碾壓混凝土模板和溫控技術(shù)在山東莊里水庫施工中的應(yīng)用

(山東水總有限公司，山東 濟(jì)南 272100)

碾壓混凝土是采用機(jī)械碾壓密實(shí)的干硬性混凝土，連續(xù)作業(yè)、施工快速是其顯著特性之一。而碾壓混凝土模板必須適應(yīng)其連續(xù)快速施工的特性，并有足夠的剛度和穩(wěn)定性，從而保證混凝土澆筑后結(jié)構(gòu)物的形狀和尺寸符合設(shè)計要求。

另一方面碾壓混凝土采用的是大倉面薄層連續(xù)施工，層間覆蓋時間比一般混凝土要長，而且更加容易受到強(qiáng)烈日曬、高溫、蒸發(fā)、相對濕度、刮風(fēng)等因素的影響，特別是在澆筑碾壓混凝土的過程中溫度回升速度也要比一般混凝土快，綜上所述溫控技術(shù)也是碾壓混凝土施工中的一項重要技術(shù)。

1 工程概況

莊里水庫位于山東省南四湖湖東地區(qū)十字河流域，地處棗莊市的滕州市和山亭區(qū)境內(nèi)，壩址位于滕州市羊莊鎮(zhèn)西江和前臺村北。水庫設(shè)計總庫容1.33億m3，為大(2)型Ⅱ等工程，主要建筑物混凝土重力壩段、壤土均質(zhì)壩、南放水洞與北放水洞為2級建筑物，電站廠房及次要建筑物為3級建筑物。莊里水庫主體工程包括重力式溢流及連接壩段、壤土均質(zhì)壩段、南放水洞、北放水洞、水電站和管理區(qū)等。壩軸線總長3124m，混凝土泄洪壩最大壩高43.90m，壤土均質(zhì)壩最大壩高32.44m，壩頂高程119.90m。

混凝土泄洪壩段順大壩方向長249m，分為溢流壩段、左岸半插入段、右岸半插入段、左岸全插入段和右岸全插入段共五部分14段。其中溢流壩段長49.0m，左岸非溢流壩段長100.0m，右岸非溢流壩段長100.0m。

溢流壩段布置在河床中間，分為4個壩段，總長49m。泄洪方式為開敞式泄洪。溢洪閘共設(shè)3孔，每孔凈寬13.0m，總凈寬39.0m，溢流堰采用WES實(shí)用堰，上設(shè)機(jī)房、排架及交通橋，兩側(cè)設(shè)橋頭堡。碾壓混凝土壩斷面示意圖見圖1。

圖1 碾壓混凝土壩斷面示意

主壩混凝土施工完成后的工程量為常態(tài)混凝土14369m3，碾壓混凝土177600m3，抗沖磨混凝土7107m3。

2 施工工藝

2.1 大壩混凝土分塊分層

根據(jù)莊里水庫大壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，碾壓混凝土按高程通倉進(jìn)行分層施工，采用爬升鋼模板連續(xù)施工，遇廊道等結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行調(diào)整，采用平鋪法。

2.2 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作包括：?原材料儲備；?運(yùn)輸設(shè)備、碾壓設(shè)備、攤鋪設(shè)備滿足月強(qiáng)度需求，并有備用設(shè)備；?清除壩基混凝土面上浮渣、浮漿、雜物，人工清理后利用高壓沖毛機(jī)進(jìn)行倉面清洗；?做好預(yù)埋件埋設(shè)、倉面模板表層清理準(zhǔn)備工作。

2.3 模板配置

壩體上、下游面，施工橫斷面主要采用爬升鋼模板施工，局部用散裝模板和定型木模板補(bǔ)缺。

溢流面抗沖磨混凝土下部使用預(yù)制混凝土擋塊模板，從底部依次向上進(jìn)行施工。

廊道主要采用預(yù)制混凝土塊施工，側(cè)墻采用組合鋼模板或木模板施工。

2.4 骨料與混凝土生產(chǎn)

