4.5 m升層混凝土施工技術(shù)的推廣與應(yīng)用

黃 丹 勇，　楊 衛(wèi) 森

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都　610091)

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4.5 m升層混凝土施工技術(shù)的推廣與應(yīng)用

黃 丹 勇，楊 衛(wèi) 森

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都610091)

介紹了錦屏一級(jí)水電站高拱壩采用的4.5 m升層雙撐桿懸臂大模板施工技術(shù)，加快了拱壩混凝土澆筑上升速度。

4.5 m升層；混凝土；施工技術(shù)；錦屏一級(jí)水電站

1　概　述

錦屏一級(jí)水電站混凝土雙曲拱壩壩頂高程為1 885 m，建基面高程1 580 m，最大壩高305 m，是世界上已建成的最高的混凝土拱壩。工程位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，地處高山峽谷，地質(zhì)地形條件極為復(fù)雜。該拱壩混凝土澆筑因邊坡及壩基開挖工程滯后﹑混凝土工程量增加﹑前期骨料供應(yīng)不足等因素影響，導(dǎo)致大壩混凝土澆筑滯后原定工期9個(gè)月。為此，開展了特高拱壩混凝土4.5 m升層厚度澆筑關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術(shù)難題，并在全壩段推廣使用，加快了拱壩混凝土澆筑上升速度，節(jié)約工期4個(gè)月。

2　主要施工關(guān)鍵技術(shù)

2.14.5 m升層模板施工技術(shù)

4.5 m升層澆筑混凝土?xí)?duì)模板產(chǎn)生更大的側(cè)壓力，導(dǎo)致模板變形控制難度大大增加。為解決模板變形問題，保證大壩體型滿足設(shè)計(jì)要求，研發(fā)了雙撐桿懸臂大模板及4.5 m直筒異型液壓自爬模板。

(1)雙撐桿懸臂大模板。

為滿足4.5 m升層混凝土澆筑，加快施工進(jìn)度，我們委托模板專業(yè)化公司進(jìn)行模板設(shè)計(jì)。 通過對(duì)上下游面模板在高度方向上以折代曲所產(chǎn)生的偏差進(jìn)行分析，采用高度為4.9 m的模板澆筑4.5 m升層倉最大偏差發(fā)生在大壩上游面1 871～1 885 m高程，偏差值為-1.1 cm，其它部位偏差均≤1 cm，滿足規(guī)范要求；水平方向的模板寬度按常規(guī)的3 m考慮，通過作圖對(duì)偏差進(jìn)行分析，偏差均滿足規(guī)范要求。結(jié)合各壩段寬度輔以2.7m、2.4 m、2.1 m寬度規(guī)格的模板、再配合拼縫板以解決曲率變化引起的“V形和倒V形開口”問題。

模板采用雙支點(diǎn)、雙軸桿的支撐方式以增強(qiáng)模板剛度，懸臂大模板主要由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)四部分組成，通過由加強(qiáng)型爬升錐、懸掛螺栓、預(yù)埋蛇形筋等組成的錨固系統(tǒng)固定模板，具有操作簡(jiǎn)單快捷、通用性強(qiáng)、調(diào)節(jié)靈活方便、安全性高、周轉(zhuǎn)次數(shù)多等特點(diǎn)，在錦屏一級(jí)水電站高拱壩施工中已被廣泛應(yīng)用。

(2)4.5 m直筒異型液壓自爬模板。

錦屏一級(jí)水電站大壩電梯井位于18#壩段，為異型結(jié)構(gòu)，井深247 m，井內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹窄。澆筑分層隨大壩升高采用3 m或4.5 m，為此，電梯井模板采用4.7 m高整體液壓自動(dòng)爬升模板。該模板使用簡(jiǎn)便、操作快捷，節(jié)省了大量的施工時(shí)間及施工成本。模板結(jié)構(gòu)為幾個(gè)面板結(jié)構(gòu)基本相同或?qū)ΨQ，桁架結(jié)構(gòu)相同或?qū)ΨQ且相對(duì)獨(dú)立的整體單元。澆筑混凝土?xí)r，各單元的模板及上桁架需連成整體，共同承擔(dān)施工荷載；其它工況下各單元既可以獨(dú)立施工作業(yè)，也可以整體施工作業(yè)，相互之間施工作業(yè)的干擾小。

