南俄5水電站碾壓混凝土重力拱壩施工技術(shù)及管理

梁元球

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰611830)

1 工程概況

南俄5水電站位于老撾北部山區(qū)，電站所在流域呈狹長(zhǎng)狀，高山峽谷相間，地形崎嶇。在壩址河段，河道較為順直，但地形復(fù)雜，峽谷深度在400m左右，峭壁陡立，河谷狹窄，坡度在40°～50°之間。

電站所在流域?qū)偌撅L(fēng)氣候，受南海暖濕氣流影響，降水豐沛，高溫濕熱，無(wú)四季之分，全年分為雨、旱兩季，每年的5～10月為雨季，11月到次年4月為旱季。

大壩為碾壓混凝土重力拱壩，壩頂高程1103 m，最大壩高100.5m，壩頂寬6m，底寬42m，壩頂長(zhǎng)240m。大壩設(shè)兩條結(jié)構(gòu)縫，三條誘導(dǎo)縫。結(jié)構(gòu)縫采用重力預(yù)置塊，重復(fù)灌漿系統(tǒng);誘導(dǎo)縫只在上下游3m范圍設(shè)止水和預(yù)留縫，不設(shè)灌漿系統(tǒng)。

大壩采用表孔泄洪方式。泄洪表孔布置在河床中央，溢流壩堰頂高程1089m，共設(shè)3孔，每孔凈寬12m。溢流堰面采用WES實(shí)用堰，泄洪表孔末端反弧段底高程為1078.15m，鼻坎高程為1079.25m，下游消能方式采用挑流消能。

2 施工道路布置及設(shè)備材料入倉(cāng)方式

2.1 施工道路

壩體在上升過(guò)程中，存在大量材料、設(shè)備及機(jī)具入倉(cāng)問(wèn)題，鑒于該工程受地形地貌限制，不宜布置纜索，故入倉(cāng)主要依靠施工道路和吊裝轉(zhuǎn)運(yùn)。

因此，施工道路的合理布置關(guān)系到材料、設(shè)備等是否能順利入倉(cāng)和工程是否能順利開展。根據(jù)壩區(qū)地形地貌及工程特征，結(jié)合砂石系統(tǒng)和拌和系統(tǒng)布置位置，主要施工道路布置及其主要作用如表1所示。

表1 大壩主要施工道路布置及主要作用表

2.2 混凝土入倉(cāng)方式

大壩混凝土施工入倉(cāng)根據(jù)部位及方式不同主要分成四大部分。

(1)大壩1042m高程以下混凝土通過(guò)左右岸中低線各主要公路改道及回填，道路與壩體間架立活動(dòng)鋼棧橋，自卸汽車直接入倉(cāng)。

(2)大壩1042～1081m高程以及左岸1081m高程以上混凝土通過(guò)左岸1103m高程高線公路負(fù)壓溜槽入倉(cāng)。

(3)右岸1081m高程以上混凝土通過(guò)右岸1103m高程高線公路由皮帶機(jī)、負(fù)壓溜槽入倉(cāng)。

(4)溢流壩段常態(tài)混凝土通過(guò)負(fù)壓溜槽輸送至左岸倉(cāng)內(nèi)后，經(jīng)汽車轉(zhuǎn)運(yùn)，采用溜槽或混凝土泵機(jī)輸送入倉(cāng)。

2.3 材料、設(shè)備的入倉(cāng)方式

材料設(shè)備入倉(cāng)主要采取直接入倉(cāng)、與壩體相鄰各高程道路作為吊運(yùn)平臺(tái)、入倉(cāng)后再轉(zhuǎn)運(yùn)、塔機(jī)吊運(yùn)等方式，具體方式為:

(1)大壩1042m高程以下采用汽車直接運(yùn)輸入倉(cāng)。

(2)大壩1042m高程以上分別通過(guò)左岸上游1040m、1058m、1081m高程道路與壩體相臨處作為吊運(yùn)平臺(tái)，由壩上8t吊車吊入左岸倉(cāng)內(nèi)，再在倉(cāng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)。

