DG水電站大壩工程碾壓混凝土倉面設(shè)計(jì)

邱冬梅，熊 濤，蔡 暢，楊 衛(wèi)

(水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

倉面設(shè)計(jì)作為單元工程施工組織設(shè)計(jì)，是對(duì)水工建筑物的單個(gè)澆筑部位進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，以確?；炷翝仓母鞯拦ば蛘?、有序，并按照相應(yīng)的質(zhì)量技術(shù)要求進(jìn)行施工。倉面設(shè)計(jì)是混凝土澆筑質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)和保證措施[1]。

倉面設(shè)計(jì)最早于2000年在三峽二期工程中應(yīng)用，在施工條件復(fù)雜與澆筑強(qiáng)度高的情況下，對(duì)規(guī)范施工作業(yè)、保證工程質(zhì)量、加快進(jìn)度等方面發(fā)揮了重要作用[2]。2011年應(yīng)用在官地水電站中，在工期縮短12個(gè)月，月澆筑強(qiáng)度增加約10萬m3的情況下保證了工程質(zhì)量[3]。鑒于DG水電站大壩是目前在建的海拔最高的碾壓混凝土重力壩，受特殊的氣候與建設(shè)條件影響，對(duì)混凝土施工質(zhì)量要求更高，且高海拔地區(qū)人工降效嚴(yán)重，類似工程項(xiàng)目應(yīng)用較少，將倉面設(shè)計(jì)應(yīng)用到DG水電站中，對(duì)單元工程進(jìn)行合理規(guī)劃，加快工程進(jìn)度，保證工程質(zhì)量。倉面設(shè)計(jì)在DG水電站中的成功應(yīng)用可供類似工程項(xiàng)目借鑒。

1 工程概況

DG水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)，為二等大(2)型工程，以發(fā)電為主，水庫正常蓄水位3 447.00 m，相應(yīng)庫容0.552 8億m3，電站壩址控制流域面積15.74萬km2，多年平均流量1 010 m3/年，電站裝機(jī)容量為660 MW。

大壩壩頂高程3 451 m，最大壩高117 m，是目前在建的海拔最高的碾壓混凝土壩，西藏在建最高大壩，壩頂長385 m，大壩碾壓混凝土93.7萬m3，常態(tài)混凝土50.5萬m3。

2 主要技術(shù)難題

2.1 特殊氣候條件

壩體所在地氣候特性為晝夜溫差大、空氣稀薄、大氣干燥、太陽輻射十分強(qiáng)烈，每年11月～次年4月為旱季，5月～10月為雨季，年溫差小而日溫差大，年平均溫度低，低溫季節(jié)長且最低氣溫低，溫差變化大，日照充足而多大風(fēng)，氣壓僅有0.6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；據(jù)壩址下游35 km的加查氣象站實(shí)測統(tǒng)計(jì)，晝夜溫差最大達(dá)20℃左右，氣候條件對(duì)混凝土的質(zhì)量影響極大。

2.2 建設(shè)條件極差

壩址兩岸山體陡峻，施工布置難度大；地質(zhì)條件復(fù)雜，骨料供應(yīng)緊缺；氣候惡劣，溫差大、氣壓低、風(fēng)力強(qiáng)、凍土深、輻射強(qiáng)；先天條件的特殊性，對(duì)工程建設(shè)的各個(gè)單元帶來了各種考驗(yàn)。

受壩體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、氣候條件特殊、建設(shè)條件差，交叉施工干擾大等因素影響，施工難度大，且初凝時(shí)間短，安全生產(chǎn)管理工作任務(wù)艱巨。

因此，根據(jù)工程所處地區(qū)特點(diǎn)、倉面的結(jié)構(gòu)特性，做出相應(yīng)的倉面規(guī)劃和做好倉面澆筑前期準(zhǔn)備，并指導(dǎo)作業(yè)人員施工，保證混凝土澆筑有序進(jìn)行，并達(dá)到加快工程建設(shè)進(jìn)度、保證工程質(zhì)量，是尤為必要的。

3 倉面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)倉面特征。描述了倉面詳細(xì)的參數(shù)，具有相應(yīng)的倉面高程、倉面樁號(hào)、倉內(nèi)的配筋情況與倉位埋件等情況。

2)入倉方式。應(yīng)根據(jù)工程所在地氣候特點(diǎn)，結(jié)合建設(shè)區(qū)域地勢條件，入倉方式的規(guī)劃決定了入倉道路的布置，在倉面設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該綜合考慮入倉道路的布置，入倉道路坡度應(yīng)控制在18%～20%，入倉道路兩側(cè)坡比為1∶0.5，設(shè)鍵槽與限裂鋼筋，使得與后續(xù)混凝土澆筑更好的結(jié)合，保證壩體穩(wěn)定性。

