臺(tái)階法澆筑在潛明水庫(kù)大壩工程中的應(yīng)用

萬(wàn)春華，姜宇強(qiáng)，羅志軍，金永亮

（1.浙江省正邦水電建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310051；2.縉云縣水利局，浙江 縉云 321400）

1 工程概況

潛明水庫(kù)一期工程位于浙江省縉云縣和磐安縣境內(nèi)，壩址位于甌江流域好溪縉云縣境內(nèi)左庫(kù)水庫(kù)附近，壩址以上集水面積304.8 km2，總庫(kù)容3 413 萬(wàn)m3，電站裝機(jī)3.2 MW。工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物攔河壩、泄水建筑物、發(fā)電引水進(jìn)水口等級(jí)別為3 級(jí)，最大壩高42.5 m。工程的主要任務(wù)是以防洪、供水為主，結(jié)合灌溉和發(fā)電，兼顧改善河道水環(huán)境等綜合利用。

攔河壩為常態(tài)混凝土重力壩，共分19 個(gè)壩段，由溢流壩段和非溢流壩段組成，壩體混凝土設(shè)計(jì)方量為22 萬(wàn)m3。在大壩混凝土澆筑前，應(yīng)明確詳實(shí)可行的澆筑方法、倉(cāng)面設(shè)計(jì)、施工注意事項(xiàng)等，以此加快倉(cāng)面周轉(zhuǎn)次數(shù)，在保證施工質(zhì)量的前提下加快工程進(jìn)度。同時(shí)有效控制壩體溫度，最大程度地限制施工期溫度應(yīng)力引起的裂縫。本文對(duì)潛明水庫(kù)大壩施工中的關(guān)鍵澆筑技術(shù)和施工工藝進(jìn)行總結(jié)。

2 混凝土澆筑方案

2.1 混凝土入倉(cāng)方法

水工大體積混凝土澆筑主要采用平鋪法和臺(tái)階法[1]。2 種方法適用條件不同，針對(duì)不同工程、不同需求合理選擇入倉(cāng)方法，平鋪法和臺(tái)階法的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 平鋪法和臺(tái)階法的主要優(yōu)缺點(diǎn)比較表

一般情況下應(yīng)優(yōu)先采用平鋪法，但是在倉(cāng)面面積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且混凝土溫控要求嚴(yán)格的情況下[2]，應(yīng)合理選用澆筑倉(cāng)面方法，可考慮使用臺(tái)階法。事實(shí)上，臺(tái)階法已廣泛應(yīng)用于我國(guó)混凝土大壩的建設(shè)中[3-4]。

2.2 澆筑方案比選

2.2.1 施工條件

（1）設(shè)備選型。拌和設(shè)備選型，根據(jù)總體施工進(jìn)度要求，壩體混凝土澆筑最大強(qiáng)度為1.86 萬(wàn)m3/月，混凝土拌合系統(tǒng)小時(shí)生產(chǎn)能力：

式中：Qh為小時(shí)生產(chǎn)能力（m3/h）；Kh為小時(shí)不均勻系數(shù)，可取1.3～1.5；Qm為混凝土高峰澆筑強(qiáng)度（m3/月）；m為每月工作天數(shù)，一般取25 d；n為每天工作小時(shí)數(shù)，一般取20 h。

拌和系統(tǒng)選型項(xiàng)目部從拌和能力和經(jīng)濟(jì)性2方面考慮，選用 HZ90-2F1500 型，理論生產(chǎn)能力90.0 m3/h。

垂直運(yùn)輸設(shè)備選型。本工程大壩壩頂長(zhǎng)325 m，底部長(zhǎng)約260 m，壩基面總體平整，經(jīng)綜合考慮，垂直運(yùn)輸采用在壩體下游側(cè)設(shè)置1 臺(tái)TC7052 移動(dòng)式塔吊。

（2）澆筑塊尺寸。重力壩每個(gè)壩段長(zhǎng)18 m，最大澆筑塊倉(cāng)面壩軸線方向長(zhǎng)18 m，上下游寬40.5 m，最大倉(cāng)面面積為729 m2。

