蘇阿皮蒂項(xiàng)目碾壓混凝土快速高效筑壩施工技術(shù)應(yīng)用

許涇川，趙正平，朱躍華

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 700024)

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水電站位于幾內(nèi)亞共和國的西部，距離首都科納克里(Conakry)136 km。電站位于孔庫雷河(Konkouré)干流中游，水庫總庫容74.89億m3，裝機(jī)容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。水庫校核洪水位113.30 m，正常蓄水位110.0 m，相應(yīng)庫容2 300萬m。3。大壩壩頂高程215.5 m，碾壓混凝土重力壩最大壩高120 m，壩軸線長1 164 m，從左岸至右岸依次為：左岸擋水壩段長423.45 m，發(fā)電引水壩段長97 m，導(dǎo)流底孔壩段長60 m，泄流底孔壩段長25 m，溢流壩段長173.55 m，右岸擋水壩段長385 m。該工程的建設(shè)不僅可以促進(jìn)幾內(nèi)亞礦業(yè)發(fā)展、提高幾內(nèi)亞人民的生活水平，極大地促進(jìn)幾內(nèi)亞的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1 自然條件

壩址區(qū)河谷相對開闊，形態(tài)呈不對稱的“U”形。河谷底寬200～350 m，其中河水面170～310 m；在正常蓄水位210 m時(shí)，河谷寬度一般為917～1 050 m，地貌上屬于低山丘陵區(qū)。

壩址區(qū)地勢總體呈東高西低，山頂高程在300 m以上，河水面高程104～115 m，縱坡比降1.6‰。兩岸山體雄厚，谷坡大部分被覆蓋層覆蓋，僅局部基巖裸露，山脊多呈渾圓狀，植被發(fā)育。兩岸岸坡天然坡度一般為15°～17°，局部達(dá)到40°。

2 碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)簡介

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程大壩設(shè)計(jì)為碾壓混凝土重力壩，大壩壩頂軸線長1 164 m，樞紐布置自左至右分別為左岸擋水壩段423.45 m、發(fā)電引水壩段97 m、導(dǎo)流底孔壩段60 m、泄洪底孔壩段25 m、溢流壩段173.55 m和右岸擋水壩段385 m，最大壩高120 m，壩頂厚8 m，上游壩坡在150.00 m高程以上豎直，130～150 m高程間為1∶0.1，130 m高程以下為1∶0.2，下游壩坡輝綠巖壩段在202.15 m高程以上豎直、以下為1∶0.70，砂巖壩段在203.56 m高程以上豎直，以下為1∶0.80。

重力壩上游面設(shè)防滲層，防滲層采用二級配碾壓混凝土，死水位185 m高程以上防滲層采用C20W8F50，以下采用C20W10F50。防滲層有效厚度為壩面水頭的1/15～1/30考慮，厚度為3.0～8.0 m。重力壩下游面最高水位以下設(shè)2 m厚的防滲層，防滲層采用二級配碾壓混凝土C20W8F50。壩體內(nèi)部采用三級配碾壓混凝土C15W6F50。

為滿足基礎(chǔ)安全觀測、檢查和壩內(nèi)交通的要求，壩體內(nèi)設(shè)置了2層水平交通廊道，高程分別為143、179 m，廊道間高差為36 m。143 m高程廊道上游壁距壩體上游面6.25 m，斷面尺寸為2.5 m×3.5 m。179 m高程廊道上游壁距壩體上游面4 m，斷面尺寸為2.5 m×3.5 m。各廊道均與壩后橋及兩岸壩后貼坡爬梯連接。

為滿足灌漿排水的要求，沿大壩左岸、河床、右岸壩基在107～179 m范圍內(nèi)設(shè)置1層基礎(chǔ)灌漿廊道，距建基面的距離為4～8 m，廊道斷面尺寸為3.0 m×3.5 m。

3 快速高效筑壩技術(shù)

