高寒大溫差超長混凝土面板一次成型施工技術研究

吳明怡

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

豐寧抽水蓄能電站上水庫位于永利村段灤河上游左岸。上水庫大壩壩頂高程1510.3m，最大壩高120.3m，壩頂寬10m，軸線長度570.0m，上游壩坡1∶1.405，為鋼筋混凝土面板堆石壩。大壩面板混凝土共分53條塊，分12m和10m兩種(河床受壓區(qū)面板寬度為12m，計22塊；左、右岸受拉應力區(qū)面板寬度為10m，共29塊；邊角2塊，寬度為8m)，最大塊斜長約201.47m，采用一次成型技術，中間不設橫縫。面板厚度隨高程變化，從上至下按t=0.4+0.003H(H是壩頂防浪墻前趾控制點至計算點的高差)，采取雙層雙向配筋，其混凝土標號高程1460m以上為C30W12F400，高程1460m以下為C30W12F300。壩頂上游側設L型混凝土防浪墻，防浪墻底部與混凝土面板連接。面板垂直縫、防浪墻底縫和周邊縫均設置兩道止水；在底部設置銅止水；縫頂設柔性填料止水或手刮聚脲；防浪墻結構縫設置止水。

本工程地處燕山山脈與內蒙古高原過渡帶，冬季寒冷且漫長，夏季晝夜溫差可達20℃，能夠進行混凝土施工作業(yè)的時段僅為5月至9月，上水庫大壩面板混凝土總量約3.6萬m3，防滲面板總面積6.9萬m2，工程量大，總工期僅短短5個月。在溫度條件如此不利且工期緊張的情況下，超長混凝土面板一次成型施工難度大，溫控、養(yǎng)護、防凍、防裂技術難題突出。

2 主要研究內容及成果

2.1 堆石壩壩體沉降變形、固坡砂漿約束控制技術研究

通過調整施工工藝，控制上壩料源質量、堆石壩快速填筑，達到控制壩體沉降變形量、增加壩體沉降時間的目的；翻模固坡法砂漿墊層施工，實現(xiàn)各區(qū)壩料整體上升，避免壩體填筑預留臺階，減少壩體不均勻沉降；在確保固坡砂漿表面平整度的同時，采用乳化瀝青噴涂，達到減小固坡砂漿約束應力的目的。通過各項施工措施，大壩填筑較節(jié)點工期提前29天完成，壩體沉降期6.5個月，優(yōu)于規(guī)范要求的沉降期，面板混凝土澆筑前壩體沉降速率2mm/月，優(yōu)于規(guī)范要求的3mm/月～5mm/月的沉降速率，壩體最大沉降值為最大壩高的0.712%，壩體變形控制效果極佳。墊層料固坡砂漿表面光滑平整、厚度均勻，乳化瀝青噴涂將壩體與面板混凝土隔離開來，大大降低了面板混凝土的約束應力。

2.2 高抗裂面板混凝土配比研究

通過對高性能面板混凝土研究，配置高抗裂、超抗凍面板鋼筋混凝土，以滿足高寒地區(qū)超長面板混凝土的防裂、抗凍要求。通過配合比設計優(yōu)化，3.6萬m3面板混凝土澆筑施工過程中，未出現(xiàn)混凝土和易性差與性能檢測不合格等現(xiàn)象，混凝土抗裂性能大大提高，裂縫數(shù)量較類似工程大大減少。增加了抗凍、抗裂性能。400次凍融循環(huán)檢測，混凝土抗凍性能滿足要求。

2.3 超長面板一次成型施工工藝研究

通過現(xiàn)場工藝試驗，確定混凝土拌合順序、坍落度損失曲線、混凝土超長溜槽運輸和易性能否滿足要求等施工參數(shù)。通過超長面板一次成型工藝研究，確定了混凝土拌制工藝、超長斜溜槽垂直運輸混凝土防離析工藝、混凝土坍落度損失曲線、混凝土超長面板養(yǎng)護防裂措施等重要施工參數(shù)，在面板混凝土澆筑施工中，混凝土半成品及成品質量得到保證。

