黃登水電站大壩碾壓混凝土施工技術研究

肖九庚，趙 毅

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內，采用堤壩式開發，是瀾滄江上游曲孜卡至苗尾河段水電梯級開發方案的第六級水電站，以發電為主。上游與托巴水電站、下游與大華橋水電站相銜接，壩址位于營盤鎮上游。工程樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、泄洪放空底孔、左岸折線壩身進水口及地下引水發電系統組成，如圖1所示。碾壓混凝土重力壩壩頂高程1 625 m，最大壩高203 m，壩頂長464 m。壩體共分20個壩段，從右至左依次為1號～7號壩段為右岸非溢流壩段；8號～11號壩段為泄洪建筑物壩段，中間布置3個尺寸為15 m×21 m的溢流表孔，兩側布置2個尺寸為5 m×8 m的泄洪放空底孔；12號～15號壩段為左岸非溢流壩段，其中12號壩段布置上壩電梯、14號壩段為轉折壩段；16號～19號壩段為進水口壩段，布置4臺機組進水口；20號壩段為左岸非溢流壩段。壩頂全長464 m。壩體總工程量約為常態混凝土88.8萬m3、碾壓混凝土261.9萬m3。

圖1 碾壓混凝土重力壩布置示意

2 混凝土生產系統

工程布置甸尾和梅沖河兩座混凝土生產系統。甸尾大壩混凝土生產系統布置于大壩下游左岸甸尾附近的進廠公路內側，與甸尾導流洞、廠房混凝土生產系統相鄰，系統設計規模為：配置2座HL360-2S6000L型強制式拌和樓，2座樓的常態、碾壓混凝土銘牌產量分別合計為720、600 m3/h，預冷混凝土產量合計600 m3/h。梅沖河混凝土生產系統布置于壩址上游梅沖河出口附近，拌和樓布置于原始地形1 621.50 m高程，配置兩座HL320-2S4500L型強制式拌和樓，常態混凝土銘牌產量為640 m3/h，預冷混凝土銘牌產量500 m3/h。

表1 大壩碾壓混凝土分區入倉特性統計

3 大壩碾壓混凝土分區規劃

3.1 大壩碾壓混凝土入倉方式

黃登水電站碾壓混凝土入倉方式主要有：自卸汽車直接入倉澆筑、自卸汽車運輸→滿管溜槽→自卸車倉內倒運、供料皮帶運輸→滿管溜槽→自卸汽車倉內倒運、自卸汽車運輸→滿管溜槽→皮帶轉運→滿管溜槽+自卸汽車倉內倒運、自卸汽車運輸→寬溜槽→自卸汽車倉內倒運、自卸汽車運輸→皮帶運輸→布料機等方式。

(1)自卸汽車直接入倉澆筑(見圖2)。在入倉口倉外設洗車平臺和脫水路段，入倉口倉內采用常態混凝土提前澆筑入倉道路，自卸汽車載碾壓混凝土依次通過洗車平臺、脫水路段、入倉路至碾壓倉內卸料，自卸汽車入倉口設置在壩體下游，入倉道路在碾壓倉澆筑完成備倉間歇期間填筑不斷加高至自卸汽車爬坡極限坡度。

圖2 自卸汽車直接入倉澆筑示意(單位：mm)

(2)自卸汽車運輸→滿管溜槽→自卸車倉內倒運。滿管溜槽采用矩形和圓形2種截面形式，根據壩基兩岸施工道路分別布置在左岸高程1 500.00、1 560.00、1 625.00 m平臺，右岸6壩段高程1 528.00、1 560.00 m平臺、2壩段高程1 623.00 m平臺。每個平臺布置2組以上滿管溜槽以滿足澆筑強度需求和交替檢修需求。根據實際使用經驗，圓形截面滿管溜槽較矩形截面滿管溜槽效率高、故障頻率小。

