堆石壩面板混凝土入倉方式對(duì)比分析

賈 洪 波， 安 新

(中國安能集團(tuán)第三工程局巴塘項(xiàng)目部，四川 甘孜 626000)

1 概 述

云南某大型水電站采用鋼筋混凝土面板作為堆石壩上游側(cè)的防滲結(jié)構(gòu)。面板底部高程為1 471 m，頂部高程為1 623 m，混凝土面板的面積總計(jì)為87 590 m2，垂直伸縮縫設(shè)置為每隔12 m一條，按照伸縮縫的設(shè)置：一期為32塊面板，二期為45塊面板。設(shè)置水平施工縫1條，位于高程1 555 m處，面板厚度自底部向頂部逐漸變小，頂部厚度為0.4 m，底部最大厚度約為0.81 m，面板厚度按公式e=0.4+0.002 7H計(jì)算(H為計(jì)算斷面到防浪墻底部的垂直高度)，面板表面坡比為1∶1.4。

該工程面板混凝土參數(shù)：二級(jí)配混凝土，采用普通硅酸鹽水泥，最大骨料為中石，粒徑不超過40 mm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B等級(jí)為W12，抗凍等級(jí)為F100，混凝土極限拉伸值≥100×10-6。在面板混凝土中摻入了20%的粉煤灰，同時(shí)摻入了聚丙烯纖維和MgO，外加劑采用高效減水劑和引氣劑，其能有效增加混凝土的耐久性和抗裂性，增加和易性，補(bǔ)償混凝土干縮變形和收縮變形，提高抗拉強(qiáng)度。面板混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本思路：在滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度、抗?jié)B、耐久性及良好和易性前提下，重點(diǎn)考慮其防裂問題，并能較好地滿足施工要求。

根據(jù)壩體填筑及防洪度汛要求，面板混凝土共分兩期澆筑，均采用4套無軌滑模、跳倉澆筑方式，相鄰倉號(hào)澆筑間歇時(shí)間不少于72 h。大壩面板一期高程約為1 471～1 555 m，共計(jì)32塊混凝土面板。大壩面板二期高程約為1 555～1 623 m，共計(jì)45塊混凝土面板。筆者對(duì)面板混凝土的運(yùn)輸方式與澆筑進(jìn)行了闡述。

2 混凝土運(yùn)輸方式分析

2.1 水平運(yùn)輸方式分析

根據(jù)面板混凝土現(xiàn)場模擬試驗(yàn)得知：采用自卸車運(yùn)輸較采用混凝土攪拌車運(yùn)輸時(shí)間大為減少，主要節(jié)省了從拌和樓放料至運(yùn)輸設(shè)備之間的時(shí)間；考慮到拌和樓出機(jī)口下料困難、運(yùn)輸中混凝土坍落度損失過大和混凝土溫度升高等問題，水平運(yùn)輸混凝土計(jì)劃采用12 t自卸車，每車可運(yùn)輸面板混凝土3 m3，運(yùn)輸過程中自卸車需覆蓋遮雨(陽)布。

2.2 垂直運(yùn)輸方式分析

(1)門機(jī)：使用門機(jī)澆筑混凝土的優(yōu)點(diǎn)為門機(jī)機(jī)械性能比較穩(wěn)定，澆筑效率較高，安裝與拆卸較方便，起重重量較大。已建成的潘家口水庫樞紐工程大壩混凝土澆筑采用門機(jī)澆筑混凝土近300萬m3，取得了較好的施工經(jīng)濟(jì)效益。但是，選擇門機(jī)進(jìn)行面板混凝土澆筑，在其實(shí)際應(yīng)用過程中受施工現(xiàn)場的實(shí)際地形影響，門機(jī)只能布置在趾板水平段，并因門機(jī)受臂長和高度的影響導(dǎo)致其運(yùn)送混凝土的控制范圍有限；同時(shí)，門機(jī)設(shè)備的安裝與拆除次數(shù)較多的問題依然存在。綜上所述：如果選擇門機(jī)進(jìn)行面板混凝土的垂直運(yùn)輸，施工強(qiáng)度將難以保證且工程投資較高。

