双曲拱坝无分缝混凝土施工技术研究成果报告

双曲拱坝无分缝混凝土施工技术研究成果报告双曲拱坝无分缝混凝土施工技术研究成果报告中铁五局集团一公司二○○二年四月中铁五科合同【2001】第1号

一、施工技术研究工作报告11、研究项目的建立坝体大体积混凝土施工中研究减少水化热、进行温度监控，缩小砼的温度应力和变形，防止出现裂缝、确保工程质量，有着十分重要的意义。特别是一次整体灌注坝体混凝土，无分缝施工，能够缩短工期、降低成本，又可改善作业工艺，推动技术进步。

无分缝混凝土施工技术国外应用较多，而国内相对较少。研究掌握这一技术可进一步在水利工程、某些桥涵工程上加以推广应用，因而该技术有着极好的市场发展前景。我集团公司对此立项开展研究，以尽早掌握该技术，对增强市场竞争力具有较大的现实意义。

22、主要研究内容2.1、温度应力补偿混凝土的试验研究：混凝土骨料选用、水泥型号、外加剂、配合比优选、温度监测、质量控制等。

2.2、水坝大体积混凝土施工技术研究：工艺优化、机械配套等。

2.3、混凝土快速施工的组织及技术保证措施研究：施工组织、成本控制及工艺保障等。

33、应达到的目标、成果形式和技术经济指标3.1、选定最佳配合比，确保大坝砼施工质量，降低工程成本。

3.2、混凝土施工速度达到1.2万立方米/月，不出现施工裂缝。

3.3、工程高效、优质、按期竣工。提交研究总结报告。

44、研究方法与措施4.1、通过试验加强砼配比研究、施工及检测工作。优化配合比，掺外加剂减少水泥用量。

4.2、实施监控量测，了解大坝混凝土温度应力和变形情况，及时反馈信息指导施工。

4.3、人、机、料、法、环、测各个方面有机的配合及管理。开展QC小组活动，针对问题进行技术攻关。

55、研究成果5.1、《贵阳北郊水厂沙老河水库双曲拱坝技术成果总结》；5.2、《双曲拱坝混凝土施工质量检测评价报告》；附《沙老河水库双曲拱坝无分缝混凝土施工要求》及大坝混凝土试验配合比。

66、承担单位、分工及经费分配序单位名称任务及分工经费分配1一公司贵阳北郊水厂经理部主持制定和编写研究大纲，负责现场试验、施工及管理工作。提供有关技术资料。

3.0万元2一公司技术开发部集团公司技术开发部参加相关工作,编写研究报告,申请成果鉴定。

1.0万元77、课题组主要成员（表1）

序姓名年龄职称任务及分工工作单位1谭光宗36高工组长，主持研究工作一公司总工2智绪新33工程师副组长，施工总体负责北郊水厂经理部3赵世新30工程师副组长，制定总体研究方案、技术总负责北郊水厂经理部4夏真荣34高工技术咨询、成果鉴定集团公司技开部5唐自平35高工科研管理、成果鉴定一公司技开部6王才高29工程师参加工艺研究、撰写报告一公司技开部7杨昱刚25助工负责施工监测北郊水厂经理部8关一鄂60工程师负责现场试验工作北郊水厂经理部9刘伟28助工负责质检及其它工作北郊水厂经理部10钟晓春30工程师工艺及设备配套技术北郊水厂经理部二、贵阳北郊水厂沙老河水库双曲拱坝技术成果总结11、工程概况1.1、、概述贵阳市北郊水厂位于贵阳市城北郊区，建设规模10万t/d。整个水源工程由沙老河水库和三江水库工程、水源至水厂输水工程、水厂工程和水厂至猫冲输水工程四部分组成，是为解决贵阳市城区北郊供水紧张状况而兴建的。

沙老河水库是北郊水厂水源工程的一部分，也是北郊水厂的主要水源。水库座落在南明河左岸一级支流三江河的上游沙老河白云区下水村河段的下水桥上游约1、7km的沙老河上，距贵阳市19km。坝址以上集水面积68.1km2,每年平均径流量3780万m3，每年平均流量1.2m3/s,水库正常蓄水位1236.0m，兴利库容1432万m3，总库容1577万m3,为不完全多年调节的中型水库，工程等级为三等。

