干熱河谷地區(qū)碾壓混凝土施工技術(shù)研究

翟秉星

大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司 四川攀枝花 617000

摘要：觀音巖水電站壩址是特殊的干熱河谷氣候區(qū)，主壩是由碾壓混凝土構(gòu)成的重力壩和土墻實(shí)心強(qiáng)石壩構(gòu)成的混合壩型。由于氣候條件及地理位置的影響，在建設(shè)問題中面臨諸多問題。本文通過對(duì)以上問題的分析提出來以下的解決方案，例如通過對(duì)入倉(cāng)過程的運(yùn)輸方式的改善，或者采用倉(cāng)面小面積的方式等以上的方式進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，通過上述方式提高了碾壓混凝土一次合格的概率，同時(shí)也改善了出現(xiàn)在干熱河谷地區(qū)及其相似環(huán)境下的施工相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：混凝土改進(jìn)；碾壓混凝土施工；干熱高溫環(huán)境

1.工程特點(diǎn)

觀音巖水電站位于云南省與四川省交界的金沙江中游河段，是金沙江中游規(guī)劃中的最后一個(gè)梯級(jí)電站，該工程是具有綜合利用效益的水電站，具有防洪，供水，庫(kù)區(qū)航運(yùn)，旅游等功能。其中具有調(diào)節(jié)功能的水庫(kù)總庫(kù)存22.50億立方米，調(diào)節(jié)庫(kù)存約為總庫(kù)存量的四分之一，發(fā)電站電容機(jī)的總裝機(jī)蓄電量為3000MW。觀音巖水電站壩址地處特殊的干熱河谷地區(qū)，旱季和雨季的季節(jié)分明，旱季陽光充裕，氣溫偏高，雨季雨水量大，空氣的濕度較高，旱季平均氣溫在20攝氏度左右，雨季則在30攝氏度左右，地面的晝夜溫差最大在29度，最低僅為6度。觀音巖地處地貌較為開闊，土建的工程量較大，在國(guó)內(nèi)的同類水電站屬于前列，建設(shè)的地區(qū)所屬的河谷為斜向谷，由于兩岸的地形為不對(duì)稱地形所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用兩種類型左岸為重力壩，右岸為土心墻堆砌石壩，而且地區(qū)屬于強(qiáng)震區(qū)域，在建設(shè)的過程中對(duì)抗震和防滲的要求較高。

2.混凝土的技術(shù)要求

2.1混凝土的原料

碾壓混凝土是的原料包括以下材料：硅酸鹽、水泥、火山灰質(zhì)摻合料、外加劑、砂、粗骨料，由以上材質(zhì)這種混凝土的性質(zhì)為干硬性，由這種材質(zhì)的混凝土得到的大壩不易坍塌。在施工的過程中利用運(yùn)輸及鋪筑設(shè)備常見的土石壩施工相同的，壓實(shí)用振動(dòng)碾進(jìn)行分層壓實(shí)。混凝土經(jīng)過碾壓后具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如混凝土體積小，制作工藝上簡(jiǎn)單，在壩體的利用上則具有強(qiáng)度較高，而且大壩中間可以流，在施工方向施工的工期較短，建好之后大壩的適應(yīng)性較好，并且具有較高的防滲透能力，大型通用機(jī)械也可以在上面使用，使用的碾壓混凝土給我們帶來了巨大的利潤(rùn)，同時(shí)對(duì)保護(hù)環(huán)境也有一定的效益，這種方法在我們平時(shí)的日常施工中已經(jīng)非常常見了，例如在大壩和機(jī)場(chǎng)以及道路中已經(jīng)開始廣泛使用。在形成機(jī)理上，與一般形態(tài)的混凝土并無差別，但在混凝土的組分中，其水泥用量和水的用量都相對(duì)較少些。