2.4 超長面板一次成型快速、安全施工技術研究

針對安全風險高、工期緊的特點，研究超長面板混凝土一次成型快速施工措施，在保證施工安全、質量的前提下，以最快的速度完成施工，確保電站蓄水及發(fā)電目標。通過各種措施，總方量3.6萬m3、防滲面積6.7萬m2的上水庫大壩面板混凝土施工提前20天完成，在保證節(jié)點工期的前提下，未出現(xiàn)一起安全事故。

2.5 大溫差、高寒氣候下的養(yǎng)護防裂措施研究

針對施工期白天氣溫高、晝夜溫差大、冬季嚴寒的氣候特點，研究面板混凝土養(yǎng)護措施，以達到減少混凝土裂縫的目的。采取面板混凝土養(yǎng)護防裂措施，可保證高寒、大溫差氣候條件下混凝土澆筑施工及成型后的全過程保水、降溫養(yǎng)護，本工程混凝土裂縫數(shù)量較類似工程混凝土裂縫數(shù)量大大減少。

3 關鍵技術研究點

針對高寒、大溫差氣候條件下超長混凝土面板一次成型施工中的防裂、工期緊張等技術難題，開展了優(yōu)質、快速施工技術研究，主要創(chuàng)新點：

(1)研究堆石壩壩體沉降變形控制技術，采用快速、優(yōu)質填筑工藝，為壩體沉降預留更多時間，增加壩體穩(wěn)定性，為后期面板混凝土防裂創(chuàng)造有利條件。

(2)研究減小墊層料固坡砂漿約束應力技術，通過采用翻模固坡施工新技術、優(yōu)化設計降低固坡砂漿強度、固坡砂漿表面乳化瀝青噴涂，解決了固坡砂漿表面平整度差、厚度不均勻、摩擦力大等原因導致的面板混凝土約束應力大的難題，解決了面板混凝土因約束應力產(chǎn)生裂縫的難題。

(3)研究高抗裂面板混凝土配比技術，通過采用性能更優(yōu)良的聚乙烯醇纖維替代傳統(tǒng)的聚丙烯腈纖維，大大改善面板混凝土的各項指標，對面板初期、后期強度、防裂等性能更加有利。

(4)研究超長面板混凝土一次成型快速施工技術，通過設計加工坡面安全通道，解決了超長斜坡面人員通行的安全問題；優(yōu)化面板滑模系統(tǒng)，解決了不同面板分縫寬度及面板厚度情況下的快速備倉；通過自行設計滾壓式止水成型機工作平臺及橡膠棒導輪，解決了銅止水分段加工、反復翻身填塞及安裝、分段焊接施工中質量及進度難以保障的難題，實現(xiàn)了銅止水快速、優(yōu)質安裝。

(5)研究大溫差高寒氣候下面板混凝土防裂施工技術，通過設計防離析保水溜槽，降低了混凝土入倉垂直運輸中的水分流失及溫度增加的幅度；優(yōu)化施工期養(yǎng)護措施，保證混凝土初凝后的流水及覆蓋養(yǎng)護；創(chuàng)新采用嚴寒地區(qū)混凝土保水及保溫防護，解決了嚴寒地區(qū)混凝土冬季流水養(yǎng)護與保溫養(yǎng)護的矛盾，提高了混凝土成品質量。

4 研究思路

(1)針對混凝土面板堆石壩應力變形大的技術難題，從控制沉降、減小約束等角度控制施工方法，有效控制混凝土面板裂縫。

(2)針對高性能面板混凝土研究，配置高抗裂面板混凝土，以滿足高寒地區(qū)超長面板混凝土的防裂要求。

(3)針對混凝土面板斜長大、安全風險大、工期緊張的超長混凝土面板施工技術難題，進行創(chuàng)新優(yōu)化施工設備、施工工藝等快速施工技術研究，達到安全、快速的目的。

(4)針對工區(qū)晝夜溫差大、冬季氣溫極低的氣候條件，進行面板混凝土的養(yǎng)護及冬季保溫施工技術研究，達到施工期防裂及冬季極端低溫季節(jié)的混凝土防裂要求。

5 結論

混凝土面板一次成型施工技術在豐寧抽水蓄能電站上水庫面板堆石壩工程得到了應用，大壩填筑和面板混凝土施工質量優(yōu)良，未發(fā)生質量安全事故。為實現(xiàn)安全環(huán)保目標、確保工程質量、電站按期蓄水發(fā)電，提供了保障，引領行業(yè)水平進步，為同類工程提供借鑒。