色拉龍工程壩體變態(tài)混凝土設計與施工的研究

鄒仕華

(云南省能源投資集團有限公司，云南 昆明 650228)

常說變態(tài)混凝土，是在已經攤鋪好的碾壓混凝土料之中摻加合適比例的灰漿，再振搗密實的一種混凝土。通過加漿，使得干硬性的混凝土變?yōu)榱黧w變態(tài)混凝土。在色拉龍工程壩體碾壓混凝土施工過程中，變態(tài)混凝土出現(xiàn)在振動碾無法直接碾壓到的局部區(qū)域，比如，壩體上下游防滲層、廊道周邊、樓梯井、模板邊緣、儲門槽、壩體配筋處等區(qū)域。

碾壓混凝土分層碾壓厚度一般控制在0.3 m，變態(tài)混凝土的厚度與之相當，其寬度控制在0.3～0.5 m。當寬度太小時，無法有效控制加漿和振搗工藝；當寬度太大時，變態(tài)混凝土的施工量太大，影響壩體混凝土整體施工進度，也增加膠凝材料，不利于溫控。[1]按照《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》(DL/T5112—2000)規(guī)定:變態(tài)混凝土所用灰漿由水泥和粉煤灰并摻用外加劑拌制而成,其水膠比宜不大于同種碾壓混凝土的水膠比。通過試驗，確定變態(tài)混凝土的加漿量。色拉龍工程壩體上下游防滲層，澆筑變態(tài)混凝土設計寬度為0.5 m，施工寬度嚴格遵循設計標準。[2]

1 色拉龍工程概況

色拉龍一級水電站(即色拉龍工程)位于老撾中部湄公河的二級支流色拉龍河上(屬于色邦亨河的一級支流)，距最近的縣城孟平要穿過43 km的原始森林，距最近的省會140 km，距首都萬象568 km。

壩址多年平均流量90.6 m3/s，發(fā)電引水流量171 m3/s，總庫容8.81億m3，可調節(jié)庫容2.84億m3。以發(fā)電為主要開發(fā)目的，采用壩式開發(fā)，2×3.5萬kW混流式機組，年發(fā)電量2.699億kW·h，BOT年限30 a，建設期2.75 a，運營期27.25 a。樞紐工程由混凝土擋水壩、溢流壩、引水發(fā)電系統(tǒng)、發(fā)電廠房及開關站組成。壩長619 m，其中，左岸壩肩90 m，左岸擋水壩段(1#～9#)175 m，溢流壩段(10#～12#)71 m，導流底孔壩段(13#)19 m，進水口及廠房壩段(14#～15#)34 m，右岸擋水壩段(16#～23#)160 m，右岸壩肩70 m。

混凝土重力壩，壩頂高▽219.5 m，正常蓄水位▽215 m，弱風化的厚層砂巖作為建基面最低處▽152 m，最大壩高67.5 m，利用水頭46 m，壩頂寬6 m?；炷凉こ塘?3.43萬m3，其中壩體碾壓混凝土32.99萬m3，變態(tài)混凝土3.47萬m3。變態(tài)混凝土占壩體混凝土總量的10%。

2 壩體變態(tài)混凝土的設計分布

2.1 壩體混凝土分區(qū)

壩體內部混凝土采用C18015W4F50碾壓混凝土。上游迎水面采用C18020W6F100(二)富膠碾壓混凝土防滲，寬度為2.5 m。為進一步提高壩體防滲性能，上游迎水面表面即模板處采用同標號C18020W6F100(二)變態(tài)混凝土，寬度為0.5 m。基礎墊層采用2 m厚的C9020W6F50常態(tài)混凝土。溢流面采用厚1.5 m的C40W6F100常態(tài)混凝土。導流底孔及進水口周邊采用C25W6F100常態(tài)混凝土。

變態(tài)混凝土C18020W6F100(二)的強度等級為C20，齡期為180天，抗?jié)B等級為W6，抗凍等級為F100，屬于二級配(5～20 mm、20～40 mm、最大粒徑40 mm)。而變態(tài)混凝土和碾壓混凝土的級配有二級，也有三級，采用三級配時，粒徑要求5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm、最大粒徑80 mm。大壩分區(qū)(見表1).

