藏木水電站大壩混凝土施工技術

黃 瑋,洪行遠

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,四川 成都 610072)

藏木水電站大壩混凝土施工技術

黃 瑋,洪行遠

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,四川 成都 610072)

藏木水電站是地處西藏高海撥、高寒地區的第一座高混凝土壩，最大壩高116 m，工程所在地的氣候干燥、晝夜溫差大、冬季極端氣溫低，混凝土保溫、保濕及溫控防裂工作任務十分艱巨。為確保藏木大壩混凝土施工質量與進度，施工中，從混凝土配合比設計、入倉方式及溫控措施等方面，對關鍵技術進行了探討與實踐，為其他類似工程提供了良好的借鑒及參考。

藏木水電站;高海拔高寒;混凝土;溫控;施工

1 工程條件

1.1工程特性

藏木水電站是雅魯藏布江中游桑日～加查峽谷段5級水電開發的第4級，上游接街需電站，下游為加查電站。工程位于西藏自治區加查縣境內，大壩為混凝土重力壩，壩頂高程3 314.00 m，正常蓄水位3 310.00 m，壩頂總長387.50 m。最大壩高116 m，最大壩底寬95.10 m。

樞紐布置格局為“重力壩+壩后式廠房”，由左右岸擋水壩、溢流壩、廠房壩段、沖砂底孔壩段和壩后式地面廠房等組成。大壩共分19個壩段，其中，1號、2號為左岸擋水壩段，17～19號為右岸擋水壩段，3～8號壩段為溢流壩段，9號、16號為左右沖砂底孔壩段，10～15號壩段為廠房擋水壩段，大壩在(壩)0+040.00 m處設1條縱縫。壩后式廠房安裝6臺85 MW發電機組，總裝機容量510 MW。

工程施工采用“左岸明渠全年導流，二期基坑全年施工”的導流方式，導流及主體工程分三期。即：一期進行左岸導流明渠(含1號、2號擋水壩段)修建；二期進行主河床內的大壩、廠房修建；三期完建明渠內的3號、4號溢流壩段。

1.2 水文氣象

雅魯藏布江徑流主要由降水、冰雪融水和地下水補給組成，工程所在的雅魯藏布江中游徑流補給以降雨為主，地下水和融雪水也占較大比重。徑流的年內分配不均，豐水期(6～10月)多年平均流量1 860 m3/s，占年徑流量的79.6%，枯水期(11月～翌年5月)多年平均流量344 m3/s，占年徑流量的20.4%。徑流年際變化較小，最豐水年平均流量1 710 m3/s，僅為最枯水年年平均流量483 m3/s的3.54倍。

工程位于高原溫帶季風半濕潤氣候地區。加查氣象站(測站高程3 260.0 m)位于壩址下游約15 km處，有1978年至2004年的實測降水、氣溫、蒸發、濕度等資料。根據實測資料統計，多年平均氣溫9.2 ℃， 極端最高、最低氣溫分別為32.0 ℃、-16.6 ℃；多年平均降水量540.5 mm，歷年一日最大降水量51.3 mm；多年平均相對濕度51%，歷年最小相對濕度為零；多年平均風速1.6 m/s，多年最大風速19 m/s，相應風向SE；多年平均蒸發量2 075.2 mm。

1.3 工程地質

藏木水電站地處青藏高原中段之東南部，總體地勢北西高南東低，自西向東呈階梯式遞降，自南而北波狀起伏。山頂平均海拔5 000 m以上，山脈延伸方向、雅魯藏布江流向受構造格架控制，總體近東西向。

雅魯藏布江以S40°E流經壩區，河道順直。枯水期水面寬100～150 m，水深一般4～6 m，河水位高程約3 249 m。壩址兩岸山體雄厚，地形較完整，河谷深切呈“V”字型，谷坡陡峻，臨江坡高大于1 000 m。左壩肩自然邊坡高程3 250～3 270 m坡度約45°～60°，3 270～3 400 m坡度約35°～45°，3 400～3 800 m坡度約50°～60°；右壩肩自然邊坡高程3 240～3 400 m自然坡度約60°～70°，高程3 400～3 900 m自然坡度約40°～50°。兩岸大多基巖裸露，河邊分布少量漫灘，下游坡腳及局部斜坡地帶分布少量崩坡積塊碎石土，階地不發育。

