高緯度寒冷地區(qū)混凝土重力壩施工技術(shù)探討

尹 高 云

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001)

1 工程概述

1.1 工程簡介

內(nèi)蒙古DTZ水庫壩型為瀝青混凝土心墻堆石壩與混凝土重力壩混合壩型，大壩總長1 505.6 m，其中瀝青混凝土心墻堆石壩壩長1 415 m，布置于左岸及河床段；混凝土壩段總長90.6 m，布置在河床右岸及岸坡巖體內(nèi)。

混凝土壩壩頂高程為678.53 m。擋水壩段壩頂寬為9.5 m，最大壩高37.53 m，上游面直立，下游面坡度為1∶0.75，折坡點高程為671.44 m，壩頂上、下游各設(shè)一1.0 m寬懸臂；底孔及溢流表孔壩段最大壩高為45.03 m，在每個壩段底部布置一個泄洪排沙底孔，底孔底高程為637.0 m，孔口尺寸為4.0 m×6.0 m(寬×高)，孔口前端設(shè)置一道檢修平板閘門，后端設(shè)置一道弧形工作閘門，底孔出口接457.2 m長泄槽，泄槽中部設(shè)轉(zhuǎn)流導(dǎo)向沖擊墩和挑流鼻坎消能；底孔及溢流表孔壩段中溢流表孔堰頂高程為665.4 m，采用WES實用堰，溢流凈寬為9.0 m，采用弧門擋水，擋水高度為8.35 m，溢流堰兩側(cè)閘墩厚度為3.0 m，溢流堰下游與底孔共用一個泄槽；引水壩段最大壩高為45.03 m，在高程643.70 m和652.50 m分別布置兩層進(jìn)水口。

1.2 主要工程量

本工程混凝土工程總量約為13.25萬m3，其中擋水壩段混凝土約12 825 m3；底孔及溢流表孔壩段混凝土32 834 m3；引水壩段混凝土19 007 m3；混凝土連接段21 979 m3；泄水工程混凝土10 599 m3；電站工程混凝土6 933 m3；魚道工程混凝土7 542 m3；碼頭工程混凝土3 713 m3；清水混凝土防浪墻4 303 m3；供水管線混凝土3 600 m3；堆石壩混凝土9 191 m3。

2 總體施工方案

2.1 入倉方案

根據(jù)總進(jìn)度計劃和施工強度，本工程混凝土主要采用自卸汽車、混凝土罐車水平運輸，塔機垂直入倉方式，在底孔及溢流表孔壩段下游右側(cè)EL643.0平臺布置1臺固定式塔機(K80)入倉兼顧材料垂直運輸；在電站廠房安裝場下游EL636平臺布置1臺固定式TC6024塔機；K80塔機覆蓋范圍外的連接壩段采用QUY100液壓履帶吊入倉。為滿足施工，回填混凝土和溢流表孔、壓力鋼管以下可采用BLJ600-40型履帶式布料機。

2.2 能力分析

2.2.1 最大倉面分析

1)大壩大體積混凝土。大壩回填混凝土中，最大倉號為引水壩段基礎(chǔ)混凝土，即高程EL641 m～EL643 m澆筑倉號。該倉號層厚2.0 m，最大面積747.0 m2，混凝土允許澆筑間歇時間按4 h考慮，澆筑坯層厚度50 cm時，采用平鋪法澆筑時，要求入倉強度為93.4 m3/h；采用臺階法澆筑時，澆筑坯層厚度50 cm，臺階寬度2 m，混凝土澆筑沿上下游方向推進(jìn)，分3個臺階，由此要求的混凝土入倉強度為13.5 m3/h；最大倉面宜采用臺階法澆筑，其余倉面根據(jù)倉面大小和入倉能力分別采用臺階法和平鋪法澆筑。

每臺BLJ600-40型布料機的最大入倉強度120 m3/h，因此1臺BLJ600-40型布料機滿足施工要求。

2)電站廠房回填混凝土。回填混凝土最大倉面面積369 m2，混凝土允許澆筑間歇時間按4 h考慮，澆筑坯層厚度50 cm，采用平鋪法澆筑，層澆筑量184.5 m3，根據(jù)以上參數(shù)可以計算出混凝土的入倉強度為46.1 m3/h，每臺BLJ600-40型布料機的最大入倉強度120 m3/h，因此1臺BLJ600-40型布料機滿足施工要求。