(3)壩體1081m高程以上施工分成左右岸及溢流壩段三個(gè)區(qū)間，在左岸靠溢流壩段邊墩處安裝了一臺(tái)QTZ63G塔機(jī)，便于各種材料吊運(yùn)。

3 分層攤鋪方式及層間結(jié)合處理

根據(jù)南俄5水電站大壩結(jié)構(gòu)、每層倉(cāng)面大小、拌和系統(tǒng)生產(chǎn)能力、運(yùn)輸能力以及當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，大壩1025m高程以下混凝土采用平層通倉(cāng)法，1025m高程以上采用斜層平推法，斜層平推法坡度控制在1∶12～1∶15。

每倉(cāng)混凝土澆筑前，在上倉(cāng)老混凝土面上攤鋪厚度為2～3cm砂漿。為確保防滲區(qū)每層充分結(jié)合，防滲區(qū)二級(jí)配碾壓混凝土在每層碾壓完成后、下層攤鋪前灑一層水泥漿;三級(jí)配碾壓混凝土在層間施工時(shí)間超過(guò)5h后，在層面上攤鋪一層水泥漿。

4 溢流壩段的施工方法

溢流壩段的主要施工難點(diǎn)為上下游向外挑出牛腿施工時(shí)的支撐結(jié)構(gòu)，上游牛腿向外挑出4m，下游牛腿向外挑出8m，均為1∶1反坡。牛腿施工時(shí)模板采用定型組合鋼模板，模板支撐結(jié)構(gòu)采用［12槽鋼作立柱，φ18鋼筋兩側(cè)對(duì)稱斜拉;安全操作平臺(tái)附著于倒懸斜面上，與拉模筋相連。為防止上層混凝土施工時(shí)拉裂下層混凝土，牛腿每層混凝土施工完后在其表層鋪設(shè)防裂鋼筋，防裂鋼筋的大小及長(zhǎng)度根據(jù)上層澆筑厚度受力分析確定。

溢流面混凝土一部分采用碾壓混凝土，與左岸一起通倉(cāng)施工，表層1.5m為常態(tài)混凝土，其余部分為碾壓混凝土，采取自卸車直接入倉(cāng)或泵送入倉(cāng)。

5 混凝土溫控措施

南俄5水電站所處流域?qū)偌撅L(fēng)氣候，受南海暖濕氣流的影響，降水豐沛，高溫濕熱，無(wú)四季之分，全年分為雨、旱兩季。1月份日平均氣溫大約為19℃左右，最低氣溫7℃左右，7月份日平均氣溫約27.4℃，日最高氣溫約36℃，全年月平均氣溫差很小。根據(jù)專家組咨詢意見(jiàn)，碾壓混凝土重力拱壩取消了拌和加冰和在壩體中預(yù)埋冷卻水管的溫控措施，采取的溫控措施主要為:

(1)高摻粉煤灰，C18020二級(jí)配、三級(jí)配碾壓混凝土粉煤灰摻量為60%，C18015三級(jí)配碾壓混凝土粉煤灰摻量為65%;

(2)摻加高效緩凝減水劑;

(3)骨料倉(cāng)搭設(shè)遮陽(yáng)棚，運(yùn)輸車輛及溜槽等混凝土輸送系統(tǒng)采取遮陽(yáng)措施;

(4)骨料堆放高度為6m以上;

(5)拌和用水采用溫度較低的河水，供水管路采取遮陽(yáng)措施;

(6)倉(cāng)內(nèi)采用噴霧設(shè)施;

(7)碾壓倉(cāng)面到達(dá)收倉(cāng)高度后加蓋麻袋并灑水養(yǎng)護(hù)，及時(shí)采取保溫隔熱等措施。

6 碾壓混凝土雨季施工措施

根據(jù)前期對(duì)南俄5水電站大壩工程區(qū)降雨的記錄資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知，每年的4月開始有一定程度的降雨，5、6月以及10月降雨主要為陣雨形式，大部分降雨歷時(shí)在0.5h左右，極少數(shù)降雨歷時(shí)達(dá)到2h或以上。因此，根據(jù)該特點(diǎn)，采取適當(dāng)?shù)拇胧?，可以確保碾壓混凝土澆筑過(guò)程中的施工質(zhì)量。