與常態(tài)混凝土壩相比，碾壓混凝土壩的儲料場與攪拌站的布置更為重要，為更好地適應(yīng)冬季施工，可以在較低的溫度下儲存，因此該工程布置了幾個大型的儲料場。

碾壓混凝土攪拌機(jī)的生產(chǎn)能力必須能夠滿足混凝土澆筑高速度的要求，且能夠使碾壓混凝土拌和均勻，因此該工程配置了HLS-180型拌和樓，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

2.5 混凝土的運(yùn)輸

該工程采用了最普通的運(yùn)輸方式，配置了15臺20t自卸汽車運(yùn)輸，車輛上搭設(shè)簡易棚，兼顧遮陽及防雨作用。無論采用何種方法，選用的設(shè)備都必須使骨料分離程度保持在最低。

2.6 平倉碾壓

碾壓混凝土宜采用薄層大面積鋪筑，通常采用平層通倉攤鋪，倉位較大或溫度過高時采用斜層攤鋪法。

與常態(tài)混凝土靠振搗密實(shí)不同，碾壓混凝土靠振動碾碾壓密實(shí)。為避免最大骨料粒徑及膠凝材料的用量等因素影響，選用雙鋼輪振動碾施工，按碾壓混凝土生產(chǎn)性試驗確定的碾壓施工參數(shù)進(jìn)行碾壓。建筑物周邊采用同樣的碾壓遍數(shù)，邊角部位采用小型碾。

2.7 層面處理

由于碾壓混凝土壩的性能主要是由水平層面的性能決定，為達(dá)到設(shè)計效果，碾壓混凝土超過初凝時間后，采用高風(fēng)壓沖毛機(jī)進(jìn)行浮皮、浮渣沖洗，再鋪設(shè)一層砂漿，最后鋪設(shè)上一層混凝土進(jìn)行碾壓。

2.8 變態(tài)混凝土

壩體上下游面、結(jié)構(gòu)物周圍、左右岸壩基結(jié)合處均采用變態(tài)混凝土施工，根據(jù)生產(chǎn)性試驗結(jié)果，拌和站按配合比進(jìn)行拌制施工。

2.9 廊道施工

廊道除轉(zhuǎn)彎、臺階和集水池等部分外均采用預(yù)制施工。廊道周圍及底部設(shè)備無法施工部位均采用變態(tài)混凝土充填。廊道以下部分壩體內(nèi)排水孔在廊道內(nèi)帷幕灌漿完成后緊接著進(jìn)行施工，廊道以上部分壩體內(nèi)排水孔在相應(yīng)頂部高程進(jìn)行鉆進(jìn)。

3 碾壓混凝土模板

3.1 模板的主要形式及結(jié)構(gòu)

該工程碾壓混凝土壩主要采用組合爬升鋼模板和混凝土擋塊模板兩種。

3.1.1 組合爬升鋼模板

碾壓混凝土壩的四面均采用組合鋼模板。模板由上下兩塊組成，每塊尺寸為2.4m×3.0m，上塊模板要承受混凝土側(cè)向壓力，下塊模板作為上塊的支承體，固定在已由錨筋和套筒螺栓組成的混凝土面上，隨著壩體的上升爬升使用，兩塊模板互為支承體。面板則采用5.5mm厚鋼板，面板后部由12根50mm×50mm，厚8mm角鋼構(gòu)成，模板背面設(shè)2層操作平臺。碾壓混凝土壩倉面的第一層和第二層每塊模板均采用φ16的拉筋進(jìn)行固定，并在每塊模板上使用一根φ25的頂筋(在每倉兩側(cè)模板使用2根)。碾壓混凝土壩第三層以上采用水平錨筋和套筒螺栓進(jìn)行固定，每塊模板設(shè)有2排共6根φ20水平錨筋，使用套筒螺栓使之固定，上下模板之間由2根φ28圓鋼加工成模板調(diào)節(jié)器傳遞作用力，上層模板的豎直傾仰角度由模板調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。