表1 大壩分區(qū)表

級配的選擇，更多的時候為了滿足經濟指標和強度指標，按照試驗數(shù)據(jù)進行合理配制。

2.2 壩體斷面設計

2.2.1 兩岸擋水壩段斷面

左岸擋水壩段(1#～9#)共9 個壩段，其中之一為15 m，其余8個壩段長度均為20 m。壩頂▽219.50 m(下同)，壩頂寬度13.5 m，最低建基面▽157.00 m，最大壩高62.5 m，壩基最大寬度48.9 m。上游面▽175.00 m以上為鉛直面，以下為1 ∶0.4向外傾斜的斜面，下游面折坡點▽208.00 m以上為鉛直面，以下為1 ∶0.7向外傾斜的斜面。[3]

右岸擋水壩段(16#～23#)共8 個壩段，每個壩段長度均為20 m。16#壩段壩頂寬度15 m，17#～23#壩段壩頂寬度均為6 m，最低建基面▽160.00 m，最大壩高59.5 m，壩基最大寬度45.6 m。上游面▽175.00 m以上為鉛直面，以下為1 ∶0.4向外傾斜的斜面，下游面折坡點▽208.00 m以上豎直，以下坡度為1 ∶0.7。擋水壩段壩體典型斷面(見圖1)。

圖1 擋水壩段壩體典型斷面

2.2.2 溢流壩段斷面

溢流壩段(10#～12#)共3個壩段，各壩段長度分別為23 m 、25 m和23 m。最低建基面▽152.00 m ，最大壩高67.5 m，壩基底寬59 m，上游壩坡▽175.00 米以上為鉛直面，以下為1 ∶0.4向外傾斜的斜坡。共布置4孔14 m×17 m的泄洪表孔，表孔堰頂▽198.00 m，堰面采用開敞式堰面曲線，頂部向上游懸出5.5 m，原點上游采用1/4橢圓曲線，原點下游接方程為Y=0.052 3X1.85冥曲線。堰面曲線與下游反弧段相接，反弧段半徑25 m，采用挑流消能。閘墩長度36 m，閘墩厚度3 m，表孔溢流壩同時作為排污通道，參與水庫排污。溢流壩段壩體典型斷面(見圖2)。

圖2 溢流壩段壩體典型斷面

2.2.3 導流底孔壩段斷面

為滿足施工導流需求，在進水口壩段與溢流壩段之間設置導流底孔壩段(13#)，壩頂寬13.5 m，壩高64.5 m，壩基寬度52.5 m，壩體迎水面鉛直，下游壩坡1 ∶0.7，下游折坡點▽203.00 m。導流底孔布置于壩體內，孔口底▽160.00 m，孔口尺寸為5 m×5 m(寬×高)。導流底孔壩段壩體典型斷面(見圖3)。

2.2.4 進水口壩段斷面

進水口壩段(14#、15#)共2個壩段，壩段長度均為17 m。最低建基面高程155.00 m，最大壩高64.5 m，壩基底寬52.3 m。上游壩坡▽171.25 m以上為鉛直面，以下為1 ∶0.4向外傾斜的斜坡，下游面折坡點▽206.00 m以上豎直，以下坡度為1 ∶0.46。每個壩段前設廠房進水口，在滿足進水口淹沒深度和攔污柵布置的前提下，進水口底▽196.00 m，寬度為4.8 m。每個進水口設2道攔污柵、1道檢修閘門、1道工作閘門。攔污柵、檢修閘門、工作閘門孔口尺寸分別為2-5.5 m×10 m、1-4.8 m×4.8 m、1-4.8 m×4.8 m(數(shù)量-寬×高)。壩頂寬度為20米，布置兩臺雙向門機，連動進水口閘門和攔污柵啟閉。進水口延后銜接壓力鋼管，壩內埋設4.8m的鋼管，鋼管壁厚14～18 mm。進水口壩段典型斷面(見圖4)。