應(yīng)對(duì)雨水天氣很重要的一條措施是采用斜層鋪筑法，以利于倉(cāng)內(nèi)排水，防止雨量過(guò)大時(shí)在碾壓混凝土倉(cāng)內(nèi)積水。在施工期間，加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)信息的收集工作，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)施工所需的雨情和氣溫情況，妥善安排施工進(jìn)度。

在降雨強(qiáng)度小于3mm/h的條件下，采取以下措施繼續(xù)施工:

(1)適當(dāng)加大攪拌樓機(jī)口拌和物的VC值。

(2)卸料后立即平倉(cāng)、碾壓或覆蓋，以保證未碾壓的拌和料暴露在雨中的受雨時(shí)間不超過(guò)10 min。

(3)設(shè)置排水，以免積水浸入碾壓混凝土中。

如遇大雨或暴雨來(lái)不及平倉(cāng)碾壓時(shí)，應(yīng)用防雨布迅速全倉(cāng)面覆蓋，雨后根據(jù)具體情況及時(shí)采取各種措施進(jìn)行處理并恢復(fù)施工。

7 工程采取的主要優(yōu)化方案

7.1 大壩溫控措施優(yōu)化

南俄5水電站大壩在初步設(shè)計(jì)階段其溫控措施需采取混凝土加冰拌和、骨料預(yù)冷系統(tǒng)和(或)壩體預(yù)埋冷卻水管。南俄5水電站專家組根據(jù)工程的具體氣候特點(diǎn)及工程特征仔細(xì)分析后對(duì)此進(jìn)行了調(diào)整:取消混凝土加冰拌和、骨料預(yù)冷等溫控措施，亦不需要預(yù)埋冷卻水管，僅采取常規(guī)溫控措施即可。

由于混凝土所用水泥采用的是由泰國(guó)生產(chǎn)的大象牌波特蘭(硅酸鹽)PO52.5水泥(高熱)，前期水化熱偏高。在施工過(guò)程中，采用了常規(guī)的溫控措施，只有局部超過(guò)40℃?；炷寥雮}(cāng)后1～11d(絕大部分介于3～7d)達(dá)到初期最高溫升，峰值溫度介于29.4℃～41.8℃(絕大部分介于32℃～37℃)，溫升介于5.3℃～18.8℃(絕大部分介于8℃～14℃)。

大壩混凝土在施工過(guò)程中未出現(xiàn)明顯裂縫，但局部有表層裂縫，主要是因日溫差過(guò)大所致(日溫差在12月、1月份達(dá)到20℃左右);另外的裂縫則是壩面因洪水過(guò)流壩體外表面溫度驟降引起的貫通性裂縫，經(jīng)過(guò)處理，未見(jiàn)任何滲水現(xiàn)象。

因此，南俄5水電站大壩根據(jù)其特定的氣候特征所采用的常規(guī)溫控措施是可行且非常有效，對(duì)簡(jiǎn)化施工工藝，減少施工難度，加快工程建設(shè)速度具有重要意義。

7.2 調(diào)整大壩壩基邊坡開挖坡比及支護(hù)型式，優(yōu)化道路布置

兩岸壩基上游側(cè)邊坡開挖坡度為:壩基以上15m高程為1∶0.5，中間設(shè)平行兩岸壩基面的2 m寬?cǎi)R道，馬道以上邊坡坡度為1∶0.75，錨噴混凝土厚12cm。由于地形條件限制，施工進(jìn)展非常緩慢，每月下挖不到10m。綜觀大壩施工道路布置，結(jié)合大壩兩岸壩基邊坡具體的地質(zhì)構(gòu)造及1081m高程以下的基巖情況，經(jīng)各方探討研究后對(duì)大壩上游邊坡開挖進(jìn)行了以下調(diào)整。

(1)鑒于大壩上游邊坡為臨時(shí)工程，其開挖支護(hù)滿足施工期安全即可，根據(jù)壩區(qū)巖層走向、巖體整體穩(wěn)定的具體情況，其開挖坡比可調(diào)整至1∶0.5～1∶0.3，邊坡支護(hù)素噴混凝土5～8cm厚即可保證施工期安全，基巖較好地段可不進(jìn)行支護(hù)，局部破碎地段進(jìn)行錨噴支護(hù)即可。