2.2.2 整體強度分析

本工程混凝土總量約為13.25萬m3，根據(jù)施工階段計劃和施工順序的安排，整體混凝土入倉設(shè)備采用1臺K80塔機、1臺TC6024塔機、1臺BLJ600-40布料機、1臺QUY100液壓履帶吊和1臺HBT60混凝土輸送泵。1臺K80塔機和1臺TC6024塔機月入倉能力可達(dá)到1.8萬m3/月，1臺BLJ600-40布料機月入倉能力可達(dá)到4.0萬m3/月，QUY100液壓履帶吊月入倉能力可達(dá)0.9萬m3/月?；A(chǔ)回填總?cè)雮}能力在4.0萬m3/月以上，結(jié)構(gòu)混凝土總?cè)雮}能力在2.7萬m3/月以上；設(shè)備完全可以滿足高峰期混凝土入倉強度的要求。

2.3 運輸方式

大壩混凝土、電站廠房基礎(chǔ)回填和溢流面、壓力管道以下采用1臺BLJ600-40型布料機入倉設(shè)備；大壩、電站廠房底板以上結(jié)構(gòu)采用1臺K80塔機和1臺TC6024塔機作為垂直運輸設(shè)備；連接壩段塔機覆蓋范圍外采用QUY100液壓履帶吊入倉。

廠房主機間二期混凝土澆筑，主要采用HBT60型混凝土輸送泵泵送混凝土澆筑；蝸殼二期回填采用泵送自密實混凝土；進(jìn)水、尾水門槽二期混凝土采用溜槽或掛溜筒入倉。

塔機覆蓋范圍以外的魚道采用混凝土輸送泵泵送入倉。

進(jìn)水渠、泄槽、碼頭混凝土等部位采用自卸汽車、混凝土罐車直接入倉或CAT320長臂挖掘機輔助入倉。

3 混凝土施工方法

3.1 擋水壩段施工

3個壩段均按3 m一層進(jìn)行施工，魚道穿過部位，根據(jù)施工圖紙和實際情況進(jìn)行分層澆筑。

模板采用多卡模板和翻升模板，使用K80塔機+3 m3吊罐入倉進(jìn)行混凝土澆筑。

3.2 底孔及溢流表孔壩段施工

大壩大體積外表面采用多卡模板，下游斜坡面采用翻升模板；底孔進(jìn)口圓弧段采用定型排架+異型模板，底孔進(jìn)口直線段采用滿堂腳手架+組合鋼模。

表孔溢流面模板根據(jù)澆筑層高和溢流面的設(shè)計曲線在斜段采用定制弧度翻升鋼模板，內(nèi)撐外拉法加固；溢流面堰頂采用焊接龍骨，竹膠板和人工收面結(jié)合。

尾墩墻采用定型鋼模板+竹膠板。

牛腿部位采用預(yù)埋型鋼柱或鋼筋三角柱斜拉定型排架+組合鋼模板。

所使用的模板支立采用8 t平板車運輸?shù)浆F(xiàn)場，K80塔機和倉面12 t汽車吊安裝；自卸汽車直接運輸混凝土到澆筑地點，利用在下游的K80塔機+3 m3～4.5 m3吊罐入倉為主；混凝土人工振搗。

3.3 引水壩段施工

引水壩段大體積外表面采用多卡模板，下游斜坡面采用翻升模板。

底孔進(jìn)口圓弧段采用定型排架+異型模板，壓力鋼管預(yù)留鋼襯部位，待管道安裝完成后再進(jìn)行澆筑。K80塔機和倉面12 t汽車吊安裝模板，K80塔機+3 m3～4.5 m3吊罐入倉為主；混凝土人工振搗。