壩區發育4條沖溝，右岸有熊瑪溝及白溝，左岸有白助溝及一號溝。

2 混凝土配合比設計

大壩混凝土配合比設計中，考慮到供應渠道和運輸成本，水泥主要采用西藏拉薩水泥、華新水泥，粉煤灰主要用甘肅平涼粉煤灰進行試驗。鑒于大壩混凝土溫控的特殊性，試驗增加了峨勝中熱水泥，以此比較三者的混凝土性能，特別是熱學性能之間的差異。

根據已經確定的最優級配、最佳砂率等混凝土配合比參數，摻0.7%ZB-1A高效緩凝減水劑、AEA202引氣劑和30%平涼Ⅱ級粉煤灰，拉薩P.O.42.5、華新P.O.42.5和峨勝P.MH42.5三種水泥進行大壩混凝土基本性能試驗。

根據試驗結果，由于C25、C30混凝土標號較高，而摻30%Ⅱ級平涼灰中峨勝P.MH42.5水泥混凝土早期抗壓強度相對較低，且早期強度低于拉薩P.O.42.5和華新P.O.42.5水泥的混凝土，故C25、C30標號未推薦峨勝P.MH42.5水泥的混凝土配合比。

大壩混凝土各強度等級推薦配合比列于表1。

表1 大壩混凝土各強度等級推薦配合比

3 大壩混凝土施工

3.1 混凝土系統

樞紐工程混凝土總量約338萬m3(其中，大壩混凝土200.36萬m3)。根據樞紐布置等情況，全工程設1個混凝土系統，位于壩址下游右岸約3 266～3 290 m高程，距壩址約600 m。根據施工總進度，需滿足混凝土高峰期月平均澆筑強度約10.90萬m3/月，故設2座HL236-4F3000型混凝土拌和樓，設計生產能力360 m3/h，三班制生產。

骨料由20 t自卸汽車從骨料加工系統成品骨料堆運至本系統約3 284 m高程的6個φ20 m成品骨料罐(高約14 m)，其中2個砂罐，粗骨料經B1000 mm膠帶輸送機送入二次篩分車間(設置在3 276 m高程處)進行篩分，剔除遜徑后堆存在暫存料倉(設置在3 270 m高程平臺)，后經B1000 mm膠帶輸送機輸送至拌和樓。細骨料由B1000 mm膠帶輸送機從骨料罐輸送至拌和樓。

水泥和粉煤灰庫設于3 266 m高程，由10個1 500 t水泥罐儲存，其中3個為粉煤灰罐，可滿足混凝土高峰期15 d的用量。系統的水泥、粉煤灰均采用氣力輸送，用風量較大，約為160 m3/min，系統內設供風站，選用5L-40/8型空壓機5臺，其中1臺備用。

3.1.1 制冷系統

制冷系統主要承擔大壩、廠房的預冷混凝土制冷生產，出機口溫度要求分別為10 ℃(大壩約束區，5～9月)、14 ℃(大壩非約束區，5～9月)。根據計算機模擬、大壩澆筑進度以及施工總進度安排，冷混凝土(即扣除可不加制冷措施的混凝土量)總量約為65.8萬m3，其中，10 ℃混凝土約11.7萬m3，14 ℃混凝土約54.1萬m3。

經計算，混凝土材料僅在5～9月份需預冷措施，預冷措施包括：拌和樓料倉風冷粗骨料、加4.0 ℃冷水和-10 ℃片冰拌和。冷風、拌和及制片冰用冷水、片冰在制冷樓內生產。拌和樓粗骨料料倉安裝附壁式冷風機。

3.1.2 制熱系統

工程所在地區冬季氣溫較低，冬季1、2、11、12月平均氣溫分別為0 ℃、2.7 ℃、4.7 ℃、0.6 ℃，上述4個月的混凝土出機口溫度要求均為10～15 ℃，因此，混凝土需要制熱，熱混凝土總量約為108.5萬m3。

