高寒大溫差超長(zhǎng)混凝土面板一次成型施工技術(shù)研究

吳明怡

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

豐寧抽水蓄能電站上水庫(kù)位于永利村段灤河上游左岸。上水庫(kù)大壩壩頂高程1510.3m，最大壩高120.3m，壩頂寬10m，軸線長(zhǎng)度570.0m，上游壩坡1∶1.405，為鋼筋混凝土面板堆石壩。大壩面板混凝土共分53條塊，分12m和10m兩種(河床受壓區(qū)面板寬度為12m，計(jì)22塊；左、右岸受拉應(yīng)力區(qū)面板寬度為10m，共29塊；邊角2塊，寬度為8m)，最大塊斜長(zhǎng)約201.47m，采用一次成型技術(shù)，中間不設(shè)橫縫。面板厚度隨高程變化，從上至下按t=0.4+0.003H(H是壩頂防浪墻前趾控制點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)的高差)，采取雙層雙向配筋，其混凝土標(biāo)號(hào)高程1460m以上為C30W12F400，高程1460m以下為C30W12F300。壩頂上游側(cè)設(shè)L型混凝土防浪墻，防浪墻底部與混凝土面板連接。面板垂直縫、防浪墻底縫和周邊縫均設(shè)置兩道止水；在底部設(shè)置銅止水；縫頂設(shè)柔性填料止水或手刮聚脲；防浪墻結(jié)構(gòu)縫設(shè)置止水。

本工程地處燕山山脈與內(nèi)蒙古高原過(guò)渡帶，冬季寒冷且漫長(zhǎng)，夏季晝夜溫差可達(dá)20℃，能夠進(jìn)行混凝土施工作業(yè)的時(shí)段僅為5月至9月，上水庫(kù)大壩面板混凝土總量約3.6萬(wàn)m3，防滲面板總面積6.9萬(wàn)m2，工程量大，總工期僅短短5個(gè)月。在溫度條件如此不利且工期緊張的情況下，超長(zhǎng)混凝土面板一次成型施工難度大，溫控、養(yǎng)護(hù)、防凍、防裂技術(shù)難題突出。

2 主要研究?jī)?nèi)容及成果

2.1 堆石壩壩體沉降變形、固坡砂漿約束控制技術(shù)研究

通過(guò)調(diào)整施工工藝，控制上壩料源質(zhì)量、堆石壩快速填筑，達(dá)到控制壩體沉降變形量、增加壩體沉降時(shí)間的目的；翻模固坡法砂漿墊層施工，實(shí)現(xiàn)各區(qū)壩料整體上升，避免壩體填筑預(yù)留臺(tái)階，減少壩體不均勻沉降；在確保固坡砂漿表面平整度的同時(shí)，采用乳化瀝青噴涂，達(dá)到減小固坡砂漿約束應(yīng)力的目的。通過(guò)各項(xiàng)施工措施，大壩填筑較節(jié)點(diǎn)工期提前29天完成，壩體沉降期6.5個(gè)月，優(yōu)于規(guī)范要求的沉降期，面板混凝土澆筑前壩體沉降速率2mm/月，優(yōu)于規(guī)范要求的3mm/月～5mm/月的沉降速率，壩體最大沉降值為最大壩高的0.712%，壩體變形控制效果極佳。墊層料固坡砂漿表面光滑平整、厚度均勻，乳化瀝青噴涂將壩體與面板混凝土隔離開(kāi)來(lái)，大大降低了面板混凝土的約束應(yīng)力。

2.2 高抗裂面板混凝土配比研究

通過(guò)對(duì)高性能面板混凝土研究，配置高抗裂、超抗凍面板鋼筋混凝土，以滿足高寒地區(qū)超長(zhǎng)面板混凝土的防裂、抗凍要求。通過(guò)配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，3.6萬(wàn)m3面板混凝土澆筑施工過(guò)程中，未出現(xiàn)混凝土和易性差與性能檢測(cè)不合格等現(xiàn)象，混凝土抗裂性能大大提高，裂縫數(shù)量較類似工程大大減少。增加了抗凍、抗裂性能。400次凍融循環(huán)檢測(cè)，混凝土抗凍性能滿足要求。

2.3 超長(zhǎng)面板一次成型施工工藝研究

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)，確定混凝土拌合順序、坍落度損失曲線、混凝土超長(zhǎng)溜槽運(yùn)輸和易性能否滿足要求等施工參數(shù)。通過(guò)超長(zhǎng)面板一次成型工藝研究，確定了混凝土拌制工藝、超長(zhǎng)斜溜槽垂直運(yùn)輸混凝土防離析工藝、混凝土坍落度損失曲線、混凝土超長(zhǎng)面板養(yǎng)護(hù)防裂措施等重要施工參數(shù)，在面板混凝土澆筑施工中，混凝土半成品及成品質(zhì)量得到保證。