3.4 連接壩段施工

連接壩段主要采用翻升模板，K80塔機覆蓋范圍外采用QUY100液壓履帶吊+3 m3～4.5 m3吊罐入倉，混凝土人工振搗。

3.5 電站廠房施工

1)回填混凝土。回填混凝土采用普通組合鋼模板,混凝土采用10 t自卸汽車運輸，布料機輔助入倉。

2)電站廠房基礎(chǔ)施工?；炷撩? m分層分倉澆筑。排架、梁、柱混凝土采用翻升鋼模板，滿堂腳手架支撐，混凝土采用10 t自卸汽車或混凝土罐車運輸, 塔機吊1 m3罐入倉。

3)框架施工。本工程框架結(jié)構(gòu)混凝土施工主要包括啟閉機房、主副廠房安裝高程以上、升壓站等建筑工程梁板柱混凝土施工。

鋼筋主要在加工廠進(jìn)行加工，模板采用定制鋼模板，腳手架作支撐。由8 t平板車運至現(xiàn)場進(jìn)行綁扎施工?？蚣苁┕げ捎萌斯せ蛩鮼韺崿F(xiàn)材料的運輸。

混凝土由拌和站集中拌合，水平運輸采用6 m3～8 m3混凝土攪拌車。采用布置的塔機配1 m3吊罐來完成。

3.6 泄水工程施工

進(jìn)水渠底板混凝土和泄槽的尾墩墻、導(dǎo)流墩墻、襯砌等混凝土主要采用組合鋼模板，混凝土采用10 t自卸汽車運輸直接入倉，局部輔以混凝土泵送入倉。

3.7 魚道工程施工

魚道進(jìn)口設(shè)在電站尾水渠右下側(cè)，魚道出口設(shè)在進(jìn)水渠右岸開挖邊坡馬道上游位置；

魚道主要包括進(jìn)口、休息池、池室、隔板、支撐桿、出口等，按每隔15 m～20 m分段澆筑。

混凝土采用普通組合鋼模板或木模板，混凝土采用10 t自卸汽車和攪拌車運輸入倉。泄槽左側(cè)魚道混凝土主要采用12 t汽車吊入倉和自卸汽車+溜槽輔助入倉，右側(cè)岸坡馬道上的魚道混凝土主要采用HBT60混凝土輸送泵泵送入倉。

4 混凝土控制措施

4.1 混凝土施工工藝措施

1)內(nèi)拉螺桿固定模板時，內(nèi)拉螺桿縱橫方向間距、孔眼大小按規(guī)劃要求一致，拉桿孔眼采用統(tǒng)一梯形橡膠扣環(huán)套在拉桿上，扣在模板內(nèi)面封堵拉桿眼或采用可拆卸螺錐。拆模后采用的環(huán)氧砂漿和普通預(yù)縮砂漿進(jìn)行填塞。

2)閘墩、胸墻、導(dǎo)墻等結(jié)構(gòu)的平面，采用面板厚度不小于5 mm的翻升鋼模板，模板內(nèi)面涂刷模板漆。

3)板、梁、柱及牛腿部位異型結(jié)構(gòu)的施工時，采用統(tǒng)一的定型鋼模板，按圖拼裝板，板內(nèi)面涂刷模板漆。

4)混凝土運輸主要以自卸汽車運輸為主，運輸設(shè)備采用保溫材料覆蓋，確?；炷恋娜雮}溫度控制在設(shè)計允許范圍以內(nèi)。

5)嚴(yán)格實施混凝土檢驗制度，對每車混凝土進(jìn)行坍落度取樣檢測，如遇坍落度超出允許范圍，禁止使用。

6)提前計劃，并制定合理的澆筑方案，確?；炷凉?yīng)連續(xù)、均勻、充足。嚴(yán)禁出現(xiàn)混凝土供應(yīng)不均勻或突然中斷。

7)混凝土振搗均勻，嚴(yán)禁漏振、過振和欠振。采用二次振搗法，減少表面氣泡，即第一次在混凝土澆筑時振搗，第二次待混凝土靜置20 min～30 min時再振搗。

