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浅析混凝土拱坝在施工中的质量控制及温度控制 摘 要:在大坝的设计施工中，混凝土拱坝的质量是人们最关注的问题。本文针对实例对水电站拱坝的质量控制，温控等方面进行了分析。砂岩因其具有坚固性低、表面较灰岩骨料粗糙、膨胀系数较灰岩大等特点,因而需根据混凝土原材料情况调整其质量控制、接缝灌浆措施。 关键词:混凝土拱坝;混凝土施工工艺;施工质量控制;某水电站 0引言 工程以发电为主,兼有防洪、养殖等综合利用效益。水库总库容1.93亿m3,为多年调节水库。电站装机容量70MW,多年平均发电量1192亿kW?h。工程大坝设计为椭圆形混凝土双曲拱坝,最大坝高127m,坝顶弧线长339.48m。大坝拱冠梁厚度20.01m,厚高比0.171。 一混凝土生产系统设置 1.1砂石骨料生产系统布置 砂石骨料加工系统布置于本电站坝址左岸缆机平台以上的缓坡场地内,生产系统场地呈带状分台阶布置,其台阶面高程为818867m。砂石骨料加工系统的生产规模按混凝土浇筑最高强度4.14万m3/月设计,月成品骨料加工按6万m3设计。 1.2混凝土生产系统的布置 1.2.1混凝土拌和系统 某水电站大坝共需浇筑混凝土近46万m3,要求全年施工,混凝土浇筑最高月强度4.14万m3,混凝土平均小时浇筑强度82.8m3,考虑在生产强度方面留有一定的余地,拌和系统按混凝土浇筑强度101.1m3/h考虑; 1.2.2混凝土制冷系统 在风冷调节料仓进行一次风冷,将骨料冷却到12左右,然后在拌和楼料仓中将骨料继续冷却到10左右,再在混凝土拌和时加入适量片冰,使混凝土出机口温度降低到11.5左右,最高入仓温度控制在13。大坝混凝土通冷水冷却,最大通水量为180m3/h,要求制冷水温为68。根据实际情况,制冷系统分为制冷厂和冷水厂2个部分。 二混凝土拱坝的施工过程 2.1混凝土入仓方案 临建工程施工相对滞后及缆机系统形成推迟,因而大坝垫座混凝土浇筑采用汽车运输、挖掘机及履带吊混凝土方式入仓。高程660m垫座以上混凝土浇筑时,缆机系统及机车运输系统已全部完善. 2.2混凝土浇筑施工 （1）拱坝施工程序分层分块 坝体混凝土施工采用先浇双数坝段、从中间坝段向岸坡坝段推进的施工顺序,如需要调整灌区时必须上升到灌浆分区位置。浇筑块间歇时间一般为59d,相邻块段高差控制在12m以内,尤其在降温时必须尽量缩短横缝面暴露时间,尽可能使浇筑块均匀上升。大坝混凝土施工中安排好与基础固结灌浆的交错作业,当811号河床坝段浇筑到5m厚时对大坝基础进行固结灌浆,其中17号、1218号岩坡坝段需分次进行固结灌浆。基础约束区混凝土施工按115m厚为一层,脱离基础约束区则按3m厚为一层,两岸陡坡坝段约束区内混凝土采用先浇3层115m厚,以后其他区均按3m厚为一层进行浇筑。 （2）混凝土浇筑 a坝体混凝土浇筑 大坝混凝土浇筑前详细检查有关准备工作,如混凝土施工面处理情况,模板、钢筋、冷水管、缝面灌浆管、预埋件及止水设施等是否符合要求,并做好记录。在基岩面及混凝土第1层浇筑前,铺设1层23cm厚的水泥砂浆,砂浆应与混凝土浇筑强度相适应。仓面混凝土浇筑采用平浇法,自上游向下游顺序进行;竖井、廊道周边浇筑混凝土时,应使混凝土均匀上升;在斜面上浇筑混凝土时从最低开始,直至保持水平面。 b结构混凝土施工 大坝的导流底孔和泄洪表孔、牛腿等部位结构混凝土浇筑采用平铺法,分层厚度控制在3050cm之间,采用人工平仓70插入式振捣器。堰面混凝土浇筑在溢流堰体施工后闸墩混凝土浇筑到一定高度时进行,堰体表面混凝土采用人工砂浆抹面。 3混凝土质量控制及选择 3.1原材料 (1)水泥:某水电站大坝混凝土用原材料为砂岩,砂岩作为混凝土骨料具有用水量及水泥用量高、线膨胀系数较灰岩大等特点。 (2)粉煤灰:粉煤灰选用时进行了质量性能比较,并依据标准GB1596291用于水泥和混凝土中的粉煤灰之规定进行了检测。 (3)外加剂:由于某水电站大坝工程设计要求高,选择外加剂要求具有较高的减水率,同时又能改善混凝土拌和物及其硬化后的各项性能,以有效地增加混凝土流动性,从而减少混凝土拌和用水量,节约水泥用量,利于大坝混凝土防裂。其表观密度偏低、吸水率偏大均超出了规范要求;另骨料内部结构不密实、坚固性低。至于砂岩制砂的石粉含量、砂子级配、粒径等的控制,可通过制砂工艺进行调整。 3.2混凝土配合比 混凝土配合比强度根据设计要求确定,选定级配为三级配和四级配。最优砂率采用经验法和最大陷入法取得,即可通过试拌的方法观察混凝土的和易性,最终选择拌和物流动性最大、并能保持良好黏聚性和保水性的砂率。