碾壓混凝土快速施工技術(shù)

歐曉東陳雄祝熙男付震南

(1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司沙沱電站建設(shè)公司,貴州沿河 565300;2.武警水電第一總隊(duì)三支隊(duì),貴州沿河 565300)

碾壓混凝土快速施工技術(shù)

歐曉東1陳雄2祝熙男1付震南1

(1.貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司沙沱電站建設(shè)公司,貴州沿河 565300;2.武警水電第一總隊(duì)三支隊(duì),貴州沿河 565300)

碾壓混凝土施工廣泛應(yīng)用于各類大、中型電站大壩主體工程中,在國內(nèi)外眾多水電工程中已取得了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。本文針對沙沱電站13#壩段預(yù)留缺口承擔(dān)三期導(dǎo)流任務(wù)的特殊性,對施工工藝大膽嘗試,重點(diǎn)闡述了如何在保證碾壓混凝土施工質(zhì)量的前提下,實(shí)現(xiàn)模板連續(xù)性穩(wěn)定提升,實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度碾壓混凝土入倉,實(shí)現(xiàn)倉號(hào)連續(xù)備倉和澆筑,達(dá)到了快速施工效果,以滿足特殊施工進(jìn)度要求的需要。

沙沱電站 碾壓混凝土 連續(xù)上升 快速施工

1 基本概況

沙沱電站13#壩段即升船機(jī)壩段位于大壩中右部,左側(cè)為9-12#溢流壩段,右側(cè)為13-16#擋水壩段。在電站前期左岸明渠導(dǎo)流時(shí),對13#壩段基巖面進(jìn)行開挖和基坑施工,澆筑至293.0m高程時(shí),成了一個(gè)長48.50m大缺口,在電站建設(shè)中、后期與大壩預(yù)留導(dǎo)流底孔聯(lián)合完成導(dǎo)流任務(wù),到大壩主體工程施工完成后,才實(shí)施封堵。

13#壩段在328.0m高程布置一層交通廊道,其中縱向廊道一條,橫向廊道一條,350.5m高程為過壩渠道底板,寬度為12.0m。350.5m高程以上壩體在分左、右壩段:左壩段寬度為23.0m,壩頂設(shè)計(jì)高程371.0m,檢修門庫布置在左壩段,門庫底板高程353.0m;右壩段寬度為25.5m,壩頂設(shè)計(jì)高程376.6m。過壩渠道左側(cè)為寬3m的左邊墻,在353.5m～367.0m高程布置3排系船柱,壩縱0+033.000樁號(hào)上游側(cè)混凝土與13#左壩段同時(shí)施工,以滿足電站蓄水時(shí)擋水需要,壩縱0+033.000樁號(hào)下游側(cè)混凝土等13#壩段主體混凝土澆筑完成后進(jìn)行施工;右側(cè)為寬10.5m的右邊墻。13#壩段封堵混凝土工程為16.67萬m3,其中C15Ⅲ級(jí)配碾壓混凝土15.97萬m3,常態(tài)混凝土0.7萬m3。

2 連續(xù)快速施工必要性分析

由于沙沱水電站工程采用河床分期導(dǎo)流方式導(dǎo)流:前期利用礁灘作縱向圍堰,選用左岸明渠導(dǎo)流的方式,中、后期則采用在壩體上預(yù)留導(dǎo)流底孔配合13#壩段缺口導(dǎo)流,而在主汛期,洪水僅僅依靠壩體導(dǎo)流底孔下泄已滿足不了導(dǎo)流的需要,須由導(dǎo)流底孔及13#壩段缺口聯(lián)合泄洪才能滿足要求。因此13#壩段預(yù)留缺口在做出封堵決定前須慎之又慎。一旦實(shí)施封堵,意味著其在主汛期承擔(dān)聯(lián)合導(dǎo)流任務(wù)終止,也意味著在主汛期前要完成13#壩段所有土建、金屬結(jié)構(gòu)安裝工程,具備導(dǎo)流底孔下閘,電站蓄水條件,這是沒有任何退步的。否則在主汛期洪水一旦來臨,導(dǎo)流底孔無法單獨(dú)滿足泄流任務(wù),那么電站將面臨著滅頂之災(zāi),下游人民隨時(shí)將可能面臨著巨大洪澇災(zāi)害。