(2)塔機(jī)：使用塔機(jī)作為面板混凝土的垂直運(yùn)輸設(shè)備需要將塔機(jī)和膠帶機(jī)有機(jī)結(jié)合方能具備混凝土水平運(yùn)輸和混凝土垂直運(yùn)輸?shù)哪芰?，同時(shí)亦能滿足倉面布料功能需求，在連續(xù)高強(qiáng)度混凝土澆筑施工中較為實(shí)用[1]。構(gòu)皮灘水電站第二級(jí)垂直升船機(jī)混凝土澆筑采用塔機(jī)結(jié)合膠帶機(jī)的方式被證明其有效且經(jīng)濟(jì)。但若在本工程項(xiàng)目面板混凝土澆筑施工中選擇塔機(jī)進(jìn)行垂直運(yùn)輸作業(yè)，塔機(jī)的最優(yōu)布置位置為基坑、左右岸壩肩和高程1 623 m施工平臺(tái)，但塔機(jī)運(yùn)送混凝土的控制范圍有限且塔機(jī)入倉強(qiáng)度和起重量小。當(dāng)混凝土澆筑單元大、入倉強(qiáng)度高時(shí)，施工進(jìn)度和質(zhì)量將受到影響。

(3)纜機(jī)：使用纜機(jī)作為面板混凝土垂直運(yùn)輸設(shè)備具有工作跨度大、工作效率高、工作范圍廣、工作時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能滿足鋼筋、模板等各種施工構(gòu)配件的吊運(yùn)與安裝要求，在高山峽谷中混凝土澆筑工程量大、鋼筋配置少的大壩面板混凝土施工中比較實(shí)用。白鶴灘水電站大壩混凝土澆筑采用纜機(jī)作為主要垂直運(yùn)輸設(shè)備，能夠同時(shí)滿足施工強(qiáng)度與施工質(zhì)量要求。但在本工程項(xiàng)目使用纜機(jī)結(jié)合膠帶機(jī)的方式入倉混凝土，存在纜機(jī)進(jìn)場及安裝耗時(shí)多、纜機(jī)塔架平臺(tái)施工工程量較大、價(jià)格高昂的不足。

(4)膠帶機(jī)：膠帶機(jī)是一種可用于混凝土澆筑的輕型運(yùn)輸設(shè)備，具有構(gòu)造簡單、就位方便、設(shè)備投資低的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)各種復(fù)雜的地形條件，在混凝土澆筑量大的大壩混凝土施工中比較適用。白鶴灘水電站二道壩混凝土澆筑采用膠帶機(jī)布料入倉的方式，在地形復(fù)雜、工程量大的不利條件下快速施工，縮短了施工工期，取得了較好的施工效益。但在本工程項(xiàng)目中用于面板混凝土澆筑，存在混凝土運(yùn)輸及卸料時(shí)易產(chǎn)生骨料離析、運(yùn)輸時(shí)因?qū)雍褫^薄對(duì)溫控不利的不足。用于混凝土澆筑時(shí)，必須搭設(shè)支撐架且支撐架屬于混凝土預(yù)埋件而無法回收，導(dǎo)致施工成本較高；澆筑施工跨度越大、高度越高，需要的支撐架就越多，因此其不適用于高度較大的面板混凝土施工。