3)混凝土分區(qū)與施工布置。倉面設(shè)計(jì)要按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行明確的混凝土分區(qū)。確定倉面的不同區(qū)域混凝土標(biāo)號(hào)級(jí)配，倉面指揮時(shí)要避免混凝土下料發(fā)生混淆。施工布置包括設(shè)備、材料和倉面人員，設(shè)備包括混凝土的入倉設(shè)備、鋪料設(shè)備、平倉設(shè)備、倉面保溫保濕設(shè)備和倉面保潔設(shè)備等；材料主要為倉面保溫保濕材料；倉面人員包括設(shè)備操作員、質(zhì)量與安全監(jiān)控人員、指揮管理人員等。

4)變態(tài)混凝土施工。采用一種介于常態(tài)與碾壓之間的混凝土，使其具備常態(tài)混凝土的可振搗性能，同時(shí)又具備碾壓混凝土施工快、強(qiáng)度高等優(yōu)勢。止水片周圍是變態(tài)混凝土施工的關(guān)鍵部位之一，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，采取止水支撐和保護(hù)措施，確保振搗密實(shí)。

5)溫度控制措施。大壩混凝土為大體積混凝土，須采取合理的溫控措施，采用智能溫控系統(tǒng)對(duì)壩體進(jìn)行冷卻通水，對(duì)大體積混凝土的最高溫度控制極為有效。

6)碾壓參數(shù)。在碾壓混凝土施工前進(jìn)行了碾壓混凝土試驗(yàn)，確定最佳的碾壓參數(shù)，以達(dá)到碾壓質(zhì)量要求。在施工過程中采用智能碾壓系統(tǒng)對(duì)混凝土碾壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，最終檢測壓實(shí)度滿足壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)為止。

7)過程養(yǎng)護(hù)。倉面須時(shí)刻使用噴霧機(jī)與沖毛槍保證倉面濕潤，改善倉面小氣候；及時(shí)處理倉面出現(xiàn)的積水；在已經(jīng)碾壓完成的部位未進(jìn)行下層澆筑前覆蓋保溫保濕材料。

8)質(zhì)量保證措施。根據(jù)壩體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、碾壓混凝土試驗(yàn)結(jié)果；結(jié)合施工工藝及技術(shù)要求，明確混凝土的升層高度、碾壓密實(shí)度、鋪料方法、與變態(tài)防滲區(qū)域的施工方式等；對(duì)于特殊部位的施工，須編寫專門的作業(yè)指導(dǎo)書并下發(fā)至每一個(gè)作業(yè)人員的手中。如遇施工縫與結(jié)構(gòu)縫，鋪設(shè)限裂鋼筋，增加壩體穩(wěn)定性。針對(duì)澆筑時(shí)段的不同，提前查清天氣情況，做好應(yīng)急措施，確保倉面澆筑作業(yè)能保質(zhì)保量的進(jìn)行。且在澆筑前對(duì)拌和系統(tǒng)設(shè)備例行檢查，避免澆筑過程中因設(shè)備出現(xiàn)問題而停止?jié)仓默F(xiàn)象。

4 倉面設(shè)計(jì)的應(yīng)用

為切實(shí)了解倉面設(shè)計(jì)在DG水電站的應(yīng)用，以下為9～11號(hào)壩段3 352.00～3 356.70 m倉面設(shè)計(jì)實(shí)例。

4.1 分析倉面特性

根據(jù)大壩澆筑入倉方式規(guī)劃，大壩3 398 m以下的碾壓混凝土主要利用自卸汽車運(yùn)輸，充分發(fā)揮自卸汽車入倉強(qiáng)度大的特點(diǎn)。且因施工結(jié)構(gòu)需要，施工時(shí)將9～11號(hào)壩段合并為一個(gè)單元工程進(jìn)行澆筑，澆筑高程為3 352.00～3 356.70 m，樁號(hào)為(壩上0-002.10～壩下0+094.50，壩左0+050.00～壩右0+033.64)，永久面混凝土保護(hù)層為20 cm，抗震鋼筋網(wǎng)采用Φ25螺紋鋼相間布置，間距為20 cm；倉面升層4.7 m，開倉前，需將澆筑的分層線標(biāo)注在模板上,以控制碾壓層高；經(jīng)計(jì)算，本倉混凝土總澆筑方量為22 813 m3，共有五種標(biāo)號(hào)級(jí)配；分別為碾壓混凝土C9020W8F200和C9015W6F100、變態(tài)混凝土C9020W8F200和C9015W6F100以及常態(tài)混凝土C30W6F150；上游模板往里1.2 m為變態(tài)防滲區(qū)域；2019年6月澆筑，屬高溫季節(jié)施工，采取預(yù)冷入倉，溫度控制在10℃左右，允許間歇時(shí)間按2 h控制，預(yù)計(jì)澆筑歷時(shí)104 h。