根據(jù)水文資料顯示,沙沱電站主汛期在每年的5月初至11月底,根據(jù)可控的施工進(jìn)度分析來看,假如13#壩段缺口在11月初開始實(shí)施基礎(chǔ)面處理,到即定的第二年4月20日下閘蓄水,總工期只有短短的6個(gè)月不到的時(shí)間,而在下閘前,需留有1個(gè)月以上的時(shí)間對電站進(jìn)行全面的檢查和最終的消缺、驗(yàn)收等工作,留給缺口封堵真正的工期不足5個(gè)月,因此封堵施工任務(wù)十分繁重,形勢嚴(yán)峻,把13#壩段缺口封堵施工比做一場決戰(zhàn)也不為過分。以常規(guī)的施工方式來完成13#壩段缺口碾壓混凝土施工,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了工期要求,需對施工工藝進(jìn)行大膽創(chuàng)新,改變新思路,才能在短期內(nèi)完成如此巨大的工程量,才能確保電站按期下閘蓄水,確保電站和下游庫區(qū)的安全。

3 連續(xù)快速施工條件和范圍

碾壓混凝土快速施工采取倉號(hào)連續(xù)上升技術(shù),即通過各種施工工藝措施將常規(guī)的“備倉—澆筑—備倉”改變?yōu)閭鋫}和澆筑同時(shí)進(jìn)行,這樣備倉所用的時(shí)間不占直線工期,從而將有效工期延長?；炷羵}號(hào)要實(shí)現(xiàn)連續(xù)上升需有一定的施工條件,首先是倉號(hào)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單劃一;其次是混凝土倉號(hào)須有足夠大的面積,除保證在倉面上能布置所有碾壓混凝土施工設(shè)備,如平攤機(jī)、振動(dòng)碾等外,又要保證已澆筑好的部位下層碾壓混凝土已初凝,預(yù)埋的模板錨筋能受力牢固,達(dá)到模板向上提升安裝要求;第三還得具備有一定生產(chǎn)能力的能產(chǎn)出合格的混凝土拌制設(shè)備,并配備有滿足強(qiáng)度需要的混凝土入倉手段。

綜合考慮13#壩段壩體結(jié)構(gòu)、碾壓混凝土施工強(qiáng)度等多種因素,將13#壩段碾壓混凝土施工分為三個(gè)碾壓區(qū):過壩渠道底板350.5m高程以下碾壓混凝土為第一碾壓區(qū),350.5m高程以上過壩渠道左側(cè)為第二碾壓區(qū),右側(cè)為第三碾壓區(qū)。第二、三碾壓區(qū)倉面狹小,不具備連續(xù)上升搶工條件;在第一碾壓區(qū)328.0m～311m高程布置一層交通廊道,倉號(hào)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,也不具備連續(xù)上升條件;在349～350.5m高程為過壩渠道底板段,布置有鋼筋,采用常態(tài)混凝澆筑,同樣也無法實(shí)現(xiàn)快速上升。以上部位施工只能按常規(guī)的先備倉后澆筑的施工順序?qū)嵤?很難在這些工作面上取得大的工期突破。因此在293m-349m高程部位碾壓混凝土施工中,隨著壩體高程不同,采用的入倉道路不同,分3次完整的連續(xù)上升實(shí)現(xiàn)快速施工。這3次部位高程范圍分別為:293m-310m高程、310m-328m高程、331m-349m高程。在連續(xù)上升過程中,碾壓混凝土分層碾壓厚度為30cm左右,可連續(xù)碾壓5層～10層,短暫間歇后再碾壓上升,這樣一方面保證加固模板用的錨筋周邊混凝土能凝固到一定的強(qiáng)度值,確保模板在連續(xù)提升中加固的安全可靠,另一方面也為模板在澆筑的同時(shí)提供足夠的提升時(shí)間。