液壓自爬模板體系具有的優(yōu)點(diǎn)：

①液壓爬?？烧w爬升，也可分單元爬升，爬升穩(wěn)定性好。液壓爬升過程平穩(wěn)、同步、安全。

②提供全方位的操作平臺(tái)，操作方便，安全性高，可節(jié)省大量的工時(shí)和材料。

③爬模架一次組裝后，一直到頂不落地，既節(jié)省了施工場(chǎng)地，也減少了模板(特別是面板) 的碰傷損毀。

④模板安裝簡(jiǎn)單，糾偏方便，施工誤差可逐層消除。

⑤模板爬升速度快，可以提高工程施工速度。

2.24.5 m升層澆筑溫控關(guān)鍵技術(shù)

拱壩施工期產(chǎn)生裂縫的主要原因是混凝土溫度應(yīng)力超過其抗裂能力而致，溫度應(yīng)力超標(biāo)是導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的主要原因，一般產(chǎn)生在通水冷卻、強(qiáng)迫降溫過程中。為了防止混凝土裂縫，通常采用控制澆筑層厚、延長(zhǎng)間歇期，通過層面散熱，降低混凝土最高溫度的溫控措施以減少溫度應(yīng)力。錦屏一級(jí)水電站拱壩陡坡壩段約束區(qū)溫控防裂安全裕度不高，4.5 m升層將對(duì)溫度應(yīng)力產(chǎn)生不利影響。

(1)4.5 m升層與3 m升層澆筑對(duì)比分析。

通過仿真計(jì)算分析同等條件下3 m升層澆筑和4.5 m升層澆筑溫度場(chǎng)、溫度應(yīng)力和安全系數(shù)的差別，評(píng)估4.5 m升層澆筑溫控防裂的風(fēng)險(xiǎn)并得出以下結(jié)論：

①4.5 m升層澆筑混凝土的最高溫度一般發(fā)生在1～3 d齡期之內(nèi)；混凝土內(nèi)部最大順河向應(yīng)力均發(fā)生在該部位二期通水冷卻降溫末期。河床壩段最大順河向應(yīng)力位于基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)；岸坡壩段最大順河向應(yīng)力位于基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)與岸坡交界處。4.5 m升層澆筑混凝土溫度應(yīng)力的基本規(guī)律與3 m升層澆筑相似。

②河床壩段的溫度和應(yīng)力情況基本規(guī)律如下：4.5 m升層澆筑比3 m升層澆筑最高溫度略高，相差約0.3 ℃，最高溫度滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。4.5 m升層澆筑比3 m升層澆筑的最大應(yīng)力略大0.05～0.12 MPa，安全系數(shù)降低0.04～0.16。

③考慮采用纖維混凝土和錦屏水電站B版溫控措施后，4.5 m與3 m升層澆筑層厚相比最高溫度略高0.4 ℃，最大應(yīng)力略大0.14 MPa(主要原因在于最高溫度增加以及間歇期增加)，安全系數(shù)略低。

(2)4.5 m升層澆筑溫控標(biāo)準(zhǔn)及措施優(yōu)化。

由于采用4.5 m升層澆筑后，壩體最高溫度和最大應(yīng)力均有所增大，遂對(duì)4.5 m升層澆筑的溫控標(biāo)準(zhǔn)和措施進(jìn)行了優(yōu)化，并保證措施優(yōu)化后4.5 m升層澆筑的抗裂安全系數(shù)優(yōu)于現(xiàn)有溫控措施條件下3 m層厚澆筑的情況。

2.34.5 m升層澆筑施工工藝

(1)做好倉面設(shè)計(jì)和資源配置。

4.5 m升層澆筑采用平鋪法澆筑。每倉分4區(qū)共9個(gè)坯層(40 cm+55 cm×2+50 cm×6)澆筑，將上下坯層覆蓋時(shí)間控制在4 h以內(nèi)，要求入倉強(qiáng)度必須達(dá)到180 m3/h以上。在倉內(nèi)配置“四平四振”平倉振搗設(shè)備，并在倉外四周布設(shè)10臺(tái)噴霧機(jī)用于倉內(nèi)降溫。

