拉西瓦水电站接缝灌浆施工技术优化

基 础 处 理 与 灌 浆 工 程 一 拉西瓦水电站接缝灌浆施工技术优化 摘要 拉西 瓦水 电站主坝 通过优化技术措施 的 应用 简 借 鉴 关键词 主坝接缝灌 浆 1 概况 镑吴 涛 中国水利水电第四工程局有限公司 拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄 河干流上 是黄河上 游龙 羊峡 至青 铜 峡河 段规 划 的大 中 型水电站中紧接龙羊峡水电站的第二个梯级 电站 工程 属大 I 型一等工程 永久性主要水工建筑物为一级建 筑物 工程主要任务是发电 水库具有 日调节能力 该 工程由混凝土双 曲拱坝 坝后水垫塘及二道坝 坝身泄 洪表孔深孑 L 底孔 及 右岸 地 下 厂房 主 变压 器 开关 室 组 成 大坝建成后将形成 1 0 7 9亿 的水库 电站装机容量 4 2 0 0 MW 6 7 0 0 MW 拉西瓦水 电站主坝共 2 1条横 缝 灌区总数为 3 7 0个 灌浆面积总计 9 9 6 6 1 5 5 m2 接 缝灌浆工程量大 2 施工背景 大坝接缝灌浆施工时 要求灌浆区两侧混凝土温度 及上 部压重混凝 土需 冷却 至设 计封 拱 温度 同时 根 据 龙羊 峡 李 家峡工程 经验 及 西北 地 区气候 特点 拉西 瓦 招标 文件规定 每年 6 9 月原则 上不 能进行接 缝灌浆 施 工 拉西 瓦大坝 自 2 0 0 6年 3月开始浇筑 到 2 0 0 9 年 1 月 具备下 闸蓄水 条件 工期 十分 紧 张 必须 加快 混 凝土 浇 筑速度 由于受 悬臂 梁高 差影 响 相 应 的接缝 灌 浆高 程 与混凝土浇筑高程必须控制在 7 0 m范围内 如果混凝土 高度超过悬臂梁高差上限 将导致混凝土浇筑因不满足 坝体稳定条件而被迫停止 接缝灌浆如采用常规的技术 标准 在夏季停灌期间混凝土浇筑亦被制约 难以满足 拉西瓦大坝施工进度 因此 研究 能延长接 缝灌 浆时段 优化技术标准 的可行 性 对 于工 程进 度管 理 和按 期实 现 下闸蓄水 都具有十分重要的工程意义 3 技术关键 3 1 研 究 内容 拉西瓦水电站为加快主坝各坝段的混凝土施工速度 需适当缩短施工周期 同时保证施工质量 只有通过对 接缝灌浆施工技术进行优化 延长施工时段 才能从根 本上解决悬臂梁高差问题 从而确保大坝混凝土浇筑不 受接缝灌浆施工制约 为实现全年接缝灌浆 经与业主 设计单位协商优化了大坝的保温 冷却水管的布设等 研究核心 内容是 1 夏季施工坝体降温 2 冷却水管布置的优化 3 混凝土表面保温研究 4 夏季接缝灌浆时各项技术参数的确定 3 2 技术特点分析 制约夏天灌浆的关键 因素在于表面混凝土的冷却效 果 夏季灌浆区高应力主要由内外温差引起 整体上增 加横缝开度并不能有效降低坝体表面应力 只有降低坝 体内外横缝开度之差才能降低表面混凝土的最大拉应力 通 过对黄河拉西 瓦拱 坝 接缝 灌浆 技术 标 准优 化研究 可知 夏季封拱灌浆时 由于气温较高 在原设计保温 条件下 即等效放热系数为 4 1 8 6 k J m2 h 考 虑坝体表面与坝体内部同等冷却效果时 灌浆冷却使坝 表面混凝只能降低至 l l 1 2 距离坝表面 l m处可降 低至 9 左右 距离坝表面 2 m处可降低至 8 左右 而 内部混凝土 距坝表面超过 4 m 可降低至封拱温度 降 低灌浆水冷温度可加速灌浆冷却时混凝土温度的下降 51 水利水电施工 2 0 1 0 第 6期 总第 1 2 3期 灌浆前表面混凝土温度略有下降 