溪洛渡水電站高線混凝土系統

董加利

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水電站大壩工程主體混凝土607萬m3。高線混凝土系統布置于右岸壩頭，主要供應有溫控要求的大壩混凝土。工程所用的混凝土骨料分別為玄武巖粗骨料和灰巖細骨料。

2 設計基本資料

2.1 地形、地質及周邊條件

大壩高線混凝土系統位于右岸壩肩至二坪溝之間，順江長320～340m。地形上呈陡緩相間，560m高程以下為陡壁;560～620m高程為寬約60～70m的12層中等緩坡，地形坡度一般30°～40°;620～700m高程為13層玄武巖陡壁;700～715m高程為寬約45～50m的平臺;715～730m高程為14層基巖小陡坎，不連續分布;730m高程以上為堆積體中等緩坡，地形坡度一般30°～40°。高線混凝土系統后緣坡體較完整，沒有大的沖溝分布，僅發育2條小的沖溝;但在高線混凝土系統下游側發育的二坪溝，切割較深，溝源較長，洪水期水量較大。

該場地上游連接壩肩，周邊無直接連接道路，僅有上壩道路4號公路隧道段可連接。

2.2 壩區氣候條件

壩址區年平均氣溫為19.7℃，極端最高氣溫41.0℃;年平均日照小時數為954.6h，年平均相對濕度66%，有明顯的旱雨季。氣溫驟降不頻繁，多年平均3次，多發生在2、3月;壩區多風，年平均風速2.9m/s。

2.3 混凝土溫控要求

根據水工溫控設計推薦的混凝土入倉溫度要求，大壩約束區混凝土最低入倉溫度為10℃，非約束區最低入倉溫度為14℃，考慮混凝土運輸、澆筑過程中的溫度回升，混凝土出機口溫度按7℃和12℃控制。

2.4 混凝土系統生產任務

溪洛渡水電站大壩作為典型的高山峽谷地區高混凝土拱壩，采用纜機作為混凝土入倉垂直運輸的主要手段。設置4臺30t平移式纜機，吊罐容積為9m3，在壩頂高程設置雙車道供料線，寬度為16.0m，并在供料線下方設置混凝土吊罐放置平臺，所擬定混凝土運輸車單車容積為9m3。

大壩高線混凝土系統主要供應4臺纜機混凝土入倉要求，混凝土總量約578.0萬m3，大壩混凝土澆筑從第5年12月到第10年8月，總工期57個月，月平均澆筑強度為10.14萬m3，高峰月澆筑強度為16.36萬m3。結合澆筑措施和前期工作成果，混凝土系統需滿足常態混凝土設計生產能力600m3/h、預冷混凝土設計生產能力500m3/h的要求。

3 混凝土生產系統設計

高線混凝土系統布置于右岸壩頭610.0m高程，主要供應有溫控要求的大壩混凝土，按滿足混凝土月高峰澆筑強度16.36萬m3設計，設置兩座4×4.5m3型混凝土拌和樓和兩座制冷樓，常態混凝土設計生產能力600m3/h，冷混凝土設計生產能力500m3/h，三班制生產。

3.1 混凝土生產工藝

粗、細骨料分別由粗、細骨料砂石加工廠運至本系統705.0m平臺的4個粗骨料豎井和2個砂豎井中堆存，砂經自然冷卻后直接送入拌和樓待用，粗骨料則經二次篩分和一次風冷后送入拌和樓待用。粗骨料通過骨料豎井底部出料膠帶機送入位于拌和平臺中部的二次篩分樓，經篩分分級后送入位于拌和平臺下游端的8個鋼質骨料預冷料罐(L×B×H=4m×4m×19m)，經過一次風冷后，進入拌和樓料倉進行二次風冷和骨料保溫。

膠凝材料庫設在705.0m平臺下游端的傾斜平臺上，由8個1 500t水泥罐、4個1 000t粉煤灰罐組成，庫中的水泥和粉煤灰采用氣力輸送，經管路送入拌和樓上粉料罐。

在拌和樓附近設立水池和外加劑車間，拌和用水和添加劑通過管路送入拌和樓上水箱和外加劑儲液箱。預冷混凝土需要的片冰從制冷樓冰庫通過管道采取氣力送入拌和樓上的冰倉，冷水則由制冷樓直接送入拌和樓上水箱。

各種骨料、粉料、水、片冰和外加劑溶液經稱量后送入攪拌機拌和，拌制后倒入拌和樓卸料斗，經運輸汽車送至供料線下方的混凝土吊罐放置平臺卸入吊罐，由纜機吊運送至各混凝土澆筑工作面。