（3）混凝土初凝時(shí)間。根據(jù)本工程試驗(yàn)的施工配合比，混凝土初凝時(shí)間為180～240 min。

（4）設(shè)備入倉(cāng)強(qiáng)度。

混凝土拌和能力?；炷涟韬拖到y(tǒng)為HZ90-2F1500 型，理論生產(chǎn)能力90.0 m3/h，實(shí)際生產(chǎn)能力按系數(shù)0.7 計(jì)算，即63.0 m3/h。

混凝土水平運(yùn)輸能力。采用3 輛10 t 自卸汽車(chē)（2 輛作業(yè)，1 輛備用），每車(chē)可運(yùn)輸3.0 m3，最大運(yùn)輸距離約200 m，車(chē)速控制在10 km/h，往返時(shí)間為143 s，裝卸料時(shí)間按120 s 計(jì)，每趟運(yùn)輸時(shí)間為263 s。單車(chē)運(yùn)輸能力為3.0×60×60/263=41.1 m3/h，則水平運(yùn)輸能力為41.1×2=82.2 m3/h。

混凝土垂直運(yùn)輸能力?；炷链怪边\(yùn)輸采用TC7052 移動(dòng)式塔吊，吊罐容積為3.0 m3，最大起吊高度32 m，提升速度取25 m/min，提升時(shí)間為1.28 min，裝卸料時(shí)間取2.00 min，垂直運(yùn)輸能力為3.0×60/（1.28+2.00）=54.9 m3/h。

混凝土入倉(cāng)澆筑強(qiáng)度。綜合混凝土拌和能力、水平運(yùn)輸能力以及垂直運(yùn)輸能力，混凝土入倉(cāng)澆筑強(qiáng)度為min{63.0，82.2，54.9}=54.9 m3/h。

2.2.2 鋪料方法選擇

（1）平鋪法。平鋪法鋪料厚度計(jì)算式為[5]：

式中：δ為鋪料厚度（m）；q為混凝土實(shí)際入倉(cāng)強(qiáng)度（m3/h）；t為鋪料層的允許間隔時(shí)間（h）；S為澆筑倉(cāng)的面積（m2）。

混凝土實(shí)際入倉(cāng)強(qiáng)度q為54.9 m3/h，允許間隔時(shí)間t為3 h，澆筑倉(cāng)面面積S為729 m2。經(jīng)計(jì)算，鋪料厚度δ=0.23 m。

（2）臺(tái)階法。將所有臺(tái)階覆蓋一層混凝土方量，可推算出需要的混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度，計(jì)算公式為：

式中：V為臺(tái)階法澆筑每鋪筑1 次的混凝土量（m3）；δ為鋪料厚度（m）；n為臺(tái)階數(shù)；L為澆筑塊短邊長(zhǎng)度（m）；v為吊罐容積（m3）。

澆筑塊短邊長(zhǎng)度L為18 m，吊罐容積v為3 m3，鋪料厚度δ一般可取0.5 m[6]，臺(tái)階數(shù)n為4。經(jīng)計(jì)算，鋪料方量V=88.2 m3。

（3）方案比選。水工混凝土澆筑單層鋪料厚度一般采用30～50 cm，平鋪法鋪料厚度δ=23 cm，小于下限30 cm，故本工程不適合選用平鋪法鋪料；本次施工混凝土初凝時(shí)間偏保守取值為3 h，臺(tái)階法鋪料澆筑一層方量V=88.2m3＜54.9×3=164.7 m3，入倉(cāng)能力滿足混凝土澆筑要求。

經(jīng)比選，本工程大壩混凝土澆筑選用臺(tái)階法鋪料施工。

3 倉(cāng)面工藝設(shè)計(jì)