(5)負(fù)壓溜管：負(fù)壓溜管適用于狹窄河床地區(qū)的混凝土澆筑施工，適用坡度一般為1∶1～1∶0.75，高差一般為0～50 m。西泌河水庫攔河大壩混凝土澆筑采用負(fù)壓溜管的方式入倉混凝土，很好地保證了施工進(jìn)度與施工質(zhì)量。但本工程大壩上游壩坡坡比為1∶1.4，在高程1 623 m施工平臺(tái)拉面板，高差為152 m，其不滿足負(fù)壓溜管的適用條件。負(fù)壓溜管使用時(shí)，負(fù)壓溜管底部的鋼槽和其上部膠管易被磨穿，且需修筑好混凝土的運(yùn)輸?shù)缆?結(jié)合本工程大壩的施工進(jìn)度與作業(yè)環(huán)境，面板混凝土采用負(fù)壓溜管入倉比較困難。

(6)溜槽：溜槽由受料斗、溜槽主體、出料口和支撐鋼結(jié)構(gòu)組成。一般而言溜槽的控制高度較小，但其可多級(jí)組合布置，在落料的過程中不易產(chǎn)生骨料分離且可連續(xù)作業(yè)，該種入倉方式的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、易安裝、成本較低，在保證混凝土質(zhì)量的同時(shí)能快速投產(chǎn)。溜槽入倉既能發(fā)揮溜槽入倉混凝土質(zhì)量有保證、效率高的優(yōu)勢，又能滿足面板混凝土快速施工的要求。曼點(diǎn)水庫大壩碾壓混凝土施工采用溜槽設(shè)備，成功地解決了大壩混凝土入倉難的問題。

在綜合以上因素并進(jìn)行分析比較后，最終本工程面板混凝土垂直運(yùn)輸采用溜槽入倉方式。項(xiàng)目部還對(duì)此進(jìn)行了入倉試驗(yàn)。

2.3 混凝土垂直運(yùn)輸溜槽入倉試驗(yàn)

2.3.1 方案一

(1)現(xiàn)場模擬試驗(yàn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)境布置為模擬1 584 m高程、斜長194.46 m部位的混凝土澆筑施工。試驗(yàn)時(shí)，使用混凝土罐車將混凝土倒至溜槽中直接澆筑入倉。配合比試驗(yàn)結(jié)果顯示：面板混凝土應(yīng)選用摻聚羧酸減水劑的配合比進(jìn)行施工，出機(jī)口坍落度為70～90 mm和50～70 mm，并在滿足現(xiàn)場施工要求的前提下盡可能地選用出口坍落度為50～70 mm的配合比施工[2]。

(2)制定的方案。在進(jìn)行面板1 623 m高程以下部位混凝土澆筑施工時(shí)，在1 623 m高程設(shè)置主溜槽一條，并將其下部延續(xù)至混凝土澆筑倉面，在距離混凝土澆筑倉面8 m范圍時(shí)分為兩條支溜槽。初步考慮主溜槽每隔50 m設(shè)置一道擋板，根據(jù)現(xiàn)場施工情況擋板可適當(dāng)加密；溜槽的搭接長度不應(yīng)小于20 cm，以防止出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。在高程1 623 m施工平臺(tái)，應(yīng)利用混凝土罐車將混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)至溜槽中直接溜槽入倉。

2.3.2 方案二

(1)現(xiàn)場模擬試驗(yàn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)環(huán)境模擬設(shè)置為高程1 623 m、斜長261.26 m部位的混凝土澆筑施工。面板混凝土配合比采用摻聚羧酸減水劑的配合比，其出口坍落度為70～90 mm和50～70 mm。試驗(yàn)時(shí)，分別采用混凝土罐車和自卸車兩種方式將混凝土從左岸拌和系統(tǒng)運(yùn)輸至高程1 623 m平臺(tái)。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：采用混凝土罐車和自卸車均可將混凝土送至溜槽，同時(shí)也能滿足將混凝土采用溜槽運(yùn)輸至澆筑倉面的要求。受天氣情況等外界因素影響，混凝土坍落度變化很大，在滿足現(xiàn)場施工要求的前提下，應(yīng)盡量使用出口坍落度較低的配合比施工。