8)在雨天澆筑混凝土?xí)r，須采取必要的防雨措施，防止混凝土泌水或有色差。

4.2 混凝土溫度控制措施

4.2.1 優(yōu)化配合比

1)選擇堿含量較低的水泥、粉煤灰和外加劑，減少混凝土中總堿含量，抑制骨料堿活性反應(yīng)。

2)優(yōu)化混凝土配合比，選用水化熱較低、質(zhì)量穩(wěn)定的水泥，在確?；炷列阅軛l件下，盡量減少水泥用量，以降低混凝土水化熱溫升。

4.2.2 出機口溫度控制

1)骨料溫度控制。成品砂石骨料堆高不小于6 m，料堆搭設(shè)防曬棚，對大、中石骨料采取噴淋降溫措施。骨料須從地弄或設(shè)置有遮陽棚的皮帶上拌和站。

2)膠凝材料溫度控制。盡量減少水泥用量，多摻粉煤灰，以減少混凝土水化熱溫升。在每個水泥和粉煤灰儲罐外表面搭設(shè)了遮陽棚，防止陽光直射罐體，以達(dá)到降溫的目的。

3)高溫時段，根據(jù)需要可以在拌和站骨料倉上采用附壁式冷風(fēng)機對骨料進(jìn)行5 ℃冷風(fēng)連續(xù)冷卻，使骨料冷卻到15 ℃左右。

4.3 施工過程溫度控制

4.3.1 降低混凝土澆筑溫度

1)壩體混凝土澆筑溫度。采取骨料堆高6 m以上、地壟取料、料堆搭遮陽篷、風(fēng)冷粗骨料等措施降低混凝土澆筑溫度。

2)上下層溫差。a.高溫季節(jié)對自卸汽車和混凝土攪拌車等采取有效的隔熱保溫措施。b.快速入倉、平倉和振搗，減少混凝土澆筑過程中的溫度回升，減少上坯層混凝土的覆蓋時間。c.根據(jù)相關(guān)規(guī)范，結(jié)合本工程的實際情況，確定上下層溫差不得大于17 ℃。

3)澆筑層厚及層間間歇。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，施工過程中各壩塊應(yīng)盡量均勻上升，相鄰壩塊的高差不宜超過10 m，相鄰壩塊澆筑時間的間隔宜小于30 d。

4)具體的溫度控制及防裂措施。為防止混凝土產(chǎn)生裂縫，必須從原材料選擇、施工過程、保溫降溫及結(jié)構(gòu)型式等方面采取綜合的混凝土溫度控制措施。a.對大體積混凝土選用水化熱較低的水泥，同時，適當(dāng)比例外摻粉煤灰，盡量降低混凝土的水化熱溫升。b.為降低水化熱溫升，采用壩內(nèi)埋設(shè)塑料冷卻水管通水降溫措施，冷卻水管的布置為1.5 m×1.5 m，冷卻水管材質(zhì)為φ32 mm HDPE管。c.在混凝土配合比設(shè)計中，按壩體分區(qū)要求，對大體積混凝土采用三、四級配，最大骨料粒徑為120 mm。d.盡量采用薄層、短間歇的澆筑方法。e.根據(jù)實際條件控制澆筑層厚。對于大壩溢流面以下、廠房蝸殼層及其下部大體積混凝土，基礎(chǔ)強約束區(qū)澆筑層厚不大于1.0 m，層間間歇控制在7 d以上；基礎(chǔ)弱約束區(qū)及上部混凝土澆筑層厚可采用1.5 m～3.0 m。f.盡量避開高溫時段澆筑混凝土，充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時段澆筑混凝土。

4.3.2 降低混凝土水化熱溫升

盡量優(yōu)化混凝土配合比，采取綜合措施，減少混凝土單位水泥用量。

4.3.3 降低壩體內(nèi)外溫差

在低溫季節(jié)前，采取通水冷卻、表面保溫等措施將壩體溫度降至設(shè)計要求的溫度，以降低壩體內(nèi)外溫差，防止或減少表面裂縫。

4.4 大體積混凝土溫度控制

當(dāng)澆筑大倉面混凝土?xí)r，在澆筑前適當(dāng)布置冷卻水管，層面暴露時間長時，為減少層面的熱量倒灌，在平倉、振搗后，立即蓋上保溫被，等覆蓋新的混凝土之前才揭去。