但幅度非常小 说明 在原来 的保温 条件下 夏季封 拱灌 浆时 坝 面混凝 土约 1 1 C的温度 已经是 灌 浆水 冷 与外 界气 温 传热 的临界 点 因此 降低灌浆水冷 温度不 足 以对 夏季 灌浆 区温度 和温 度应力产生实质影 响 对 表面混 凝 土进行超 强水 冷 对 灌浆时坝内温度以及灌浆后最低温度均无影响 延长盖 重冷却时间降低了封拱前的温度 但幅度较小 且越靠 近表面 影响越 小 另外 虽 然延 长盖 重冷 却 时间也 能 降低混凝土温度应力 但 降 幅不 大 距离 坝面 3 9 7 m 处 的温度应 力 由 0 6 2 MP a降低 至 0 5 4 MP a 降低 幅度 为 0 0 8 MP a 越靠 近表 面 影 响幅度 越小 延 长 盖重冷 却 时间并不能解决夏季灌浆区表 面应力高 的问题 在原设计保 温条件 下 表 面混凝 土 与外界 的热交 换 强度是基本固定的 夏季封拱灌浆时灌浆冷却始终无法 使表面混凝土降低至封拱温度 因此 应采取措施隔绝 夏季灌浆区表面混凝土与外界的热量传递 才能有效降 低超标 应力 进 一步加 强表 面保 护 将等 效放 热系数 由 4 1 8 6 k J m h 降低至 2 k J m h 才能 有效降低坝体表面应力 研究表明 进一步加强表面保 护能有效降低封拱时坝面温度 增 加冬季 坝面最低温度 从而减小坝面温差 降低坝体内外温差 内外温差差别 的降低也使得坝内部横缝开度减小 坝面横缝开度增加 从而坝 内到坝面横缝开度更加 均匀 加强表 面保 温后 表 面混凝土应力大大降低 因此 进一步加强表面保温能有 效改善夏季 封拱灌 浆 区表面 混凝土 超标 应力 一般 工程 中 最外一层冷却水管距离坝表 面一般为 0 8 2 m 研究 表明 表面混凝土有无冷却水管对表层混凝土的灌浆水冷 效果有 明显影响 表面无水管对坝内部横缝 开度基本无影 响 而对表面横缝开 度有 影 响 应 该加 强表层 混凝 土 的 温度监测 保证 灌浆冷却 过程 中表层混凝土 的冷却效果 3 3 关 键技术 综上所述 保证夏季封拱 灌浆 的关键是 1 采取措施隔绝夏季灌浆区表面混凝 土与外界 的热 量传递 加强表面保护能有效降低封拱时坝面温度 从 而减小坝面温差 降低坝体内外温差 2 表面混凝 土有无冷却水管对表层混凝土的灌浆水 冷效果有明显影响 应加强表面混凝土的冷却以保证表 层横缝 的开度 3 在夏季灌浆 区上 下游表 面采取洒水措施 减小夏 季高辐射热的影响 4 施工方法 4 1 冷却水管优化 拉西瓦最初设计要求 供水管按两套布置 在坝外 布置进回水交换设 施 同时满 足通水 冷却 的要求 尽量 考虑回收 坝内埋设的蛇形冷却水管应平行坝轴线布置 基础约束区水管间距 冬季 1 1 月 次年 3月 按 1 5 m 5 2 垂直 间距 1 5 m 水管间距 其他季节按 1 5 m 垂 直 间距 1 O m 水管间距 基础混凝 土第 一层也应埋 设冷却水管 脱离 约束 区后水 管 间距 按 1 5 m 垂 直 间 距 1 5 m 水管间距 布置 埋设 时要求水 管距 上下 游坝面 横缝 面 坝 内孔 洞 的距离 为 1 0 1 5 m 不 允 许蛇形冷却水管 穿过横缝 及各 种孔洞 通 水单 根水管 长 度不宜大于 2 5 0 m 当同一仓面需要布置多条水管时 各 条水管的长度应基 本相 当 另外 上下游 最外 层冷却 水 管调整至距 上 下游 面 6 0 c m 以加 强 对 表层 混 凝 土 的冷 却 采 用现施工 方法 后增 