經計算采取的制熱措施為：加60 ℃熱水拌和，粗、細骨料罐內設置熱水排管加熱骨料至6 ℃。鑒于砂石加工廠冬季施工時在砂堆內已設置蒸汽排管對砂堆進行加熱保溫，以防結冰，需總供熱量250萬kcal/h。設備選取KZG2-8型(額定蒸發量2t/h)臥式快裝鍋爐3臺，筒體公稱直徑800 mm的汽水熱換器2個，骨料加熱排管直徑×間距為Φ108 mm×800 mm。

3.2 大壩混凝土澆筑

3.2.1 澆筑方案

根據施工總進度安排，大壩施工(尤其是二期工程施工)是控制工程發電工期的關鍵項目。因此，根據大壩布置特點、導流方式、壩區地形地質條件進行大壩混凝土施工方案研究和比較，選定技術可行、經濟合理的大壩澆筑方案，對確保施工進度、質量和安全，保證工程按時發揮效益，具有特別重要意義。

施工設計中，分別研究了以下方案。

3.2.1.1 門機為主、其他設備輔助方案

在本工程的大壩布置和地形條件下，采用MQ600型門機作為大壩混凝土入倉運輸方式，需在大壩上游側約3 235.00 m高程架設棧橋布置4臺門機、在大壩下游側廠房和大壩之間的3 265.00 m高程架設棧橋布置4臺門機，承擔大壩二期工程混凝土施工。此外，在廠房尾水渠內布置2臺門機承擔廠房混凝土施工。共布置門機10臺。

按每臺門機月澆筑強度0.80萬m3/月估算，控制大壩二期工程的8臺門機的月澆筑強度約6.40萬m3/月，難以滿足大壩7.90萬m3/月的澆筑強度要求，由于河谷狹窄，無法再布置更多的設備。受門機起升高度限制，需要多次搭設、搬遷棧橋，修建棧橋和拆遷起重機將影響正常的混凝土施工，占用大壩混凝土澆筑的直線工期。與上述門機布置相適應，需在大壩上、下游各布置一條或幾條混凝土運輸線，運輸線路多、運距長，難以滿足大壩施工的工期要求。

3.2.1.2 纜機為主、門機輔助方案

纜機是國內、外在高山峽谷地區修建大壩、澆筑混凝土廣泛采用的主要設備。在本工程中采用纜機作為混凝土入倉的水平、垂直運輸主要手段，具有布置條件好，設備安裝不占直線工期，水平及垂直控制

范圍大等優點，與之配套的混凝土水平運輸線路集中、運距短、運輸強度高，能滿足大壩施工的工期要求。

平移式纜機控制面積為矩形，適用于高山峽谷地區，兩岸地形基本對稱，有比較平緩的地形臺階或階地，混凝土工程量大、工期長的樞紐工程。我國在內地的大、中型水利水電工程中大量采用額定起重量20 t的纜機配6 m3吊罐，作為大壩混凝土澆筑的垂直運輸手段，積累了豐富的經驗，單臺20 t纜機的平均生產率達到2.5～3.0萬m3/月，高峰月生產率達到3.0～3.5萬m3/月。

本工程壩址處的地形兩岸基本對稱，地形等高線順直，且幾乎平行于河床縱軸線，兩岸均具備布置平移式纜機的基本地形條件。因此，采用“纜機為主施工大壩、門機為主施工廠房、其他機械施工導流明渠”的方案。

具體布置為：沿樁號(壩)0-015.00～(壩)0+135.00 m,布置4臺20/25 t平移式纜機，承擔大壩約200.36萬m3(其中，二期工程167.09萬m3)混凝土的澆筑。同時，纜機可以控制到整個廠房區域，輔助進行廠房施工。

3.2.2 纜機布置方案研究及選擇

選定纜機方案后，對配置2臺30 t纜機、4臺20/25 t纜機、3臺30 t纜機進行了技術經濟比較。各方案具體比較詳見表2。

從表中可以看出，3臺30 t纜機一般用于高拱壩施工、設備采購費用最高，其他優勢也不明顯。故重點比較“2臺30 t”、“4臺20/25 t”的配置方案：

(1)2臺30 t纜機方案的混凝土罐總容積最小，4臺20/25 t較之為大。在滿足澆筑強度要求的前提下，4臺20/25 t纜機對混凝土拌和設備的配置也是有利的，尤其是對混凝土“從樓到倉”的溫控有利。