(2)取消平行于兩岸壩基面的2m寬?cǎi)R道。

邊坡開挖結(jié)構(gòu)及支護(hù)方式經(jīng)過(guò)調(diào)整后，邊坡本身開挖及因施工道路布置所引起的邊坡開挖工程量大為減少，每月壩肩下挖速度達(dá)到20～30 m。另外，使左岸上游施工道路與以后壩體間的三角形空缺部位由30～40m長(zhǎng)變?yōu)?～6m，對(duì)以后的施工道路與壩體間聯(lián)通提供了極大的便利，為壩體施工設(shè)備材料順利上壩提供了重要保證。

7.3 溢流壩段混凝土材料分區(qū)優(yōu)化

溢流壩段混凝土在投標(biāo)階段主要考慮采用高架門機(jī)入倉(cāng)，但由于受地形及施工條件限制，進(jìn)場(chǎng)后主要考慮泵送入倉(cāng)方式。因該壩段體積大、工程量大，常態(tài)混凝土工程量達(dá)3萬(wàn)m3，若按常規(guī)采取泵送混凝土，其水泥用量大，水化熱高，施工后易出現(xiàn)溫度裂縫。

在對(duì)工程特征及施工條件等進(jìn)行分析和研究后，將溢流壩段混凝土材料及分區(qū)優(yōu)化為:溢流面常態(tài)混凝土在防沖表層澆筑厚度為1.5m，其余部位除上下游外挑部分外全部采用碾壓混凝土。

經(jīng)過(guò)進(jìn)行材料改變及分區(qū)后，減少了大量分區(qū)分塊和分層的數(shù)量，加快了施工速度并大量減少了水泥用量，同時(shí)亦更有利于混凝土施工溫度控制。

7.4 碾壓混凝土配合比調(diào)整

(1)二級(jí)配碾壓混凝土骨料摻量調(diào)整。

南俄5水電站采石場(chǎng)巖石為石英砂巖，由于其特有的礦物組成及結(jié)構(gòu)特性，母巖在破碎加工后成品骨料顆粒級(jí)配嚴(yán)重不合理，雖對(duì)砂石設(shè)備及碾壓混凝土配合比進(jìn)行了各種調(diào)試，其配比仍然變化不大，大壩防滲區(qū)施工因此存在很大的質(zhì)量隱患。

在對(duì)砂石骨料母巖、砂石設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)各種條件進(jìn)行分析后對(duì)大壩防滲區(qū)二級(jí)配碾壓混凝土配合比進(jìn)行了調(diào)整:在二級(jí)配混凝土中摻入了適量大石，減少了中石和小石用量，以改善骨料級(jí)配不合理狀況。

調(diào)整后的準(zhǔn)三級(jí)配碾壓混凝土可碾性明顯提高，相對(duì)壓實(shí)度及表面泛漿效果大大改善，強(qiáng)度及抗?jié)B性亦穩(wěn)定增加。后經(jīng)鉆孔取芯檢測(cè)，混凝土芯樣致密，抗壓及抗?jié)B等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)碾壓混凝土拌與VC值調(diào)整。

根據(jù)本工程技術(shù)條款要求，碾壓混凝土VC值為8±2s，因此將現(xiàn)場(chǎng)出機(jī)口處的VC值一般控制在4～5s。在施工過(guò)程中，泛漿不夠明顯，通過(guò)取芯也表明層間結(jié)合效果不太理想。后依據(jù)實(shí)際情況對(duì)出機(jī)口VC值進(jìn)行了調(diào)整，將其降至1～2s。雖然有時(shí)在施工過(guò)程中會(huì)出“彈簧土”現(xiàn)象，但經(jīng)過(guò)調(diào)整后表面泛漿明顯，取芯表明:VC值調(diào)整后的碾壓混凝土整體致密，層間相互嵌入，無(wú)層間結(jié)合縫，容重及抗壓強(qiáng)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7.5 負(fù)壓溜槽結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