4 快速施工中的模板技術(shù)

如何保證模板在碾壓混凝土連續(xù)澆筑過程中安全可靠地實(shí)現(xiàn)連續(xù)提升,是混凝土連續(xù)快速施工的關(guān)鍵,為了達(dá)到這個(gè)要求,對模板選型、提升技術(shù)及模板加固提出了更高更嚴(yán)的要求。

4.1 模板的選型

在混凝土施工中,為了得到要求的建筑物結(jié)構(gòu)形狀、或需限制混凝土流動(dòng)的任何地方,都需設(shè)置模板。在模板選型上首先是模板得有足夠穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度、密封性,以滿足承受荷載、不變形走樣、不爆模和漏漿等要求,保證混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸、形狀和相互位置符合設(shè)計(jì)規(guī)定;二是要便于安裝和拆卸結(jié)構(gòu),減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度,簡化模板施工工藝;三是盡量采取模塊化的組合模板,提高模板的通用性和周轉(zhuǎn)次數(shù),以降低施工難度和施工成本。為了適應(yīng)高強(qiáng)度的碾壓混凝土施工需要,采用大型連續(xù)翻升模板。該模板將組合鋼模板（面板厚5mm)通過桁架式背架連接組裝,形成外形尺寸為3m× 3.0m（長×高)的可進(jìn)行交替上升的翻轉(zhuǎn)模板。模板結(jié)構(gòu)由面板系統(tǒng)、主梁桁架系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、操作平臺(tái)及拉模桿五部分組成,全部采用鋼結(jié)構(gòu)制作。單套模板設(shè)計(jì)總重約1750kg,模板用錨筋和套筒與拉模桿連接固定。

4.2 模板安裝拆除及連續(xù)上升技術(shù)

模板運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后,用倉面8 t吊車配合安裝。起始倉（293m～300m高程倉號(hào))模板通過模板外側(cè)地錨支撐樁加固,模板內(nèi)側(cè)用錨筋和套筒與拉模桿連接固定,同時(shí)預(yù)埋好下一層模板使用時(shí)的定位錐套筒,模板安裝調(diào)整完畢且經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后即進(jìn)行混凝土澆筑。在下一層模板安裝時(shí),利用已澆的未拆除的第一層模板穩(wěn)定性,在其頂部用連接螺栓將兩層模板進(jìn)行連接,在兩模板后背方桁架系統(tǒng)間連接調(diào)節(jié)絲桿,通過調(diào)節(jié)絲桿調(diào)整模板至符合要求后,在第二層模板內(nèi)側(cè)通過焊接拉模桿將預(yù)埋錨筋和定位錐套筒固定連接,同時(shí)預(yù)埋好下一層模板使用時(shí)的定位錐套筒,調(diào)整完畢且經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑。用第二層模板安裝同樣的方法完成第三層模板的安裝,三層模板實(shí)現(xiàn)連續(xù)翻轉(zhuǎn)提升。模板安裝時(shí),測量人員隨時(shí)用儀器檢查校正,內(nèi)傾量控制在3～6mm時(shí)較為適宜。當(dāng)在混凝土強(qiáng)度達(dá)到3.5MPa以上,能保證表面及棱角不因拆模而損壞時(shí),對側(cè)面模板進(jìn)行拆除。拆除時(shí)用倉面吊通過平衡梁吊緊模板,由人工站在模板后方的工作平臺(tái)上松開模板后背方桁架系統(tǒng)間連接調(diào)節(jié)絲桿,松開固定模板間連接螺栓,擰出定位錐,待模板脫離混凝土面后,起吊模板往上層繼續(xù)安裝,如此不斷循環(huán)。