2.4 超長(zhǎng)面板一次成型快速、安全施工技術(shù)研究

針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期緊的特點(diǎn)，研究超長(zhǎng)面板混凝土一次成型快速施工措施，在保證施工安全、質(zhì)量的前提下，以最快的速度完成施工，確保電站蓄水及發(fā)電目標(biāo)。通過(guò)各種措施，總方量3.6萬(wàn)m3、防滲面積6.7萬(wàn)m2的上水庫(kù)大壩面板混凝土施工提前20天完成，在保證節(jié)點(diǎn)工期的前提下，未出現(xiàn)一起安全事故。

2.5 大溫差、高寒氣候下的養(yǎng)護(hù)防裂措施研究

針對(duì)施工期白天氣溫高、晝夜溫差大、冬季嚴(yán)寒的氣候特點(diǎn)，研究面板混凝土養(yǎng)護(hù)措施，以達(dá)到減少混凝土裂縫的目的。采取面板混凝土養(yǎng)護(hù)防裂措施，可保證高寒、大溫差氣候條件下混凝土澆筑施工及成型后的全過(guò)程保水、降溫養(yǎng)護(hù)，本工程混凝土裂縫數(shù)量較類似工程混凝土裂縫數(shù)量大大減少。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究點(diǎn)

針對(duì)高寒、大溫差氣候條件下超長(zhǎng)混凝土面板一次成型施工中的防裂、工期緊張等技術(shù)難題，開(kāi)展了優(yōu)質(zhì)、快速施工技術(shù)研究，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：

(1)研究堆石壩壩體沉降變形控制技術(shù)，采用快速、優(yōu)質(zhì)填筑工藝，為壩體沉降預(yù)留更多時(shí)間，增加壩體穩(wěn)定性，為后期面板混凝土防裂創(chuàng)造有利條件。

(2)研究減小墊層料固坡砂漿約束應(yīng)力技術(shù)，通過(guò)采用翻模固坡施工新技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)降低固坡砂漿強(qiáng)度、固坡砂漿表面乳化瀝青噴涂，解決了固坡砂漿表面平整度差、厚度不均勻、摩擦力大等原因?qū)е碌拿姘寤炷良s束應(yīng)力大的難題，解決了面板混凝土因約束應(yīng)力產(chǎn)生裂縫的難題。

(3)研究高抗裂面板混凝土配比技術(shù)，通過(guò)采用性能更優(yōu)良的聚乙烯醇纖維替代傳統(tǒng)的聚丙烯腈纖維，大大改善面板混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)面板初期、后期強(qiáng)度、防裂等性能更加有利。

(4)研究超長(zhǎng)面板混凝土一次成型快速施工技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)加工坡面安全通道，解決了超長(zhǎng)斜坡面人員通行的安全問(wèn)題；優(yōu)化面板滑模系統(tǒng)，解決了不同面板分縫寬度及面板厚度情況下的快速備倉(cāng)；通過(guò)自行設(shè)計(jì)滾壓式止水成型機(jī)工作平臺(tái)及橡膠棒導(dǎo)輪，解決了銅止水分段加工、反復(fù)翻身填塞及安裝、分段焊接施工中質(zhì)量及進(jìn)度難以保障的難題，實(shí)現(xiàn)了銅止水快速、優(yōu)質(zhì)安裝。

(5)研究大溫差高寒氣候下面板混凝土防裂施工技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)防離析保水溜槽，降低了混凝土入倉(cāng)垂直運(yùn)輸中的水分流失及溫度增加的幅度；優(yōu)化施工期養(yǎng)護(hù)措施，保證混凝土初凝后的流水及覆蓋養(yǎng)護(hù)；創(chuàng)新采用嚴(yán)寒地區(qū)混凝土保水及保溫防護(hù)，解決了嚴(yán)寒地區(qū)混凝土冬季流水養(yǎng)護(hù)與保溫養(yǎng)護(hù)的矛盾，提高了混凝土成品質(zhì)量。

4 研究思路

(1)針對(duì)混凝土面板堆石壩應(yīng)力變形大的技術(shù)難題，從控制沉降、減小約束等角度控制施工方法，有效控制混凝土面板裂縫。

(2)針對(duì)高性能面板混凝土研究，配置高抗裂面板混凝土，以滿足高寒地區(qū)超長(zhǎng)面板混凝土的防裂要求。

(3)針對(duì)混凝土面板斜長(zhǎng)大、安全風(fēng)險(xiǎn)大、工期緊張的超長(zhǎng)混凝土面板施工技術(shù)難題，進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化施工設(shè)備、施工工藝等快速施工技術(shù)研究，達(dá)到安全、快速的目的。

(4)針對(duì)工區(qū)晝夜溫差大、冬季氣溫極低的氣候條件，進(jìn)行面板混凝土的養(yǎng)護(hù)及冬季保溫施工技術(shù)研究，達(dá)到施工期防裂及冬季極端低溫季節(jié)的混凝土防裂要求。

5 結(jié)論

混凝土面板一次成型施工技術(shù)在豐寧抽水蓄能電站上水庫(kù)面板堆石壩工程得到了應(yīng)用，大壩填筑和面板混凝土施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，未發(fā)生質(zhì)量安全事故。為實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保目標(biāo)、確保工程質(zhì)量、電站按期蓄水發(fā)電，提供了保障，引領(lǐng)行業(yè)水平進(jìn)步，為同類工程提供借鑒。