2.2碾壓混凝土的研究

混凝土的發(fā)展迅速，我們要是想更好的利用混凝土，在對(duì)混凝土的研究上我們要加強(qiáng)措施，在混凝土的研究上我們可以從以下幾個(gè)方面考慮：

1）采用不同品質(zhì)粉煤灰，或者其他摻合料的摻量來討論混凝土不同的性能，也可以使用的方法有增大摻量，減少我們使用過程中的水泥用量；

2）為了研究碾壓混凝土的不同的性質(zhì)例如抗?jié)B性、耐久性、破壞機(jī)理在研究的方向上趨向于混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)。

3）在參料的研究上，我們可以對(duì)雙摻料、多摻料的瀝青碾壓混凝土進(jìn)行研究，或者研究碾壓混凝土的參沙量，進(jìn)而對(duì)混凝土進(jìn)行控制成型。

3.對(duì)施工技術(shù)的探討

3.1壩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在針對(duì)高碾壓混凝土重力拱壩應(yīng)力以及承載能力計(jì)算分析可以得出，非線性有限元法是我國(guó)經(jīng)常采用的分析方式，在此同時(shí)我們利用的知識(shí)還有現(xiàn)代混凝上和石彈塑性力學(xué)、非線性斷裂力學(xué)的，理論分析方面通過使用非線性彈性斷裂理論彈塑 性增量理論，以這些為我們研究的基礎(chǔ)，來分析壩體的應(yīng) 力狀態(tài)和承載能力。高碾混凝上采用的施工方式的分析方法有整體三維有限元分析方法，利用這個(gè)方法能復(fù)雜的地基條件較好地模擬出來，而且此種方法合理將相互作用考慮到拱壩整體剛度與地基的，高碾壓的混凝土在設(shè)計(jì)的過程中對(duì)載荷的增加考慮，在技術(shù)上采用了仿真模擬的方法，對(duì)載荷結(jié)果的分析例如應(yīng)力的性質(zhì)的改變，改變集中的應(yīng)力點(diǎn)來糾正韌性的正確性。

3.2運(yùn)輸和施工工藝

綜合觀音巖電站的地形條件以及壩體設(shè)計(jì)的制約，混凝土入倉(cāng)比較困難。混凝土運(yùn)輸方式主要采用汽車水平運(yùn)輸和皮帶機(jī)供料線及纜機(jī)垂直運(yùn)輸。

根據(jù)各壩段的施工條件，進(jìn)度要求以及入倉(cāng)效率等因素，混凝土運(yùn)輸盡可能采取汽車直接入倉(cāng)，施工過程中，主要通過預(yù)留馬道來實(shí)現(xiàn)汽車入倉(cāng)。

皮帶機(jī)供料線是大壩碾壓混凝土入倉(cāng)的主要設(shè)備，皮帶機(jī)直接從左岸拌合樓出來從15#壩段入倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)經(jīng)由自卸汽車或長(zhǎng)臂反鏟轉(zhuǎn)料。

另外，本工程布置兩臺(tái)30t輻射式纜機(jī)，纜機(jī)主要承擔(dān)部分常態(tài)混凝土入倉(cāng)。

本工程碾壓混凝土鋪筑方式主要根據(jù)倉(cāng)面面積，以及各部位入倉(cāng)設(shè)備實(shí)際澆注能力等因素來確定，混凝土澆注以平層通倉(cāng)法為主，結(jié)合斜層平推法的施工工藝。

經(jīng)實(shí)踐證明，觀音巖水電站碾壓混凝土施工很好的實(shí)現(xiàn)了大倉(cāng)面、快速高效的入倉(cāng)，并保證了壩體混凝土的施工質(zhì)量。

4.深層次開展碾壓混凝土施工新技術(shù)研究

4.1持續(xù)開展對(duì)于高性能碾壓混凝土的進(jìn)一步研究，是高碾混凝上日益發(fā)展的碾壓混凝土工程的需要。在此方向上我們可以采用的是高摻粉煤灰對(duì)高碾壓混凝土長(zhǎng)期性能的影響以及這種方式在其他方面的應(yīng)用，試驗(yàn)研究的開展應(yīng)該放在對(duì)新?lián)胶狭系男阅苎芯可稀?/p>