3.1 可振可碾碾壓混凝土施工

碾壓混凝土VC值的大小對碾壓效果和碾壓質(zhì)量有直接關(guān)系，拌合物VC值越大，碾壓混凝土拌合物粗、細(xì)骨料越易分離，不易碾壓密實(shí)，且碾壓后表面不均勻泛漿，對混凝土層間結(jié)合性能影響越大。在蘇阿皮蒂水利樞紐工程碾壓混凝土施工中，采用可振可碾碾壓混凝土拌合物，VC值控制在0～5 s的合理范圍內(nèi)，混凝土拌合物粘聚性較好，不會(huì)產(chǎn)生骨料分離的現(xiàn)象，膠凝材料漿體包裹細(xì)骨料，砂漿包裹粗骨料并填滿粗骨料的空間，形成密實(shí)的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔隙小，水分損失相對緩慢，可減緩混凝土VC值損失塊及表面易被風(fēng)干泛白的現(xiàn)象；碾壓時(shí)表面泛漿充分，上層鋪料碾壓后，骨料可以嵌入下層漿液中，碾壓混凝土層間結(jié)合好，可以提高混凝土的抗?jié)B性能，混凝土也易于碾壓密實(shí)，保證混凝土強(qiáng)度。

在現(xiàn)場實(shí)施中，可振可碾碾壓混凝土無振碾壓2遍、再震動(dòng)碾壓2遍開始泛漿，振動(dòng)碾壓4遍后層面可泛漿均勻，混凝土表面有彈性，振動(dòng)碾壓到6遍后，壓實(shí)度明顯提高，泛漿均勻，施工速度快且碾壓效果好。結(jié)合幾內(nèi)亞旱季高溫、干燥的氣候特點(diǎn)，采用可振可碾碾壓混凝土施工，極大地改善了碾壓混凝土的粘聚性、液化泛漿、可碾性及骨料分離的情況，提高了混凝土的層間結(jié)合、抗?jié)B性和整體性。同時(shí)，可振可碾碾壓混凝土在及時(shí)攤鋪后模板周邊混凝土可直接振搗，振搗泛漿較好，可有效的減少變態(tài)混凝土區(qū)加漿工序。

3.2 自卸汽車直接入倉施工技術(shù)

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程大壩兩岸岸坡天然坡度一般為15°～17°，且覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化砂巖厚度較厚，開挖后左岸在SMK150以上、右岸在SMK133以上縱深較大，施工過程中采用壩后填筑施工道路，碾壓混凝土全部采用自卸汽車直接入倉卸料，減少了混凝土拌合物的周轉(zhuǎn)次數(shù)，有效的保證了混凝土拌合物的入倉強(qiáng)度、溫度控制和VC值損失，利于現(xiàn)場質(zhì)量控制，充分發(fā)揮了自卸汽車直接運(yùn)輸入倉的優(yōu)點(diǎn)。為滿足自卸汽車直接入倉條件，減少因封倉口施工干擾，本工程采用在壩后先澆筑入倉道路或在相鄰合倉段間先澆塊澆筑時(shí)同步形成入倉路方式，簡化了封倉口問題，加快了施工進(jìn)度。

3.3 全面采用斜層碾壓施工技術(shù)

碾壓混凝土施工中，保證施工質(zhì)量的首要問題就是快速施工，特別是在改善層間結(jié)合上，間歇時(shí)間越短，層間結(jié)合就越好，防滲性能也越好，而縮短層間覆蓋時(shí)間是提高碾壓混凝土筑壩質(zhì)量的關(guān)鍵。斜層碾壓施工技術(shù)是縮短層間覆蓋時(shí)間的有效方法，采用自卸汽車直接入倉，快速連續(xù)鋪筑碾壓，縮短倉面間隔時(shí)間，極大地保證了碾壓混凝土的施工質(zhì)量。蘇阿皮蒂水利樞紐工程碾壓混凝土最大澆筑倉面面積達(dá)1.38萬m2，為避免大倉面平層碾壓覆蓋時(shí)間過長，機(jī)械設(shè)備及人員投入過大，降低混凝土供應(yīng)強(qiáng)度，提高層間結(jié)合質(zhì)量，全面采用斜層碾壓施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全斷面立體循環(huán)連續(xù)滾動(dòng)上升。大壩總體上在SMK110高程以下因合倉段少斜層碾壓澆筑方向由下游向上游，高程SMK110高程以上合倉多，基本是分左岸合倉段和右岸合倉段，斜層碾壓方向?yàn)橛捎野?左岸)向左岸(右岸)。斜坡坡度控制在1∶10～1∶15，平倉厚度為35 cm，壓實(shí)厚度為30 cm，碾壓時(shí)振動(dòng)碾碾壓邊線距坡腳前緣控制在30～50 cm。