(2)提高混凝土輸送和澆筑速度。

為充分提高纜機(jī)的吊運(yùn)效率，將倉面根據(jù)4臺(tái)纜機(jī)覆蓋范圍分為4個(gè)施工區(qū)域。開倉前，在兩邊橫縫上標(biāo)示清楚。在每個(gè)施工區(qū)域內(nèi)布置平倉機(jī)和振搗臂各1臺(tái)，并在倉內(nèi)設(shè)置下料標(biāo)識(shí)進(jìn)行定位。當(dāng)?shù)豕蘧嚯x倉面高度在1.5 m以內(nèi)時(shí)，迅速下料。除特殊情況外，纜機(jī)不行走大車，纜機(jī)在倉內(nèi)卸料完畢、平倉機(jī)及時(shí)平倉。

(3)縮短冷卻水管鋪設(shè)時(shí)間。

在澆筑過程中，各區(qū)同一坯層覆蓋時(shí)間的長(zhǎng)短不一，通過充分利用各區(qū)的覆蓋時(shí)間差鋪設(shè)冷卻水管并保證澆筑不停歇，從根本上消除了冷卻水管鋪設(shè)對(duì)混凝土澆筑的影響。

(4)加強(qiáng)模板變形控制。

4.5 m升層大模板的單套模板比3 m升層模板重量增加約70%，此外，4.5 m升層澆筑混凝土?xí)?duì)模板產(chǎn)生更大的側(cè)壓力。我們采用在橫縫上定點(diǎn)拉線控制和全站儀實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)煞N方式觀測(cè)模板的變形情況，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)處理。

(5)加強(qiáng)混凝土溫度控制。

①對(duì)混凝土骨料采用一次、二次風(fēng)冷的措施進(jìn)行預(yù)冷，以砸石溫度替代表面溫度的方式確保骨料內(nèi)部溫度滿足要求，從而保證了入倉溫度和澆筑溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

②混凝土拌制采用冷水、加冰拌制，以確?；炷脸鰴C(jī)口溫度滿足設(shè)計(jì)要求。

③混凝土澆筑過程中加快了混凝土層面的覆蓋速度和平倉振搗速度，做到不堆料、壓料，提高混凝土澆筑強(qiáng)度，縮短坯層覆蓋時(shí)間(控制坯層覆蓋時(shí)間在4 h以內(nèi))。

④高溫季節(jié)(時(shí)段)進(jìn)行倉面噴霧，以降低環(huán)境溫度。

⑤混凝土通水冷卻，在每個(gè)4.5 m升層試驗(yàn)倉內(nèi)按1.5 m×1.5 m布置了3層HDPE冷卻水管。采用1臺(tái)制冷能力為360 m3/h的冷水機(jī)組進(jìn)行通水冷卻。

3　4.5 m升層混凝土施工

錦屏一級(jí)水電站大壩共設(shè)26個(gè)壩段，大壩首倉14#壩段于2009年10月23日開倉澆筑，至2013年12月23日26#壩段最后1倉封頂，歷時(shí)50個(gè)月。大壩共澆筑1 495倉(共計(jì)混凝土507.13萬m3)，其中1.5 m、3 m和4.5 m倉數(shù)量分別為205倉、734倉、556倉，混凝土澆筑量分別為33.94萬m3、237.37萬m3、235.82萬m3。

(1)體型控制。

總的體型控制成果見表1。

表1　錦屏一級(jí)水電站大壩體型偏差統(tǒng)計(jì)成果表

從大壩1.5 m、3 m、4.5 m升層形體偏差統(tǒng)計(jì)成果看，各澆筑層的體型偏差符合設(shè)計(jì)要求，4.5 m澆筑升層體型偏差略大于1.5 m、3 m層厚。

(2)溫控實(shí)施情況評(píng)價(jià)。

混凝土在高線拌和樓拌制過程中，骨料風(fēng)冷溫度控制良好，加上動(dòng)態(tài)調(diào)整加冰量的措施，混凝土出機(jī)口溫度控制良好，合格率達(dá)到99.8%。通過混凝土運(yùn)輸、澆筑過程中的溫度控制，澆筑溫度總體控制在11 ℃范圍內(nèi)，運(yùn)輸過程中的溫度回升也基本控制在4 ℃以內(nèi)，澆筑溫度合格率達(dá)到96.5%。