4.2將混凝土垂直運(yùn)輸入倉(cāng)方式考慮進(jìn)高山峽谷地區(qū)高壩建設(shè)創(chuàng)造，實(shí)地進(jìn)行高陡邊坡工程，此過程也參考了混凝土新工藝以及設(shè)備的研究方法。

4.3探索碾壓混凝土適用溫控措施是完善高溫和嚴(yán)寒條件下混凝土施工溫控技術(shù)的必要條件

5碾壓技術(shù)的要求

5. 1 為對(duì)抗干熱河谷地區(qū)的氣候與地貌條件，我們?cè)趯?duì)混凝土拌和系統(tǒng)，碾壓混凝土入倉(cāng)方式，以及碾壓混凝土施工工藝，均作出了改善。

5.2施工技術(shù)要點(diǎn)

5.2.1施工工藝控制

施工工藝控制是指考慮施工單位要根據(jù)外在的溫度，施工部位以及自身的作業(yè)環(huán)境來選取最適合的碾壓施工工藝。合適的碾壓施工工藝能使碾壓結(jié)果施工的需求事倍功半。

5.2.2 控制碾壓施工材料

合適的添加劑在混凝土施工時(shí)起到重要作用，這種選擇不僅實(shí)現(xiàn)了的緩凝時(shí)間混凝土材料強(qiáng)度等都得到優(yōu)化，選擇合適的添加劑是施工單位的必要選擇，與此同時(shí)，我們還應(yīng)考慮到混凝土碾壓的質(zhì)量與混凝土材料的質(zhì)量息息相關(guān)，其中包括：砂，水份，骨料的含量，混凝土配比量是要控制好的，除此之外我們還要注意混凝土材料的搗振工作，從而使碾壓后包裹質(zhì)量良好，返漿充分。

5.2.3 對(duì)施工過程中進(jìn)行反饋

外在的環(huán)境深刻的影響了凝土材料的碾壓施工，動(dòng)態(tài)反饋控制工作確保了混凝土碾壓質(zhì)量，碾壓作業(yè)工作的環(huán)境溫度很高，則碾壓混凝土進(jìn)行即使覆蓋，并采用噴霧的方法進(jìn)行保濕，采用上述的兩種方式，可以防止碾壓混凝土層的硬化反應(yīng)，這種措施也可以使混凝土的碾壓施工方式能夠順利進(jìn)行。

5.2.4對(duì)碾壓施工進(jìn)行養(yǎng)護(hù)

碾壓施工過程的正常進(jìn)行時(shí)，需要采用的是對(duì)已經(jīng)完成的混凝土進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)工作，這種情況下，混凝土的養(yǎng)護(hù)必須得到我們足夠的重視，例如為了避免混凝土材料的溫度出現(xiàn)較大的差異，保溫工作在混凝土運(yùn)輸中顯得極為重要，澆筑混凝土和拆模時(shí)，保溫工作顯得極為重要，同時(shí)在澆筑混凝土材料的配置比改變，要做好混凝土材料的防滲工作。

6為適應(yīng)干熱河谷做出改進(jìn)

根據(jù)對(duì)以上的問題的分析，找出基本是以下三個(gè)原因：配合比設(shè)計(jì)；倉(cāng)面氣象條件；混凝土的質(zhì)量。根據(jù)干熱河谷的工程質(zhì)量情況，工程的參見單位要求對(duì)碾壓混凝土的施工過程進(jìn)行改善：

1）根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)配合比中VC的含量降低時(shí)，碾壓混凝土的性能得到優(yōu)化。或者采用在混凝土中添加緩凝劑減水劑的方法，緩凝劑的加入能夠有效的控制緩凝土凝固的時(shí)間和碾壓混凝土中的用水量。