大表面 横缝 开度 保 证灌浆 冷 却过程 中表层混凝土的冷却效果 4 2 上 下游坝 面的 永久保 温 采取措施 隔绝夏季灌 浆 区表 面混凝 土与外 界 的热量 传递 才能有效 降低超 标应 力 冈此 坝体 上 下游永 久 面采用 5 c m 1 5 c m厚 X P S挤塑板型聚苯 乙烯 泡沫保温板 进行永久保 温施工 对 于约束 区 的大坝混 凝土 表面采 用 S c m厚 的保 温 板 孑 L 口周 边混 凝 土采 用 8 c m 厚 的保 温 板 其他部位 采用 5 c m厚 的保 温板 其 中 7 8 9 月 浇 筑的混凝土保温采用 1 5 c m厚 的保温板 从 而减小坝面温 差 降低坝体内外温 差 内外 温差 差别 的降低 也使得 坝 内部横缝开度减 小 坝面 横缝 开度增 加 从 而坝 内到坝 面横缝开度更加均匀 4 3 盖重区冷却目标温度的优化 通过对盖重区冷却 至 8 C和 9 C的效果 比较可知 盖 重冷却区冷却 目标温度增加 1 坝面与坝内横缝开度之 差并没有冈为盖重 冷却 区冷却 温度 升高 而发生 变化 因 此 坝面混凝土的最 大应 力应该 基本 维持 不变 在 保证 灌浆 区表面能冷 却至封 拱温度 的前 提下 可适 当升高盖 重 区冷却的 目标温度 现优化 调整后 将 O 3 m 3 6 m 6 9 m 盖重 区冷 却 目标 温度 在 原 标 准 基础 上 分 别增 加 1 2 C 3 C 通过盖重区温度 的优 化缩短 了混凝土冷 却时 问 加快 了接缝灌浆施工速度 4 4 夏 季灌 浆 区上 下游 表面 洒水措 施 由于夏季辐 射热 大 冬季 辐射 热小 冬 夏温差 进一 步拉大 夏季封拱 灌浆 区表 面高应 力 明显增 大 因此 夏 季高辐射热对 夏季封 拱灌浆 区的应力 有不利 的影 响 为 降低夏季高辐 射热 的影响 在 夏季灌 浆 区上下 游表 面附 近采取洒水措施 4 5 灌 浆 灌浆施工前灌区上压重块混凝土 灌区两侧混凝土 温度 缝开度均应达 到设计要 求 且灌 区灌 浆系统管路 缝面都必须通畅 灌区密闭性要符合要求 灌浆压力 以 排气管口压力作为控制值 压力为 0 2 5 0 3 5 MP a 灌 浆时各管口开启放浆 由进浆管灌人浆液 使缝内空气 和水排出缝外 按出浆的先后次序依次关闭各管口 浆 液水灰 比采用 2 1 1 1 0 5 1 i个 比级 开灌采用 2 1 当排气 管 出 浆后 缝 面 水灰 比由 2 1 变为 1 1 下转第 6 4页 水利水 电施工 2 0 1 0 第 6期 总第 1 2 3期 表 5 静 载试验主要技术参数 最大加 第一级加 以后每级 每级卸 桥墩号 加载量 载量 k N 载量 k N 载量 k N k N 2 5 4 3 4 4 9 9 8 9 9 4 5 O 8 9 9 3 3 9 5 4 0 1 6 8 0 3 4 0 2 8 0 3 1 O 6 2 6 6 9 4 1 3 3 8 6 6 9 1 3 3 8 1 0 4 6 7 4 3 4 1 4 8 6 7 4 4 1 4 8 6 表 6 单桩竖向抗压承 载力试验成果 最大荷载值 总沉降量 单桩竖向抗压 桩号 承载力 k N H 1m 试验值 k N 2 5 4 3 4 4 9 9 1 6 7 4 4 9 9 3 3 9 5 4 0 1 6 1 3 2 4 0 1 6 1 0 6 2 6 6 9 4 3 7 1 6 6 9 4 1 0 4 6 7 4 3 4 2 O O 7 4 3 4 4 2 成桩中心偏差检测 