3.2 拌和系統設備選擇及布置

高線混凝土系統分兩階布置在右岸壩肩至二坪溝之間，由兩座4×4.5m3型混凝土拌和樓，配套制冷系統，粗、細骨料儲運系統，二次篩分車間，膠凝材料儲運系統，外加劑車間，廢水處理車間等組成。

3.2.1 拌和樓

根據混凝土澆筑強度計算，混凝土小時生產強度為491m3。可選用2座4×4.5m3型水工混凝土拌和樓(常態混凝土銘牌產量360m3/h)，或3座4×3.0m3型水工混凝土拌和樓(常態混凝土銘牌產量240m3/h)。兩類拌和樓均是雙斗雙線出料拌和樓。4×4.5m3型拌和樓單罐單次混凝土產量為4.5m3，2個罐共用1個排料斗，單次產量為9m3;4×3.0m3型拌和樓單罐單次混凝土產量為3.0m3，2個罐共用1個排料斗，單次產量為6m3。從混凝土拌和樓單個循環單斗供料能力來看，4×4.5m3型拌和樓單斗單次供料能力剛好符合單次混凝土運輸車能力;而4×3m3型拌和樓則需要多1個循環時間才能滿足運輸數量要求，下一次則需要多1個排料時間才能滿足要求，設備利用率較低，調度復雜;再加上拌和系統場地緊張，布置3座拌和樓及配套的出料線路、上樓膠帶機等十分困難，故系統選用2座4×4.5m3型水工混凝土拌和樓。為縮短混凝土運輸距離，拌和樓盡量靠近壩肩纜機供料線;為混凝土運輸車行車暢通，兩座拌和樓出料線方向基本與河流方向平行，前后錯開布置。

3.2.2 制冷系統

在水電站施工中，通常采取的制冷措施主要為預冷骨料、加冷水和片冰拌和。本工程所處地區氣溫高，也考慮采用粗骨料預冷、加冷水和片冰的措施來降低混凝土溫度。

粗骨料預冷采用二級預冷措施，一級預冷為調節料倉一次風冷，將粗骨料冷卻至8～9℃;二級預冷為拌和樓骨料倉二次風冷，將粗骨料冷卻至2～3℃。在拌和樓內加2.5℃冷水和－10℃片冰拌和，每立方米混凝土加冰量不超過50kg。在氣溫偏低時候，通過采取上述部分措施，可滿足混凝土出機口最低溫度7℃和12℃的要求。

制冷系統主要設施包括制冷樓、一次風冷制冷車間、一次風冷料倉。一次風冷制冷車間布置在705.0m高程平臺，供應一次風冷所需冷風。風冷料倉為2座16m(長)×4m(寬)×19m(高)的骨料倉，位于610m平臺，分別用來預冷150～80mm、80～40mm、40～20mm、20～5mm 四種骨料，每種骨料兩個料倉，每個骨料倉容量為200m3，可使骨料冷卻時間超過60min，使骨料達到更好的冷卻效果。制冷樓布置在610.00m高程拌和樓附近，共2座，尺寸為22m(長)×12m(寬)×29.5m(高)，每座制冷樓供應1座拌和樓需要的片冰和冷水。單座制冷樓片冰生產能力為250t/24h，冷水生產能力為30m3/h，每座制冷樓上均設容量150t的片冰庫。

3.2.3 粗、細骨料豎井

混凝土拌和系統在705.00m高程平臺設6個豎井，其中4個粗骨料豎井堆存四種粒徑的粗骨料，為防止骨料跌落產生遜徑，豎井內設置了緩降裝置。豎井直徑12m，深65m，單個容量約7 000m3，共計28 000m3。細骨料儲存在705.00m高程的2個直徑10m、深57m的細骨料豎井，經過2～3天的自然冷卻后送入拌和樓。為避免骨料受日照升溫，在豎井口設有遮陽棚。

3.2.4 二次篩分車間

篩分車間設在610.00m平臺最下游，配1臺2YKR3060和2臺2YKR2460雙層振動篩，采用濕篩法，前后分階篩，以提高骨料脫水效果;篩分廢水經水槽送入水處理車間處理，粒徑小于5mm的棄渣用汽車運往棄料場。

3.2.5 膠凝材料庫

水泥和粉煤灰庫設于705.0m平臺下游端傾斜平臺上，有8個1 500t水泥罐、4個1 000t粉煤灰罐，可滿足混凝土高峰期10d的用量。水泥和粉煤灰均采用氣力輸送，選用耗氣量小、輸送量大的倉式氣化泵，所需用風則由設在膠凝材料庫附近的供風站供應。