表2 纜機配置方案比較

(2)2臺30 t纜機方案同時澆筑的倉號僅1個，適合不分縱縫的大壩。本工程大壩設縱縫、多倉澆筑，配置4臺20/25 t纜機較好。國內采用纜機做主要澆筑手段的工程，都配置3臺及3臺以上，最多6臺，以澆筑為主，并承擔鋼筋、倉面設備的吊運、轉運等工作。

(3)配置2臺30t纜機，1臺纜機故障后的損失率最大(50%)。而配置4臺20/25 t纜機，1臺纜機故障后的損失率最小(25%)，這對地處西藏的工程意義尤其重大。配置2臺30 t纜機，由于設備數量最少，抽調纜機進行大壩施工輔助作業、纜機輔助廠房施工的靈活性也較差。

(4)根據初步詢價，配置2臺30 t纜機，設備采購總費用高于4臺20/25 t纜機。同時，由于其水平輪壓約為20/25 t纜機的1.50倍，必然導致土建工程費用高于20/25 t纜機。此外，30 t纜機的安裝、運行難度也較20/25 t纜機大。

(5)在整個大壩施工設備中，纜機的用電負荷最大，其中起升機構占纜機用電負荷的2/3左右，其電動機起動時對施工電網的沖擊值得重視。20 t纜

機的起升機構電動機功率較30 t纜機的起升機構電動機小大約1/3，適合藏木工程施工電網較差的實際。

(6)2臺30 t纜機與4臺20/25 t纜機相比，月澆筑強度相當。本工程混凝土月澆筑強度最大約8.00萬m3/月，最小約1.6萬m3/月，配置4臺20/25 t纜機即可。

因此，選定4臺20/25 t纜機。

確定混凝土澆筑方案，選擇纜機規格、數量、布置型式后，結合大壩布置、壩區地形地質條件，進行纜機的具體布置。纜機采用平移式，布置在同一高程，兩岸平臺高程確定為3 375.00 m，平臺長度方向基本沿等高線布置，長度初擬為156.00 m(鋼軌長度的整數倍)，主車平臺開挖寬度16.0 m，副車平臺開挖寬度12.00 m。主車布置在地質條件較好的右岸，與混凝土系統、混凝土供料線在同一岸，有利于施工組織和管理。

纜機的初步布置參數見表3。

將上述纜機的速度參數作為大壩混凝土澆筑計算機模擬程序中纜機垂直運輸混凝土的主要參數進行模擬計算，結果表明，采用上述速度參數的纜機進行大壩混凝土澆筑、施工，單臺和/或多臺纜機作業的小時澆筑強度、循環次數等，均滿足澆筑大壩各種倉面的要求，大壩施工的總工期也滿足導流規劃、大壩擋水度汛、發電和完建等工期要求。

表3 藏木工程纜機主要技術參數

3.2.3 大壩混凝土澆筑

大壩混凝土澆筑分為一期、二期和三期。一期大壩澆筑結合左岸導流明渠施工進行，二期混凝土施工指4孔溢流壩段、廠房壩段、沖砂底孔壩段和右岸擋水壩段的混凝土澆筑，混凝土總量約167.09萬m3；三期混凝土施工主要指明渠結合段內的2孔溢流壩施工。

壩體混凝土澆筑采用4臺20 t/25 t纜機為主，混凝土拌和系統布置在大壩右岸下游約650 m處，高程3 266.00 m，根據本工程混凝土供料線的地形條件和混凝土澆筑強度要求，混凝土采用25 t自卸汽車經供料線運輸至供料平臺，轉纜機吊6 m3不摘鉤吊罐入倉。采用組合鋼模板，平倉振搗機振搗。

