龙滩水电站大坝工程碾压混凝土快速施工技术.doc

龙滩水电站大坝工程碾压混凝土快速施工技术中国水利水电第七工程局 吴 旭摘 要：连续、高强度、快速施工既是碾压混凝土的施工特点，也是层间结合质量的根本保证。本文从碾压混凝土入仓手段、机械设备、管理体系、施工工艺、施工优化及高气温条件下碾压混凝土连续施工等方面阐述碾压混凝土快速施工的主要特点。通过配套的碾压混凝土施工技术和健全的管理体系，有效地提高了碾压混凝土施工强度，创造了主体工程单日单仓碾压混凝土浇筑强度15816m3的世界纪录。关键词：龙滩水电站 大坝工程 碾压混凝土 快速施工1概述龙滩水电站大坝工程坝顶高程406.5m，最大坝高216.5m，是目前世界上最高的碾压混凝土重力坝。大坝坝顶长849.44m，共由34个坝段组成，即6个溢流坝段，2个底孔坝段，1个电梯井坝段，1个转弯坝段，9个进水口坝段，1个通航坝段，6个河床挡水坝段和8个岸边挡水坝段。坝体除结构和布置上要求采用常态混凝土的部位外，凡具备碾压混凝土施工条件的部位均为碾压混凝土。大坝混凝土总量740万m3，其中碾压混凝土480万m3，约占坝体混凝土总量的65%。由于种种原因，大坝工程建设工期经过多次优化，即由最初的11年建设工期优化为5.7年。根据大坝工程高度压缩的建设工期，要求大坝碾压混凝土快速施工，同时为缩短层间间隔时间，提高层面结合质量，也需要加快碾压混凝土施工速度、提高施工强度。由于大坝工程碾压混凝土浇筑强度高、工期紧，仅2005年混凝土浇筑量达300万m3，其中碾压混凝土为240万m3。为了达到碾压混凝土连续、高强度、快速施工的目的，要处理好以下问题：混凝土浇筑入仓手段；混凝土生产、运输系统配套设施及管理体系；科学规划仓号，保证混凝土连续、高效、均衡地施工；高气温条件下碾压混凝土连续施工。2快速施工措施2.1 施工布置2.1.1 混凝土生产系统2.1.1.1 砂石料生产、运输系统成品砂石料由大法坪人工砂石系统采用湿法生产，可满足混凝土月浇筑强度32.5万m3的需要，另有麻村人工砂石系统补充。成品砂石料采用单洞单机皮带运输至右岸混凝土生产系统骨料罐储存，胶带机长4km，带宽1.2m，带速4.0m/s，设计运输能力3000t/h。同时混凝土拌和系统设成品砂石料汽车运输受料坑作为备用。2.1.1.2 混凝土拌和系统混凝土拌和系统主要由混凝土搅拌楼、骨料储运系统、水泥和粉煤灰储运系统、二次筛分系统、混凝土预冷系统、废水处理设施以及其它辅助设施组成。混凝土生产系统配备3座26.0m3双卧轴强制式搅拌楼和1座43.0m3的自落式搅拌楼。混凝土拌和系统设计生产能力3300m3/h+180m3/h=1080m3/h。工艺流程：骨料罐内的粗骨料按混凝土配比混合放料，经带式输送机送入筛洗脱水车间，筛洗脱水后的粗骨料分级进入骨料调节料仓，然后由带式输送机送入混凝土搅拌楼；细骨料则直接经带式输送机送入混凝土搅拌楼。水泥、粉煤灰经散装水泥罐车由南丹中转站运至右岸混凝土生产系统，气送入罐储存，然后采用双套管输送装置气送进入搅拌楼。根据温控要求，高温季节碾压混凝土的出机口温度为12，采用二次风冷粗骨料、加冰及低温水搅拌的方式对混凝土进行预冷。2.1.2 混凝土运输系统大坝碾压混凝土运输采用两台塔(顶)带机、三条高速皮带机供料线、两台20/25t-915m平移式缆机、真空溜槽及自卸汽车等运输设备。2.1.2.1塔(顶)带机及高速供料线两台塔(顶)带机分别布置于左右底孔坝段，利用塔(顶)带机直接布料。塔(顶)带机布置有以下几个优点：两台塔(顶)带机可覆盖1021号坝段，同时在1516号坝段能够相互补充；遇超标洪水，预留溢流坝段缺口过流时，塔(顶)带机塔身支承柱不受洪水冲击。在顶带机的右侧区域布置第三条高速皮带机供料线结合真空溜槽供料，位置均匀合理，可保证混凝土的浇筑强度及混凝土供料的均匀合理分配。