3.2.6 廢水處理車間

廢水處理車間設在拌和平臺下游端，處理拌和系統生產造成的廢水，主要是二次篩分的廢水。

3.2.7 交通運輸

系統主要運輸任務為運輸成品混凝土至大壩供料線。混凝土運輸車裝料后向上游行車前往壩肩，卸料后通過供料線循環道路回到4號公路隧道段，經4號公路隧道段與混凝土系統之間的進場道路回到拌合樓前排隊等候調度。在下游595.00m平臺與4號公路隧道之間設有出場道路，以便水處理車間棄渣清運。705.00m平臺下游端直接與場內6號公路、8號公路相連，并在膠凝材料庫和骨料豎井前設有回車場地，平臺上各車間運輸條件良好。

混凝土拌和系統上平臺設施的主要功能是混凝土骨料和膠凝材料倉儲，下平臺設施的主要功能是骨料的二次篩分、冷卻和成品混凝土的生產。混凝土拌和系統主要車間布置見圖1。

圖1 混凝土拌和系統主要車間的布置

4 混凝土系統拌和平臺后邊坡設計

4.1 基本條件

大壩高線混凝土系統基礎涉及的基巖主要為二疊系上統峨眉山玄武巖12、13、14層和宣威組粉砂巖夾黏土巖、泥頁巖。玄武巖屬極堅硬巖類，強度較高，吸水率較低;黏土巖、泥頁巖屬軟巖類，強度較低，吸水率較高，遇水易軟化，風化較嚴重。560～620m高程中等緩坡區和700～715m高程平臺區，多為第四系崩坡積物所覆蓋，靠內、外側基巖有零星出露，覆蓋層厚度一般1～8m，由塊碎石土組成，結構較松散。巖體風化卸荷較強，強卸荷一般水平深度20～25m，垂直深度8～12m;弱風化上段(弱卸荷)一般水平深度45～55m，垂直深度35～40m;弱風化下段一般水平深度60～90m，垂直深度60～70m。

混凝土系統邊坡主要涉及由冰水冰川堆積的含孤塊碎礫石和崩坡積的塊碎石土，巖(土)體力學參數建議值見表1。

4.2 邊坡開挖支護

4.2.1 馬道設置及坡比

610～720 m高程間的主要巖流層為 P2β12、P2β13，P2β13和 P2β12層，上部均為直立陡壁，兩壁高約25～35m，之間為寬約5～10m的臺地，總體坡度約1∶0.35～1∶0.4，天然邊坡整齊，無明顯的貫穿性卸荷拉張裂縫，無大的崩塌現象，天然邊坡穩定。

在可研階段考慮該邊坡為自然穩定邊坡，以不挖、少挖邊坡結合清理危險源的原則，對該邊坡進行清理和小范圍的支護。在技施階段考慮混凝土系統拌和平臺場地狹窄，加上系統后邊坡高度大，自然坡度陡峭，下方混凝土系統運行時間長達10年，擬對該邊坡進行退坡開挖，既能提供較寬的拌和平臺，也能清除掉后坡的安全隱患。平臺后坡640.0m、670.0m高程設置兩道3m寬馬道，開挖坡比按1∶0.3～1∶0.15控制。

表1 地基巖(土)體力學參數建議值

4.2.2 邊坡開挖支護

混凝土拌和平臺后邊坡開挖根據巖石情況采取分段坡比控制，拌和平臺至640m馬道間邊坡開挖坡比為1∶0.3，640m馬道至670m馬道間邊坡開挖坡比為1∶0.2，670m馬道至705m平臺開挖坡比為1∶0.15。

邊坡全面采用掛網噴錨支護(噴混凝土C25，厚 15cm，鋼筋網 φ6.5，間距 15cm ×15cm;錨桿φ25，L=6.0m，間排距 2.0m ×2.0m，梅花形布置)，并從高出平臺0.5m的地方開始布設排水孔，坡面上按2m×2m間距，傾角外傾15°，深3m，孔徑50mm。

又考慮骨料豎井外圍巖壁較薄，對邊坡安全不利，在豎井中間加設100～200t錨索，長30～50m，排距5m。

5 結束語

決定混凝土系統生產特性的主要因素有:混凝土月澆筑強度、級配、最大單塊澆筑強度、成品混凝土的出料要求等;對系統布置影響大的其它因素有混凝土的特殊要求，如溫控、高強、早凝等。隨著混凝土系統規模的增大，其配套的粉料存儲、制冷、水處理等系統規模也增大，對場地的要求也更多。本混凝土系統配置混凝土溫控措施，靠近大壩布置，縮短了成品混凝土運距，系統建成后運行良好。

混凝土系統作為水電站建設中的主要輔助設施之一，常常規劃為臨時設施，系統設計時一般避免大規模的土石開挖和場地平整。考慮本工程混凝土總量大，系統運行時間長，系統布置場地有限，采取非常規的土石開挖和高邊坡支護，為混凝土系統布置提供較好的場地條件，保證工程主體混凝土的供應，為整個工程施工進度得到保障提供必要條件。