碾壓混凝土雙曲拱壩施工技術的研究與應用

松 進

(貴州省赫章縣水務局,貴州 畢節 553200)

0 引 言

水利水電工程是利國利民的基礎設施,也是國民經濟和工業發展的基礎,不僅能夠調節水資源和抗旱防洪,而且水力發電可以滿足工業生產和居民日常生活需求,具有清潔能源的特點,因此受到各國的青睞[1]。碾壓式混凝土拱壩作為水電站的重要組成部分,其修建工期占整個工期的80%以上。因此,在保證質量的前提下,尋求一種快速的施工工藝,對于高大碾壓式混凝土雙曲拱壩具有十分重要的意義,特別是對于山區修建的拱壩工程,快速修建可大大降低施工成本,盡快使大壩投入使用,形成資本回收[2]。

1 工況概述

貴州省某水電站大壩為碾壓混凝土重力壩,位于貴州省黔西南V形壩峽谷河段,水庫裝機容量12 600kW,壩頂總長220.0m,壩頂寬6.0m,壩頂高程688.50m,河床壩段建基面高程637.50m,最大壩高51.0m,最大壩底寬42.4m。上游壩坡鉛直;下游壩坡683.00m高程以上鉛直,683.00m高程以下為1:0.8。

大壩壩頂中段設泄洪表孔,為開敞式泄洪方式,堰頂高程685.00m,共2孔,溢流總凈寬12m,孔頂設寬6.0m交通橋連接大壩兩端。溢流堰上游堰面曲線采用3:2斜坡線和雙圓弧曲線;下游面為WES曲線(曲線方程為y=0.265x1.81)、1∶0.8直線段組成。溢流壩面以半徑12.0m的圓弧段接消力池,池底高程645.00m,消力池全長18.0m、寬13m,邊墻高5.0m。

大壩基礎范圍內,上覆地層為第四系河流相沉積層和沖積層,以粉質黏土為主;下部基巖為泥質粉砂巖和灰巖,基巖內發育多條構造擠壓破碎帶。

2 碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工方法工藝原理及工藝特點

2.1 碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工方法工藝原理

本文提出的碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工方法主要包含5個方面,其基本工藝原理如下:

1)壩體碾壓上游迎水面采用連續翻升模板。底層模板通過水平方向預埋的4根錨筋固定并進行外部支撐,上部模板只需在倉內設置少量拉筋即可,同時模板設有操作平臺,確保模板安裝、拆卸時作業人員施工安全,具有操作簡便、拆卸安裝速度快等優點[3-4]。

2)壩后溢流面覆蓋區下的RCC施工采用預制擋塊作為模板。該區域后期進行溢流面施工,碾壓混凝土表面需要進行鑿毛處理,且需要布置插筋,對其表面平整度、碾壓混凝土邊界等沒有嚴格要求,同時碾壓混凝土為干硬性混凝土,下游側采用雙排預制擋塊能夠滿足施工要求。

3)層間結合采用水泥凈漿處理方式。根據碾壓混凝土試驗段試驗結果,層間冷縫結合采用水泥凈漿進行施工。在現場實施中,水泥凈漿通過放置在右壩肩上的漿液攪拌機拌和生產,通過軟管直接輸送至碾壓倉號內,采用與模板周圍變態混凝土相同的漿液(加漿量控制為碾壓混凝土量的7%),中部碾壓區鋪撒厚度0.5cm[5]。

4)采用倉外自卸汽車+滿管溜槽垂直運輸+倉內自卸車運輸的快速入倉手段。項目大壩所處地兩岸山體陡峭、大壩高度較大,修筑入倉道路所需的開挖回填工作量十分巨大,在壩肩的合適位置安裝滿管溜槽進行碾壓混凝土從倉外到倉內的垂直運輸,同時隨著澆筑面的提升而逐漸拆除末端溜槽。見圖1。

5)采用預制塊預埋進行誘導縫成縫。提前在倉外預制誘導縫預制塊,預制塊上預留有接縫灌漿管路孔和固定穿孔,以便現場快速組裝和固定,可保證誘導縫按照設計位置開裂,同時保證碾壓混凝土通倉澆筑。