4.5 混凝土通水冷卻

1)HDPE塑料管。規(guī)格為：內(nèi)徑28 mm，壁厚2.0 mm，外徑32.0 mm。HDPE塑料冷卻水管為專用管材，除滿足給水用高密度聚乙烯管材相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求外，還要具有較高的導(dǎo)熱性能，其導(dǎo)熱系數(shù)不小于1.66 kJ/(m·h·℃)。

2)水管布置。a.結(jié)合本工程實際，5月份～9月份澆筑的混凝土需布置冷卻水管，其他時段不布置冷卻水管，廠房不布置冷卻水管。b.大壩混凝土分層厚度不大于2 m時，水管水平間距按1.5 m，布置一層；當(dāng)2 m<層厚≤3 m時，水管水平間距按1.5 m，布置2層。c.大壩基礎(chǔ)約束區(qū)水管布置為1.5 m×1.5 m(水平間距×垂直間距)方式，自由區(qū)水管布置為1.5 m×3.0 m(水平間距×垂直間距)方式。d.冷卻水管距上下游面的距離要求為0.8 m～1.5 m，局部不小于0.5 m～1.0 m；冷卻水管距橫縫面的距離要求為0.8 m～1.0 m，距孔口、預(yù)留槽等內(nèi)壁面的距離不小于0.5 m。e.單根管的長度不大于250 m，若同一倉面需要布置蛇形支管時，各蛇形支管長度要基本相當(dāng)。

3)通水冷卻。本工程6月份～8月份澆筑的混凝土通6 ℃～10 ℃制冷水，其他時段均通河水，根據(jù)混凝土進(jìn)度安排，冷卻通制冷水時段月最大強度約1.6萬m3。根據(jù)冷卻水管埋設(shè)情況及通水要求，冷卻最大制冷水流量約26 m3/h，擬配備1臺BZ-140A(50 HP)循環(huán)水制冷機，名義工況下制冷容量為12萬kcal，相應(yīng)制冷水能力為30 m3/h，滿足本工程混凝土冷卻制冷水需求。a.混凝土下料澆筑即開始通水冷卻?；炷笼g期前10 d參考通水流量1.2 m3/h～1.8 m3/h，10 d后參考通水流量0.6 m3/h～1.2 m3/h，每24 h改變一次通水方向。b.動態(tài)控制通水冷卻。當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度在上升階段時，采取降低通水水溫或加大通水流量，以加快削峰力度。當(dāng)降溫速率過大時，采取減小通水流量或提高通水水溫，確?；炷羶?nèi)部溫度控制在設(shè)計容許范圍內(nèi)。c.峰值溫度過后最大日降溫速率不大于0.5 ℃/d，通水溫度與混凝土溫度相差不大于20 ℃。d.冷卻水管封堵回填。冷卻水管封堵采用與周邊混凝土強度等級相同的水泥漿進(jìn)行封堵，再切除外露部分。

4.6 越冬面混凝土保溫措施

為確保大壩的越冬安全，按照招標(biāo)文件及設(shè)計要求，結(jié)合工程實際情況，特采取以下保溫措施：

1)大壩壩體上游面均采用100 mm厚的GRC復(fù)合擠塑板保溫，置于模板內(nèi)側(cè)，與混凝土同時施工，擠塑板表面噴涂5 mm厚的水泥砂漿保護(hù)，擠塑板燃燒性能應(yīng)達(dá)到B2級。2)大壩下游裸露壩面，采用100 mm厚擠塑板保溫，至竣工后拆除。3)溢流堰面、閘墩部位采用100 mm厚防水巖棉被保溫，保溫材料至竣工后拆除。

5 結(jié)語

本工程混凝土重力壩施工技術(shù)，分別采取了優(yōu)化混凝土配合比、料堆設(shè)置遮陽棚、風(fēng)冷粗骨料、鋪設(shè)冷卻水管等一系列溫控措施，有效解決了混凝土溫度裂縫問題，達(dá)到了混凝土重力壩快速施工的目的，可為高緯度寒冷地區(qū)大壩混凝土施工提供借鑒經(jīng)驗。