普定碾壓混凝土拱壩施工技術(shù)

3.1.23.1.2砂石骨料普定碾壓混凝土拱壩施工技術(shù)文摘普定水電站樞紐工程的檔水建筑是我國應(yīng)用碾壓混凝土筑壩新技術(shù)興建拱壩的一座試驗(yàn)壩，該壩的筑壩新技術(shù)研究列為國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目專題之一，它是我國修建的第一座碾壓混凝土拱壩，亦為當(dāng)時(shí)世界上已建和在建的最高碾壓混凝土拱壩。普定碾壓混凝土拱壩在設(shè)計(jì)、材料研究及施工等方面作了成功的探索，本文為碾壓混凝土施工技術(shù)的系統(tǒng)總結(jié)，可供同類工程及碾壓混凝土施工技術(shù)的探索提供一些借鑒。關(guān)鍵詞普定水電站碾壓混凝土拱壩施工技術(shù)1普定工程概況普定水電站位于貴州省烏江南源三岔河中游，壩址上游控制流域面積為5871km,距貴陽147km至安順Ukm1工程建設(shè)以發(fā)電為主，兼有供水、灌溉、養(yǎng)殖及旅游之利。水庫正常蓄水位為1145m，總庫容為3.77億m3,裝機(jī)容量為7.5萬kw，年平均發(fā)電量為3.401億kw.h。壩址附近皆為深山峽谷，兩岸山峰連綿，高出河水面約250?300m，呈不對稱“丫”型河谷，左岸1164m高程以下及右岸1117m高程以下為陡壁，以上則為40?50°的坡狀地形，河谷高寬比為2。普定水電站大壩為碾壓混凝土重力拱壩，最大壩高75m，壩頂弧長170.95m，壩頂高程為1150m，采用壩頂泄洪、右岸引水式岸坡廠房發(fā)電的樞紐形式。壩體混凝土總方量為13.7萬m3,其中碾壓混凝土10.3萬m3，占75.2%；常態(tài)混凝土3.4萬m3，占24.8%。在碾壓混凝土中，三級(jí)配8.3萬m3，占81%；二級(jí)配2.0萬m3，占24.8%。碾壓混凝土最大倉面面積為2246m2。2普定碾壓混凝土拱壩設(shè)計(jì)及施工特點(diǎn)普定碾壓混凝土拱壩在設(shè)計(jì)和施工方面有以下一些特點(diǎn)：(1)簡化壩體斷面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，盡量加大碾壓混凝土倉面，減少施工干擾，以便于碾壓混凝土快速施工。(2)壩體采用高摻粉煤灰和低水泥用量碾壓混凝土材料。(3)壩體采用碾壓混凝土自身防滲，打破了已往"金包銀"方案。采用小粒徑骨料、富膠凝料的二級(jí)配碾壓混凝土作為壩體防滲層，三級(jí)配碾壓混凝土作為壩體的主結(jié)構(gòu)形式。(4)壩體不設(shè)豎向施工縫，利用低溫季節(jié)采用薄層通倉全斷面碾壓連續(xù)快速上升的施工工藝進(jìn)行施工，簡化了溫控和施工工藝。(5)在壩體適當(dāng)部位設(shè)誘導(dǎo)縫，避免產(chǎn)生不規(guī)則的貫穿性裂縫。(6)壩基墊層采用外摻MgO的低熱微膨脹混凝土，增加了其抗裂性能。(7)壩體碾壓混凝土采用了真空溜管入倉新工藝。普定碾壓混凝土材料及試驗(yàn)筑壩原材料水泥普定碾壓混凝土拱壩的筑壩材料要求具有良好的抗裂性和耐久性。水泥品種的選擇極為重要，它不僅關(guān)系到工程造價(jià)，更關(guān)系到拱壩的質(zhì)量。經(jīng)比較選用貴州水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽525(即型水泥，該品種水泥熟料中氧化鎂含量較高，拌制的混凝土具有延遲微膨脹性能。普定拱壩碾壓混凝土中的骨料選用壩址上游右岸長沖料場的人工砂石骨料，其母巖屬灰?guī)r，拌普定拱壩碾壓混凝土中的骨料選用壩址上游右岸長沖料場的人工砂石骨料，其母巖屬灰?guī)r，拌4.24.2碾壓混凝土入倉運(yùn)輸制的混凝土具有較好的抗裂性能。粉煤灰普定拱壩碾壓混凝土選用清鎮(zhèn)電廠三期工程一電場電收塵風(fēng)選粉煤灰。經(jīng)五次測試的平均值：燒失量11.11%,細(xì)度3.8%,需水量比101%。