在連續(xù)上升快速施工中,安裝調(diào)整好后的模板須通過預(yù)先埋在混凝土內(nèi)的錨筋進(jìn)行牢固連接,保證不發(fā)生模板變形、跑模、爆模等影響混凝土澆筑質(zhì)量的現(xiàn)象,不發(fā)生模板垮塌等重大安全事故。上層模板以下層已澆的未拆除的模板為基礎(chǔ),通過螺栓及模板后背方調(diào)節(jié)絲桿連接加固,模板上側(cè)通過焊接拉模桿將預(yù)埋在倉內(nèi)的錨筋和定位錐套筒固定連接,隨著倉號(hào)澆筑,拉模桿澆入混凝土中,不斷增加了拉固模板的效果,實(shí)現(xiàn)模板的牢固穩(wěn)定。因不斷連續(xù)上升,已澆筑的混凝土強(qiáng)度并未完成達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度值,直接在倉內(nèi)預(yù)埋錨筋無法達(dá)到完全牢固的效果,當(dāng)用這樣的錨筋來加固模板時(shí),可靠度較低。為了確保錨筋加固模板的效果,采用預(yù)制錨筋墩的方法來實(shí)現(xiàn),即事先在場外預(yù)制小型的、人工可搬動(dòng)的混凝土塊,在混凝土塊中澆入兩根一頭帶有彎鉤（彎鉤端在混凝土內(nèi))的∮16鋼筋,等混凝土塊強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定值后打好毛面,運(yùn)至倉內(nèi)。在將進(jìn)行模板安裝的碾壓混凝土層的上一層,把混凝土塊埋入其中,露出鋼筋作為錨筋使用,通過預(yù)制墩在混凝土內(nèi)的受力效果,解決了錨筋加固模板的牢固問題。

5 碾壓混凝土快速施工入倉手段

碾壓混凝土入倉手段常見有:自卸車直接入倉、滿管溜槽或溜管入倉、皮帶機(jī)系統(tǒng)入倉等,從入倉強(qiáng)度來講,以上最有效、強(qiáng)度最大的入倉手段是采用自卸車直接入倉,這種入倉方法直接、簡單、方便,省去了中間的任何過程,簡化了工序,同時(shí)混凝土毋須經(jīng)過第二道入倉環(huán)節(jié)直接進(jìn)入倉內(nèi),質(zhì)量得到了充分保證。但直接入倉手段需具備有一定的地勢地形條件,能夠保證通過填渣方式修通道路,車輛能夠直接運(yùn)輸混凝土到倉內(nèi)。13#壩段缺口碾壓混凝土快速施工過程中,利用電站建設(shè)期右岸布置的4#、6#兩條公路為主運(yùn)輸通道,通過壩前修筑平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)碾壓混凝土3次完整的連續(xù)上升。

5.1 入倉強(qiáng)度分析

13#壩段293m-349m高程碾壓混凝土隨著倉號(hào)高程不同,倉號(hào)面積逐漸減小,其中最大面積為2863.0m2,最小面積為2278.0m2。碾壓混凝土利用汽車直接入倉,采用平層鋪筑,碾壓層厚30cm,按6小時(shí)覆蓋（混凝土初凝最小時(shí)間),需最大入倉強(qiáng)度為144m3/h。從混凝土生產(chǎn)能力上看,左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)配置有一座2×6m3強(qiáng)制式拌和樓和一座作為備用的2×4m3強(qiáng)制式拌和樓。2×4m3拌和樓生產(chǎn)能力為常態(tài)及碾壓混凝土280m3/h,2×6m3拌和樓生產(chǎn)能力為常態(tài)及碾壓混凝土360m3/h,拌和樓強(qiáng)度滿足需要;從混凝土運(yùn)輸能力上看,自拌和樓至倉面最遠(yuǎn)運(yùn)距為1.81km,壩區(qū)自卸汽車速度取15km/h,汽車在拌和樓等料時(shí)間取6min,倉內(nèi)倒料、錯(cuò)車時(shí)間取8min,綜合考慮上述因素,自卸汽車每小時(shí)可運(yùn)輸混凝土2.8車,每車裝料9m3,其運(yùn)輸強(qiáng)度為25.2m3/h,共需20T自卸汽車5～8臺(tái)?？紤]到維修和備用,共需配備10臺(tái)20T自卸汽車就能滿足混凝土運(yùn)輸強(qiáng)度要求。