沙老河大坝工程(含溢洪道、底孔及取水口等工程)为Mgo微膨胀砼三心圆拱坝，最大坝高为61.2m，坝顶厚4.0m，坝底厚12.8m，坝顶弧长184.81m，坝顶高程▽1238.20m。溢洪道为坝顶开敞式，设3孔4×4.5m（宽×高）液压控制弧形钢闸门，溢流堰堰顶高程▽1231.5m，溢流头采用WES型实用堰，挑流消能。在溢洪道右侧坝段处设置检修放空底孔及深孔式取水口。底孔进口底板高程▽1189.0m，进口尺寸1.5m×2m（宽×高），出口尺寸1.5×1.5m，进口设一扇平板事故检修闸门，出口设一扇弧形工作闸门。取水口进口底板高程▽1192.0m，进口设一扇1.5m×1.2m平板事故检修闸门，坝内埋设φ1200mm钢管接取水口。

据资料检索，沙老河大坝是世界上第二座全面使用外掺氧化镁微膨胀砼修筑的无横缝拱坝，是世界上第一座采用该技术在高温季节施工的拱坝。其理论基础是由氧化镁掺入砼造成砼的延迟性膨胀来补偿砼因降温造成的收缩。

其特点在于：

①、MgO砼拱坝完全省去了横缝，而且也不需要设置诱导缝，因此就坝体砼本身而言，可以完全不设灌浆系统及取消封拱灌浆这一道工序；②、MgO砼可以在高温季节施工（在局部性特高温度条件下需采用简易的现场喷雾措施），不需要复

杂的温控设施，通常也不必铺设冷却水管；③、MgO砼拱坝可以和碾压砼拱坝一样地连续快速上升。只要砼生产能力及立模速度能够支持此一速度；④、MgO砼拱坝的施工设备和技术与常规砼相同，不需要专用的碾压设备。

⑤、高掺粉煤灰技术的应用大大降低了水泥的用量，从而大大减少水化热的产生，改善施工条件。与通常大坝C20混凝土水泥用量145～150kg/m3相比，本工程的水泥用量为126～130kg/m3，水泥用量相对较少。

⑥、多级配连续级配骨料的使用，从另一方面改善了混凝土的施工条件，在确保强度的前提下减少混凝土胶凝材料的使用。如图为混凝土强度、水泥、粉煤灰三维图。

强度、水泥、粉煤灰三维图（①水泥②强度③粉煤灰）1.2、拱坝主要特性表2拱坝主要特性表序名称单位数量备注1校核洪水位m1237.312设计洪水位m1236.123正常蓄水位m1236.004死水位m1197.005大坝型式砼双曲拱坝6地基特性白云质岩夹灰岩7坝顶高程m1238.28最大坝高m61.29坝顶中心弧长m184.8110坝顶厚m4.0011最大坝厚m12.812溢流坝段型式WES型堰，挑流消能13溢流堰顶高程m▽1231.514溢流堰进口净宽m4.0015溢流堰闸门型式、数量3孔4×4.5m弧形钢闸门16底孔进口底高程m1189..017底孔型式及尺寸1.5m×2.0m③②①4065901151300102030

18取水口底高程m1192.019取水口型式及尺寸Ф1.2m钢管22、施工组织机构沙老河双曲拱坝由贵州省水利水电勘测设计研究院设计及总承包，一公司与广东水电二局协作组织施工的无分缝三心圆双曲拱坝。由于工期等方面原因坝体采用微膨胀混凝土无分缝连续浇筑，且需跨高温季节施工，技术含量高，安全要求高，施工难度大，也是我公司首次承担施工的大体积水利混凝土工程。据初步检索，其乃世界上第二座全面使用外掺MgO微膨胀砼修筑的无横缝拱坝。为及时解决工程中的问题和按期优质地完成任务，公司成立了贵阳北郊水厂项目经理部，组织领导该工程的施工。

由公司总工带领的有公司技术开发部、工程部、贵阳市北郊水厂项目经理部参加，并聘请成都水利水电勘测设计院高级工程师黄绪通为技术总顾问的课题攻关组，全面负责施工前期的技术方案比选及解决施工过程中的技术问题。项目经理部设经理、书记、总工、常务副经理各一名，下设四部一室，机二队负责碎石加工及砼运输。

33、拱坝坝基开挖施工方法坝基开挖垂直高度61.2m，开挖深度2.8～31.5m，坝底拱圈横向宽度为4.0～12.8m，开挖上、下游边坡1：0.3。左右岸同时自上而下开挖，最后进行河床段开挖。基底预留保护层采用光面爆破一次成型。爆破深度超过15m区段采用梯段爆破，二次爆破到预留层，深度小于15m区段一次爆破到预留层。主炮孔采用110型潜孔钻机钻眼，预留层光爆采用YT28气腿式风钻钻眼。主炮孔网距（2.5～3.0）×（2.0～2.5）m2，预裂孔距为0.8～1.0m，炸药单耗量0.4～0.55Kg/m3。各层爆破料由PC300清甩至河床，再由PC200挖装到15t自卸汽车运至弃碴场。