本工程料場(chǎng)巖石為石英砂巖，巖石中石英含量高達(dá)60%，其硬度非常高，對(duì)鉆孔、篩網(wǎng)及襯板等磨損嚴(yán)重，負(fù)壓溜槽襯板磨損速度是普通工程的5～7倍，導(dǎo)致其不到4000m3即被磨穿。而大壩工程每一倉(cāng)碾壓混凝土在1.2萬(wàn)m3左右，碾壓混凝土在施工過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)經(jīng)常歇倉(cāng)的現(xiàn)象，給施工質(zhì)量帶來(lái)非常大的影響。

為此，對(duì)負(fù)壓溜槽作了以下三方面改進(jìn):(1)把溜槽尾部彎頭改成煙斗型;(2)在溜槽槽體中設(shè)置阻尼材料;(3)把彎頭以下的溜筒由鐵制材料改成柔性蓋帶。

經(jīng)過(guò)上述三方面改進(jìn)后，負(fù)壓溜槽能保證輸送三倉(cāng)碾壓混凝土(3.6萬(wàn)m3)以上，從而減少了大量修補(bǔ)工作和材料損耗，同時(shí)減少了大量人員、設(shè)備窩工現(xiàn)象，保證了每倉(cāng)碾壓混凝土施工的順利進(jìn)行。

8 關(guān)于方型廊道方案的探討

在大壩碾壓混凝土施工過(guò)程中，大壩廊道一般為拱形結(jié)構(gòu)，施工主要采取現(xiàn)澆、預(yù)制頂拱或邊頂拱。由于拱形廊道在施工中存在諸多問(wèn)題，不利于碾壓混凝土大壩連續(xù)施工，而將廊道結(jié)構(gòu)由拱形改成方形，國(guó)內(nèi)對(duì)此方面研究很少，少有論文對(duì)此進(jìn)行論述，主要原因是普遍認(rèn)為拱形應(yīng)力條件好，對(duì)壩體整體及穩(wěn)定性有利。

張光斗在《水工建筑物》一書中對(duì)方型廊道專門進(jìn)行了論述，推薦采用方型廊道:壩體自重和上游水壓力所產(chǎn)生的荷載，可由廊道頂部混凝土內(nèi)的虛擬拱承受，虛擬拱以下設(shè)置鋼筋以分散和限制裂縫。1994年11月，我國(guó)RCC專委會(huì)赴西班牙考察期間發(fā)現(xiàn)西班牙水庫(kù)大壩普遍采用方型廊道，從預(yù)制、吊裝就位、內(nèi)部美觀、防滲等方面看均比較好。

《預(yù)制灌漿廊道斷面的設(shè)計(jì)》(東北水利水電，2002年第6期)對(duì)此進(jìn)行了專門的論述，以白石水庫(kù)攔水壩為例對(duì)拱型和方型廊道各結(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力也進(jìn)行了計(jì)算和分析，方型廊道在受力上完全可行;文中對(duì)方型廊道在斜坡澆筑提出了可行方案，可將斜廊道頂部設(shè)置成梯步形式，相鄰兩塊有適量搭接。遼寧省玉石水庫(kù)采用方型廊道設(shè)計(jì)，在施工中取得了比較好的效果。

若將拱形廊道改成方型廊道在設(shè)計(jì)上亦完全可行，廊道邊墻與碾壓混凝土之間可采用變態(tài)混凝土，頂部采用預(yù)制蓋板，可實(shí)行大壩碾壓混凝土的連續(xù)施工，有利于廊道與壩體一起上升。

9 結(jié)語(yǔ)

南俄5水電站大壩工程在溫控、壩基上游面邊坡開挖及溢洪壩段混凝土材料分區(qū)及施工等方面均作了重大調(diào)整優(yōu)化;在碾壓混凝土配合比設(shè)計(jì)、負(fù)壓溜槽結(jié)構(gòu)及廊道施工等方面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況作出了相應(yīng)調(diào)整和改進(jìn)。以上方案的調(diào)整、優(yōu)化和改進(jìn)在施工中取得了良好效果，在保證工程質(zhì)量，減少施工難度，加快工程建設(shè)速度方面起到了重要作用。