在采用斜層碾壓施工技術(shù)后，倉面各施工工序之間互不干擾，平行作業(yè)，一個(gè)倉面在進(jìn)行碾壓施工的同時(shí)可以在已收面的部位進(jìn)行下一倉的準(zhǔn)備工作，如模板提升、預(yù)埋件(或鋼筋)安裝、毛面沖洗等施工工序，大大的節(jié)約備倉時(shí)間，縮短工期。本工程全面采用斜層碾壓施工技術(shù)，碾壓混凝土日澆筑強(qiáng)度達(dá)到1.1萬m3，連續(xù)三個(gè)月混凝土澆筑月強(qiáng)度超20萬m3，壩體最大月升高10.8 m。

3.4 輝綠巖人工砂中石粉直接作為摻合料替代部分粉煤灰施工技術(shù)

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂項(xiàng)目工程所用粉煤灰均為中國國內(nèi)采購，運(yùn)距遠(yuǎn)，保證全年特別是雨季運(yùn)輸是個(gè)難題。為緩解粉煤灰的供應(yīng)壓力，研究了石粉作為摻合料替代部分粉煤灰方案，試驗(yàn)室通過大量室內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)，最終確定石粉替代部分粉煤灰方案及特殊情況下全部替代粉煤灰的可行性，提出施工配合比。主要配合比見表1，表2。

表1 旱季碾壓混凝土施工配合比表

2017年8月13日開始大壩C9015F50W6三級配碾壓混凝土使用石粉替代部分粉煤灰混凝土配合比澆筑，混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

2018年9月，受粉煤灰供貨影響，現(xiàn)場粉煤灰不能滿足混凝土施工進(jìn)度需求，為了確?；炷潦┕ろ樌M(jìn)行，啟用了全石粉摻合料C9015F50W6三級配碾壓混凝配合比(應(yīng)急配合比)，確?；炷潦┕ろ樌M(jìn)行，混凝土施工質(zhì)量得到有效保障。2018年11月中旬恢復(fù)石粉替代部分粉煤灰混凝土配合比澆筑。

3.5 矩形廊道應(yīng)用

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩設(shè)計(jì)有三層廊道，且有橫向通風(fēng)廊道，將碾壓混凝土分割為多個(gè)區(qū)，在施工過程中，采用了矩形廊道設(shè)計(jì)，廊道頂板采用預(yù)制蓋板，廊道預(yù)制蓋板設(shè)計(jì)時(shí)，因壩體混凝土自身承擔(dān)應(yīng)力較小，主要承擔(dān)施工過程中車輛和上部碾壓混凝土振動(dòng)碾壓產(chǎn)生的荷載，本工程以陜汽德龍25t自卸車承載12 m3混凝土或振動(dòng)碾激振力等荷載組合進(jìn)行設(shè)計(jì)和配筋計(jì)算，確定灌漿廊道預(yù)制蓋板結(jié)構(gòu)尺寸為4.0 m×1.0 m×0.3 m(長×寬×高)，交通廊道結(jié)構(gòu)尺寸為3.5 m×1.0 m×0.3 m(長×寬×高)。