一般燒失量變化在4.1?12.7%之間，除燒失量外，其它各項(xiàng)指標(biāo)均比較理想。外加劑普定拱壩碾壓混凝土外加劑應(yīng)具有減水、緩凝兩種作用,經(jīng)試驗(yàn)研究采用三復(fù)合外加劑較適宜，摻量為0.85?0.95%,三者的比例為：建-1/木鈣/糖密=100/60/30。碾壓混凝土配合比及試驗(yàn)普定拱壩碾壓混凝土有二級(jí)配(HC-2)和三級(jí)配(HC-3)兩種。二級(jí)配碾壓混凝土用在壩體上游迎水部位，作隔水防水之用，設(shè)計(jì)要求90天強(qiáng)度為200號(hào)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)S6,抗剪強(qiáng)度不低于2.0MPa,抗拉強(qiáng)度不小于1.5MPa。三級(jí)配碾壓混凝土用作壩體主體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)要求90天強(qiáng)度為150號(hào)，抗?jié)B標(biāo)號(hào)54，抗剪強(qiáng)度不低于2.0MPa,抗拉強(qiáng)度不小于1.5MPa。在貴陽院科研所提出普定碾壓混凝土拱壩材料優(yōu)選成果的基礎(chǔ)上,貴陽院、水科院、葛洲壩工程局和水電八局烏江分局科研所進(jìn)行了混凝土室內(nèi)試驗(yàn)研究,并將室內(nèi)研究成果的最優(yōu)配合比進(jìn)行了現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)。根據(jù)室內(nèi)外試驗(yàn)成果,提出了推薦和備用的二級(jí)配和三級(jí)配碾壓混凝土配合比如表1,其力學(xué)及熱學(xué)性能指標(biāo)如表2及表3。通過普定碾壓混凝土筑壩材料的室內(nèi)試驗(yàn)成果分析,可以得出下列幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：(1)在保證碾壓混凝土中水泥熟料含量基本不變的情況下，采用貴州硅酸鹽525(即型水泥比用貴州普通硅酸鹽水泥每方混凝土中允許多摻5%的粉煤灰,有利于提高碾壓混凝土質(zhì)量和降低成本。(2)通過室內(nèi)外試驗(yàn)所推薦及備用配合比,其力學(xué)性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。(3)根據(jù)R90150三級(jí)配碾壓混凝土層間結(jié)合的試驗(yàn)成果，由于采用優(yōu)質(zhì)緩凝劑，較大幅度地延緩了碾壓混凝土的凝結(jié)時(shí)間,且碾壓混凝土中漿體富裕,從而有利于層間結(jié)合。室內(nèi)試驗(yàn)表明,普定拱壩碾壓混凝土的層間抗剪強(qiáng)度，若間隔時(shí)間控制在140小時(shí)度范圍內(nèi)，可滿足設(shè)計(jì)要求。(4)普定拱壩碾壓混凝土中由于采用貴州水泥廠硅酸鹽水泥,其自身體積變形呈膨脹性,有利于壩體抗裂。普定碾壓混凝土拱壩施工技術(shù)碾壓混凝土拌和普定工程混凝土拌和系統(tǒng)最初布置了二座3X1600鄭州樓(舊樓)及二臺(tái)0.75拌和機(jī)。由于舊樓的運(yùn)行不正常，尤其是拌制碾壓混凝土，產(chǎn)量無法保障，后來又引進(jìn)西德渦流式3m3拌和機(jī)一臺(tái)。西德拌和機(jī)又因設(shè)計(jì)和質(zhì)量等原因,無法拌制合格的碾壓混凝土,致使普定混凝土拌和系統(tǒng)曾一度成為影響碾壓混凝土快速施工的制約因素。為保證碾壓混凝土正常施工,施工單位(水電八局烏江分局)對兩座拌和樓進(jìn)行了改造,電氣部分全部更換,改為電子秤稱量,微機(jī)控制。實(shí)際運(yùn)行證明,改造后的拌和樓能生產(chǎn)出合格的碾壓混凝土，平均臺(tái)班產(chǎn)量在300m3左右，最高時(shí)達(dá)600m3左右。