阿海水電站大壩混凝土質(zhì)量控制綜述

李福年 張繼全

(云南華電金沙江中游水電開發(fā)有限公司, 云南 昆明 650228)

阿海水電站大壩混凝土質(zhì)量控制綜述

李福年 張繼全

(云南華電金沙江中游水電開發(fā)有限公司, 云南 昆明 650228)

本文以阿海水電站大壩混凝土施工質(zhì)量控制為研究對(duì)象，結(jié)合水電站所處的氣候和地形特點(diǎn)及國內(nèi)碾壓混凝土質(zhì)量現(xiàn)狀，從混凝土原材料優(yōu)選、施工配合比試驗(yàn)研究、生產(chǎn)質(zhì)量、入倉方式及溫控措施等方面研究并提出提高混凝土質(zhì)量的控制措施與對(duì)策，并應(yīng)用于工程施工，混凝土施工質(zhì)量控制達(dá)到預(yù)期效果。

阿海水電站； 混凝土； 質(zhì)量控制； 綜述

1 工程概況

阿海水電站位于云南省麗江市玉龍與寧蒗兩縣交界的金沙江中游河段，上游為梨園水電站，下游為金安橋水電站，屬金沙江中游水電規(guī)劃“一庫八級(jí)”的第四級(jí)。

1.1 工程樞紐布置

樞紐布置型式為河床壩后式廠房，主要由碾壓混凝土重力壩、左岸溢流表孔、左岸泄洪沖沙底孔、右岸沖沙底孔、壩后主副廠房等構(gòu)成。其中，擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，壩頂設(shè)計(jì)高程1510.00m，建基面最低高程1378.00m，最大壩高132.00m，壩頂總長度482.00m。壩體和消力池混凝土總量約280萬m3，其中碾壓混凝土150萬m3。

1.2 工程氣候及地形特征

壩址地處金沙江中游干熱河谷，其流域氣候特征差異很大，工程所在的直門達(dá)以下至攀枝花河段，大部分地處橫斷山脈地帶，該地區(qū)受地形影響，氣候在水平和垂直方向上差異很大，立體氣候明顯。冬春時(shí)節(jié)天氣以晴朗干燥、降雨少為主；夏秋時(shí)節(jié)西南暖濕氣流沿河谷溯源入侵形成降雨，主汛期7、8、9三個(gè)月的雨量多、強(qiáng)度大。壩址所在區(qū)的年總降水量在710mm左右，年均氣溫18.7℃，年平均蒸發(fā)量大致為1100～2500mm。

壩址部位金沙江流向大致由北向南，Ⅴ線以上河道較順直，以下河道呈弧形凸向右岸?？萜诤铀桓叱?408.00～1410.00m，水深一般8.0～15.0m，相應(yīng)水面寬度一般60～150m，大壩正常蓄水位高程1504.00m處一般河谷寬350～400m，河谷為“V”形，兩岸谷峰相對(duì)高差大，地形坡度一般為30°～45°。

1.3 阿海水電站混凝土質(zhì)量控制目標(biāo)

阿海水電站工程是云南華電金沙江中游水電開發(fā)有限公司的第一個(gè)母體電站，也是中國華電集團(tuán)在云南板塊開發(fā)的第一個(gè)百萬級(jí)水電站，工程建設(shè)伊始就明確了“百年大計(jì)、質(zhì)量第一”和“科學(xué)管理、精益求精”的質(zhì)量方針，以“實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)投產(chǎn)，爭(zhēng)創(chuàng)國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”為質(zhì)量目標(biāo)，努力將阿海水電站工程打造成華電云南的窗口。

2 國內(nèi)碾壓混凝土工程質(zhì)量現(xiàn)狀

碾壓混凝土除了混凝土存在的一般質(zhì)量缺陷外，由于其本身的特殊性也存在著其他質(zhì)量問題，如層間結(jié)合不良、密實(shí)度不夠、滲漏及溫度裂縫等，另外還存在著人力資源投入不足的現(xiàn)象。

2.1 層間結(jié)合不良

碾壓混凝土是一種低水泥用量的干硬性混凝土，和易性相對(duì)較差，在運(yùn)輸和攤鋪過程中易分離，整體抗?jié)B性能較常態(tài)混凝土差，如果層間結(jié)合面處理不好，極易在結(jié)合面形成滲漏通道，從而降低壩體的整體抗滑穩(wěn)定性，增加壩體的滲流量，給建筑物安全可靠運(yùn)行埋下重大隱患。