5.2 293m～349m高程混凝土入倉

在293m～310m高程倉號(hào)開倉前,在壩前293m高程平臺(tái)修出三道臺(tái)階式道路,低臺(tái)階頂高程為296m,中間臺(tái)階頂高程為302m高程,高臺(tái)階頂高程為308m高程。先通過填筑將低臺(tái)階道路連接于6#公路,作為首次入倉通道,隨著混凝土倉號(hào)的澆筑同時(shí),中間臺(tái)階道路進(jìn)行填筑,使其也連接于6#公路,倉號(hào)澆筑到299m高程后,低高程道路棄用,啟用中間臺(tái)階入倉通道,同時(shí)進(jìn)行高臺(tái)階道路填筑也使其連接于6#公路,待倉號(hào)澆筑至305m高程時(shí),啟用高臺(tái)階入倉通道,直至澆筑到310高程,實(shí)現(xiàn)293～310高程混凝土的直接入倉。

310m～328m高程的混凝土入倉是利用右岸壩前325馬道修筑道路連接于4#公路,壩前進(jìn)倉段道路利用壩前空腔體位置順馬道方向在外側(cè)澆筑一堵底寬為3m,頂寬為2m,高為18m的混凝土擋墻。擋墻形成后,在擋墻內(nèi)側(cè)回填石渣至325m高程,形成入倉道路?；炷寥雮}時(shí),因310m～325m高程差較大,在擋墻325m高程安裝一個(gè)喇叭形自卸車轉(zhuǎn)料溜槽,通過倉面上的自卸車轉(zhuǎn)接倉外經(jīng)溜槽溜下來的混凝土實(shí)現(xiàn)入倉。倉號(hào)澆筑至322m高程后,倉內(nèi)自卸車無法實(shí)現(xiàn)由溜槽轉(zhuǎn)接混凝土,采用填筑修路直接入倉,從而實(shí)現(xiàn)310m～328m高程入倉。

6 快速施工中的混凝土質(zhì)量控制

隨著碾壓混凝土在水電站中的應(yīng)用,其施工工藝及質(zhì)量保證措施已取得了重大的突破和成功。過程中配齊配夠合格的倉面指揮人員、質(zhì)檢員、實(shí)驗(yàn)員等,按規(guī)范要求進(jìn)行卸料、平倉、碾壓、振搗、切縫等工序,按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)冷卻水管,通水冷卻,并做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

（1)層間處理:在293m高程因混凝土停頓時(shí)間較長,老混凝土層面層間結(jié)合處理應(yīng)到位,防止層間結(jié)合影響混凝土澆筑質(zhì)量。層面須全部進(jìn)行人工鑿毛,鑿毛后面積較大的倉號(hào)使用沖毛機(jī)沖毛,面積較小的倉號(hào)或鋼筋較密集部位及邊角部位采用人工手釬或風(fēng)鎬鑿毛,人工清理。在混凝土澆筑前,人工清除石碴和積水,在混凝土面上先均勻鋪設(shè)2cm～3cm的水泥砂漿,以保證所澆混凝土層面良好結(jié)合。