盡管與設(shè)計(jì)要求施工強(qiáng)度還有差距,但通過采取一些技術(shù)措施后,如延緩混凝土的初凝和適當(dāng)減薄碾壓層厚度等,基本上滿足了最大倉面時(shí)的碾壓混凝土施工。普定碾壓混凝土通過一系列的工藝試驗(yàn)，選定的最佳投料順序?yàn)?大石+小石)f水泥f(水+外加劑)f(中石+砂)f粉煤灰，凈拌和時(shí)間為180秒。普定拱壩碾壓混凝土運(yùn)輸入倉工藝選用普定拱壩碾壓混凝土運(yùn)輸入倉工藝選用"固定式纜機(jī)+斜坡真空溜管+自卸汽車"組合入倉方案。自卸汽車直接入倉控制壩體1100m高程以下壩體施工，其中碾壓混凝土為4.30萬m3,常規(guī)混凝土為0.41萬m3；斜坡真空溜管控制壩體1100?1140m高程之間的約6.18萬m3碾壓混凝土入倉；固定式纜機(jī)控制左岸1131m（溢流堰頂）高程以上及右岸1140m高程以上的碾壓混凝土入倉，另外還承擔(dān)大壩溢流面、閘墩、電梯井及廊道等常規(guī)混凝土的澆筑以及材料、機(jī)械設(shè)備、模板等吊運(yùn)，纜機(jī)澆筑常規(guī)混凝土量約3.3萬m3、碾壓混凝土量約1.15萬m3。普定拱壩碾壓混凝土入倉采用"固定式纜機(jī)+斜坡真空溜管+自卸汽車"方案取得了較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣。碾壓混凝土攤鋪攤鋪?zhàn)鳂I(yè)應(yīng)避免造成骨料分離，并做到使碾壓混凝土層面平整、厚度均勻，這些是使碾壓混凝土獲得均勻密實(shí)度的基本條件。普定工程初期（1110m高程以下）采用的是對履帶板進(jìn)行了削齒處理的D85推土機(jī)進(jìn)行攤鋪平倉，后來又引進(jìn)日產(chǎn)小松平倉機(jī)①31P濕地推土機(jī)）進(jìn)行攤鋪平倉。相比之下，后者比前者操作靈活、效率高，且可以獲得較好的平倉質(zhì)量。實(shí)踐證明，本工程一臺(tái)平倉機(jī)作業(yè)即可滿足相應(yīng)的拌和生產(chǎn)能力的要求。本工程是一次攤鋪到預(yù)定的厚度進(jìn)行平倉，平倉厚度為28?35cm。在卸料和攤鋪過程中，骨料分離常常是不可避免的，在自卸汽車卸料料堆的周邊和平倉機(jī)鏟刀兩側(cè)有粗骨料集中現(xiàn)象。為防止骨料分離，在卸料和攤鋪過程中采取的措施有：（a）降低卸料料堆的高度，采用多點(diǎn)式卸料法，可以減少骨料分離。（b）采用邊卸料邊平倉的方法，自卸汽車卸料時(shí)應(yīng)盡可能卸在已攤鋪混凝土的邊緣處，這樣可以減少粗骨料在層面接縫上的集中。（c）輔以人工及時(shí)地將集中的粗骨料均勻分散。碾壓混凝土壓實(shí)壓實(shí)機(jī)械本工程用于碾壓混凝土壓實(shí)的機(jī)械為西德產(chǎn)BW201AD和BW202AD振動(dòng)碾各一臺(tái)以及BW75S手扶式振動(dòng)碾二臺(tái)。壓實(shí)參數(shù)（1）碾壓層厚度碾壓層厚度根據(jù)最大倉面面積及拌和能力確定，倉面面積大于1900m2時(shí)，碾壓層厚度為25cm其余碾壓層厚度為30cm（設(shè)計(jì)值）。碾壓層厚度定為25cm主要是彌補(bǔ)拌和能力不足，保證通倉連續(xù)施工。試驗(yàn)認(rèn)為25cm碾壓厚度是可行的，同時(shí)認(rèn)為三級(jí)配碾壓混凝土的碾壓厚度不宜再減薄。（2）碾壓遍數(shù)碾壓遍數(shù)是根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)后確定。大碾為無振2遍，有振6?8遍，再無振2遍；小碾為無振2遍，有振24?30遍，再無振2遍。碾壓遍數(shù)最終還要以倉面核子密度儀檢測密實(shí)度為準(zhǔn)，沒有達(dá)到規(guī)定值時(shí)要求補(bǔ)碾。（3）Vc值Vc值是反應(yīng)碾壓混凝土可碾性的一個(gè)重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)提出的Vc值為10?20秒。本工程