混凝土掺用一定量的粉煤灰能改善混凝土的和易性,同时也能降低混凝土水化热、减少混凝土裂缝、降低工程成本。通过试验论证确定,某水电站混凝土粉煤灰掺量在15%45%之间,施工配合比见表1 表1某水电站施工混凝土配合比 3.3混凝土拌和质量控制 3.3.1出机口混凝土质量控制 (1)混凝土出机口温度、浇筑温度确定。根据混凝土温控标准、气温及混凝土热学性能,计算出在各个时段下混凝土的出机口温度及浇筑温度,以便在施工过程中制定出相应的混凝土预冷方案。 (2)对混凝土原材料在使用前均进行检测,以根据骨料的变化动态对混凝土配合比进行适当调整。 (3)拌和楼混凝土拌制时间为电脑控制,低温混凝土拌制时间设定为150s,常规混凝土拌制时间设定为120s。对拌和楼称量系统进行定期检测. 3.3.2高温季节施工混凝土的温度控制 预冷混凝土根据“某水电站各月混凝土浇筑温度、出机口温度计算成果表”分析如下:a1基础约束区全部为C25混凝土,浇筑温度标准高,11月份至次年3月份自然拌和能满足温控要求,4月份至10月份需拌制低温混凝土,7月份至8月份温度标准太高预冷混凝土已很难达到要求,故7月份、8月份尽量不浇筑基础约束区的混凝土,即便浇筑,亦宜在早、晚、夜间进行;b1非基础约束区的C20混凝土,10月份至次年4月份自然拌和能满足要求,5月份至9月份需拌制低温混凝土;c1非基础约束区的C25混凝土,11月份至次年3月份自然拌和能满足要求,4月份至10月份需拌制低温混凝土。 混凝土预冷主要用如下方法:高堆料堆,地垅取料;一次风冷骨料,二次风冷骨料;加冰拌和。在不同的气温条件下对上述方法进行调配组合,进而制定出不同的预冷方案。对此,主要是通过加强混凝土内部通水冷却和表面流水养护予以弥补。 四混凝土温度控制 (1)合理安排施工程序和施工进度。基础约束区采用薄层、短间歇、连续浇筑法,其他部位混凝土浇筑采用短间歇、均匀上升。 (2)优化混凝土配合比设计以提高混凝土抗裂能力。认真做好混凝土施工配合比优化设计,选择水化热较低的水泥、较优的骨料级配和优质粉煤灰,以及优选复合外加剂(减水剂和引气剂),以降低混凝土单位水泥用量、减少混凝土水化热温升、提高混凝土的抗裂能力。 (3)控制浇筑温度。降低混凝土浇筑的温度从降低混凝土出机口的温度和减少混凝土运输至仓面温度的回升2个方面来进行控制:a1降低出机口温度主要采取骨料二次风冷、冷水拌和、加片冰等单项或多项综合措施。施工过程中,根据各时段气温条件及必须的混凝土降温幅度确定混凝土拌和的冷却组合方式。首选考虑采用冷水或加冰拌和,若仍不能满足降温要求时再采用风冷骨料;b1减少预冷混凝土温度回升,在高温季节浇筑混凝土时需在仓面喷雾,同时严格控制混凝土运输时间和已浇筑混凝土覆盖前的暴露时间,加快混凝土入仓速度和覆盖速度。 (4)控制混凝土内外温差及混凝土表面的保温措施。降低混凝土的表层温度梯度是防止混凝土早期表面裂缝的有效措施,是控制混凝土内外温差的有效办法。 (5)合理控制浇筑层厚和层间间歇时间。大坝基础约束区混凝土浇筑层厚度按115m、非约束区混凝土浇筑层厚度按23m进行控制,岸坡坝段基础混凝土浇筑层厚度按115m进行控制,层间间歇期不小于4d、不大于15d;对于有严格温控防裂要求的基础约束区和重要结构部位,混凝土间歇时间控制在57d。 (6)一期通水冷却。坝体混凝土一期通水冷却均在混凝土浇筑过程中开始,通水时间为20d,混凝土一期冷却降温幅度不宜超过6,日降温幅度不宜超过1,为了控制降温幅度,可采用控制冷却水流量的办法进行,在通水冷却过程中,每隔24h应调整进出口水流方向一次,且在一期冷却后,夏季应在混凝土内部间歇性通低温水,以保持混凝土内部温度不致升高。在以下情况可适当延长一期通水冷却时间:a1对预计要过水的坝段,在过水前要将混凝土内部温度降至30以内;b1夏秋季节浇筑的混凝土,必要时在入冬前尚可加中期冷却以降低混凝土的内部温度,满足冬季内外温差的要求。一期通水冷却进出口水温测量应定时测定,每天各3次并做好记录。 (7)二期分层冷却。大坝混凝土二期冷却前,要对坝体进行温度观测,以了解坝体各块冷却前的温度和为二期冷却提供参数及计算冷却结果。二期冷却的程序采用分层冷却,由低到高逐层进行,冷却层即为一个灌浆层高度(本工程一个灌浆高度采用912m)。在接缝层顶面以上有高度为6m的附加冷却层,以避免上一个灌浆冷却时将已灌接缝重新拉开,附加冷却层应与灌浆层冷却至相应的坝体分区灌浆温度。坝体接缝灌浆一般情况下必须在混凝土龄期超过4个月以上才能进行,如不能满足这个要求,可缩短时间,按每缩短1个月龄期超冷1来进行补偿,但超冷幅