根據(jù)1.5 m、3 m、4.5 m升層最高溫度超溫統(tǒng)計(jì)情況表看，3 m升層超溫率最高。這是因?yàn)橹饕A(chǔ)約束區(qū)、結(jié)構(gòu)倉多數(shù)澆筑3 m升層，故其超溫率比其它澆筑升層略高。通過對(duì)澆筑時(shí)間以及最高溫度出現(xiàn)時(shí)間相近的澆筑倉最高溫度情況進(jìn)行對(duì)比得知，總體規(guī)律為4.5 m層厚最高溫度略高于3 m層厚澆筑倉，平均高0.05 ℃左右。從溫度過程看，4.5 m層厚溫度過程與3 m層厚相差不大。

4　進(jìn)度分析

(1)大壩不同升層倉使用情況及對(duì)施工進(jìn)度影響分析。

大壩共澆筑倉位1 495個(gè)，其中4.5 m倉層厚度澆筑倉位占總倉位數(shù)的37.2%，混凝土量占總方量的46.5%。若將4.5 m升層倉全部按3 m升層施工，則需多澆筑278個(gè)倉。因此，采用4.5 m倉層厚度澆筑混凝土對(duì)加快施工進(jìn)度十分有利。

(2)典型壩段分析。

孔口壩段(15#壩段)4.5 m升層倉共澆筑了28倉，澆筑方量為14.5萬m3，混凝土方量為該壩段總方量的40%。采用4.5 m升層倉后，較采用3 m升層倉倉位數(shù)量減少了14倉。按實(shí)際統(tǒng)計(jì)，采用4.5 m升層倉與采用3 m升層倉比較，大壩每上升1 m可節(jié)約1 d時(shí)間，按此效率， 15#壩段采用4.5 m升層共澆筑126 m，節(jié)約工期126 d。

岸坡壩段(19#壩段)4.5 m升層倉共澆筑了36倉，澆筑方量為16.1萬m3，混凝土方量為該壩段總方量的63%。采用4.5 m升層倉后，較采用3 m升層倉倉位數(shù)量減少了18倉。按照平均完成一倉用10 d時(shí)間計(jì)算，相當(dāng)于增加了180 d的倉位調(diào)節(jié)時(shí)間。

采用4.5 m升層方案，能夠減少備倉和澆筑次數(shù)，減少設(shè)備轉(zhuǎn)倉次數(shù)和時(shí)間，提高施工效率，明顯縮短了施工工期，減少了水平縫面的處理次數(shù)，從而大大節(jié)省了人工及材料，相應(yīng)的水平縫面沖毛及損耗、保溫等工序的工程量明顯減少。

(3)施工進(jìn)度成果。

大壩混凝土澆筑從2009年10月23日開始至大壩全線澆筑至壩頂高程1 885 m，共歷時(shí)約50個(gè)月，完成混凝土澆筑507.13萬m3。大壩混凝土施工月最高強(qiáng)度18.02萬m3，高峰年澆筑混凝土169.13萬m3，月平均強(qiáng)度14.09萬m3；全壩月平均上升高度為6.1 m，高峰年全壩月平均上升高度為7.5 m，其中19#壩段上升111 m，月平均9.25 m。

5　結(jié)　語

通過采取雙撐桿懸臂大模板、4.5 m直筒異型液壓自爬模板、4.5 m升層澆筑溫控標(biāo)準(zhǔn)及措施優(yōu)化、4.5 m升層澆筑施工工藝優(yōu)化等技術(shù)措施，解決了模板變形、混凝土溫度控制等技術(shù)難題，在全壩推廣應(yīng)用后加快了拱壩混凝土澆筑上

升速度，實(shí)現(xiàn)了錦屏一級(jí)水電站拱壩優(yōu)質(zhì)快速施工，節(jié)約工期4個(gè)月。

4.5 m升層厚度澆筑關(guān)鍵技術(shù)突破了常態(tài)混凝土拱壩澆筑倉層厚度的限制，為靈活組織施工和加快施工進(jìn)度提供了一個(gè)有效的技術(shù)手段。該項(xiàng)技術(shù)在錦屏一級(jí)工程中的應(yīng)用，不僅對(duì)加快錦屏一級(jí)水電站拱壩施工進(jìn)度，保障工程順利建成具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義，而且在烏東德、白鶴灘、松塔等同類工程中具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-05-20

TV7；TV52；TV544

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1001-2184(2016)04-0071-03

黃丹勇(1973-)，男，湖北應(yīng)城人，項(xiàng)目經(jīng)理，高級(jí)工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作；

楊衛(wèi)森(1987-)，男，山西洪洞人，助理工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.