3.2 大壩碾壓混凝土分區施工

根據壩基兩岸施工道路和地形特點，碾壓混凝土按不同高程、不同入倉方式、倉面面積、施工季節、資源配置等特點進行分區施工，大壩碾壓混凝土分區特性表見表1。

4 碾壓混凝土工藝指標

黃登水電站大壩碾壓混凝土工藝指標主要有：

(1)碾壓混凝土鋪筑層以固定方向逐條帶鋪筑，條帶鋪料、平倉、碾壓作業方向與壩軸線方向平行。

(2)攤鋪厚度按33～35 cm控制，壓實厚度按30 cm控制。

(3)卸入倉面的混凝土及時平倉、碾壓，壓條帶作業時間不大于2 h。

(4)振動碾行走速度控制在1.0～1.5 km/h 范圍內，走向偏差在20 cm內。

(5)碾壓遍數2+6+2(靜碾+振動碾+靜碾)，碾壓條帶間的搭接寬度為10～20 cm，端頭部位的搭接寬度不小于100 cm。

(6)碾壓條帶作業結束后，每層按100～200 m2方格網布置一個壓實度檢測點，碾壓混凝土相對密實度按大于等于98%控制。

(7)混凝土拌和物從拌和到碾壓完畢的時間最多不得超過2 h，高溫季節(4月～9月)碾壓混凝土，上一層混凝土覆蓋的時間間隔不得大于4 h，低溫季節(10月～翌年3月)碾壓混凝土，上一層混凝土覆蓋時間不得超過6 h。

(8)當倉內氣溫高于25 ℃時，采取噴霧機進行倉面噴霧降溫。

(9)變態混凝土采用插孔→注漿→振搗法施工。

(10)碾壓混凝土分區內的結構縫采用切縫機切割。切縫采用“先碾后切”的方式，深度為碾壓層厚度的2/3。縫內填充4層彩條布，填充物距壓實面1～2 cm，切縫完畢后用BW202AD 型振動碾碾壓1～2遍。

5 碾壓混凝土施工方法

5.1 施工方法及施工設備配置

碾壓混凝土平層法施工方法采用通倉、分區、平層、逐層鋪筑施工。壩體上下游及橫縫采用翻轉模板，局部輔以定型鋼模板施工，倉號澆筑前模板、鋼筋、埋件等全部安裝到位，冷卻水管在澆筑過程中鋪設。倉面按鋪料→平倉→碾壓→檢查的順序交替流水施工。每2～3個條帶為一個作業區，配置平倉、碾壓設備1套。條帶寬度根據作業時間確定，以混凝土開始拌和至碾壓完成控制在2 h以內為原則。作業區劃分以工程量基本相同、完成每項工序的時間基本相同為原則。每個作業區單獨配置澆筑資源，由澆筑倉面總指揮統一協調指揮。碾壓混凝土采用自卸汽車拉運直接入倉、自卸汽車拉運+滿管溜槽+自卸汽車倉內轉運、自卸汽車拉運+滿管溜槽+皮帶運輸+自卸汽車倉內轉運等方式入倉澆筑。切縫作業單獨安排作業班組專人負責。大型噴霧機架設在相鄰倉號或模板上口，由專人維護、運行。

大壩碾壓混凝土施工主要設備配置見表2。

表2 碾壓混凝土主要施工設備配置

5.2 典型碾壓混凝土倉面設計

碾壓混凝土倉面設計內容包括施工分區、條帶劃分、澆筑資源配置、澆筑方法、應急措施等內容，黃登大壩碾壓混凝土施工典型倉面設計見圖3。

在施工資源充分，混凝土入倉強度有一定富余度的情況下采用平層法施工。碾壓混凝土平層法施工澆筑倉號歷史短，有利于整體施工進度控制，混凝土從拌合到碾壓完成控制在2 h內，混凝土生產、運輸、澆筑各環節運行緊湊，對整體施工組織水平要求高，各環節必須保證高效運行。

