溪洛渡水電站高線混凝土系統(tǒng)

董加利

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡水電站大壩工程主體混凝土607萬(wàn)m3。高線混凝土系統(tǒng)布置于右岸壩頭，主要供應(yīng)有溫控要求的大壩混凝土。工程所用的混凝土骨料分別為玄武巖粗骨料和灰?guī)r細(xì)骨料。

2 設(shè)計(jì)基本資料

2.1 地形、地質(zhì)及周邊條件

大壩高線混凝土系統(tǒng)位于右岸壩肩至二坪溝之間，順江長(zhǎng)320～340m。地形上呈陡緩相間，560m高程以下為陡壁;560～620m高程為寬約60～70m的12層中等緩坡，地形坡度一般30°～40°;620～700m高程為13層玄武巖陡壁;700～715m高程為寬約45～50m的平臺(tái);715～730m高程為14層基巖小陡坎，不連續(xù)分布;730m高程以上為堆積體中等緩坡，地形坡度一般30°～40°。高線混凝土系統(tǒng)后緣坡體較完整，沒(méi)有大的沖溝分布，僅發(fā)育2條小的沖溝;但在高線混凝土系統(tǒng)下游側(cè)發(fā)育的二坪溝，切割較深，溝源較長(zhǎng)，洪水期水量較大。

該場(chǎng)地上游連接壩肩，周邊無(wú)直接連接道路，僅有上壩道路4號(hào)公路隧道段可連接。

2.2 壩區(qū)氣候條件

壩址區(qū)年平均氣溫為19.7℃，極端最高氣溫41.0℃;年平均日照小時(shí)數(shù)為954.6h，年平均相對(duì)濕度66%，有明顯的旱雨季。氣溫驟降不頻繁，多年平均3次，多發(fā)生在2、3月;壩區(qū)多風(fēng)，年平均風(fēng)速2.9m/s。

2.3 混凝土溫控要求

根據(jù)水工溫控設(shè)計(jì)推薦的混凝土入倉(cāng)溫度要求，大壩約束區(qū)混凝土最低入倉(cāng)溫度為10℃，非約束區(qū)最低入倉(cāng)溫度為14℃，考慮混凝土運(yùn)輸、澆筑過(guò)程中的溫度回升，混凝土出機(jī)口溫度按7℃和12℃控制。

2.4 混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)任務(wù)

溪洛渡水電站大壩作為典型的高山峽谷地區(qū)高混凝土拱壩，采用纜機(jī)作為混凝土入倉(cāng)垂直運(yùn)輸?shù)闹饕侄?。設(shè)置4臺(tái)30t平移式纜機(jī)，吊罐容積為9m3，在壩頂高程設(shè)置雙車道供料線，寬度為16.0m，并在供料線下方設(shè)置混凝土吊罐放置平臺(tái)，所擬定混凝土運(yùn)輸車單車容積為9m3。

大壩高線混凝土系統(tǒng)主要供應(yīng)4臺(tái)纜機(jī)混凝土入倉(cāng)要求，混凝土總量約578.0萬(wàn)m3，大壩混凝土澆筑從第5年12月到第10年8月，總工期57個(gè)月，月平均澆筑強(qiáng)度為10.14萬(wàn)m3，高峰月澆筑強(qiáng)度為16.36萬(wàn)m3。結(jié)合澆筑措施和前期工作成果，混凝土系統(tǒng)需滿足常態(tài)混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力600m3/h、預(yù)冷混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500m3/h的要求。

3 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高線混凝土系統(tǒng)布置于右岸壩頭610.0m高程，主要供應(yīng)有溫控要求的大壩混凝土，按滿足混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度16.36萬(wàn)m3設(shè)計(jì)，設(shè)置兩座4×4.5m3型混凝土拌和樓和兩座制冷樓，常態(tài)混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力600m3/h，冷混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500m3/h，三班制生產(chǎn)。

3.1 混凝土生產(chǎn)工藝

粗、細(xì)骨料分別由粗、細(xì)骨料砂石加工廠運(yùn)至本系統(tǒng)705.0m平臺(tái)的4個(gè)粗骨料豎井和2個(gè)砂豎井中堆存，砂經(jīng)自然冷卻后直接送入拌和樓待用，粗骨料則經(jīng)二次篩分和一次風(fēng)冷后送入拌和樓待用。粗骨料通過(guò)骨料豎井底部出料膠帶機(jī)送入位于拌和平臺(tái)中部的二次篩分樓，經(jīng)篩分分級(jí)后送入位于拌和平臺(tái)下游端的8個(gè)鋼質(zhì)骨料預(yù)冷料罐(L×B×H=4m×4m×19m)，經(jīng)過(guò)一次風(fēng)冷后，進(jìn)入拌和樓料倉(cāng)進(jìn)行二次風(fēng)冷和骨料保溫。

