向家壩水電站15m高升層碾壓混凝土施 工工藝研究與應(yīng)用

水電四局有限公司向家壩工程項(xiàng)目部 四川宜賓向家壩 644612

摘要：因開挖交面滯后，向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段齒槽混凝土澆筑時(shí)間推遲至2010年1月開始，通過采用15m高升層碾壓混凝土施工，并對大倉面碾壓混凝土施工組織、滿管溜管和翻轉(zhuǎn)模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、冷卻水管集中上引、變態(tài)混凝土加漿工藝、固結(jié)灌漿時(shí)機(jī)選擇等方面進(jìn)行研究，及早解除了齒槽回填對大壩甲塊混凝土澆筑上升的制約。

關(guān)鍵詞：高升層；碾壓混凝土；施工

1 前言

向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段壩前齒槽混凝土總澆筑方量約為23萬m3。因開挖交面滯后，壩前齒槽混凝土澆筑時(shí)間推遲至2010年1月開始，如采取常規(guī)施工方案進(jìn)行齒槽混凝土澆筑及固結(jié)灌漿施工（按3m分層并考慮廊道影響，齒槽高程203.0m～240.0m共分14層施工，同時(shí)在高程210.0m完成固結(jié)灌漿施工），混凝土澆筑需5個(gè)月，固結(jié)灌漿施工需3個(gè)月，齒槽混凝土最早完成時(shí)間也將在2010年9月以后，不但造成需在高溫多雨季節(jié)進(jìn)行高強(qiáng)度碾壓混凝土施工，碾壓混凝土施工質(zhì)控風(fēng)險(xiǎn)增加；同時(shí)固結(jié)灌漿蓋重不夠，在向家壩復(fù)雜地質(zhì)條件下，固結(jié)灌漿質(zhì)量及工期風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)很大；進(jìn)而對2010年施工計(jì)劃的順利完成造成影響。因此有必要對齒槽混凝土澆筑工藝及固結(jié)灌漿時(shí)機(jī)的選擇進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2 調(diào)整碾壓混凝土分層，在國內(nèi)首次采取15m高升層方案

為確保在低溫季節(jié)（5月份以前）將壩前齒槽碾壓混凝土施工完成，經(jīng)參考國內(nèi)其它水電工程碾壓混凝土高升層施工案例，結(jié)合本工程齒槽特點(diǎn)，通過分析、研究，并征得設(shè)計(jì)、業(yè)主同意，將齒槽碾壓混凝土分層調(diào)整為高程204.0m～208.5m～210.0m～225.0m～240.0m，最大升層達(dá)到15m。施工澆筑分層調(diào)整后，壩前齒槽高程240.0m在5月份已經(jīng)形成，節(jié)約工期大約50天。

3 高升層碾壓混凝土入倉手段布置與大高差長滿管溜管的應(yīng)用

（一）倉面特性

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m），倉位底部寬38.91m，長124.35m，最大倉面面積約為8250m2，澆筑方量約115373 m3。倉面共分4區(qū)3個(gè)條帶進(jìn)行澆筑，左廠⑥～⑦為Ⅰ區(qū)，左廠④～⑤為Ⅱ區(qū)，左廠②～③為Ⅲ區(qū)，左廠①為Ⅳ區(qū)。上游邊線到0-11.5m為第一條帶，從0-11.5m到壩下0+15.0m為第二條帶，從壩下0+15.0m到下游巖面為第三條帶。

（二）入倉手段布置

入倉手段主要采用3臺(tái)纜機(jī)、1臺(tái)胎帶機(jī)、2套滿管溜管、1套敞口溜槽和1臺(tái)塔帶機(jī)供料線等方式。變態(tài)混凝土制漿站布置在高程305.0m縱向圍堰上游端頭部位，采用輸漿管將漿液輸送到倉面各個(gè)部位。左廠①～④壩段的第二和第三條帶以及左廠①、②壩段的第一條帶由位于左廠②壩段的2套滿管溜管供料；左廠⑤～⑦壩段的第二、三條帶由左廠⑥壩段的敞口溜槽供料；左廠③、④壩段的第一條帶主要由胎帶機(jī)供料；左廠⑤～⑦壩段的第一條帶主要由塔帶機(jī)供料線供料。在個(gè)別時(shí)段用3臺(tái)纜機(jī)輔助供料。倉號(hào)澆筑時(shí)，高程303m拌和系統(tǒng)和高程380m拌和系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)故障。