2.2 密實(shí)度不夠

碾壓混凝土只有在施工過程中經(jīng)碾壓達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的密實(shí)度后才能達(dá)到其預(yù)期的強(qiáng)度和不透水性。但在施工過程中因混凝土原材料質(zhì)量波動(dòng)、施工強(qiáng)度高、工期緊、施工作業(yè)隊(duì)伍技術(shù)水平不平衡等各種因素影響，雖然按施工工藝參數(shù)進(jìn)行碾壓，但不一定能達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的密實(shí)度。

2.3 溫控裂縫問題

對(duì)于大體積混凝土來說，混凝土澆筑初期會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，使得混凝土內(nèi)外存在較大溫差，容易形成溫度裂縫，如果在施工過程中處理不當(dāng)容易造成貫穿裂縫。在大體積碾壓混凝土施工中，溫度裂縫控制是一項(xiàng)較復(fù)雜的問題且具有普遍性。

目前，“層間結(jié)合、溫控防裂”仍然是碾壓混凝土施工質(zhì)量控制的核心，在工程建設(shè)過程中出現(xiàn)的各種質(zhì)量缺陷、問題甚至事故與多種因素有關(guān)。只有切實(shí)遵循客觀規(guī)律，重視各環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)督控制，才能真正保證工程建設(shè)質(zhì)量的全面實(shí)現(xiàn)，并從根本上消除工程質(zhì)量隱患。

3 阿海水電站大壩混凝土質(zhì)量控制的難點(diǎn)

鑒于阿海水電站就近混凝土膠凝材料選擇余地少，經(jīng)過原材料優(yōu)選試驗(yàn)，采用P·O42.5普硅水泥。普硅水泥在大體積混凝土應(yīng)用時(shí)增加了水化熱的控制難度，需要在混凝土施工過程通過施工配合比選擇、優(yōu)化施工工藝參數(shù)和溫控等措施的落實(shí)，以防止溫度裂縫產(chǎn)生；同時(shí)考慮到水泥生產(chǎn)廠為新投產(chǎn)設(shè)備，材料管理部門和試驗(yàn)部門應(yīng)加強(qiáng)與水泥廠的溝通與協(xié)調(diào)，動(dòng)態(tài)掌握水泥生產(chǎn)情況，確保質(zhì)量穩(wěn)定。

另外，阿海水電站工程處在中國較典型干熱地區(qū)的金沙江流域干熱河谷，其特殊的氣候特征加大了施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。在金沙江干熱河谷的高溫季節(jié)連續(xù)澆筑，需要有專項(xiàng)的設(shè)計(jì)措施、原材料措施、施工措施及溫度控制措施，預(yù)防溫度裂縫發(fā)生。在阿海水電站大壩混凝土施工期間加強(qiáng)了與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的合作，尤其是在6—10月汛期期間，由氣象部門實(shí)時(shí)發(fā)布?xì)庀箢A(yù)報(bào)信息，生產(chǎn)部門及時(shí)了解雨情和其他氣象情況，妥善安排施工進(jìn)度；同時(shí)在雨天施工時(shí)加強(qiáng)降雨量觀測(cè)，當(dāng)雨量小于3mm/h時(shí)，碾壓混凝土繼續(xù)施工，需采取防雨布覆蓋、臨時(shí)排水溝等措施；當(dāng)雨量達(dá)到或超過3mm/h時(shí)，暫停施工，未完成碾壓作業(yè)的條帶和整個(gè)倉面全部覆蓋并停止進(jìn)料。

在工程建設(shè)期間，正值中國水電開發(fā)建設(shè)的高峰期，加上中國水電企業(yè)走出去戰(zhàn)略的實(shí)施，設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建設(shè)等人力資源都不滿足工程建設(shè)管理的要求，導(dǎo)致國內(nèi)水電建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)施工管理與作業(yè)人員素質(zhì)參差不齊，相關(guān)人員質(zhì)量意識(shí)淡薄，往往很多是勞務(wù)分包，甚至存在以包代管的現(xiàn)象。工程項(xiàng)目實(shí)施伊始，在做好質(zhì)量策劃的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，控制好施工作業(yè)人員上崗前的技能培訓(xùn)與過程中的監(jiān)督力度，使之能熟練地掌握與實(shí)施混凝土施工工藝流程及質(zhì)量控制要點(diǎn)。