三条高速皮带机供料线，其中两条与塔(顶)带机配套形成一机一带完整的混凝土水平、垂直运输系统，确保了塔(顶)带机运行的可靠性。第三条则单独为一条混凝土供料系统，通过真空溜槽转自卸汽车卸料担负69号坝段碾压混凝土运输。2.1.2.2 缆机根据地形条件与缆机所承担的混凝土浇筑范围，选用的2台20t平移式中速缆机布置在同一平台上，主索控制范围为坝轴线0-0130+110m，为避免与塔带机的干扰，主塔布置在右岸高程450m平台，副塔布置在左岸高程480m平台上。主塔塔高45m，塔顶高程495m；副塔塔高10m，塔顶高程490m；跨度915m，缆机吊钩底控制高程为190442m。形成了对大坝从平面到立面的有效控制，为大坝施工提供了一个空中走廊。2.1.2.3 自卸汽车自卸汽车从右岸混凝土拌和系统接料，通过4号公路和布置在基坑内的道路直接入仓卸料。采用自卸汽车直接入仓，河床部位可控制到高程250m，两岸可控制到高程280300m，是大坝下部碾压混凝土施工的重要入仓手段。大坝工程主要运输与浇筑机械布置见图2-1。图2-1 大坝工程主要运输与浇筑机械布置图2.2 大坝快速施工仓面配套2.2.1 仓面规划及仓面工艺设计由于龙滩大坝混凝土浇筑量巨大、工期紧迫、技术复杂，因此，必须高强度、快速施工。为保证混凝土施工质量，必须针对不同的浇筑高程、气象条件、浇筑设备能力、不同坝段的形象面貌要求等合理地划分浇筑仓，并在混凝土浇筑之前，对浇筑仓号进行仓面工艺设计。对碾压混凝土而言，仓面划分的大，既有利于仓面设备效率的发挥，又有利于减少坝段之间的模板使用数量，同时，也有利于仓面管理；但是，仓面过大也有不利的一面，由于层间间歇时间、温控、大坝基础固结灌浆等原因，导致碾压混凝土不能连续上升，间歇期浇筑设备闲置会影响设备效率的发挥，进而影响施工进度；另外，仓面过大时一旦遇到特殊情况，当层间间隔时间超过初凝时间时容易影响碾压混凝土层间结合质量。大坝工程高温季节碾压混凝土施工12个坝段为一个浇筑仓，仓面面积40006500m2,低温季节碾压混凝土施工34个坝段为一个浇筑仓，仓面面积1000015000m2。每一个浇筑仓均进行仓面设计，仓面工艺设计应将该浇筑仓的仓面特性、技术要求、施工方法、质量要点、资源配置等简洁地汇集到仓面工艺设计之中，以指导作业队严格按仓面工艺设计的要求进行有序、高效施工。2.2.2 高速供料线+塔(顶)带机碾压混凝土施工的仓面配套与传统的门塔机、缆机浇筑手段不同，采用高速供料线+塔(顶)带机浇筑混凝土，其浇筑强度将成倍地提高，因此，对浇筑仓面各项资源配置无论是质量还是数量都将明显增加，对仓面组织管理水平的要求也将显著提高。2.2.2.1 仓面配套设备仓面设备按同时浇筑2个约10000m2仓号进行配置，最高日浇筑能力可达2000025000m3。仓面配套设备见表2-1。表2-1 仓面主要配套设备表序号设备名称规格型号单位数量单台生产效率1振动碾BW202AD-2台137080m3/h2小型振动碾BW75S-2台33小型振动碾SW200台34平仓机CATD3GLGP台3130150m3/h5平仓机SD16L台5100120m3/h6履带式切缝机R130LC-5台27振捣机EX60台28高压水冲毛机GCHJ50B台1550m2/h9车载高压水冲毛机WLQ90/50辆150m2/h10喷雾机HW35台611风动搅拌储浆车辆112油动搅拌储浆车辆113仓面吊8t、16t、25t辆1014核子密度仪MC-3台4注：可用高压水冲毛机进行仓面喷雾。2.2.2.2 工具及其它施工器材为了配合仓面施工，对仓面骨料分离、积水、秘水、变态混凝土施工、砂浆摊铺及机械难以施工的部位采用人工处理，故仓内需常备飘、桶、抹布、拖把、铁锹、耙子、真空吸水器等工具。同时应配备保温被、彩条布对碾压混凝土面进行保温、保湿、防晒、防雨。