（三）大高差長滿管溜管

壩前齒槽左廠①～⑦碾壓混凝土，最大倉號(hào)面積為8250m2，最大小時(shí)澆筑強(qiáng)度為484.5m3/h。原有澆筑手段無法滿足澆筑強(qiáng)度要求，項(xiàng)目部結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，專項(xiàng)設(shè)計(jì)了兩組滿管溜管，搭設(shè)在左廠②下游齒槽邊坡，布置高程為240.0m，施工完成后受料平臺(tái)高程為243.0m。為減少施工干擾，滿管溜管兩受料斗之間的距離為2.5m。在卸料平臺(tái)上設(shè)置鋼管門型架，以防止自卸車卸料時(shí)出現(xiàn)傾翻。為了防止堵料，避免管料分離，將受料斗底部彎頭由“S”型修改為斜直段彎頭。卸料口與倉面距離控制在5～7m，防止骨料入倉出現(xiàn)分離情況。單組滿管溜管最低小時(shí)澆筑強(qiáng)度可達(dá)到120m3/h，足以滿足齒槽澆筑碾壓混凝土強(qiáng)度要求。而且在施工過程中，滿管溜管的穩(wěn)定性較好，操作簡單。

左廠②滿管溜管利用型鋼將受料斗固定，受料斗向下游傾斜放置，滿管通過工字鋼制作的門型架加固，每節(jié)滿管布置一組門型架，底部與插筋焊接，Φ32插筋垂直坡面埋設(shè)，入巖1.0m，工字鋼之間的支撐采用2∠80×8mm角鋼，高程203.0m～230.0m之間的滿管離基巖面3.5m，工字鋼鉛垂布置，槽鋼垂直于基巖面布置。具體加固示意圖如下：

圖1 左廠②壩段滿管溜管加固示意圖

4 高升層倉內(nèi)冷卻水管快速鋪設(shè)、精確定位與集中上引措施

對壩基混凝土控制其內(nèi)部最高溫度滿足設(shè)計(jì)要求，埋設(shè)冷卻水管進(jìn)行初期通水冷卻。冷卻管路采用分壩段布置，集中垂直上引方式引入廊道。冷卻水管的埋設(shè)需滿足如下要求：

㈠ 冷卻水管為直徑32mm的高密度聚乙烯冷卻水管。

㈡ 冷卻水管必須保證安裝精度，單根冷卻水管長度控制在250m以內(nèi)。

㈢ 冷卻水管間排距為2.0m×1.5m，采用“U”形卡固定，在局部彎管段加密固定點(diǎn)。

㈣ 混凝土下料時(shí)不準(zhǔn)直接對著塑料管下料。混凝土澆筑前和在澆筑過程中對已安裝好的冷卻水管做一次通水檢查，通水壓力0.3～0.4MPa，如發(fā)現(xiàn)堵塞及漏水現(xiàn)象應(yīng)立即處理。尤其是冷卻水管上部第一層碾壓混凝土鋪料時(shí)，避免平倉或振搗設(shè)備直接碾壓水管，造成冷卻水管破裂損壞。

㈤ 冷卻水管鋪設(shè)時(shí)垂直水流方向蛇形布置，振動(dòng)碾開始碾壓時(shí)垂直水流方向進(jìn)行，防止水管移位。

㈥ 冷卻水管鋪設(shè)前測量放點(diǎn)，鋪設(shè)結(jié)束后進(jìn)行復(fù)測，現(xiàn)場三檢對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，如有偏差，重新測量放點(diǎn)，冷卻水管分四束從下游垂直上引，上引管用紅色油漆標(biāo)注，并測量放線，避開固灌孔。

5 碾壓混凝土一次性過廊道措施

左廠①～⑦壩段壩前齒槽在高程210.0m設(shè)有一條帷幕灌漿廊道和一條排水廊道。兩條廊道將整個(gè)齒槽分割為大小不等的三個(gè)狹長區(qū)域，平倉、碾壓設(shè)備利用效率較低，為便于施工車輛在壩前齒槽高程215.0m以下倉內(nèi)通行，左廠⑥壩前齒槽廊道由高程210.0m爬升至高程220.0m段采用型鋼支撐一次形成廊道底板支撐，然后安裝鋼筋及廊道模板，形成門型通道。