(2)制定的方案。在進(jìn)行面板1 623 m高程以下部位澆筑施工時(shí)，在面板每一澆筑塊倉面上部布置一個(gè)集料斗，在高程1 623 m施工平臺(tái)采用12 t自卸汽車將混凝土從左岸拌和系統(tǒng)運(yùn)輸至高程1 623 m平臺(tái)，然后將混凝土直接倒入集料斗中，下部接一條主溜槽至澆筑倉面，在距倉面8 m左右時(shí)設(shè)兩條分溜槽，溜槽的搭接長度不小于20 cm以防止漏漿。溜槽分別在高程1 623 m、1 600 m、1 584 m、1 555 m、1 526 m、1 497 m部位每隔20～30 m斜長設(shè)置一個(gè)擋板，以防止混凝土骨料發(fā)生分離。

混凝土垂直運(yùn)輸利用溜槽入倉，其長度約為261.26 m。為保證面板混凝土不離析、和易性好，主溜槽每隔20 m設(shè)置一道擋板可防止飛石滾落，從而有效地起到了安全防護(hù)作用。

3 面板混凝土澆筑注意事項(xiàng)

(1)面板混凝土澆筑采用人工平倉方式，每層布料厚度按公式e=0.4+0.0027H計(jì)算，如遇止水銅片則采用人工輔助布料的方式，但須特別注意銅止水處應(yīng)振搗密實(shí)，振搗以混凝土開始泛漿、不出氣泡為準(zhǔn)。

(2)面板混凝土澆筑完成24 h后，必須立即進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，可采用壓蓋草簾用水管長流水養(yǎng)護(hù)的方法避免日光暴曬，養(yǎng)護(hù)至水庫蓄水為止[1]。

(3)混凝土入倉平倉、振搗完一層后，滑模即可滑升，將每次滑升的垂直高度控制在30 cm左右，滑模的滑升速度以1.5～2.5 m∕h左右為宜。因特殊原因停工或混凝土入倉后4 h未連續(xù)作業(yè)時(shí)必須將滑?；駝t將會(huì)使混凝土與滑?；瀹a(chǎn)生黏結(jié)效應(yīng)；但如果強(qiáng)行滑升則將拉裂混凝土表面，甚至?xí)斐善潆y以滑動(dòng)。

(4)無軌滑?；乃俣纫?.5 m/h至2.5 m∕h左右為宜。對(duì)于周邊縫三角塊采用滑模斜拉法澆筑。

(5)面板混凝土滑升過程中，當(dāng)混凝土已初凝應(yīng)立即覆蓋草袋，人工灑水養(yǎng)護(hù)，隨澆筑高度的升高逐漸向上覆蓋及灑水，直至澆到頂后在頂部安裝花管接通水管進(jìn)行長期養(yǎng)護(hù)，直到水庫蓄水為止。

(6)為保證所鋪蓋的草袋不被大風(fēng)刮走，應(yīng)在其表面設(shè)鋼管網(wǎng)架予以壓住，發(fā)現(xiàn)腐爛的草袋一定要及時(shí)更換。因面板混凝土很薄，在寒潮及大風(fēng)降溫或早晚溫差作用下面板混凝土難以承受內(nèi)外溫差引起的溫度應(yīng)力變化，很容易產(chǎn)生裂縫，因此，寒冷氣候時(shí)在混凝土表面增加了一層(厚5 cm)聚氯乙烯板進(jìn)行保溫防護(hù)，且仍用鋼管壓住保護(hù)以防其被風(fēng)刮走。