4.2 倉面設(shè)計(jì)規(guī)劃

入倉道路平面布置：采取壩后入倉+壩前出倉、倉內(nèi)道路+倉外道路的組合方式形成機(jī)動(dòng)而靈活的澆筑倉汽車運(yùn)輸回路，過程減少施工干擾，加快澆筑效率。

圖1 入倉道路平面布置圖

混凝土分區(qū)與施工平面布置：該倉面存在多種級(jí)配的混凝土，根據(jù)施工規(guī)范，不同混凝土需要同時(shí)澆筑，保證混凝土交界面的結(jié)合質(zhì)量；在結(jié)合部位，振搗棒需插入下層碾壓混凝土中5 cm，并進(jìn)行復(fù)振確?；炷恋馁|(zhì)量。

在上游防滲區(qū)、孔洞、模板、廊道等周邊無法用機(jī)械設(shè)備碾壓部位澆筑機(jī)拌變態(tài)，無需造孔灌漿，須用振搗棒進(jìn)行振搗，加強(qiáng)混凝土層間結(jié)合質(zhì)量，振搗應(yīng)使用高頻振搗器(變態(tài)混凝土施工主要采用Φ100振搗棒(50 cm長)，靠近模板的部位采用Φ70振搗棒(60 cm長)，振搗時(shí)間宜大于常態(tài)混凝土1～2倍，保證漿體翻至表面。施工時(shí)振搗棒垂直插入混凝土中，快插慢拔，振搗時(shí)將振搗器插入下層混凝土5 cm左右，保證均勻性和碾壓區(qū)與變態(tài)區(qū)結(jié)合，振搗后無氣泡產(chǎn)生，振搗器提出的漿液，表面光滑圓潤平順。

圖2 混凝土分區(qū)及施工平面布置圖

溫度控制措施：該倉布置了3層冷卻水管，采取水平間距為1 m，垂直間距為1.5 m，距離模板面1 m，與誘導(dǎo)縫的距離范圍為0.8～1.5 m，用U形錨筋固定，特殊部位的冷卻水管鋪設(shè)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；每趟支管不超過300 m，采取一拖三的方式，即一趟主管最多接三趟支管，冷卻水管鋪設(shè)完畢后，統(tǒng)一接對(duì)應(yīng)主管引進(jìn)智能溫控分控站。

該倉內(nèi)埋設(shè)了10支溫度計(jì)，垂直間距為3 m，以便后期壩體溫控系統(tǒng)監(jiān)測冷卻水管的作用。

碾壓參數(shù)：采用通倉法分層澆筑，進(jìn)占法進(jìn)行卸料，鋪料厚度宜為34±2 cm，滿足壓實(shí)厚度為30 cm，智能振動(dòng)碾壓參數(shù)按照2+6(行走速度為1.0～1.5 km/h)進(jìn)行施工，碾壓完成后對(duì)于條帶不平整部位采用無振慢速2遍加碾平整，無法碾壓的局部采用小碾碾壓20遍。

澆筑時(shí)段在夏季，屬于高溫大風(fēng)季節(jié)，混凝土表面水分散失迅速，為了保證碾壓密實(shí)度和良好的層間結(jié)合，在倉面施工過程中，需采取沖毛槍和噴霧機(jī)改善倉面小氣候，同時(shí)避免出現(xiàn)倉面積水；在已經(jīng)碾壓完成的部位，未進(jìn)行下層混凝土澆筑前覆蓋彩料布進(jìn)行保溫保濕。

4.3 相關(guān)資源分配

倉面內(nèi)的資源分配包括入倉機(jī)械、倉面的主要設(shè)備及設(shè)施、倉面指揮人員、相關(guān)值班人員等，合理的資源分配決定了資源的利用率。