同時(shí)，由于廊道頂部混凝土比較薄時(shí)混凝土初始強(qiáng)度低，廊道頂部混凝土無法承受行駛車輛及碾壓設(shè)備的沖擊力，因此在左廠②帷幕灌漿廊道及排水廊道頂部設(shè)置12m寬過車部位，該部位廊道排架間距加密至30cm，同時(shí)在廊道頂部混凝土表面鋪設(shè)型鋼平臺(tái)；為保證廊道過車時(shí)不對廊道產(chǎn)生破壞或使廊道變形，廊道邊墻50cm及頂拱90～120cm范圍內(nèi)原則上采用變態(tài)混凝土，頂拱覆蓋1.5m厚且頂拱上部第一層混凝土施工36h后可以過重車。確保廊道施工不發(fā)生變形，提高施工機(jī)械的效率，加快施工速度。

圖2 左廠⑥爬坡廊道加固措施圖

6 大倉面碾壓混凝土施工組織與倉面工藝研究

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）澆筑方量約為115373m3，澆筑歷時(shí)共計(jì)310.67h，層間覆蓋時(shí)間平均為6.2h。該倉于2010年5月4日22：20分開倉，5月17日21：00分收倉，平均入倉強(qiáng)度371.37m3/h。

⑴ 條帶施工情況

整倉全部采用平層碾壓工藝進(jìn)行施工，鋪筑過程遵循了倉面設(shè)計(jì)的分區(qū)和條帶劃分。分條帶、分區(qū)域（壩段）攤鋪，施工過程中結(jié)合入倉手段對大條帶分壩段攤鋪，保證條帶區(qū)域明顯。

⑵ 坯層攤鋪情況

鋪筑層厚按34cm控制，從模板上標(biāo)注的分層線和檢測數(shù)據(jù)來看，碾壓混凝土攤鋪厚度控制到位。

⑶ 碾壓施工及壓實(shí)度檢測

碾壓混凝土施工時(shí)要求的碾壓遍數(shù)為：先無振碾壓2遍，再強(qiáng)振碾壓6遍，最后收面時(shí)增加無振碾壓2遍。碾壓遍數(shù)利用振動(dòng)碾司機(jī)翻掛牌方式進(jìn)行控制，行駛速度不大于1.5km/h（≤25m/min），對碾壓遍數(shù)采取不定時(shí)抽查，在現(xiàn)場配備秒表隨時(shí)監(jiān)控振動(dòng)碾的行駛速度，從抽檢的情況來看，振動(dòng)碾行走速度和壓實(shí)遍數(shù)基本滿足要求。碾壓混凝土與變態(tài)混凝土區(qū)域搭接寬度以及碾壓搭接寬度，滿足相關(guān)要求。倉面壓實(shí)度共檢測1650次，現(xiàn)場碾壓混凝土壓實(shí)度檢測結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

⑷ 層間結(jié)合

在配合比設(shè)計(jì)上，采用有顯著緩凝作用的減水劑，延長混凝土初凝時(shí)間，保證碾壓混凝土能在初凝之前完成上一坯層碾壓混凝土的碾壓施工。VC值大小對層間結(jié)合也有較大影響，倉面VC值控制在3～5S，拌和系統(tǒng)岀機(jī)口VC值控制在1～3s，對碾壓混凝土拌和物VC值實(shí)行動(dòng)態(tài)跟蹤，根據(jù)氣溫、風(fēng)速、蒸發(fā)情況適時(shí)調(diào)整出機(jī)口VC值。

⑸ 坯層面覆蓋時(shí)間

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）各條帶層間間歇時(shí)間基本控制在7～8h以內(nèi)。

⑹ 埋件

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）埋件主要有上下游銅止水、并縫半圓管和冷卻水管以及各類監(jiān)測儀器，澆筑過程中鋪料和碾壓有專人指揮，埋件專人看護(hù)，各種埋件未發(fā)生因施工而損壞的情況。