2.2.3 仓面组织管理体系为了保证碾压混凝土浇筑“一条龙”正常、连续、快速进行，建立了一个组织严密、运行高效、信息反馈及时的仓面组织管理体系，同时于现场指挥中心设置现场监视系统，以便及时了解、掌握、处理现场问题。仓面组织管理体系见图2-2。拌和系统现场指挥中心(现场监视系统)测量队机械队汽车运输组入仓道路修建维护组供料线队缆机队仓面指挥质量控制系统土建工区机械队1仓面质量监控组2仓面检测组1)VC值检验2)压实度检验3)温度测试4)引气剂测试5)变态混凝土浓度测试1模板组2钢筋组3洗车组4变态混凝土施工组1)制浆运输2)铺料加浆振捣层面砂浆摊铺5仓面交通指挥组6仓面处理组1)泌水、积水处理2)骨料分离处理3)入仓口处理7温控养护组1)冷却水管敷设2)碾压层面覆盖3)仓面喷雾4)仓面保护、养护1平仓组2碾压组3造缝组4仓面吊装组信息反馈图2-2 仓面组织管理体系2.3 仓面施工工艺2.3.1 模板工艺模板安装是碾压混凝土快速施工的重要环节。根据碾压混凝土大坝的结构特点及薄层连续施工的需要，上下游直立面采用33.1m连续翻升钢模板；下游斜坡面采用33.1m连续翻升WISA模板；横缝面采用31.82m连续翻升钢模板；闸墩及边墙采用悬臂大模板；坝体中部廊道采用全断面混凝土预制模板，上下游侧廊道采用组合钢模板，顶拱采用特制圆弧钢模板，尺寸均为0.61.5m；竖井采用整体提升专用筒模施工。通过使用上述模板，施工效率大大提高，拆模、立模速度快，保证了碾压混凝土快速施工和外观质量的需要。2.3.2 钢筋工艺由于大坝廊道、孔洞较多，钢筋量较大，除少部分采用焊接连接外，均采用轧直螺纹机械连接，直接利用专门的冷轧攻丝设备在工厂加工直螺纹，仓内采用套筒连接即可，大大加快了仓内钢筋施工速度。2.3.3 预埋件工艺止水片架立：在加工厂制作定型沥青彬板、定型木模板分别用于碾压混凝土仓内横缝及碾压仓侧面横缝，用钢筋支撑架和拉筋将模板及止水片固定牢固。在止水片周围50cm范围浇筑变态混凝土，施工过程中一旦发生偏离，及时修正。塑料冷却水管埋设：为了适应碾压混凝土施工特点，冷却水管采用32高密聚乙烯塑料管，分坝段垂直水流方向呈蛇形铺设，并间隔1.5m用自制钢筋U形卡固定，坝上游侧两组(面积约20m40m)通过预埋导管引入上游廊道，下游侧冷却水管分组(每组管长250300m)与两侧40高密聚乙烯塑料管连接并从下游引出。同时为了减少施工干扰，冷却水管采用相邻坝段错层布置。2.3.4 布料工艺本工程碾压混凝土运输主要采用自卸汽车直接入仓和“高速供料线+塔(顶)带机”两种方式。布料要求做到：(1) 均匀连续；(2) 合理的堆料及卸料高度，一般控制在1m以内；(3) 料应卸在碾压混凝土已摊铺但未碾压的斜面上，即“软着陆”；(4) 卸料分条带进行，且与铺筑方向垂直；(5)料堆旁出现分离的粗骨料应由人工将其均匀地摊铺到未碾压的混凝土面上。2.3.5 平仓工艺布料后及时平仓、碾压。平仓应控制推料厚度，采取逐层降低，直至达到要求的铺料厚度。平仓要求做到：(1) 铺料厚度控制在允许偏差范围内，一般控制在3cm以内；(2) 铺料方向尽可能垂直水流方向；(3)平仓机两侧加挡板，以减少粗骨料向两侧分散，对粗骨料集中部位采用人工处理；(4)平仓过程中卸料口应推成斜面。2.3.6 碾压工艺每个铺筑层摊平后，按要求的碾压遍数及时进行碾压。碾压要求做到：(1)大坝上下游二级配碾压混凝土防渗区碾压方向应垂直水流方向，其余部位也宜垂直水流方向；(2)平仓后由一台振动碾及时跟进无振碾压2遍，其后数台振动碾按要求的有振碾压遍数平行错距碾压，碾压条带间的搭接宽度应不小于20cm，接头部位重叠碾压2.43m，最后由一台振动碾无振碾压12遍；(3)振动碾的行走速度控制在11.5km/h；(4)碾压混凝土允许层间间隔时间应小于混凝土初凝时间12h，碾压混凝土从出机至碾压完毕应控制在1.5h以内；(5)仓面VC值应进行动态管理，根据现场的气温、昼夜、阴晴、湿度等气候条件适当调整出机口VC值，仓面VC值一般控制在46s,以碾压完毕时混凝土层面达到全面泛浆、人在上面行走微有弹性、仓面没有骨料集中等作为标准。