2.2 碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工方法工藝特點

碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工方法采用連續翻升模板和預制塊模板施工,后期施工只需連續翻升,預制塊模板作為溢流面臺階模板結構單一,可在RCC倉號碾壓施工期間進行安裝,操作簡單快速,節約倉號準備周期,而且解決了溢流面表層混凝土和RCC混凝土之間連接插筋的安裝問題。下部結構自卸汽車直接入倉和上部結構采用滿管溜槽入倉+倉內運輸,解決了峽谷區域混凝土澆筑如何快速入倉問題。混凝土層間結合采用水泥凈漿在現場拌制,代替拌合站拌制砂漿運輸至現場的傳統方案,減輕了拌合站生產壓力,提高了層間結合快速施工效率,促進了RCC混凝土的強度提升,達到了RCC混凝土施工的快速要求[6]。碾壓混凝土拱壩快速施工方法適用于水利水電工程中設計有溢流表面的碾壓混凝土大壩的快速施工,其他類型RCC大壩可參考借鑒。

3 碾壓混凝土雙曲拱壩快速施工工藝流程及關鍵技術

結合貴州省某水電站大壩項目碾壓混凝土雙曲拱壩施工,將本工法的操作關鍵技術要點詳述如下:

1)壩體碾壓上游迎水面采用連續翻升模板。為了保證翻升模板安裝的精確和規范,在安裝之前,需依據設計文件采取合理的測量方法進行放樣,隨后進行模板的支立。為避免模板表面的泥漿和油污等影響混凝土成形,在支模過程中需對模板進行清潔和修正,完成拼接后的模板應保持嚴密、干凈、牢固和光潔,滿足混凝土澆筑時的承載和變形要求。安裝完成后,要進行測量校核,確保安裝精度。由于混凝土澆筑速度受其初凝時間的影響,因此在混凝土澆筑過程中,應控制澆筑速率,保證上部澆筑的混凝土與先澆筑混凝土能夠形成連續的整體,避免出現分割截面。同時,對混凝土進行不間斷的振搗,模板附近采用加漿變態混凝土,碾壓澆筑過程中振動碾不得在模板2.0m范圍內碾壓[7]。

2)壩后溢流面覆蓋區下的RCC施工采用預制擋塊作為模板。大壩碾壓下游側從EL253高程開始起坡,坡比為1:0.4,也從此高程開始使用預制擋塊模板,預制擋塊尺寸為長1.0m、寬1.0m、厚0.4m,采用雙排預制擋塊。每倉碾壓混凝土擋塊循環利用,擋塊跟隨碾壓混凝土的上升按圖紙擺放,嚴格按照測量邊線進行擺放,擺放水平且穩固,不得懸空[8]。每層擋塊擺放完成后,其內側鋪設光潔的塑料薄布,防止下游區域加漿時滲漏漿液,同時防止碾壓混凝土和擋塊相黏接,有利于拆模移除擋塊。擋塊擺放時段要禁止其下方區域進行其它施工活動。見圖2。

圖2 大壩下游側預制擋塊

每倉碾壓混凝土總共需要3層擋塊,第一層擋塊在開倉前擺放完成,其余兩層擋塊分別在澆筑碾壓混凝土第3層和第6層時同時擺放。每倉所用的擋塊需要提前準備好,存放在倉外便捷、安全的平臺上,以便澆筑時能夠安全、快速運入倉內?，F場人員需要合理安排擋塊擺放時間,避免因擋塊擺放不及時而造成碾壓混凝土層間間隔時間過長,影響施工質量[9]。

3)層間結合采用水泥凈漿處理方式。凈漿配合比經過實驗室進行試驗確定,其配合比為袋裝低熱水泥(45%火山灰摻量)42.5kg、水27.6L、Megaflow減水劑297.5g;水灰比為0.65:1,漿液相對密度為1.65g/cm3,流動度馬氏漏斗檢測時間為40±5s。碾壓混凝土加漿范圍:上游防滲區域為2m,巖體接觸周邊為0.5m,下游預制塊周邊為0.5m;加漿量為該區域混凝土量的7%,其它冷縫處理區鋪灑厚0.5cm,鋪設碾壓混凝土前30min將水泥凈漿灑滿將要鋪設區域,不可提前,防止水分蒸發,改變漿液性能。鋪灑漿液時,需要鋪灑均勻,避免漏灑,因此有必要對現場作業人員進行專門培訓,使其熟悉流程工藝,同時要安排質檢人員進行現場監督,確保層間處理過程滿足要求。

4)采用倉外自卸汽車+滿管溜槽垂直運輸+倉內自卸車運輸的快速入倉手段。管溜槽直徑為0.8m高強錳鋼管,厚度0.5cm,考慮到滿管溜槽坡度太小會導致卸料困難而坡度太大混凝土對倉號內自卸車的沖擊力過大,采用滿管溜槽最佳坡比51°,不能低于45°,該情況下滿管溜槽設計強度達140 m3/h。