⑺ 溫度控制情況

① 通水情況

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）15m升層，共布置10層冷卻水管，總計(jì)159組冷卻水管，從5月6日開始通水，通水情況正常。

② 內(nèi)部溫度檢測

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）在左廠①～⑦二、三級配碾壓混凝土部位共埋設(shè)8支溫度計(jì)，在3～5天內(nèi)混凝土內(nèi)部出現(xiàn)最高溫度，其值出現(xiàn)后平均每日溫度降幅0.05～0.85℃。

⑻ 現(xiàn)場人員設(shè)備組織充分

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）連續(xù)上升15m，上、下游巖面部位有巖面鋼筋，每個(gè)壩段的橫縫處有銅止水、排水槽和瀝青散板以及并縫鋼筋和半圓管，開倉前對倉內(nèi)的各個(gè)工序進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，在澆筑過程中，鋼筋、模板、止水等安裝及巖面清理未影響碾壓混凝土正常澆筑。在澆筑強(qiáng)度要求較高的情況下還需鋪設(shè)冷卻水管，因現(xiàn)場人員設(shè)備組織充分，各工序銜接比較順暢，冷卻水管在鋪設(shè)時(shí)未對碾壓混凝土的鋪筑造成太大影響。

⑼ 雨季施工和高溫時(shí)段施工高度重視

根據(jù)現(xiàn)場倉面面積和雨季施工情況，認(rèn)真做好倉面工藝設(shè)計(jì)。開倉前，對排水人員、防雨資源及抽排水設(shè)施進(jìn)行認(rèn)真檢查，同時(shí)各班根據(jù)天氣預(yù)報(bào)情況認(rèn)真檢查和落實(shí)每臺(tái)設(shè)備的完好率及數(shù)量。倉面排水由吸水管集中抽排至水桶中，再由水泵引排，局部少量雨水由人工用海綿蘸除。在澆筑期間，組織好雨季施工預(yù)備人員，遇到特殊情況，快速反應(yīng)，迅速到位，對倉面積水及時(shí)有效引排。雨后排水時(shí)，倉面防雨布分區(qū)、分塊揭開，按照從下游向上游的順序揭防雨布，并保證集中排水，確保下料區(qū)域無積水。

在高溫時(shí)段，除了用噴霧機(jī)固定噴霧外，還在倉面上準(zhǔn)備了6條沖毛槍對各條帶采用人工動(dòng)態(tài)噴霧，這樣既降低了倉面溫度，濕潤了發(fā)白骨料，又保證了倉面溫度，使得高溫時(shí)段正常澆筑，倉面無超溫現(xiàn)象發(fā)生。

齒槽碾壓混凝土收盤后，對倉面進(jìn)行了壓水檢查，左廠①～⑦壩段共布置了7個(gè)壓水孔，孔徑為Ф76mm和Ф91mm，孔深5m，孔位由監(jiān)理現(xiàn)場指定，通過壓水檢查，各個(gè)孔壓水結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

7 基巖滲水和倉面積水快速引排措施及排水設(shè)施布置

㈠ 混凝土施工前排水

對于上下游斜坡巖面上存在的較大滲水點(diǎn)，在滲水點(diǎn)處插入多根直徑為32mm的高密度聚乙烯管引排至水平主排水管，通過主排水管引排至集水坑，主排水管采用φ108mm鋼管。

在左廠②甲塊齒槽集水井布置4臺(tái)8寸水泵，將水送至左廠⑥甲塊的集水箱，左廠⑥甲塊的集水箱布置2臺(tái)12寸離心水泵、1臺(tái)備用8寸離心水泵，將水排至壩前Ⅰ標(biāo)主集水井，最大排水量為24000m3/天，滿足齒槽混凝土施工要求。

㈡ 混凝土施工時(shí)排水

混凝土澆筑時(shí)，在下料前對即將下料區(qū)域進(jìn)行集中、徹底排水。對上下游巖面滲水部位，在上下游靠近巖面部位順巖面坡腳線設(shè)置臨時(shí)排水溝，根據(jù)需要在臨時(shí)排水溝內(nèi)設(shè)置小型水泵進(jìn)行抽排，同時(shí)將巖面滲水引至集水坑通過水泵集中排水?，F(xiàn)場采用水泵排水與人工排水相結(jié)合的方式進(jìn)行排水。

