凝土由布置在右岸1 885 m高程的2座2×7 m3拌和樓供應，通過采取骨料預冷、混凝土加冰等措施，將混凝土出機口溫度控制在5℃ ～7℃范圍內。實測15#－17和15#－18倉混凝土出機口平均溫度分別為6.2 ℃、6.1 ℃，監測成果見表2、3。

(2)盡量減少混凝土澆筑過程中的溫度回升。通過采取加快澆筑速度、縮短坯層覆蓋時間、對坯層及時覆蓋保溫被、實時進行倉內噴霧等措施防止熱量倒灌，有效地控制了澆筑時段的混凝土溫度回升，澆筑平均溫度分別為9.1℃、9.7℃，滿足設計要求。15#－17和15#－18倉混凝土入倉溫度和澆筑溫度監測成果見表2、3。

4.4 混凝土通水冷卻

表2 15#－17倉(1 616～1 620.5 m高程)出機口溫度、入倉溫度與澆筑溫度監測表

表3 15#－18倉(1 620.5～1 625 m高程)出機口溫度、入倉溫度與澆筑溫度監測表

大體積混凝土主要通過冷卻水吸收水化熱的方式降低壩體溫度。根據設計要求，在每個4.5 m升層試驗倉內按1.5 m×1.5 m(垂直間距×水平間距)布置3層HDPE冷卻水管，其中主管內徑為32.6 mm，外徑為40 mm，支管內徑為28 mm，外徑為32 mm，單根支管長度不大于300 m。根據現場實際，采用1臺制冷能力為360 m3/h的冷水機組進行通水冷卻，通水冷卻成果見表4。

表4 4.5 m升層試驗混凝土控溫階段通水冷卻成果統計表

表5 4.5 m升層倉與相似環境下3 m升層倉的入倉強度及澆筑溫度對比表

通水冷卻成果表明:在控溫階段，冷卻通水進水溫度控制在11℃ ～14.8℃之間，通水流量控制在1.67 ～2.23 m3/h之間。

4.5 混凝土內部溫度監測

為準確詳細地掌握4.5 m升層混凝土內部溫度變化，在每倉混凝土內部埋設27支永久溫度計(分3層埋設，層間隔為1.5 m，每層上中下游各3支)進行監測，典型測點溫度變化見圖2、3。監測成果表明:混凝土內部最高溫度出現在第88～144 h，平均溫升13.5 ℃，最大溫升15.3 ℃，最高溫度為24.6℃，小于設計允許的壩體最高溫度，溫控效果良好，說明冷卻水管布置合理，采取的溫控措施有效。相鄰壩塊的混凝土內部溫度監測結果表明，4.5 m升層倉對相鄰壩塊的混凝土內部溫度影響小。

4.6 同相似環境3 m升層倉的對比

17#－19、14#－21倉均為3 m 升層倉，15#－17、15#－18倉分別與這兩倉在澆筑時間和氣候環境上相似，故選擇以上4倉進行對比分析。

(1)入倉強度及澆筑溫度對比。

從表5可以看出，15#－17、15#－18兩倉的入倉強度和澆筑溫度合格率均比3 m升層倉高，說明通過精心組織施工，4.5 m升層可實現高強度入倉，對澆筑溫度控制更有利。

圖2 15#－17倉典型混凝土內部溫度過程線

圖3 15#－18倉典型混凝土內部溫度過程線

(2)通水控制對比。

15#－17倉最高溫度出現前平均通水流量為2.02 m3/h，15#－18倉最高溫度出現前平均通水流量為2.05 m3/h;17#－19倉最高溫度出現前平均通水流量為1.66 m3/h，14#－21倉最高溫度出現前平均通水流量為1.88 m3/h。在控溫階段，4.5 m升層倉冷卻水通水流量比3 m升層倉的通水流量提高約15%。

(3)內部溫度發展情況對比。

從表6可以看出，4.5 m升層倉最高溫度出現時間較3 m升層倉晚，升溫幅度也較大;雖然4.5 m升層倉混凝土最高溫度較3 m升層倉大，但是通過調整冷卻通水溫度和流量，仍可將最高溫度控制在設計要求范圍內。

表6 4.5 m升層倉與相似環境下3 m升層倉混凝土內部溫度發展對比表

5 施工效率分析

采用4.5 m升層方案，能夠減少備倉和澆筑次數，減少設備轉倉次數和時間，提高施工效率。以17#壩段1 634～1 733 m高程為例，3 m升層施工周期為8 d，4.5 m升層施工周期為10 d;全部采用3 m升層方案需時264 d，全部采用4.5 m升層方案需時220 d，采用4.5 m升層方案，可以縮短工期44 d。分析結果表明，在高拱壩結構較為簡單的部位全面采用4.5 m升層方案能夠較大地提高施工效率。

6 結語

通過4.5 m升層混凝土澆筑生產性試驗可以得出以下結論:(1)強化澆筑過程控制，進行精細化管理，能夠大幅度提高混凝土入倉強度，縮短坯層覆蓋時間，有利于混凝土內部溫度控制;(2)采用4.5 m升層懸臂大模板，能夠解決模板變形問題，滿足大壩體形要求;(3)4.5 m升層倉的冷卻通水流量比3 m升層倉提高約15%，可以將混凝土最高溫度控制在設計范圍以內;(4)4.5 m升層倉對相鄰壩塊的混凝土內部溫度影響小;(5)將4.5 m升層的混凝土間歇期調整為8 d較為適宜。試驗結果表明:在錦屏一級水電站高拱壩施工中采用4.5 m升層澆筑混凝土是可行的。