根據計算,高峰期碾壓混凝土單層最大方量1 000 m3,按照規定的單層攤鋪時間不超過12h考慮,則滿管溜槽12h卸料量為140m3/h×12h=1 680m3>1 000m3,滿足施工要求。拌合站為2臺120m3/h的強制式攪拌機,每小時混凝土生產量為2×120m3/h×0.6=144m3/h,12h生產總量為144m3/h×12h=1 728m3>1 000m3,拌合站生產能力滿足要求。自卸汽車額定載重為25t,每趟運輸混凝土7.5m3,每趟來回1h,安排14輛自卸車,則12h可運輸7.5m3×14×12h=1 260m3>1 000m3,因此14輛自卸車滿足碾壓混凝土運輸要求。

施工期間要隨時監測碾壓混凝土VC值,保證滿管溜槽順利卸料。倉外自卸汽車要搭設防曬棚,減少運輸途中的VC值損失和溫度回升[10]。倉號內自卸車嚴格按照規定路線運輸,避免破壞碾壓成型的碾壓混凝土。由于倉面原因不能接料時,應及時將溜管中的混凝土放空,碾壓混凝土在溜管中的存放時間應控制在1h以內。收倉后及時用水對溜管進行清洗,以防下次澆筑時堵料。每次開倉前,應對滿管溜槽進行維護檢查,變形的螺栓以及磨損部件要及時更換,料斗及槽身磨損超過5mm時,應及時進行修補、調換。汽車卸料和倉內接料應設置專人進行指揮,盡量保證出料量與進料量平衡,從而保證混凝土不出現骨料分離現象。

5)采用預制塊預埋進行誘導縫成縫。誘導預制塊的主要參數為長1m,寬0.3m,高0.25m,高度較傳統0.3m調整為0.25m,低于單層碾壓鋪料厚度33～34cm,可保證誘導縫按照設計位置開裂,同時保證碾壓混凝土通倉澆筑且預制塊不被振動碾破壞。在碾壓混凝土澆筑過程中,待每倉奇數層碾壓完畢后下層鋪料前,在偶數層中壩縫位置拉線擺設成對的誘導縫預制塊,同時中間穿插接縫灌漿管,待該層碾壓混凝土鋪設覆蓋完后,可直接進行碾壓作業。見圖3。

圖3 誘導縫預制塊

6)冷卻水管鋪設。冷卻水管采用HDPE管,為確保冷卻水管在受到混凝土澆筑過程中產生的沖擊力和混凝土流動力作用后不會出現位移,在混凝土倉面鋪設完成冷卻水管后,采取預先制作的U形鋼筋將其進行固定,固定間距控制在1.5m左右。U形鋼筋的材質為A3圓形鋼筋,直徑10mm,單根長度23cm,彎頭內半徑2cm。在冷卻水管彎管段,需要采用不少于3個U形鋼筋進行固定。為了保證HDPE管的密閉性,發揮其降溫防裂的功效,在混凝土澆筑前或者在澆筑第1層混凝土時,應進行閉水試驗,防止其漏水和堵塞;否則,應采取措施保證水管的暢通。見圖4。

圖4 冷卻水管鋪設

7)RCC攤鋪、碾壓。倉面澆筑時配置專人指揮卸車,指揮人員根據倉面分區要求,將運輸入倉的混凝土分區卸料。自卸汽車卸料后及時采用推土機或反鏟配合人工平倉,對于卸料后骨料分離情況,在平倉期間人工均勻撒布于倉面[11]。嚴格控制上游變態混凝土防滲層和碾壓混凝土的分界線,保證防滲層厚度。

攤鋪完成后,在垂直水流方向采用14t振動碾對混凝土進行碾壓施工,碾壓邊數按照試驗段確定的碾壓參數進行。對剛鋪平的碾壓混凝土先無振碾壓2遍后使其初步平整,然后有振碾壓6遍,碾壓搭接寬度≥20cm,端頭部位的搭接寬度≥100cm[12]。振動碾行走速度控制在1～1.5km/h左右,碾壓完成后對壓實度進行測定,滿足要求后方可進行下一工序。

4 結 論

經過現場實踐證明,采用快速施工技術后,在保證工程質量的前提下,加快了施工進度,同時降低了施工成本。在確保施工質量滿足規范要求的同時,比原方案節約工期205個班,節約成本256.59萬元。其中,碾壓混凝土EL280高程合同節點目標提前15天完成,碾壓混凝土全部完成的合同節點目標提前12天完成,為項目整體計劃節省了工期。

水電站周邊地區河流資源豐富且開發較少,擁有極大的開發潛力,通過本工法的實施,不僅加快了碾壓混凝土的澆筑速度,也節約了成本,保證了項目的履約。