大壩壩體不分施工縱縫，碾壓混凝土采用全斷面通倉薄層攤鋪澆筑，澆筑倉面大，施工強(qiáng)度高。阿海水電站河谷較為狹窄，呈深V形，壩體總長為482m，入倉道路的布置難度大，需進(jìn)一步優(yōu)化混凝土的運(yùn)輸及入倉方式，縮短碾壓混凝土層間隔，運(yùn)輸澆筑強(qiáng)度滿足大倉面層面最短間歇時(shí)間要求。

4 因地制宜做好質(zhì)量控制

4.1 工程混凝土原材料優(yōu)選試驗(yàn)

混凝土原材料是配制高品質(zhì)、高性能混凝土的基礎(chǔ)，科學(xué)、合理的配合比則為混凝土各項(xiàng)良好性能提供保障，而施工質(zhì)量的好壞是影響混凝土耐久性的最直接因素。

根據(jù)阿海水電站工程總進(jìn)度計(jì)劃安排，大壩碾壓混凝土施工時(shí)段為2009年11月至2011年8月，歷時(shí)22個(gè)月。雖然2007年中國水泥產(chǎn)能已達(dá)14多億t，但水泥產(chǎn)量區(qū)域分布極其不平衡，華東和中南地區(qū)的產(chǎn)量占總產(chǎn)能66%；而工程建設(shè)地點(diǎn)周邊大理、麗江和迪慶地區(qū)的水泥廠相對(duì)較少、產(chǎn)能較低，恰逢同期金沙江中游、瀾滄江流域水電建設(shè)高峰期，混凝土原材料水泥處于需大于求的局面。

在選擇原材料時(shí)，以“技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、合理”為原則，在對(duì)周邊地區(qū)的水泥、粉煤灰廠家進(jìn)行廣泛調(diào)研、分析、綜合比較的基礎(chǔ)上，充分考慮生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)產(chǎn)能、質(zhì)量穩(wěn)定性、市場(chǎng)需求、貨到工地的綜合價(jià)格等制約因素，進(jìn)行原材料的優(yōu)選試驗(yàn)研究，確定混凝土原材料，以確保在工程建設(shè)順利推進(jìn)的同時(shí)，降低工程投資。

通過選取經(jīng)濟(jì)運(yùn)距內(nèi)三個(gè)廠家的水泥樣品參與優(yōu)選試驗(yàn)(其中兩個(gè)為42.5中熱硅酸鹽水泥，一個(gè)為42.5普硅水泥)，從抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度、極限拉伸值、軸心抗拉強(qiáng)度及抗壓彈模6個(gè)混凝土性能指標(biāo)進(jìn)行綜合比較分析，指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)果與水泥品種的選擇是吻合的，雖然中熱水泥碾壓混凝土性能相對(duì)普硅水泥碾壓混凝土性能較優(yōu)，但兩者之間相差甚微。

工程項(xiàng)目建設(shè)管理在技術(shù)可行的前提下，還需對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比分析。由于中熱水泥到工地的運(yùn)輸距離297km遠(yuǎn)大于普通水泥到工地的運(yùn)輸距離136km，并且中熱水泥受所在地區(qū)水電工程影響，其供應(yīng)能力無法保證，而普硅水泥運(yùn)至工地交通方便、運(yùn)距近，生產(chǎn)質(zhì)量、供應(yīng)能力均較穩(wěn)定，只要在混凝土施工過程中采取相應(yīng)的質(zhì)量、技術(shù)保證措施，就能夠確?；炷列阅軡M足設(shè)計(jì)要求。

4.2 混凝土施工配合比試驗(yàn)研究

依據(jù)混凝土原材料優(yōu)選試驗(yàn)研究確定的原材料并參考國內(nèi)其他類似工程經(jīng)驗(yàn)，阿海水電站大壩碾壓混凝土施工配合比采用42.5普硅水泥高摻Ⅱ級(jí)粉煤灰、摻緩凝高效減水劑的中富膠凝材料技術(shù)方案，在充分考慮碾壓混凝土拌合物本身的工作度、含氣量、抗分離性和可碾性及硬化混凝土強(qiáng)度、變形、耐久性和抗裂等性能技術(shù)指標(biāo)要求基礎(chǔ)上，結(jié)合阿海水電站工程特點(diǎn)，開展碾壓混凝土施工配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究。