3.1.2 預(yù)制混凝土擋塊模板

在碾壓混凝土溢流段的C30抗沖磨混凝土下側(cè)使用0.8m×1.0m預(yù)制混凝土擋塊模板，從底部依次向上進(jìn)行施工。

3.2 組合爬升鋼模板

模板的提升與壩體混凝土同步，壩體混凝土每上升一層，最下面一塊拆除后，在頂部重安一次，以滿足混凝土的連續(xù)升程。在施工中要先布置模板錨筋再進(jìn)行碾壓混凝土的施工；由于模板第一和第二層設(shè)置有拉筋和頂筋距下游模板邊第一層和第二層變態(tài)混凝土為3.0m，再向上提升的模板距模板邊2m范圍內(nèi)為變態(tài)混凝土；距上游模板邊第一層和第二層變態(tài)混凝土為3.0m，再向上提升的模板距模板邊1m范圍內(nèi)為變態(tài)混凝土。

3.3 預(yù)制混凝土擋塊模板

預(yù)制混凝土擋塊模板：采用0.8m×1.0m預(yù)制C20混凝土擋塊作為模板，在C30抗磨混凝土下部進(jìn)行安裝，形成臺階狀，并且與碾壓混凝土同步。碾壓混凝土每上升一層，最下面的預(yù)制混凝土擋塊模板拆除，在頂部重安一次，以滿足混凝土的連續(xù)升程和溢流面的設(shè)計要求。

3.4 模板的安裝

2.4m×3.0m組合爬升鋼模板和0.8m×1.0m預(yù)制混凝土擋塊模板均采用25t吊車安裝，人工配合安裝。

模板安裝時各項指標(biāo)的允許偏差：結(jié)構(gòu)物邊線與設(shè)計邊線允許偏差-10～0mm；相鄰兩板面錯臺允許偏差2mm；局部平整度允許偏差3mm；板面縫隙1mm；結(jié)構(gòu)物水平斷面內(nèi)部尺寸允許偏差±20mm；脫毛機(jī)涂刷均勻，無明顯色差；模板外觀表面光潔，無污物。

3.5 模板的拆除

用25t吊車等配合人工將模板拆除。

拆除模板時間限制為不承重的側(cè)面模板在混凝土強(qiáng)度保證其表面及棱角不因拆模而損壞時，才能拆除。根據(jù)施工進(jìn)度計劃安排，模板拆除10～15天后進(jìn)行。

拆除模板時，要根據(jù)現(xiàn)場錨固的實(shí)際情況，分批次拆除錨固連接部件，還需要防止有大片模板墜落，造成人員傷害。

拆下的模板、支架及配件，需要及時清理、維修，并且分類堆存，妥善保管。

4 溫控技術(shù)

為降低混凝土壩開裂風(fēng)險、不產(chǎn)生危害性裂縫，溫控技術(shù)是此類工程中必不可少的技術(shù)環(huán)節(jié)。

結(jié)合規(guī)范規(guī)定，參考類似工程，該工程壩體碾壓混凝土基礎(chǔ)容許溫差見表1。

表1 碾壓混凝土基礎(chǔ)容許溫差 單位：℃

新老混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)有著明確的規(guī)定，老混凝土為在工程間歇期超過28天的混凝土。老混凝土面以上L/4范圍內(nèi)的新澆筑混凝土按新老混凝土溫差控制。壩體碾壓混凝土新老混凝土溫差控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于13℃。

表面混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)為混凝土內(nèi)外溫差控制不超過18℃。

壩體碾壓混凝土容許最高溫度見表2。

表2 壩體碾壓混凝土基礎(chǔ)容許最高溫度 單位：℃

注針對5—8月份高溫季節(jié)控制指標(biāo)可上調(diào)2℃，4月、9月可上調(diào)1℃，對于其他月份可適當(dāng)降低；對上游和下游變態(tài)混凝土，容許最高溫度可上調(diào)2～3℃；若上下游面采取保溫措施，容許最高溫度可再上調(diào)1～2℃。