3.1 澆筑要求

（1）臺(tái)階法澆筑時(shí)，必須注意保持老混凝土面的濕潤(rùn)和清潔，保證水平施工縫逐步覆蓋。

（2）在澆筑過(guò)程中，臺(tái)階層次分明，鋪料厚度控制在40～50 cm，澆筑層厚度一般為1.6～2.0 m，臺(tái)階寬度不小于2.0 m，坡度不大于1:2。

（3）在澆筑中如因機(jī)械和停電等故障而中止工作時(shí)，做好停倉(cāng)準(zhǔn)備，必須在混凝土初凝之前，把接頭處的混凝土振搗密實(shí)，特別是鋼筋網(wǎng)附近。

（4）用臺(tái)階法澆筑起始端的混凝土上升速度快，對(duì)模板的側(cè)向壓力較大，在加固模板時(shí)，必須考慮這一因素。

（5）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需根據(jù)倉(cāng)面情況準(zhǔn)確選擇最優(yōu)卸料方向及卸料寬度，確保形成臺(tái)階鋪料，避免產(chǎn)生冷縫而形成壩體滲漏。

（6）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員需判斷入倉(cāng)混凝土的坍落度，對(duì)不符合臺(tái)階澆筑要求的混凝土料，作廢料處理，并及時(shí)告知拌合樓進(jìn)行調(diào)整。

（7）現(xiàn)場(chǎng)振搗工人能準(zhǔn)確把握振搗距離，防止漏振或者振搗原因?qū)е聼o(wú)法形成臺(tái)階。

3.2 澆筑質(zhì)量控制

為確?；炷僚_(tái)階法澆筑質(zhì)量，本工程針對(duì)性采取控制坍落度、防止冷縫、混凝土鋪料厚度及振搗控制等措施。

3.2.1 控制坍落度

嚴(yán)格控制混凝土坍落度在3～5 cm 范圍內(nèi)，控制方法主要有：

（1）混凝土拌和前，檢測(cè)砂、骨料的含水率，對(duì)照配比試驗(yàn)所用數(shù)據(jù)，折算出實(shí)際拌和所需砂、石料及用水量。

（2）在出料口和澆筑現(xiàn)場(chǎng)均對(duì)混凝土進(jìn)行坍落度檢測(cè)，對(duì)坍落度不在規(guī)定范圍內(nèi)的混凝土作廢料處理。

3.2.2 防止冷縫

為盡可能防止產(chǎn)生冷縫，或者最大程度降低冷縫帶來(lái)的危害，在臺(tái)階法澆筑中主要采取以下措施：

（1）添加緩凝劑，延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。試驗(yàn)表明，通過(guò)添加緩凝劑，混凝土的初凝時(shí)間從原來(lái)的2 h 增加到3～4 h。

（2）增加備用車(chē)輛和備用柴油發(fā)電機(jī)。一旦運(yùn)輸車(chē)輛故障或系統(tǒng)斷電，立即啟用備用車(chē)輛或柴油發(fā)電機(jī)。

（3）合理布置臺(tái)階延展方向。保持臺(tái)階延展方向始終與潛在滲水方向垂直，壩體為檔水建筑物，宜從下游往上游澆筑，即使出現(xiàn)冷縫，由于冷縫與滲水方向垂直，滲水將不會(huì)貫穿混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏通道。

（4）合理設(shè)置塔吊起吊點(diǎn)。盡可能地減少垂直吊運(yùn)時(shí)間，加快混凝土入倉(cāng)速度。

3.2.3 臺(tái)階寬度及厚度控制

壩體澆筑采用跳倉(cāng)澆筑，開(kāi)倉(cāng)前，根據(jù)混凝土澆筑塊倉(cāng)面面積及層厚，在側(cè)模上畫(huà)好臺(tái)階分層澆筑次序施工草圖（相臨低倉(cāng)位澆筑時(shí)，直接劃在橫縫分縫板上），臺(tái)階厚度控制在50 cm 以內(nèi)，臺(tái)階寬度不小于2.0 m。

3.2.4 振 搗

（1）振搗采用ZDN100 型高頻振搗器，作用半徑為50 cm，振搗器插入點(diǎn)整齊排列，插入距不大于振搗器作用半徑的1.5 倍，并插入下層混凝土5～10 cm。