4 混凝土入倉澆筑后的溫度控制與防裂控制

混凝土入倉澆筑后的溫度控制可以采取以下措施：

(1)優(yōu)化混凝土配合比。

① 選擇質(zhì)量穩(wěn)定且水化熱較低的水泥。

② 選擇適宜的摻合料和外加劑，減少水泥用量，降低混凝土水化熱溫升。

③ 控制混凝土骨料的含水率不超過6%，且其波動(dòng)小于2%，對(duì)成品料倉設(shè)置涼棚，成品料倉的堆料高度應(yīng)盡量高。

(2)嚴(yán)格控制混凝土溫度。

① 散裝水泥運(yùn)至工地的入罐最高溫度不超過65℃。

② 采用粗細(xì)骨料預(yù)冷或采用冰水進(jìn)行混凝土拌合，以控制混凝土的出機(jī)口溫度。

③ 控制混凝土澆筑過程中的溫度上升變化，應(yīng)快速進(jìn)行混凝土入倉、平倉、振搗作業(yè)，減少上層混凝土的覆蓋時(shí)間。

④ 在保證施工節(jié)點(diǎn)工期及進(jìn)度的前提下，應(yīng)盡量避免在高溫時(shí)段澆筑混凝土，應(yīng)充分利用低溫季節(jié)和早晚及夜間氣溫低的時(shí)段澆筑。

⑤ 當(dāng)倉內(nèi)氣溫高于25 ℃時(shí)，采取機(jī)械設(shè)備進(jìn)行倉面噴霧，噴霧時(shí)水分不易過量，要求霧滴直徑達(dá)到40～80 μm，以防止混凝土表面泛出水泥漿液。

⑥ 控制混凝土的升層高度和間歇期，在滿足澆筑計(jì)劃的同時(shí)，盡可能地采用薄層、短間歇、均勻上升，避免出現(xiàn)老混凝土[4]。

(3)加強(qiáng)施工管理。

① 加強(qiáng)混凝土拌和、運(yùn)輸、澆搗過程的質(zhì)量控制，控制混凝土的強(qiáng)度合格率、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差滿足要求。

② 加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)工作，及時(shí)了解氣溫情況，如施工期遭遇冬季施工，必須嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

③ 嚴(yán)格遵守有關(guān)雨天、大風(fēng)等時(shí)段的停工規(guī)定。

對(duì)于混凝土入倉澆筑后的防裂控制可以采取以下措施：

(1)優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)。通過試驗(yàn)，盡可能地使用較小的水灰比。為減小水化熱，采用低熱普通硅酸鹽水泥、摻加粉煤灰和聚丙烯纖維。使用減水劑、引氣劑等外加劑用以改善混凝土的和易性。

(2)控制混凝土的拌和質(zhì)量。混凝土拌合用的骨料和砂的含水量的不均勻性會(huì)直接影響坍落度，進(jìn)而直接影響到混凝土質(zhì)量，因此，項(xiàng)目部安排專人對(duì)砂石骨料的含水量進(jìn)行了測定，同時(shí)由專人檢測混凝土出機(jī)口塌落度和倉面坍落度，適時(shí)指導(dǎo)并調(diào)整配合比。

(3)控制倉面混凝土的施工質(zhì)量?；炷镣ㄟ^溜槽輸送到倉面后，由人工及時(shí)平倉、及時(shí)振搗，以防止物料分離及骨料集中。同時(shí)，應(yīng)適時(shí)拉升滑模：過早會(huì)造成混凝土鼓包，過晚則會(huì)造成混凝土表面拉裂。加強(qiáng)抹面工作，封閉表面的細(xì)微龜裂裂紋[4]。

(4)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑過程中，主要采用覆蓋及灑水養(yǎng)護(hù)措施。當(dāng)一塊面板澆筑時(shí)，在滑模尾部設(shè)噴霧設(shè)備進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)；每一期面板澆筑完成后，在頂部鋪設(shè)花眼鋼管長流水不間斷養(yǎng)護(hù)直至水庫蓄水[5]。

5 結(jié) 語

在水利水電工程堆石壩面板混凝土施工工藝中，垂直運(yùn)輸采用溜槽入倉方式因其具有結(jié)構(gòu)簡單、易安裝、投資成本低、通用性強(qiáng)、對(duì)施工環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。工程實(shí)踐表明：面板堆石壩混凝土面板的澆筑施工采用溜槽入倉方式是最經(jīng)濟(jì)、最具操作性的一種入倉方式。