(2)止、排水系統(tǒng)施工:止水系統(tǒng)銅片至迎水面部位的橫縫采用預(yù)埋瀝青板成縫,瀝青板采用鋼筋三角架固定,隨著混凝土面上升預(yù)埋瀝青板也跟隨上升。止水銅片四周采用變態(tài)混凝土施工,在澆筑中,止水銅片由專人負(fù)責(zé)看守,以確保止水銅片的位置準(zhǔn)確,止水銅片周邊的變態(tài)混凝土須振搗密實(shí),結(jié)合良好。排水系統(tǒng)按要求安裝好排水塑料盲管,澆筑過程進(jìn)行保護(hù),防止堵塞。

(3)變態(tài)混凝土施工:大壩上游面50cm范圍內(nèi)是大壩的止水面（防滲區(qū)),是大壩混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵。在變態(tài)混凝土施工過程中,按配料計(jì)量準(zhǔn)確配制水泥灰漿,攪拌均勻后對變態(tài)區(qū)灑鋪約2mm后對變態(tài)區(qū)進(jìn)行振搗密實(shí),確保變態(tài)區(qū)的止水性。為了防止對大壩防滲區(qū)的破壞,在入倉過程中采用了鋼跳板跨過變態(tài)區(qū),防止入倉車輛通行時(shí)對防滲區(qū)產(chǎn)生攏動(dòng)而破壞了防滲區(qū)。

(4)洗車平臺(tái)設(shè)置:由于快速施工全過程采用自卸車直接入倉,因此在每次入倉前須安設(shè)好洗車平臺(tái),對入倉車輛及入倉設(shè)備進(jìn)行沖洗。洗車平臺(tái)一般安設(shè)在距離倉號(hào)約50m處,洗車平臺(tái)至倉面路段鋪放厚約為10cm碎石對洗過的車輛設(shè)備進(jìn)行脫水處理,避免了水份、渣物等隨車帶入倉內(nèi)而產(chǎn)生不良的質(zhì)量影響。

(5)溫度控制:13#壩段主要在低溫季節(jié)施工,高溫施工質(zhì)量措施可避免,執(zhí)行低溫混凝土施工措施。因入倉溫度低,部分混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)齡期,抗拉強(qiáng)度較低,混凝土內(nèi)部溫度較高,下閘蓄水后庫

水溫較低而產(chǎn)生過大的“冷擊”作用,需采取溫控措施控制壩體內(nèi)部最高溫度,降低內(nèi)、外溫差。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,壩體上游面335m高程以下內(nèi)、外溫差按15°C控制,以上及下游面按20°C控制。為降低內(nèi)、外溫差,通過在壩體埋設(shè)冷卻水管通水冷卻,降低壩體內(nèi)的最高溫度,以滿足蓄水后的溫差梯度要求。同時(shí)在施工過程中進(jìn)行倉面的噴霧及保濕養(yǎng)護(hù)工作。

7 施工效果分析

通過碾壓混凝土連續(xù)快速施工工藝,實(shí)現(xiàn)了碾壓混凝土施工第一次自293m高程連續(xù)上升至310m高程,澆筑混凝土35920m3,歷時(shí)13天;第二次自310m高程連續(xù)上升至328m高程,完成混凝土45930m3方,歷時(shí)15天;第三次自331m高程連續(xù)上升至349m高程,完成混凝土43720m3方,歷時(shí)14天。整個(gè)13#壩段大面積碾壓混凝土施工僅僅用了不到兩個(gè)月的時(shí)間,為接下來的其它土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程贏得了充分的施工時(shí)間。通過快速施工措施,順利實(shí)現(xiàn)沙沱電站4月20日按期下閘蓄水目標(biāo),創(chuàng)造了碾壓混凝土施工的新突破,為類似工程提供了成功的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

歐曉東(1988—),男,陜西省西鄉(xiāng)縣人,助理工程師,主要從事水電工程建設(shè)管理工作;陳雄(1976—),男,福建省平潭縣人,工程師,主要從事現(xiàn)場施工管理和技術(shù)工作。