澆筑倉號資源投入集中，對施工組織和專業化水平要求高，澆筑倉號要做到分區、分專業施工，避免施工資源跨區、跨專業施工造成顧此失彼；澆筑倉號施工機械密集，自卸汽車、平倉機、振動碾、振搗臂、切縫機等大型設備同倉作業，倉號協調指揮工作尤為重要，施工人員專業及崗位分工要具體、詳細、單一。指揮協調按照指揮長→區長→班長→施工人員的程序下達落實指令，避免多個信息來源造成矛盾指令、施工不暢。混凝土鋪料順序根據來料點，采取由遠而近、上游防滲區優先的原則。平層法澆筑倉面面積大、混凝土種類多，不同標號混凝土同時入倉澆筑，若管理不善易造成混亂。為確保澆筑倉面運輸流暢、卸料位置準確采取了以下管理措施：在倉面與拌和樓設置專人要料、所有拉運混凝土車輛均在明顯位置掛混凝土標識牌、在入倉口和每個作業區安排車輛指揮專員與倉面要料員對接。冷卻水管鋪設比較集中且大面占據作業面積，對澆筑影響較大，需安排專人負責此項工作，提前籌劃，協調好作業區域，避免澆筑倉面交通不暢造成無法及時覆蓋影響混凝土施工質量。變態混凝土是施工質量控制的重點，工程采用插孔、注漿、振搗的施工工藝，為確保施工質量，制作了插孔器、限位器、定量量杯等專用工具，有效的控制了變態混凝土的施工質量。

圖3 12號～15號壩段 自卸汽車直接入倉+滿管溜槽入倉澆筑典型碾壓倉面設計(單位：mm)

6 混凝土溫度控制

混凝土溫度控制包括拌和樓出機口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、混凝土內部最高溫度控制、表面養護保溫等。

6.1 混凝土出機口溫度控制措施

對成品料倉設置涼棚，成品料倉堆料高度不低于8 m，確保骨料溫度少受日氣變化的影響；出料皮帶及骨料罐要設涼棚防雨防曬等。對混凝土骨料采用一、二次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。按骨料的實際含水量變化情況及時調整混凝土用水量和加冰量，確保混凝土出機口溫度及坍落度(或VC值)滿足要求。

6.2 混凝土入倉溫度控制

加強施工管理，盡量減少轉運次數這縮短運輸時間，避免混凝土運輸車輛在運輸途中長時間等候。禁止采用尾氣設于車廂的汽車運輸混凝土，并要求運輸車輛車廂沖洗時間間隔不大于2 h。混凝土運輸車必須設置防曬、防雨設施。高溫季節(4月～9月)運輸混凝土時，應對運輸車輛采取保溫措施，以減少運輸過程中溫度回升。

6.3 混凝土澆筑溫度控制措施

及時平倉、振搗或碾壓，碾壓混凝土碾壓條帶作業時間應不大于2 h。高溫季節(4月～9月)澆筑過程中在混凝土振搗或碾壓密實后立即覆蓋保溫材料進行保溫，控制混凝土坯間層間隔時間：4月～9月不大于4 h；10月～翌年3月不大于6 h。當倉內氣溫高于25 ℃時，采取噴霧機進行倉面噴霧，噴霧應能覆蓋整個倉面。噴霧時水分不應過量，噴霧后澆筑倉內氣溫較外界氣溫應至少降低3 ℃。

6.4 混凝土內部溫度控制措施

大壩混凝土內部采用預埋冷卻水管通水冷卻控制大壩混凝土內部溫度。冷卻水管管材采用內徑28 mm、外徑32 mm的HDPE塑料水管。冷卻水管垂直水流方向鋪設，水管間距1～1.5 m、層距1.5～3 m，澆筑過程中鋪設。冷卻水管鋪設完成后即開始通水冷卻，大壩混凝土通水冷卻分一期通水冷卻、補充通水冷卻和中期通水冷卻3個階段。一期通水冷卻的主要目的是消減澆筑層初期水化熱溫升，控制混凝土最高溫度不超過容許范圍，并減少內外溫差。補充通水冷卻的目的是控制一期冷卻悶溫結束后的混凝土內部溫度回升，溫度回升值應控制在不超過一期冷卻結束標準2.0 ℃。中期通水冷卻的主要目的是削減混凝土內外溫差，預防混凝土在冬季出現裂縫。每年10月初開始對當年4月～9月澆筑的壩體混凝土進行中期通水冷卻，將混凝土內部溫度降至20～22 ℃。