2）是由于干熱河谷的氣候條件，我們經(jīng)過研究后，改善碾壓混凝土的配合比，對(duì)倉(cāng)面的氣象條件進(jìn)行技術(shù)措施的改善，這其中包含的措施有用高壓射流造物機(jī)進(jìn)行噴霧，噴霧方法的采用能夠在一定的區(qū)域范圍內(nèi)形成小氣候條件，從而起到降溫保濕的作用，這種為倉(cāng)面降溫增濕的過程為改善干熱河谷情況下的干燥和高溫的氣象環(huán)境得到了有效的改善。

3）改進(jìn)澆筑方法，由于干熱河谷地區(qū)的溫度較高，所以在混凝土的凝固時(shí)間較短，我們采用臺(tái)階澆筑的方法來提高層間結(jié)合的質(zhì)量，在一定的時(shí)間完成對(duì)一定范圍的循環(huán)澆筑，增加了層與層之間的結(jié)合關(guān)系，使上下層在混凝土凝結(jié)之前聯(lián)結(jié)下一層，提高了層與層之間的結(jié)合質(zhì)量。

4）碾壓混凝土的倉(cāng)面覆蓋，為了避免混凝土在高溫下的蒸發(fā)速度，采用聚乙烯塑料對(duì)倉(cāng)面進(jìn)行阻擋倉(cāng)面的蒸發(fā)，覆蓋后可以滿足保證溫度和濕度的要求，而且減慢了混凝土的凝固。進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)后的碾壓混凝土的質(zhì)量有較大的改善，較之前大大提高了一次檢測(cè)合格的質(zhì)量，減少了二次進(jìn)行碾壓的次數(shù)，同時(shí)也提高了工程的施工速率，提高了進(jìn)度，改進(jìn)后的混凝土具有較好的可碾性，混凝土的質(zhì)量得到了大大的提高。

7.結(jié)論

我們?cè)谑┕み^程中的技術(shù)要求多體現(xiàn)在碾壓混凝土的控制方面上。其中三個(gè)方式是控制的關(guān)鍵，分別是VC值控制，層間結(jié)合和混凝土溫度等三個(gè)方面。

還包括對(duì)原材料，對(duì)混凝土拌和的溫度，對(duì)澆筑倉(cāng)面，對(duì)硬化混凝土試樣及鉆取芯樣的測(cè)試等質(zhì)量控制。經(jīng)過上面我們的分析和介紹，經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后的混凝土的施工效果變好，性能變得優(yōu)異，進(jìn)行實(shí)施后的工程已經(jīng)開始了下閘蓄水，通過實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果分析，壩體對(duì)水的滲透量接近于我們的要求標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)結(jié)果就充分表明了改進(jìn)后的混凝土質(zhì)量良好。不僅提高了一次性壓實(shí)的概率，避免了重復(fù)施工的問題，減少了成本，同時(shí)也避免了對(duì)壓實(shí)度的二次檢測(cè)，有效的提高了碾壓混凝土的施工進(jìn)度，也是重分體現(xiàn)了碾壓混凝土的優(yōu)點(diǎn)。

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3.4 現(xiàn)場(chǎng)施工

攪拌樁施工前，先進(jìn)行試樁，通過試樁取得水泥土的重度、相對(duì)密實(shí)度、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和變形模量等指標(biāo)，以及鉆機(jī)轉(zhuǎn)速、提升速度和噴漿壓力等施工參數(shù)，并最終確定每延米樁長(zhǎng)水泥用量。各組水泥用量分別為60～70kg/m，對(duì)應(yīng)的水泥摻入量15%～20%。抽芯檢測(cè)樁身28d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcu28，并推算90d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度fcu90。要求fcu28≥1.0～1.2MPa，fcu90≥1.5～1.8MPa。水泥采用PO42.5級(jí)，水灰比為0.45～0.5，摻入3%石膏粉作為減水劑。