开挖自2000年12月1日开始，2001年2月28日结束，3月8日顺利通过验收，开挖方量共计45480m3，质量评定为优良。

44、外掺OMgO微膨胀砼施工方法4.1、砼工程原材料的准备①水：砼拌合、水平表面养护、砼面冲毛均采用可饮用的沙老河河水；②水泥：采用贵州水泥厂专门生产的425＃普通硅酸盐中热散装水泥（低水化热专用水泥）；③粉煤灰：采用贵阳电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；④外加剂：采用浙江龙游生产的ZB-1A型外加剂。掺量为胶材的0.7%。该外加剂能有效调节砼的初凝与终凝时间，以满足大坝砼不同气温条件下的施工；⑤氧化镁：采用辽宁海城东方滑美公司生产的轻烧MgO。从复检结果看，MgO质量稳定性欠佳。经统计，大坝砼外掺MgO均匀性优良占90%，微机计量及投料控制均达优良；⑥砂、石料粗、细骨料为坝区附近的白云质灰岩加工而成，原岩饱和抗压强度达132.4MPa。粗骨料分为5～20mm、20～40mm、40～150mm三级各占20%、20%、60%。其技术指标均符合《水工砼施工规范》（SDJ-207-82）和《沙老河水库曲拱坝无分缝混凝土施工要求》。

本工程砂、石均采用一级破碎。首先，对附近两座山头采用硐室松动爆破，一次性开挖9万m3左右毛石，毛石经二次破碎后用自卸汽车倒入PE400×600碎石机进行破碎，碎石再由滚动筛进行筛分归类，用装载机倒运至堆料场。当碎石级配比例不当时，则调整碎石机口径。此种方法生产骨料，规模大、速度快、骨料分类较好，能满足砼施工进度的要求。缺点是硐室爆破前未将覆盖层清除，石料污染较大；二次破碎费用大且不安全。

4.2、砼配合比试验及施工配合比①、砼配合比试验汇总见附录。从试验结果可以看出：（1）当石粉含量为26.4%，砂率为20%时，冬季施工粉煤灰掺量以30%为宜；（2）砂细度模数控制在2.6左右，石粉含量控制在19%左右为宜；（3）外加剂掺量以0.7%为宜；（4）40～150mm碎石掺量以60%为宜；（5）石碴掺量不宜大于15%；（6）砼28d抗压强度全部达到设计龄期90d砼抗压要求。试配砼强度超标过大，施工配合比相应调整。

②、根据砼配合比试验结果，按照设计砼强度等级的要求，根据专家组意见，在设计配合比时适当降低了胶材用量及氧化镁掺量，大坝砼施工配合比见附录。

4.3、砼施工方法坝体砼采用自下而上分层浇筑，2.5m高度为一层，实行台阶法通仓浇筑，台阶高度50cm。各层间设水平施工缝(缝内无钢筋等构造)，缝面作砼高压水冲毛（h＝25m,P≈0.25Mpa，以骨料无松动为准），清洗施工缝处理，老砼表面铺一层1.5cm厚掺MgOR250的水泥砂浆，模板由1.5×0.5m2、1.5×0.1m2钢模板组合而成，3m长度以弦代弧。取水塔分层高度3.1m。

由拌合楼拌制好的砼卸至自卸汽车上，坝体砼1177.0～1194.5m段由15t汽车直接进仓（进仓前先用水洗干净车轮上泥土），PC200挖掘机平仓，ZDN100型电机内装插入式高频振捣器振捣，1194.5～1238.2m段由汽车卸入门机3m3卧罐，再由门机吊装入仓（门机覆盖不到的地方，采用预埋四方柱，上铺轻轨，“U”形斗车运输的方案），人工平仓，高频振捣。砼表面涂养护剂进行养护。为了大坝能安全过冬，坝体采用铺设2.5cm厚的聚乙烯泡沫板的方法对其进行保温。通过监测，效果很好，得到了预期的效果。

2001年3月13日开始浇筑砼，正常情况下每天浇筑砼500～600m3。坝体砼于2001年10月19日完工，共完成砼方量54000m3左右。

1)、Mgo微膨胀砼生产工艺流程，见图1。

图图11oMgo微膨胀砼生产工艺流程图粉煤灰储罐外加剂水箱砂石料堆场水泥储罐水泵装载机螺旋输送机粗细料仓计量器螺旋输送机氧化镁外加剂泵计量器计量器计量器计量器计量器集中斗搅拌机拌和出砼拌和物随机取样作均匀性检查制作砼试件运输至现场进仓浇捣测塌落度、温度仓面均匀性检查、测温度

2)、砼施工工艺流程图（图2）。

3)、砼原材料投放