2.3.7检测工艺碾压混凝土仓内质量控制直接关系到大坝质量的好坏，其控制主要内容包括：VC值控制；卸料、平仓、碾压控制；压实度控制；浇筑温度控制。碾压混凝土铺筑现场检测项目和标准见表2-2。表2-2 碾压混凝土铺筑现场检测项目和标准 检 测 项 目检 测 频 率控 制 标 准仓面实测VC值及外观评判每2h一次现场VC值允许偏差2S碾压遍数全过程控制无振2遍有振8遍无振1遍强 度相当于机口取样数量的5%10%压实容重每铺筑100200m2碾压混凝土至少应有一个检测点,每一铺筑层仓面内应有3个以上检测点每个铺筑层测得的相对密实度不得小于98.5%骨料分离情况全过程控制不允许出现骨料集中现象两个碾压层间隔时间全过程控制由试验确定不同气温条件下的层间允许间隔时间，并按其判定混凝土加水拌和至碾压完毕时间全过程控制小于1.5h浇筑温度24h一次基础强约束区Tp17，弱约束区Tp20，脱离约束区Tp222.3.8 成缝工艺碾压混凝土成缝工艺直接影响到碾压混凝土的施工速度，大坝工程仓面切缝工作量大，如不在施工工艺上解决好，将造成仓内很大的施工干扰，进而影响施工进度。目前碾压混凝土工程已普遍使用振动切缝机成缝。在碾压混凝土围堰施工中采用手持式振动切缝机，填缝材料为闭孔泡沫板。该方法成缝不整齐；对周边混凝土松动破坏较大；施工效率较低，难以满足大仓面成缝需要。在大坝碾压混凝土施工中采用液压振动切缝机(液压反铲加装一个振动切缝刀片)，在振动力作用下使混凝土产生塑性变形刀片嵌入混凝土而成缝，填缝材料为4层彩条布，并随刀片一次嵌入缝中。该方法成缝整齐；在对混凝土振动液化下切嵌入填缝材料，松动范围小；行走方便，成缝速度是手持式振动切缝机810倍，一台切缝机即可满足1000015000m2大仓面的施工需要，施工干扰小。振动切缝一般采用先碾后切，填充物距压实面12cm，切缝完毕后用振动碾碾压12遍。2.3.9 变态混凝土施工工艺(1)铺料：采用平仓机辅以人工分两次摊铺平整，顶面低于碾压混凝土面35cm；(2)浆液生产、输送：浆液采取集中拌制，按配合比拌制的水泥煤灰净浆，通过输浆泵、管道从制浆站输送至仓面搅拌储浆车。(3)加浆：变态混凝土加浆是一道极其关键的施工工艺，直接关系到变态混凝土质量。主要控制以下两个环节：加浆方式：主要采用“双层”加浆法和“抽槽”加浆法来进行施工，以达到加浆的均匀性，加浆方式控制着平面洒浆均匀和立面浆液渗透均匀。定量加浆：目前主要采用“容器法”人工定量加浆，存在人为影响因素和难以有效控制的缺点，应向采用机械定量加浆发展。(4)振捣：水泥煤灰净浆掺入碾压混凝土1015min后开始用大功率振捣器进行振捣，加浆到振捣完毕控制在40min以内。2.3.10 入仓口施工工艺大坝碾压混凝土施工主要采用塔(顶)带机入仓，但在大坝下部自卸汽车直接入仓仍是重要的入仓手段。入仓口处理直接影响到施工强度、速度和质量。前期采用坝外预制块封仓，每上升60cm安装一次，并填筑施工道路，但入仓口外观质量差，需做表面处理；其后改为“门”型钢栈桥跨1.50.6m连续翻升钢模板，很好地解决了上述问题，同时简化了道路填筑，可开仓前一次填筑到位，节省了时间，有效地减少了入仓口施工对仓内碾压混凝土施工的干扰。2.3.11 缝面处理工艺施工缝及冷缝必须进行缝面处理，缝面处理可用冲毛等方法清除混凝土表面的乳皮及松动骨料。层面处理完成并清洗干净，经验收合格后，均匀铺1.5cm2cm厚的砂浆，然后摊铺碾压混凝土。缝面处理要求如下：(1)施工缝先采用低压水冲毛,水压力一般为0.20.5MPa,冲毛在初凝之后，终凝之前进行。