（1）施工時(shí)，由于場(chǎng)地淤泥含水量高達(dá)50%～70%，先采用2m厚的中粗砂進(jìn)行擠淤，置換表層軟弱淤泥，加速下部淤泥的排水固結(jié)，同時(shí)作為打樁平臺(tái)。

（2）施工前確定攪拌機(jī)的灰漿泵輸漿量、灰漿經(jīng)輸漿管到達(dá)攪拌機(jī)噴漿口的時(shí)間和起吊設(shè)備提升速度等施工參數(shù)；通過成樁試驗(yàn)，確定攪拌樁的配比等各項(xiàng)參數(shù)和施工工藝。用流量泵控制輸漿速度，使注漿泵出口壓力保持在0.4～0.6MPa，并使攪拌提升速度與輸漿速度同步。

（3）通過復(fù)噴復(fù)攪的方法達(dá)到樁身強(qiáng)度為變參數(shù)的目的。攪拌樁上部6m樁長(zhǎng)采用3次噴漿6次攪拌，以下采用2次噴漿4次攪拌，且最后1次提升攪拌宜采用慢速提升。當(dāng)噴漿口到達(dá)樁頂標(biāo)高時(shí)，停止提升，攪拌數(shù)秒，以保證樁頭均勻密實(shí)。

3.5 檢測(cè)成果

（1）成樁3d后，對(duì)水泥攪拌樁進(jìn)行輕型動(dòng)力觸探N10檢測(cè)。檢測(cè)至樁下3.90m深度，樁體檢測(cè)段水泥土為水泥與淤泥質(zhì)砂攪拌膠結(jié)，水泥土完整連續(xù)；3d齡期檢測(cè)段平均N10=28～46擊，檢測(cè)樁樁體勻質(zhì)性良好，樁下0～3.9m，N10擊數(shù)隨深度呈逐步遞減規(guī)律。

（2）成樁28d后，進(jìn)行水泥攪拌樁取芯檢測(cè)。取芯樁樁體水泥土連續(xù)完整，攪拌較均勻，膠結(jié)良好；取芯樁水泥土芯樣28d齡期無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.01～1.52MPa。在施工期間，水泥摻入量均為65kg/m，fcu28呈現(xiàn)一定規(guī)律，隨樁深度方向逐步降低。

（3）成樁28d后，進(jìn)行水泥攪拌樁單樁及單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)檢測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)單樁載荷試驗(yàn)按照設(shè)計(jì)單樁承載力為150kN考慮，荷載不小于2倍設(shè)計(jì)承載力，其承載力特征值Ra≥150kN。現(xiàn)場(chǎng)單樁復(fù)合地基荷載試驗(yàn)按照復(fù)合地基承載力特征值為160kPa考慮，其荷載均不小于2倍設(shè)計(jì)承載力，其承載力特征值fspk≥160kPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

總之，地基基礎(chǔ)加固處理方案是水閘工程技術(shù)人員長(zhǎng)期面臨的一個(gè)課題。實(shí)踐證明，上述技術(shù)方法可行，經(jīng)濟(jì)合理，取得了較佳的加固效果，具有廣闊的應(yīng)用前景，是水閘基礎(chǔ)加固有效的方法之一，值得在今后類似工程中進(jìn)行推廣。但在其應(yīng)用過程中，施工環(huán)節(jié)多、技術(shù)復(fù)雜，施工質(zhì)量始終是個(gè)比較難控制的問題。這種情況下，我們要在施工中要緊抓施工環(huán)節(jié)，進(jìn)行準(zhǔn)確科學(xué)的計(jì)算，采取有針對(duì)性的處理加固設(shè)計(jì)方案，控制好水泥攪拌樁樁體質(zhì)量，達(dá)到提高水閘基礎(chǔ)強(qiáng)度的目的。