由于工程所在地冬季氣溫較低，且晝夜溫差大，因此，大壩冬季施工時，綁扎鋼筋、立模板等倉面準備作業考慮兩班制，夜晚停止施工。

3.2.4 大壩混凝土溫控設計

藏木大壩是西藏的第一座高混凝土壩，壩頂高程3 314 m，正常蓄水位3 310.00 m，最大壩高116 m。電站所處的青藏高原屬于典型的高海拔、高寒地區，與低海拔、溫暖濕潤地區相比，工程特點體現在以下兩方面：

(1)氣象特征：海拔高、氣溫低、晝夜溫差大；降水少，地區差異大；太陽光照強，日照時間長；氣候干燥而多大風等。

(2)水文特征：冰川融水補給多，水量較大，水溫較低。

壩址區特殊的氣候條件使得其在施工期及運行期需要采取的溫控防裂措施也更為特殊，溫控防裂將更要有針對性。主要體現在以下幾方面：

(1)冬季(每年11～翌年2月)極端最低氣溫-16.6 ℃，具有高原、高寒地區的氣候特點，混凝土施工的防凍問題突出，需做好混凝土施工從骨料生產到倉面澆筑一系列環節的保溫措施。

(2)夏季(5～9月)氣溫較高，雖夏季氣溫較內地偏低，但地處高原，太陽輻射較內地強，必須采取降低出機口溫度、防止混凝土運輸過程溫度回升、水管冷卻等有效人工降溫措施，把混凝土最高溫度控制在允許范圍內，并做好混凝土澆筑的倉面流水養護。

(3)壩區晝夜溫差大，日平均晝夜溫差冬季達22.1 ℃，夏季亦達14.7 ℃，需加強混凝土表面保護，防止內外溫差過大導致混凝土開裂。

(4)寒潮襲擊無季節性，突發性強，且降溫幅度較大。

3.2.4.1 澆筑層厚及間歇期

在滿足澆筑計劃的同時，基礎強約束區混凝土澆筑層厚1.5 m，基礎弱約束區和自由區混凝土澆筑層厚3.0 m，最小間歇期5～7 d，最大層間歇期不宜超過21 d。

3.2.4.2 出機口溫度

(1)壩體、消力池5～9月混凝土出機口溫度不高于10 ℃， 11月～翌年3月上旬混凝土出機口溫度不低于10 ℃。

(2)要求高溫季節(5～9月)對混凝土骨料采用風冷等措施進行預冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出機口溫度；低溫季節(11月～翌年3月上旬)，澆筑混凝土應采取加熱水拌和等措施提高混凝土出機口溫度，熱水溫度不高于60 ℃。

3.2.4.3 控制澆筑溫度

(1)本工程屬于高原地區，高溫季節太陽輻射強，混凝土在運輸、平倉過程中不可避免有溫度回升，因此，采用綜合措施減少運輸過程中溫度回升，從出機口到倉面，入倉溫度夏季回升一般控制在1 ℃以內。低溫季節混凝土出機后，從出機口到倉面，入倉溫度回落一般亦控制在1 ℃以內。為此，低溫季節和高溫季節均需在運輸車輛周邊及混凝土吊罐外側采取保溫隔熱措施。

(2)要求高溫季節控制混凝土從出機口至上坯混凝土覆蓋前的溫度回升值不超過4 ℃，低溫季節控制混凝土從出機口至上坯混凝土覆蓋前的溫度回落值亦不超過4 ℃。

(3)高溫季節，盡量避免高溫時段澆筑混凝土，充分利用早晚及夜間氣溫低的時段澆筑；低溫季節，盡量避免夜間澆筑混凝土，充分利用白天澆筑。

(4)當澆筑倉內氣溫高于23 ℃時，進行倉面噴霧，至上層混凝土澆筑準備工作開始時結束，以降低倉面環境溫度。噴霧時水分不應過量，要求霧滴直徑達到40～80 μm，以防止混凝土表面泛出水泥漿液。

(5)每年11月初～翌年3月上旬，日平均氣溫低于5 ℃，混凝土即進入低溫季節施工。混凝土施工要采取措施，使混凝土的澆筑溫度不低于6 ℃。同時，在基巖面上或老混凝土上澆筑混凝土前，檢測表面溫度，如為負溫，加熱至正溫，深度不小于10 cm。