1)采用自卸汽車直接入倉方式澆筑混凝土的倉面最大澆筑面積為4 591.5 m2，碾壓層厚為30 cm，按6 h覆蓋，需最大強(qiáng)度為229.6 m3/h。從左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)左岸沿江通道、下游圍堰，汽車運(yùn)距為1.5 km，倉內(nèi)平均行駛速度降低25%，自卸汽車平均速度取14 km/h，來回共需時(shí)間為12.85 min(1.5÷14×60×2=12.85)，拌和站攪拌時(shí)間6 min，考慮洗車、卸車、轉(zhuǎn)向、調(diào)車、排隊(duì)等時(shí)間和其他原因停車的時(shí)間約10 min，共計(jì)28.85 min。綜合考慮上述因素，一輛自卸汽車每小時(shí)可運(yùn)料2車，25 t自卸汽車每車裝料13.5 m3(裝3罐，4.5 m3/罐)，其生產(chǎn)強(qiáng)度為27 m3/h。共需25 t自卸汽車229.6÷27=8.5臺(tái)，考慮到維修和備用，共配備10臺(tái)25 t自卸汽車。

2)倉面內(nèi)主要施工機(jī)械設(shè)備計(jì)算如下。

振動(dòng)碾配置。大壩碾壓混凝土碾壓主要采用三一STR130C-8型振動(dòng)碾，其生產(chǎn)率為：

Q=V(B-b)H×K/N

式中：V為振動(dòng)碾碾壓行走速度，取1 500 m/h；B為振動(dòng)碾作業(yè)寬度，取2.135 m；b為要求的重迭寬度，取0.2 m；(B-b)為一次有效碾壓寬度，取1.94 m；H為碾壓層厚度，取0.3 m；K為碾壓作業(yè)綜合效率，取0.9；N為碾壓遍數(shù)，取6遍。

單臺(tái)振動(dòng)碾生產(chǎn)率Q=1500×(2.135-0.2)×0.3×0.9/6=161.7 m3/h

共需配置振動(dòng)碾數(shù)量229.6/161.7=1.42臺(tái)。

考慮1臺(tái)維修備用，經(jīng)以上分析需配置3臺(tái)STR130C-8型振動(dòng)碾。

平倉機(jī)配置。平倉擬采用山推SD13S平倉機(jī)，其生產(chǎn)率為：

Q=W×V×D×E/N

式中：W為平倉機(jī)作業(yè)寬度，取1.8 m；V為平倉機(jī)作業(yè)速度，取1.6 km/h；D為攤鋪層厚度，取0.34 m；E為平倉機(jī)作業(yè)效率，取0.6；N為平倉機(jī)的攤鋪次數(shù)，取值1次。

單臺(tái)平倉機(jī)生產(chǎn)率Q=1.8×1600×0.34×0.6=587.52 m3/h

平層鋪筑一層(30cm)共1 377.45 m3，共需配置平倉機(jī)數(shù)量1377.45/587.52=2.35臺(tái)。

考慮1臺(tái)維修備用，經(jīng)以上分析需配置4臺(tái)平倉機(jī)。

綜上所述，該倉面的設(shè)備分配如表1所示。

工程地處高原地區(qū)，人工降效嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)澆筑時(shí)段的氣候條件，實(shí)際澆筑情況進(jìn)行人員分配，此倉除去設(shè)備駕駛員外，人員分配如表2所示。

表2 人員分配表

4.4 應(yīng)用總結(jié)

經(jīng)過倉面應(yīng)用情況分析，最終該倉澆筑完成歷時(shí)87.7 h，實(shí)際澆筑方量為21 580 m3，澆筑強(qiáng)度為246 m3/h，完全滿足最大強(qiáng)度要求；經(jīng)檢測，已澆筑的混凝土壩體內(nèi)冷卻水管通水冷卻效果好，有效控制了混凝土內(nèi)部最高溫度；倉面設(shè)計(jì)切實(shí)發(fā)揮出指導(dǎo)作用，規(guī)范施工，提高澆筑效率，保證了壩體混凝土質(zhì)量。

5 結(jié) 語

在西藏高海拔、特殊氣候、建設(shè)條件差、工期緊的情況下，結(jié)合碾壓混凝土施工快、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，對(duì)大壩碾壓混凝土施工進(jìn)行倉面設(shè)計(jì)、資源規(guī)劃、減少了施工干擾，在質(zhì)量、進(jìn)度和安全方面均得到了保證，自2019年3月碾壓混凝土開始澆筑以來，截止至2019年8月共完成混凝土澆筑60.22萬m3，并在2019年8月完成混凝土澆筑11.51萬m3，創(chuàng)開工以來最高紀(jì)錄，收到了業(yè)主賀信；倉面設(shè)計(jì)在DG水電站壩體混凝土澆筑過程中，對(duì)保證混凝土質(zhì)量，規(guī)范施工過程發(fā)揮了極大作用，加快了DG水電站的建設(shè)速度。