膠凝材料庫(kù)設(shè)在705.0m平臺(tái)下游端的傾斜平臺(tái)上，由8個(gè)1 500t水泥罐、4個(gè)1 000t粉煤灰罐組成，庫(kù)中的水泥和粉煤灰采用氣力輸送，經(jīng)管路送入拌和樓上粉料罐。

在拌和樓附近設(shè)立水池和外加劑車間，拌和用水和添加劑通過(guò)管路送入拌和樓上水箱和外加劑儲(chǔ)液箱。預(yù)冷混凝土需要的片冰從制冷樓冰庫(kù)通過(guò)管道采取氣力送入拌和樓上的冰倉(cāng)，冷水則由制冷樓直接送入拌和樓上水箱。

各種骨料、粉料、水、片冰和外加劑溶液經(jīng)稱量后送入攪拌機(jī)拌和，拌制后倒入拌和樓卸料斗，經(jīng)運(yùn)輸汽車送至供料線下方的混凝土吊罐放置平臺(tái)卸入吊罐，由纜機(jī)吊運(yùn)送至各混凝土澆筑工作面。

3.2 拌和系統(tǒng)設(shè)備選擇及布置

高線混凝土系統(tǒng)分兩階布置在右岸壩肩至二坪溝之間，由兩座4×4.5m3型混凝土拌和樓，配套制冷系統(tǒng)，粗、細(xì)骨料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，二次篩分車間，膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，外加劑車間，廢水處理車間等組成。

3.2.1 拌和樓

根據(jù)混凝土澆筑強(qiáng)度計(jì)算，混凝土小時(shí)生產(chǎn)強(qiáng)度為491m3?？蛇x用2座4×4.5m3型水工混凝土拌和樓(常態(tài)混凝土銘牌產(chǎn)量360m3/h)，或3座4×3.0m3型水工混凝土拌和樓(常態(tài)混凝土銘牌產(chǎn)量240m3/h)。兩類拌和樓均是雙斗雙線出料拌和樓。4×4.5m3型拌和樓單罐單次混凝土產(chǎn)量為4.5m3，2個(gè)罐共用1個(gè)排料斗，單次產(chǎn)量為9m3;4×3.0m3型拌和樓單罐單次混凝土產(chǎn)量為3.0m3，2個(gè)罐共用1個(gè)排料斗，單次產(chǎn)量為6m3。從混凝土拌和樓單個(gè)循環(huán)單斗供料能力來(lái)看，4×4.5m3型拌和樓單斗單次供料能力剛好符合單次混凝土運(yùn)輸車能力;而4×3m3型拌和樓則需要多1個(gè)循環(huán)時(shí)間才能滿足運(yùn)輸數(shù)量要求，下一次則需要多1個(gè)排料時(shí)間才能滿足要求，設(shè)備利用率較低，調(diào)度復(fù)雜;再加上拌和系統(tǒng)場(chǎng)地緊張，布置3座拌和樓及配套的出料線路、上樓膠帶機(jī)等十分困難，故系統(tǒng)選用2座4×4.5m3型水工混凝土拌和樓。為縮短混凝土運(yùn)輸距離，拌和樓盡量靠近壩肩纜機(jī)供料線;為混凝土運(yùn)輸車行車暢通，兩座拌和樓出料線方向基本與河流方向平行，前后錯(cuò)開(kāi)布置。

3.2.2 制冷系統(tǒng)

在水電站施工中，通常采取的制冷措施主要為預(yù)冷骨料、加冷水和片冰拌和。本工程所處地區(qū)氣溫高，也考慮采用粗骨料預(yù)冷、加冷水和片冰的措施來(lái)降低混凝土溫度。

粗骨料預(yù)冷采用二級(jí)預(yù)冷措施，一級(jí)預(yù)冷為調(diào)節(jié)料倉(cāng)一次風(fēng)冷，將粗骨料冷卻至8～9℃;二級(jí)預(yù)冷為拌和樓骨料倉(cāng)二次風(fēng)冷，將粗骨料冷卻至2～3℃。在拌和樓內(nèi)加2.5℃冷水和－10℃片冰拌和，每立方米混凝土加冰量不超過(guò)50kg。在氣溫偏低時(shí)候，通過(guò)采取上述部分措施，可滿足混凝土出機(jī)口最低溫度7℃和12℃的要求。