(6)夏季混凝土澆筑，每一坯層(0.5 m左右)澆筑完畢在上一層覆蓋前，每天高溫時段采用覆蓋保溫被或導熱系數不大于0.158 kJ/m.h.℃、5 cm厚的聚苯乙烯卷材，以減少混凝土的溫度倒灌。保溫被尺寸2 m×3 m，表面具有防水性能，并搭接嚴密。

3.2.4.4 通水冷卻

對于大壩需進行接縫灌漿部位(含縱縫頂端上方9 m)的混凝土均需布置冷卻水管；對于大壩無接縫灌漿的部位，3月中旬～10月澆筑的約束區混凝土需布置冷卻水管，11月～翌年3月上旬澆筑的混凝土可不布置冷卻水管。

大壩基礎約束區水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)方式，自由區3月中旬至10月澆筑的混凝土水管布置為1.5 m×1.5 m(水平×豎直)、11月～翌年3月上旬澆筑的混凝土水管布置為2.0 m×1.5 m(水平×豎直)，壩體孔口區域(孔口上下各15 m)冷卻水管3月上旬～10月澆筑采用1.5 m×1.0 m(水平×垂直)布置方式，其他季節澆筑采用1.5 m×1.5 m(水平×垂直)布置方式。

3.2.4.5 混凝土表面保護及養護

(1)低溫季節(11月～翌年3月上旬)澆筑的混凝土，采取鋼模板內貼3 cm厚聚苯乙烯保溫板和一層土工膜，同時在鋼模板外側嵌貼5 cm厚聚苯乙烯保溫板。每層混凝土澆筑結束后，在其上表面采用一層土工模和3 cm厚聚苯乙烯保溫卷材壓緊覆蓋或采用同樣效果的保溫被，拆模后內貼保溫材料固定在混凝土表面。

保溫板和保溫卷材的導熱系數不大于0.158 kJ/m.h.℃、表觀密度不小于32 kg/m3、吸水率不大于1%，并具有阻燃性能。土工膜采用聚乙烯(PE)薄膜，厚度0.6 mm。

(2)3月中旬～10月澆筑混凝土，模板外側嵌貼5 cm厚聚苯乙烯保溫板，防內外溫差和太陽幅射，新澆混凝土層面應采用濕養護法進行大于28 d的養護，對于側面，保持持續濕潤，養護應全面且不間斷的進行，避免干濕交替，模板與混凝土表面在模板拆除之前及拆除期間亦應保持潮濕狀態；混凝土澆筑層上表面采取蓄水流水養護，直到上一層混凝土開始澆筑。

養護結束后大壩上游面粘貼5 cm厚聚苯乙烯保溫板，大壩下游面粘貼3 cm厚聚苯乙烯保溫板，側面采用3 cm厚保溫卷材封閉保溫；養護結束后消力池混凝土粘貼3 cm厚聚苯乙烯保溫板。

(3)氣溫驟降期間應暫停保濕養護，對齡期未滿28 d的混凝土采用5 cm厚苯乙烯保溫卷材進行全面保護，并對棱角部位采取加強措施。

(4)冬季澆筑的混凝土應適當推遲拆模時間，氣溫驟降期間不允許拆模。

(5)大壩廊道、底孔等孔洞部位，除按要求進行保護外，應及時進行洞口封閉，防止形成風道。

(6)蓄水前，拆除大壩上游面保溫板，檢查裂縫情況，并根據裂縫性狀，分別進行處理。

4 結 語

在藏木水電站工程建設工程中，參建各方克服了勞動力短缺、物資匱乏、原材料復雜、混凝土配合比組合多、主體工程施工工期緊、溫控防裂工作任務艱巨等一系列困難，徹底扭轉了大壩主體混凝土開始澆筑時間較可研工期滯后半年的被動局面，二期大壩已于2014年6月15日全面澆筑至壩頂高程，較可研工期提前半個月；大壩混凝土實際施工時間為25.5個月，較可研工期縮短7.5個月；大壩沒有出現危害性裂縫，目前1～6號機組已全部投產發電。

2016-08-23

黃瑋(1981-)，男，江西宜豐人，碩士，工程師，從事水利水電工程施工組織設計工作。

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1003-9805(2017)01-0099-06