4.3 混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制

a.混凝土原材料管理。原材料是組成混凝土的基礎(chǔ)，原材料品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響混凝土質(zhì)量的好壞，切實(shí)關(guān)系到大壩的強(qiáng)度、整體性及耐久性能，是一切質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。原材料質(zhì)量控制的目標(biāo)是保證用于混凝土的各類原材料各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足工程設(shè)計(jì)指標(biāo)及《水利工程碾壓混凝土施工規(guī)范》要求，防止將不合格的原材料用于工程。

b.混凝土入倉方式選擇。碾壓混凝土具有施工速度快、成本低、可容納多種機(jī)械同時(shí)施工的特點(diǎn)。其快速施工的關(guān)鍵制約因素往往是混凝土入倉運(yùn)輸方式。目前，碾壓混凝土的入倉運(yùn)輸方式有自卸汽車運(yùn)輸、皮帶機(jī)運(yùn)輸、負(fù)壓溜槽運(yùn)輸、胎帶機(jī)運(yùn)輸?shù)?。在鋪筑大面積碾壓混凝土?xí)r，因長臂反鏟、門機(jī)、塔機(jī)、纜機(jī)等設(shè)備吊運(yùn)入倉不能滿足混凝土澆筑強(qiáng)度要求，為保證混凝土連續(xù)作業(yè)，不出現(xiàn)冷倉現(xiàn)象，阿海水電站工程大壩碾壓混凝土入倉采用以自卸汽車直接入倉為主、滿管溜槽為輔的混凝土入倉手段。

在工程施工過程中發(fā)現(xiàn)部分碾壓倉號(hào)廊道布置單一，為確保倉內(nèi)施工通暢，采取在預(yù)制混凝土廊道預(yù)留缺口，設(shè)置鋼棧橋跨廊道以滿足自卸汽車跨廊道直接入倉的要求，從而解決了碾壓混凝土倉被廊道分隔后形成多個(gè)小倉號(hào)混凝土入倉的難題。

c.混凝土溫控措施研究。碾壓混凝土大壩屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)，由于大量摻用粉煤灰，碾壓混凝土水化熱發(fā)展推遲，而壩體澆筑速度較快，碾壓混凝土施工過程中通過澆筑層面散失的熱量較少，加之氣溫年變化較大，引發(fā)混凝土出現(xiàn)溫度裂縫。為降低溫度應(yīng)力，預(yù)防混凝土產(chǎn)生溫度裂縫，保證建筑物的整體性和耐久性，根據(jù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制出機(jī)口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、混凝土分層分塊及間歇期等，同時(shí)采取通水冷卻、混凝土表面養(yǎng)護(hù)、混凝土保護(hù)等溫控措施來實(shí)現(xiàn)大壩混凝土容許溫差、允許最高溫度和灌漿溫度控制性指標(biāo)，從而預(yù)防混凝土裂縫生成。

5 混凝土質(zhì)量檢驗(yàn)成果分析與評(píng)價(jià)

進(jìn)行質(zhì)量管理的基礎(chǔ)是真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)，“一切用數(shù)據(jù)說話”才能做出科學(xué)的判斷。在質(zhì)量控制過程中通過科學(xué)的檢測(cè)方法和合理的檢測(cè)頻次，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，進(jìn)行收集、整理、分析質(zhì)量數(shù)據(jù)，有效地分析、發(fā)現(xiàn)過程中存在的問題，便于及時(shí)采取糾偏措施，糾正和預(yù)防質(zhì)量事故。

5.1 整體質(zhì)量評(píng)價(jià)