制冷系統(tǒng)主要設(shè)施包括制冷樓、一次風(fēng)冷制冷車間、一次風(fēng)冷料倉(cāng)。一次風(fēng)冷制冷車間布置在705.0m高程平臺(tái)，供應(yīng)一次風(fēng)冷所需冷風(fēng)。風(fēng)冷料倉(cāng)為2座16m(長(zhǎng))×4m(寬)×19m(高)的骨料倉(cāng)，位于610m平臺(tái)，分別用來(lái)預(yù)冷150～80mm、80～40mm、40～20mm、20～5mm 四種骨料，每種骨料兩個(gè)料倉(cāng)，每個(gè)骨料倉(cāng)容量為200m3，可使骨料冷卻時(shí)間超過(guò)60min，使骨料達(dá)到更好的冷卻效果。制冷樓布置在610.00m高程拌和樓附近，共2座，尺寸為22m(長(zhǎng))×12m(寬)×29.5m(高)，每座制冷樓供應(yīng)1座拌和樓需要的片冰和冷水。單座制冷樓片冰生產(chǎn)能力為250t/24h，冷水生產(chǎn)能力為30m3/h，每座制冷樓上均設(shè)容量150t的片冰庫(kù)。

3.2.3 粗、細(xì)骨料豎井

混凝土拌和系統(tǒng)在705.00m高程平臺(tái)設(shè)6個(gè)豎井，其中4個(gè)粗骨料豎井堆存四種粒徑的粗骨料，為防止骨料跌落產(chǎn)生遜徑，豎井內(nèi)設(shè)置了緩降裝置。豎井直徑12m，深65m，單個(gè)容量約7 000m3，共計(jì)28 000m3。細(xì)骨料儲(chǔ)存在705.00m高程的2個(gè)直徑10m、深57m的細(xì)骨料豎井，經(jīng)過(guò)2～3天的自然冷卻后送入拌和樓。為避免骨料受日照升溫，在豎井口設(shè)有遮陽(yáng)棚。

3.2.4 二次篩分車間

篩分車間設(shè)在610.00m平臺(tái)最下游，配1臺(tái)2YKR3060和2臺(tái)2YKR2460雙層振動(dòng)篩，采用濕篩法，前后分階篩，以提高骨料脫水效果;篩分廢水經(jīng)水槽送入水處理車間處理，粒徑小于5mm的棄渣用汽車運(yùn)往棄料場(chǎng)。

3.2.5 膠凝材料庫(kù)

水泥和粉煤灰?guī)煸O(shè)于705.0m平臺(tái)下游端傾斜平臺(tái)上，有8個(gè)1 500t水泥罐、4個(gè)1 000t粉煤灰罐，可滿足混凝土高峰期10d的用量。水泥和粉煤灰均采用氣力輸送，選用耗氣量小、輸送量大的倉(cāng)式氣化泵，所需用風(fēng)則由設(shè)在膠凝材料庫(kù)附近的供風(fēng)站供應(yīng)。

3.2.6 廢水處理車間

廢水處理車間設(shè)在拌和平臺(tái)下游端，處理拌和系統(tǒng)生產(chǎn)造成的廢水，主要是二次篩分的廢水。

3.2.7 交通運(yùn)輸

系統(tǒng)主要運(yùn)輸任務(wù)為運(yùn)輸成品混凝土至大壩供料線?；炷吝\(yùn)輸車裝料后向上游行車前往壩肩，卸料后通過(guò)供料線循環(huán)道路回到4號(hào)公路隧道段，經(jīng)4號(hào)公路隧道段與混凝土系統(tǒng)之間的進(jìn)場(chǎng)道路回到拌合樓前排隊(duì)等候調(diào)度。在下游595.00m平臺(tái)與4號(hào)公路隧道之間設(shè)有出場(chǎng)道路，以便水處理車間棄渣清運(yùn)。705.00m平臺(tái)下游端直接與場(chǎng)內(nèi)6號(hào)公路、8號(hào)公路相連，并在膠凝材料庫(kù)和骨料豎井前設(shè)有回車場(chǎng)地，平臺(tái)上各車間運(yùn)輸條件良好。

混凝土拌和系統(tǒng)上平臺(tái)設(shè)施的主要功能是混凝土骨料和膠凝材料倉(cāng)儲(chǔ)，下平臺(tái)設(shè)施的主要功能是骨料的二次篩分、冷卻和成品混凝土的生產(chǎn)?；炷涟韬拖到y(tǒng)主要車間布置見(jiàn)圖1。

圖1 混凝土拌和系統(tǒng)主要車間的布置

4 混凝土系統(tǒng)拌和平臺(tái)后邊坡設(shè)計(jì)