每个桥墩钻孔桩基完成 承台开挖至设计高程 凿除 桩头 整平后 利用十字法找出成品桩的 中心点 由测量 队使用全站仪进行中心位置坐标和高程的测量 通过中心 位置坐标 与理论坐标 的对 比得 出所测桩位 的偏差值 经统计检测结 果 1 3 8个桥墩 1 2 3 0根 钻孑 L 桩 中 fl 偏 差 南北 X 向偏 差最大 5 0 m m 最小 一5 0 mm 东 西 A Y 向偏差最 大 5 0 ram 最 小 一5 0 m m 根据 京沪 高 速铁路桥梁桩基施工实施细则 桩位允许偏差群桩为 1 0 0 mm 排桩 为 5 0 ram 的规 定 均 在 允许 偏 差 范 围 内 表明成品桩偏差 1 0 0 符合设计要求 4 3 桩基完整性检测 基桩工程质量检测 由北京 铁 五院工 程试验 检测有 限 公司承担 柱桩 端承 桩 采 用声 波透 射法 摩 擦桩 采 用低应变反射波法 共检测柱桩 端承桩 9 7个桥墩 8 3 8根 摩擦桩 4 1个桥墩 3 9 2 根 共 计 1 3 8个桥 墩 1 2 3 o 根 根据检测结果评 定等级均 为 I 类 4 4 桩 基混凝 土抗压 强 度试验 每浇筑 5 0 m 混 凝 土取 样一 组 不足 5 0 r n 3按 5 O m3 取样 养护 5 6 d后 进行抗压强度试验 经 统计 5 6 d龄 期抗压强 度试验最 小为 3 4 5 MP a 最大 为 5 1 6 MP a 满 足设计要求 5 结束语 本课题研究成果应用施工的 1 3 8 个桥墩 1 2 3 0 根钻孔桩 中心偏差 桩身完整性 竖向抗压 承载力等 均满 足设计要 求 降低了工程成本 保证了工程进度 说 明灰 岩区域桩 基钻孔纠偏及溶洞处理关键技术研究达到了预期的 目的 上 接 第 5 2页 当排气管出浆浓度同进浆管相近时 则改为最浓级灌注 直至结束 灌浆过 程 中 调 节 进浆 量 逐渐 使排 气 管升 压 并间歇开启 排气 管 以排 出残 留稀 浆 其他 管 口也间 歇地开启放浆以防止堵塞 当排气管排浆浓度达到或接 近进浆浓度 且管L 7压力或缝开度达到设计规定值 注 入率不大于 1 1 rai n 持续 2 0 mi n 灌浆即可结束 5 灌 浆效果分析 拉西瓦水电站接缝灌浆自 2 0 0 7年 2月 S日开始灌浆 至 2 0 0 8 年 1 O月共灌注 1 1 3 个灌区 其中 6 9月灌注 3 2 个灌区 通过对接缝灌浆施工原始资料的统计整理 其 成果分析如下 1 接缝灌浆施工时灌区两侧墙混凝土的龄期 温 度 均满足设计 要 求 两 个 排气 管 的单 开 出水 量 均 大 于 2 5 L mi n 至少一套灌浆管路出水量大于 3 0 L rai n 缝 面漏水量 小于 1 S L rai n 说 明灌 区通 畅性 和密 闭性符 合 要求 灌浆结束时各灌区排气管均回浆且管 口压力达到 设计压 力 排 浆 密度 均 达到 1 5 g c m 以上 吸 浆量 小 于 0 4 L rai n 达到设计 结束标准 2 通过冬 季与夏季个别灌 区灌浆对 比分析 以 7 2 0 灌浆 日期 2 0 0 8年 1 月 1 9日 和 1 4 2 3 灌浆 日 期 2 0 0 8 年 6 月 3 O日 两个灌 区进行对 比 7 2 O灌 区面 积 4 2 0 m2 缝面张 开度 1 1 5 ram 缝 面注灰 量 8 4 0 0 7 k g 单位注人量 2 0 6 k g m 1 4 2 3灌区面积 5 0 9 m 缝面 6 4 张开度 1 6 4 ram 缝 面 注 灰 量