7 碾壓混凝土數字化應用

數字黃登·大壩施工管理信息化系統是以黃登水電站工程為依托，聯合國內高校與科研單位共同進行，綜合運用工程技術、計算機技術、無線網絡技術、手持式數據采集技術、數據傳感技術(物聯網)、數據庫技術等多方面技術，開發出一套基于windows平臺的混凝土重力壩施工質量智能控制及管理信息化系統，實現大壩混凝土從原材料、生產、運輸、澆筑到運行的全面質量監控。

7.1 碾壓混凝土數字化監控系統應用

黃登水電站大壩混凝土采用全過程數字化監控，施工質量監控系統主要由碾壓施工實時監控系統和熱升層時間間隔實時監控2個子系統構成。

7.1.1碾壓施工實時監控系統的應用

碾壓施工實施監控系統工作原理是通過在碾壓機安裝GPS流動站，實時接受GPS基準站差分信號，并將碾壓機位置信息、振動狀態實時發送到施工工藝監控系統服務器，通過對比預先設定的施工工藝參數建立了一套“監測-分析-反饋-處理”的碾壓混凝土壩施工工藝監控體系，如圖4所示。

圖4 碾壓施工監控操作流程

施工過程中，對于超過工藝規定的施工參數進行報警，如圖5所示。

圖5 碾壓機工作狀態監控

倉面施工完成后，可生成最終碾壓遍數、高程、厚度等圖形報告，作為單元驗收輔助材料。

7.1.2碾壓混凝土熱升層實時監控系統的應用

施工前根據倉面設計樁號范圍，將施工倉面位置信息輸入監控系統，監控系統自動將倉面均勻劃分為2 m×2 m網格，實時監控、顯示倉面任意位置熱升層時間，如圖6所示。

圖6 碾壓施工熱升層實時監控桌面及報警

7.2 碾壓混凝土智能溫控系統應用

黃登水電站在傳統混凝土溫控施工工藝的基礎使用混凝土溫控智能監控系統。通過使用“混凝土溫控智能監控系統”，對骨料溫度、出機口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、混凝土內部溫度及進水水溫、出水水溫、通水流量等溫控要素的全過程實時采集、監測，可以直接獲取大壩每一倉混凝土的溫控狀況。

圖7 混凝土智能通水原理

智能通水冷卻是根據智能監控系統自動采集的溫度信息，利用黃登大壩混凝土智能通水冷卻參數預測模型，自動評估計算出第二天將要采用的通水冷卻指令，并自動將此通水指令發送到每一個測控裝置。大壩冷卻水智能通水測控箱，集自動水溫測量、換向、流量調控一體，能及時自動調整每一根水管的通水流量，達到精確、及時、無人工干預的自動控制大壩每一倉混凝土的通水冷卻。

8 結 語

黃登水電站是目前國內已建最高碾壓混凝土重力壩，工程施工中克服了氣候特殊、工期緊、工程量大、施工機械布置困難等難題，在3年時間完成了大壩混凝土工程施工，大壩平均年施工高度達68.3 m，為目前國內領先水平。

自卸汽車直接入倉、滿管溜槽、皮帶、布料機、寬溜槽以及相互組合的碾壓混凝土入倉措施的研究、應用和技術總結為今后碾壓混凝土筑壩施工提供可借鑒的施工經驗。大壩碾壓混凝土平層法施工技術、碾壓混凝土數字化監控系統和智能溫控系統在大壩混凝土施工過程的全面應用，確保了混凝土施工質量、大幅度提高了生產效率，為今后碾壓混凝土筑壩施工開創了嶄新的局面。