4.1 基本條件

大壩高線混凝土系統(tǒng)基礎(chǔ)涉及的基巖主要為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖12、13、14層和宣威組粉砂巖夾黏土巖、泥頁(yè)巖。玄武巖屬極堅(jiān)硬巖類，強(qiáng)度較高，吸水率較低;黏土巖、泥頁(yè)巖屬軟巖類，強(qiáng)度較低，吸水率較高，遇水易軟化，風(fēng)化較嚴(yán)重。560～620m高程中等緩坡區(qū)和700～715m高程平臺(tái)區(qū)，多為第四系崩坡積物所覆蓋，靠?jī)?nèi)、外側(cè)基巖有零星出露，覆蓋層厚度一般1～8m，由塊碎石土組成，結(jié)構(gòu)較松散。巖體風(fēng)化卸荷較強(qiáng)，強(qiáng)卸荷一般水平深度20～25m，垂直深度8～12m;弱風(fēng)化上段(弱卸荷)一般水平深度45～55m，垂直深度35～40m;弱風(fēng)化下段一般水平深度60～90m，垂直深度60～70m。

混凝土系統(tǒng)邊坡主要涉及由冰水冰川堆積的含孤塊碎礫石和崩坡積的塊碎石土，巖(土)體力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表1。

4.2 邊坡開(kāi)挖支護(hù)

4.2.1 馬道設(shè)置及坡比

610～720 m高程間的主要巖流層為 P2β12、P2β13，P2β13和 P2β12層，上部均為直立陡壁，兩壁高約25～35m，之間為寬約5～10m的臺(tái)地，總體坡度約1∶0.35～1∶0.4，天然邊坡整齊，無(wú)明顯的貫穿性卸荷拉張裂縫，無(wú)大的崩塌現(xiàn)象，天然邊坡穩(wěn)定。

在可研階段考慮該邊坡為自然穩(wěn)定邊坡，以不挖、少挖邊坡結(jié)合清理危險(xiǎn)源的原則，對(duì)該邊坡進(jìn)行清理和小范圍的支護(hù)。在技施階段考慮混凝土系統(tǒng)拌和平臺(tái)場(chǎng)地狹窄，加上系統(tǒng)后邊坡高度大，自然坡度陡峭，下方混凝土系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年，擬對(duì)該邊坡進(jìn)行退坡開(kāi)挖，既能提供較寬的拌和平臺(tái)，也能清除掉后坡的安全隱患。平臺(tái)后坡640.0m、670.0m高程設(shè)置兩道3m寬?cǎi)R道，開(kāi)挖坡比按1∶0.3～1∶0.15控制。

表1 地基巖(土)體力學(xué)參數(shù)建議值

4.2.2 邊坡開(kāi)挖支護(hù)

混凝土拌和平臺(tái)后邊坡開(kāi)挖根據(jù)巖石情況采取分段坡比控制，拌和平臺(tái)至640m馬道間邊坡開(kāi)挖坡比為1∶0.3，640m馬道至670m馬道間邊坡開(kāi)挖坡比為1∶0.2，670m馬道至705m平臺(tái)開(kāi)挖坡比為1∶0.15。

邊坡全面采用掛網(wǎng)噴錨支護(hù)(噴混凝土C25，厚 15cm，鋼筋網(wǎng) φ6.5，間距 15cm ×15cm;錨桿φ25，L=6.0m，間排距 2.0m ×2.0m，梅花形布置)，并從高出平臺(tái)0.5m的地方開(kāi)始布設(shè)排水孔，坡面上按2m×2m間距，傾角外傾15°，深3m，孔徑50mm。

又考慮骨料豎井外圍巖壁較薄，對(duì)邊坡安全不利，在豎井中間加設(shè)100～200t錨索，長(zhǎng)30～50m，排距5m。

5 結(jié)束語(yǔ)

決定混凝土系統(tǒng)生產(chǎn)特性的主要因素有:混凝土月澆筑強(qiáng)度、級(jí)配、最大單塊澆筑強(qiáng)度、成品混凝土的出料要求等;對(duì)系統(tǒng)布置影響大的其它因素有混凝土的特殊要求，如溫控、高強(qiáng)、早凝等。隨著混凝土系統(tǒng)規(guī)模的增大，其配套的粉料存儲(chǔ)、制冷、水處理等系統(tǒng)規(guī)模也增大，對(duì)場(chǎng)地的要求也更多。本混凝土系統(tǒng)配置混凝土溫控措施，靠近大壩布置，縮短了成品混凝土運(yùn)距，系統(tǒng)建成后運(yùn)行良好。

混凝土系統(tǒng)作為水電站建設(shè)中的主要輔助設(shè)施之一，常常規(guī)劃為臨時(shí)設(shè)施，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一般避免大規(guī)模的土石開(kāi)挖和場(chǎng)地平整。考慮本工程混凝土總量大，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，系統(tǒng)布置場(chǎng)地有限，采取非常規(guī)的土石開(kāi)挖和高邊坡支護(hù)，為混凝土系統(tǒng)布置提供較好的場(chǎng)地條件，保證工程主體混凝土的供應(yīng)，為整個(gè)工程施工進(jìn)度得到保障提供必要條件。