施工過程中抽樣檢測(cè)、鉆孔取芯試驗(yàn)及滲漏量檢測(cè)結(jié)果表明，碾壓混凝土層間結(jié)合良好、裂縫少、壩體防滲系統(tǒng)效果好，大壩混凝土施工質(zhì)量控制措施取得良好效果，混凝土各項(xiàng)性能滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

a.碾壓混凝土鉆孔取芯情況。大壩碾壓混凝土經(jīng)鉆孔取芯檢查，芯樣獲得率99.0%；取芯外觀光潔潤滑，骨料分布均勻，結(jié)構(gòu)密實(shí)，層間結(jié)合良好。同時(shí)在大壩17號(hào)壩段三級(jí)配碾壓混凝土區(qū)，成功取出一根直徑197mm長19.28m的混凝土芯樣，該長度刷新了同期國內(nèi)碾壓混凝土大壩取芯的最長記錄，芯樣較高的完整度也反映出阿海水電站碾壓混凝土施工質(zhì)量和取芯技術(shù)水平。

b.壓水試驗(yàn)。鉆孔壓水試驗(yàn)顯示，二級(jí)配防滲區(qū)碾壓混凝土滿足最大透水率0.45～0.47Lu<0.5Lu的設(shè)計(jì)要求，三級(jí)配防滲區(qū)碾壓混凝土滿足最大透水率0.86～0.95Lu<1.0Lu的設(shè)計(jì)要求。

c.壩體滲漏量。對(duì)正常蓄水位下大壩滲流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，壩基集水井口量水堰實(shí)測(cè)滲流量匯總值(包括消力池滲流量)為1625m3/d，其消力池排往大壩的滲流量為45m3/d，壩基的實(shí)際滲流量為1581m3/d，滿足設(shè)計(jì)控制參考值3423m3/d的要求。

5.2 第三方評(píng)價(jià)

電力建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站對(duì)阿海水電站工程竣工階段的質(zhì)量監(jiān)督中，對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量的總體評(píng)價(jià)為根據(jù)拌合物檢測(cè)、物理力學(xué)指標(biāo)、溫度控制及外觀質(zhì)量和裂縫檢查情況，表明已澆筑的大壩混凝土質(zhì)量受到較好控制；在同類型同等規(guī)模壩型中，壩體混凝土裂縫少、滲漏量小。

6 展 望

阿海水電站大壩混凝土施工實(shí)踐表明，在經(jīng)過廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上開展混凝土原材料優(yōu)選和配合比試驗(yàn)研究、驗(yàn)證、優(yōu)化，全過程采取質(zhì)量控制措施，使拌制出來的混凝土施工方便，硬化混凝土具有良好的物理力學(xué)性能及耐久性能；優(yōu)選的原材料和施工配合比滿足碾壓混凝土強(qiáng)度、變形性能和耐久性等設(shè)計(jì)要求，施工性能良好，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

阿海水電站大壩混凝土質(zhì)量控制效果良好，但與“實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)投產(chǎn)，爭(zhēng)創(chuàng)國家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”的質(zhì)量目標(biāo)還有一定的距離。質(zhì)量管理是工程建設(shè)領(lǐng)域一個(gè)永恒的話題，在經(jīng)濟(jì)、可靠的前提下提高混凝土抗裂能力技術(shù)、澆筑過程有效控制與評(píng)價(jià)方法等方面，仍有待于進(jìn)一步探討，還需要在今后的工作中不斷借鑒國內(nèi)外同行先進(jìn)的技術(shù)、管理經(jīng)驗(yàn)，提高混凝土質(zhì)量控制水平。隨著以上技術(shù)問題的解決和認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，中國水工混凝土技術(shù)必將取得更大的進(jìn)步，混凝土質(zhì)量水平也必將邁上一個(gè)新臺(tái)階。

Overview on concrete quality control in Ahai Hydropower Station Dam

LI Funian， ZHANG Jiquan

(YunnanHuadianJinshaRiverHydropowerDevelopmentCo.,Ltd.,Kunming650228,China)

In the paper, concrete construction quality control in Ahai Hydropower Station Dam is adopted as a research object.Climate and terrain characteristics in the hydropower station as well as current situation of domestic roller compacted concrete quality are combined for studying research concrete quality in the aspects of concrete raw material selection, construction mixing proportion experimental study, production quality, warehousing methods, temperature control measures, etc.The control measures and countermeasures for improving concrete quality are proposed and applied to engineering construction.Concrete construction quality control can achieve the desired effect.

Ahai Hydropower Station; concrete; quality control; overview

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2017.05.011

TV523

A

1005-4774(2017)05-0039-04