壩體碾壓混凝土澆筑容許最高溫度見表3。

表3 壩體碾壓混凝土澆筑溫度控制指標(biāo) 單位：℃

4.1 碾壓混凝土壩穩(wěn)定溫度場仿真分析

對壩體穩(wěn)定溫度場進(jìn)行有限元分析，對基礎(chǔ)溫差等指標(biāo)進(jìn)行估算。

a.壩前庫水溫根據(jù)朱伯芳院士著的《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》中的相關(guān)公式進(jìn)行估算。

b.上下游水面以上壩面溫度按壩址處年平均氣溫并考慮日照影響，取17.6℃。

c.壩體建基面溫度按上、下游壩踵和壩址水溫取值，中間取線性變化，見圖2。

圖2 穩(wěn)定溫度有限元分析圖 (單位：℃)

d.根據(jù)本工程推薦的配合比，參照類似工程中的碾壓混凝土絕熱溫升取值。

4.2 溫度控制措施

a.原材料溫度控制。?水泥、粉煤灰有計劃提前存儲，溫度分別不超過60℃和45℃；?成品料倉骨料堆料高度不低于6.0m，并有計劃足額儲備；優(yōu)先取用已存儲幾天的溫度較低的骨料。

b.冰水拌和。如澆筑溫度達(dá)不到表3的控制指標(biāo)，采用在拌和水中加冰的措施。

c.降低汽車運(yùn)輸溫度。自卸汽車頂部設(shè)置遮陽棚，控制碾壓混凝土運(yùn)輸過程中的溫度回升。

d.倉面噴霧保濕。倉面采用噴霧機(jī)，噴出霧滴控制在40～100μm，形成白色霧狀，避免形成下雨、積水等現(xiàn)象，可降低倉面環(huán)境溫度3.0℃左右。

e.及時攤鋪和碾壓，避免層間間隔時間過長，一般控制在2.0～4.0h。

f.混凝土表面保溫?；炷寥绻贿B續(xù)施工，要對表面進(jìn)行保溫，側(cè)面拆模后要及時保溫，避免寒潮等引起的內(nèi)外溫差，降低表面裂縫開裂風(fēng)險。

g.水管冷卻在本次施工中采用了PE管，內(nèi)徑28mm，外徑32mm。PE管指標(biāo)要求見表4。

表4 PE管指標(biāo)要求

續(xù)表

4.3 溫度監(jiān)測

a.選擇典型壩段進(jìn)行溫度監(jiān)測，溫度計測點(diǎn)布置在壩段的左右岸對稱軸線上，不同澆筑層、不同等級混凝土中心至少布置一個測點(diǎn)，同時上游變態(tài)混凝土距離表面50mm處布置一個測點(diǎn)。

b.溫度傳感器性能滿足測溫誤差不大于0.3℃要求，測試范圍-30～150℃，絕緣電阻大于500MΩ。

c.溫度傳感器安裝前進(jìn)行標(biāo)定調(diào)試，安裝位置準(zhǔn)確，布置引出線要集中并加以保護(hù)，混凝土在下料時不能直接沖擊到測試測溫元件及其引出線。

d.在混凝土施工過程中，每4h至少測量一次混凝土原材料溫度、出機(jī)口溫度以及壩體溫度和氣溫，并有專門的記錄。

5 結(jié) 語

通過上面的介紹不難看出，模板和溫控技術(shù)在該工程的施工過程中起到了至關(guān)重要的作用，各項技術(shù)指標(biāo)和施工程序的實(shí)施保證了工程的順利竣工。隨著科技的進(jìn)步，未來模板和溫控技術(shù)肯定還會有長足的發(fā)展，碾壓混凝土壩施工效率也會不斷地提高。本文對山東莊里水庫工程碾壓混凝土壩施工工藝的簡要介紹，及對碾壓混凝土壩模板和溫控技術(shù)的詳細(xì)介紹，可為類似工程積累經(jīng)驗。