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布置有進(jìn)入蝸殼人孔的通道，通道寬1.6m。

3.4 機(jī)墩、風(fēng)罩結(jié)構(gòu)

機(jī)墩是立軸式水輪發(fā)電機(jī)組的支承結(jié)構(gòu)，承受巨大的靜荷載及動(dòng)荷載，底部與蝸殼頂板連接，頂部與風(fēng)罩連接，機(jī)墩不直接承受水壓力的作用，機(jī)組設(shè)備及發(fā)電機(jī)層樓板的部分荷載通過機(jī)墩傳至基礎(chǔ)。在機(jī)組正常運(yùn)行、機(jī)組事故、飛逸及機(jī)組制動(dòng)時(shí)，機(jī)墩要承受扭矩、水平推力、軸向力及振動(dòng)荷載的作用，受力情況比較復(fù)雜，應(yīng)從強(qiáng)度、剛度及抗振等方面選擇機(jī)墩型式。工程采用園筒形機(jī)墩，機(jī)墩外徑12.6m，內(nèi)徑5.7m，機(jī)墩高4.18m。風(fēng)罩為一薄壁結(jié)構(gòu)，外徑為13.8m，內(nèi)徑12.6m，風(fēng)罩厚0.6m，風(fēng)罩下部與機(jī)墩連接，頂部與發(fā)電機(jī)層樓板整體澆筑。

機(jī)墩結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，靜力計(jì)算進(jìn)行機(jī)墩截面的內(nèi)力計(jì)算，作為配筋的依據(jù)，保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度條件。動(dòng)力計(jì)算則根據(jù)正常運(yùn)行、短路時(shí)和飛逸時(shí)的3種荷載組合情況，驗(yàn)算機(jī)墩的共振、振幅和動(dòng)力系數(shù)，保證結(jié)構(gòu)的剛度和抗振條件。

3.5 屋面結(jié)構(gòu)

初設(shè)階段廠房屋面結(jié)構(gòu)采用鋼屋架及預(yù)制混凝土板結(jié)構(gòu)，按常規(guī)布置柱間需布置一榀鋼屋架以支撐屋面板結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的屋面結(jié)構(gòu)由屋面板、保溫層、防水層等組成，其屋面荷載達(dá)4～6kN/m2，由于荷載較大，屋架均需較大的斷面和含鋼量才能承擔(dān)上部荷載，若采用彩色復(fù)合板結(jié)構(gòu)，保溫層采用鋼板間夾輕質(zhì)玻璃巖綿，自重僅為0.2～0.3kN/m2，即使考慮檢修，亦不超過2kN/m2。經(jīng)過對(duì)其他工業(yè)及民用建筑的研究發(fā)現(xiàn)，利用球型鋼網(wǎng)架及彩色復(fù)合板等輕型結(jié)構(gòu)可以很好地解決大跨度屋面問題。根據(jù)相關(guān)資料，彩板掛檁條的單向跨度可達(dá)10m左右，其自身剛度可通過檁距的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)對(duì)屋面板體系兩種結(jié)構(gòu)形式的估價(jià)測(cè)算，造價(jià)可下降20%左右。由于球型鋼網(wǎng)架及彩色復(fù)合板結(jié)構(gòu)適用于大跨度結(jié)構(gòu)，節(jié)省鋼屋架部分達(dá)總量的40%以上，因此取消了柱間鋼屋架，采用了球型鋼網(wǎng)架及彩色復(fù)合板結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

綜上所述，水電站廠房的設(shè)計(jì)是水電站施工中的重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到水電站工程的整體質(zhì)量及水電站廠房的質(zhì)量和使用性能。因此，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，選擇科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案對(duì)水電站廠房進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證廠房后續(xù)施工的順利進(jìn)行，保障水電站的正常運(yùn)行。本設(shè)計(jì)在工程中成效顯著，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，可供其他類似設(shè)計(jì)參考借鑒。

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