8 翻轉(zhuǎn)模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）施工中，若采用散?；蛘叨嗫ㄆ矫娲竽０迨┕?，則每澆筑3m即停倉重新立模，無法滿足工期要求，而且需要投入較大的人力、物力和財(cái)力；而采用翻轉(zhuǎn)模板，在澆筑的同時(shí)可以隨澆筑的不斷上升提升模板，中間不間歇以達(dá)到高升層澆筑的要求，經(jīng)過研究討論，為了滿足壩前齒槽碾壓混凝土施工需要，項(xiàng)目部決定采用翻轉(zhuǎn)模板進(jìn)行施工。

左廠①～⑦壩段壩前齒槽碾壓混凝土（高程225.0m～240.0m）施工中，采用的翻轉(zhuǎn)模板尺寸為2.1m×3.0m，翻轉(zhuǎn)模板主要由模板、圍檁支撐、連接件、可調(diào)套件和插銷等幾部分組成，模板面板采用-8mm厚鋼板加工，橫肋高157mm，橫邊肋、縱邊肋及縱肋高均為112mm，肋板采用-5mm厚鋼板加工，連接件主要由槽鋼和鋼板加工制作，圍檁支撐主要由∠63×6的等邊角鋼組成。

翻轉(zhuǎn)模板可以快速上升，立模簡便，簡化了模板的加固，節(jié)省了材料，增加了模板周轉(zhuǎn)次數(shù)，效果顯著。

9 固結(jié)灌漿時(shí)機(jī)選擇與混凝土施工的關(guān)系方面研究

由于開挖交面滯后，向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段齒槽混凝土澆筑時(shí)間推遲至2010年1月開始，如果在高程210.0m完成齒槽固結(jié)灌漿施工，因固結(jié)灌漿施工需3個(gè)月，則齒槽混凝土最早完成時(shí)間也將在2010年9月以后，不但造成需在高溫多雨季節(jié)進(jìn)行高強(qiáng)度碾壓混凝土施工，碾壓混凝土施工質(zhì)控風(fēng)險(xiǎn)增加；同時(shí)由于地質(zhì)條件較差，固結(jié)灌漿蓋重不夠，在向家壩復(fù)雜的地質(zhì)條件下，固結(jié)灌漿質(zhì)量及工期風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)很大；進(jìn)而對2010年施工計(jì)劃的順利完成造成影響。因此將固結(jié)灌漿施工作業(yè)面由高程210.0m調(diào)整至高程240.0m，固結(jié)灌漿混凝土蓋重厚度增大至37m。經(jīng)過優(yōu)化，實(shí)際施工中，向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段壩前齒槽混凝土于2010年5月澆筑至高程240.0m，2010年6月開始固結(jié)灌漿施工，固結(jié)灌漿于2010年8月施工完成。

10 結(jié)語

向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段壩前齒槽混凝土于2010年5月澆筑至高程240.0m，2010年6月開始固結(jié)灌漿施工，固結(jié)灌漿于2010年8月施工完成。有效地避免了高溫多雨季節(jié)對碾壓混凝土的施工影響，增大了固結(jié)灌漿混凝土蓋重厚度，大大降低了碾壓混凝土施工及固結(jié)灌漿質(zhì)控風(fēng)險(xiǎn)，及早解除了齒槽回填對大壩甲塊混凝土澆筑上升的制約，為向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段2010年104萬m3主體混凝土澆筑計(jì)劃的完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

向家壩水電站二期工程Ⅱ標(biāo)段壩前齒槽15m高升層碾壓混凝土施工的成功實(shí)踐，為導(dǎo)流缺口壩段及相鄰標(biāo)段采取高升層碾壓混凝土施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)已在向家壩水電站升船機(jī)渡槽段基礎(chǔ)混凝土、消力池缺陷槽回填混凝土施工中予以推廣應(yīng)用。

作者簡介：

王雄武 男（1975-）高級工程師 水電四局有限公司向家壩工程項(xiàng)目部總工程師。

陳 煒 男（1982-）助理工程師 水電四局有限公司向家壩工程項(xiàng)目部技術(shù)辦副主任。

成印同 男（1979-）工程師 水電四局有限公司向家壩工程項(xiàng)目部技術(shù)辦大壩科副科長。