（2）振搗時(shí)間以混凝土不再顯著下沉、氣泡不再冒出、開(kāi)始泛漿時(shí)為準(zhǔn)。

（3）在模板、鋼筋及預(yù)埋件附近振搗時(shí)，其插入距離不大于有效作用半徑的0.5 倍，且不使模板、鋼筋、預(yù)埋件變形移位。

（4）振搗作業(yè)依序進(jìn)行，插入方向、角度一致，防止漏振。

（5）振搗棒盡可能直插入混凝土中，快插慢拔。

（6）振搗中的泌水及時(shí)排除，嚴(yán)禁在模板上開(kāi)洞引水自流。

4 大壩混凝土實(shí)測(cè)溫度

本工程所在地夏季期長(zhǎng)，氣溫高，高溫施工不可避免。另外，浙江省內(nèi)沒(méi)有用于大壩工程的低熱水泥生產(chǎn)廠家，建設(shè)過(guò)程中只能就近選擇普通硅酸鹽水泥，而普通硅酸鹽水泥比表面積較大，早期強(qiáng)度往往較高，水化熱集中在早期釋放，對(duì)大壩混凝土澆筑溫度的控制十分不利。

臺(tái)階法澆筑有利于混凝土的溫度控制，潛明水庫(kù)大壩澆筑過(guò)程中，在大壩部分壩段、不同高程的上游面板、下游面板和壩體內(nèi)部埋入溫度傳感器以測(cè)試混凝土澆筑后內(nèi)部溫度歷程。溫度計(jì)安裝示意見(jiàn)圖1。選取典型壩段實(shí)測(cè)溫度歷程，繪制曲線見(jiàn)圖2（包含夏季和冬季入倉(cāng)的混凝土溫度歷程）。

圖1 溫度計(jì)安裝位置示意圖

圖2 典型壩段實(shí)測(cè)溫度歷程圖

由圖2 可知，壩體內(nèi)部溫度在混凝土澆筑后急劇上升，在澆筑后30～60 h 達(dá)最高值，隨后開(kāi)始緩慢下降。根據(jù)各壩段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，大壩混凝土澆筑后最高升溫約為30 ℃。大壩混凝土的溫度歷程符合一般大體積混凝土溫度變化規(guī)律，并且由于采用臺(tái)階法澆筑，混凝土溫度控制較好，有利于控制大壩溫度應(yīng)力。

升溫階段，壩體上下游面板和壩體內(nèi)部溫度并無(wú)太大差異，因?yàn)樯郎仉A段時(shí)間較短，散失熱量少，不同部位的散熱環(huán)境不會(huì)對(duì)溫度造成太大影響，溫度的差異主要由配合比中水泥含量引起。

降溫階段，不同部位降溫趨勢(shì)基本相同，但相同時(shí)間點(diǎn)不同部位溫度之間的關(guān)系大致服從內(nèi)部溫度高于上下游面板的規(guī)律。主要原因是不同部位的散熱環(huán)境不同，大壩內(nèi)部散熱環(huán)境最差，因此其溫度高于上下游面板。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）潛明水庫(kù)大壩施工中采用臺(tái)階法澆筑，減少壩體水平施工縫，增加壩體美觀度。

（2）臺(tái)階法澆筑降低施工成本，臺(tái)階法鋪料1 倉(cāng)可澆筑4 個(gè)臺(tái)階，只需進(jìn)行1 次施工縫處理，1 次模板吊裝。

（3）臺(tái)階法澆筑有利于溫度控制，高溫及嚴(yán)寒季節(jié)，臺(tái)階法鋪料可以減少接頭覆蓋面積，減少散熱和溫度倒灌。

潛明水庫(kù)在使用臺(tái)階法澆筑時(shí)，認(rèn)真遵守施工程序，采取合理的倉(cāng)面工藝，保證工程質(zhì)量，并且達(dá)到良好的溫度控制效果。