一般在混凝土收仓后1624h进行，夏季取小值，冬季取大值；(2)采用高压水冲毛,水压力一般为2050MPa,冲毛必须在混凝土终凝后进行，一般在混凝土收仓后2036h进行，夏季取小值，冬季取大值。高压水冲毛作业时，喷枪口距缝面1015cm，夹角75左右；(3)碾压混凝土浇筑前，施工缝必须冲洗干净且无积水、污物等；(4)为便于施工缝砂浆均匀摊铺，确保施工质量，砂浆稠度宜控制在140180mm；(5)上游防渗区（二级配碾压混凝土）内每个碾压层面，铺水泥煤灰净浆2mm厚，以提高层间结合及防渗能力。2.3.12 表面养护保护工艺低温时段施工时，应对混凝土长期暴露面(含施工层面)用保温被紧贴覆盖，防冷空气对流，以减少坝体内外温差、降低混凝土表面温度梯度；高温时段施工时，除对层面立即采用保温被进行覆盖外，待混凝土初凝后对混凝土表面进行洒水或流水养护，23d后低温时段拆除保温被散热，同时对混凝土长期暴露面进行洒水或流水养护。2.3.13 混凝土浇筑“一条龙”协调工艺(1)在混凝土开仓浇筑前，根据施工技术措施及仓面设计制订详细的施工方法，由仓面总指挥对有关人员进行交底，使现场施工有序进行；(2)施工过程中拌和厂按照试验室签发的配料单和水工混凝土施工规范要求的衡量精度进行生产配料，对配料过程质量负责，试验室对配料单负责，并对定称的准确性、衡量精度、拌和容量、拌和时间、投料顺序等负责监督检查；(3)运输能力应与混凝土拌和、浇筑能力和仓面具体情况相适应，安排混凝土浇筑仓位应做到统一平衡，以确保混凝土质量和充分发挥机械设备效率。运输车辆必须挂牌，标明混凝土种类、级配、来源，便于仓面管理。供料线运输前将仓内混凝土种类、各种混凝土的位置、浇筑顺序、布料方向等内容给供料线人员进行交底，使操作人员和仓面指挥人员均做到心中有数；(4)在仓面用红油漆画出分区线、碾压层厚、收仓线等，使仓内浇筑人员一目了然；(5)施工管理部对混凝土拌和、运输、仓面施工一条龙负责组织协调。各管理部门及有关领导对仓面施工的意见通过仓面总指挥贯彻执行。2.4 施工、设计优化措施2.4.1 坝体廊道调整及模板规划将廊道底板高程调整为与基础固结灌浆高程相一致，使得廊道施工与固结灌浆平行作业，节省了工期，加快了施工进度。大部分廊道采用了混凝土全预制，大坝上下游面和横缝面采用连续翻升模板。具有结构简单、拆装方便、稳定性好的特点，保证了碾压混凝土的快速施工。2.4.2 增设施工纵缝1219号坝段在中部增设了一条施工纵缝，减小了仓面面积，为前期混凝土浇筑入仓手段不足的情况下开始浇筑混凝土创造了条件，争取了近一个月工期。2.4.3 增大碾压混凝土连续升程高度通过温控计算并采取必要的温控措施，在低温季节碾压混凝土浇筑升程由1.5m调整为6m，节省了层面处理和混凝土等强时间，大大加快了施工进度。2.4.4 配合比设计优化为了适应碾压混凝土连续、快速施工，必须解决大体积混凝土施工水化热问题，根据试验检测，在混凝土中增加粉煤灰掺量，相对减少水泥用量，降低了水化热。2.4.5 合理的浇筑分仓合理进行分仓，使整个工程施工在时空上衔接紧凑，有效的利用了施工时间，最大程度地实现施工生产均衡。2.4.6 混凝土入仓方案优化混凝土入仓方式必须以保证施工强度，减少施工干扰为原则，充分利用地形条件，在原塔(顶)带机、缆机浇筑方案基础上增加了自卸汽车直接入仓浇筑大坝下部碾压混凝土，有效地提高了混凝土浇筑强度，创造了主体工程单日单仓碾压混凝土浇筑强度15816m3的世界纪录。3高气温条件下碾压混凝土坝的连续施工碾压混凝土是一种干硬性混凝土，采用通仓薄层连续施工，较常态混凝土更易受到高气温、强烈日晒、蒸发、相对湿度、刮风等因素的影响，龙滩电站高气温环境达56个月，必须采取切实有效的施工技术措施，保证碾压混凝土连续、快速施工，以确保