國內(nèi)大壩內(nèi)的廊道基本上都是城門洞型，這種型式被認(rèn)為應(yīng)力條件較好。實(shí)際上，采用矩形廊道，壩體自重和上游水壓力所產(chǎn)生的荷載，可由廊道頂部混凝土內(nèi)的虛擬拱承受，虛擬拱以下的頂部混凝土?xí)a(chǎn)生微裂縫，可通過預(yù)制廊道蓋板以分散和限制裂縫；采用矩形廊道，底板及側(cè)墻為現(xiàn)澆混凝土，頂板采用預(yù)制混凝土，其優(yōu)點(diǎn)是：①防滲效果好于傳統(tǒng)的預(yù)制廊道；②在施工到廊道層時(shí)，因僅有廊道上游側(cè)布置有限裂鋼筋，碾壓混凝土澆筑可連續(xù)澆筑，在澆筑到廊道頂時(shí)，再蓋上預(yù)制蓋板，繼續(xù)澆筑上部碾壓混凝土，加快施工進(jìn)度；③采用矩形廊道預(yù)制蓋板，不僅不需要使用鋼管支撐，還使廊道通行無阻，為壩基帷幕灌漿提前提供了施工通道，減少了相互間的施工干擾；④矩形廊道只配置上游邊墻鋼筋，在施工中，尤其是斜坡廊道施工中不與周邊碾壓混凝土施工發(fā)生干擾；⑤在縱、橫向廊道交接處仍可施工，減少現(xiàn)澆模板投入；⑥節(jié)省了底板、下游邊墻鋼筋，較城門洞型現(xiàn)澆廊道減少鋼筋制安量；⑦預(yù)制混凝土蓋板為平板結(jié)構(gòu)，制作及安裝均較方便，廊道內(nèi)整齊美觀且整體性好。

3.6 溢流壩常態(tài)混凝土與壩體碾壓混凝土同步澆筑

本工程溢流壩總長為173.55 m，壩后溢流面設(shè)計(jì)為C30W8F50抗沖耐磨混凝土，在施工過程中采用溢流面常態(tài)混凝土與壩體碾壓混凝土同步澆筑施工工藝，簡化了施工程序。該施工工藝優(yōu)點(diǎn)為：①溢流面臺(tái)階立模采用懸臂翻轉(zhuǎn)式模板，溢流面常態(tài)混凝土可通過自卸汽車直接入倉，平倉機(jī)輔助平倉，入倉方便，投入機(jī)械少，簡化了垂直入倉手段；②在同個(gè)熱升層采用先攤鋪壩體碾壓混凝土料，待碾壓混凝土料靠近至靠近溢流面常態(tài)混凝土范圍時(shí)，再鋪筑常態(tài)混凝土，使常態(tài)混凝土施工工作面增大，有利于混凝土振搗密實(shí)；③減少了倉面污染及施工縫處理等倉面準(zhǔn)備工作量；④異種混凝土之間結(jié)合良好；⑤溢流面常態(tài)混凝土與碾壓混凝土同步上升施工工藝有利于工期節(jié)約和施工質(zhì)量保證，但溢流面鋼筋架立筋增大和常態(tài)混凝土澆筑量增大。

4 結(jié) 語

幾內(nèi)亞蘇阿皮蒂水利樞紐工程在施工過程中，對碾壓混凝土快速施工技術(shù)進(jìn)行了探索和研究，取得了較好的效果。碾壓混凝土重力壩于2017年4月2日開始混凝土澆筑以來，碾壓混凝土施工經(jīng)歷了兩個(gè)雨季和三個(gè)旱季施工，實(shí)現(xiàn)了大壩連續(xù)、快速、優(yōu)質(zhì)施工，壩體單月最大上升高度達(dá)10.8 m，已澆筑混凝土220萬m3(其中2018年度澆筑混凝土173萬m3)，高峰期日澆筑1.1萬m3和平均月強(qiáng)度超20萬m3，混凝土實(shí)體質(zhì)量經(jīng)檢測滿足規(guī)范要求。通過對高溫或強(qiáng)降雨氣候條件下施工控制技術(shù)的實(shí)踐證明，施工過程中采取的新技術(shù)、施工工藝及施工組織是合理的、成功的，為今后在西非類似氣候條件區(qū)域的碾壓混凝土快速高效施工提供有益的施工經(jīng)驗(yàn)。