圖3 導流底孔壩段壩體典型斷面

3 變態(tài)混凝土的加漿量

3.1 漿液配制

(1)設計指標。變態(tài)混凝土作為壩體混凝土的重要組成部分,必須滿足大壩對混凝土的技術要求。色拉龍工程壩頂以下1 m至建基面以上2 m之間，其迎水面和背水面均設有0.5 m的變態(tài)混凝土，上游面為C18020W6F100(二)的變態(tài)混凝土，其強度等級為C20，齡期為180 d，抗?jié)B等級為0.6 MPa，抗凍等級為100次循環(huán)，為二個級配。下游面為C9015W4F50(三)的變態(tài)混凝土，其強度等級為C15，齡期為90天，抗?jié)B等級為0.4 MPa，抗凍等級為50次循環(huán)，為三個級配。

建基面以上的2 m常態(tài)混凝土，雖然沒有防滲作用，但通過灌漿廊道里1.5 m間隔的帷幕灌漿，減少常態(tài)混凝土區(qū)域和建基面以下巖體的滲流量，降低滲透壓力，起到變態(tài)混凝土區(qū)域防滲的同種功效。

(2)所用材料。漿液所用膠材與壩體混凝土所用膠材相同。色拉龍工程水泥采用P.O.42.5水泥,其物理性能(見表2)。粉煤灰采用優(yōu)質I級粉煤灰,其物理性能見表3。碾壓混凝土C18015W4F50(三)的實際配合比(見表4)。在試驗室中,按照配合比拌出碾壓混凝土,并按照相同的水膠比配制出水泥煤灰凈漿。

圖4 進水口壩段典型斷面

MPa

表3 粉煤灰性能指標

表4 碾壓混凝土C18015W4F50(三)的實際配合比 kg/m3

注：減水劑摻量為0.9%,引氣劑的摻量為0.015%。

3.2 確定變態(tài)混凝土的加漿量

室內模擬施工現(xiàn)場,確定變態(tài)混凝土的加漿量。先鋪灑一定量的漿液,再鋪上一定量的碾壓混凝土,測試振搗時間和不同的加漿量對坍落度的影響。[4]變態(tài)混凝土加漿時，其坍落度須滿足振搗要求，且振搗棒人工振實。

壩體上游迎水面防滲層采用變態(tài)混凝土C18020W6F100(二)，鋪灑漿液,當1立方米混凝土加入的漿液量為147.23 kg時,變態(tài)混凝土的坍落度為40～60 mm/s,可以進行振搗施工。

1立方米碾壓混凝土C18020W6F100(二)由93 kg的水泥、93 kg的粉煤灰、91 kg水、1.674 kg HZ-03型緩凝高性減水劑和HZ-10型引水劑組成,滿足設計技術要求。這時摻漿量為8%,即當加入漿液與壓實碾壓混凝土的體積比為8%時,水膠比為0.49，水泥98.83 kg，水48.4 kg和HZ-03型緩凝高性減水劑0.889 kg，制成與碾壓混凝土同等強度的變態(tài)混凝土C18020W6F100(二)，滿足設計技術要求。

4 變態(tài)混凝土的加漿工藝

選擇不同的加漿施工工藝對變態(tài)混凝土的施工速度和施工質量會產生較大的影響,因此選擇經濟、快速的施工工藝是變態(tài)混凝土施工的關鍵所在。

4.1 鋪漿方法

變態(tài)混凝土施工過程中,事先試驗兩種方法:第一、溝槽二次鋪漿法；第二、表面鋪灑灰漿法。比較兩者,前者灰漿鋪灑均勻,且簡捷、快速,易施工。

溝槽鋪漿的具體方法:碾壓混凝土每層攤鋪厚度一般為34 cm左右，在攤鋪好的面層上挖一個30 cm×30 cm(深×寬)的溝槽，并在溝槽內均勻鋪灑配置好的適量灰漿，再回填約15 cm厚的碾壓混凝土，然后，再鋪灑適量灰漿，待漿液浸透后,進行振搗，直到混凝土密實。[5]

4.2 加漿量控制

變態(tài)混凝土的水泥用量遠大于其相鄰碾壓混凝土的水泥用量,為此，實際過程中嚴格控制變態(tài)混凝土的加漿量,以此避免或減少兩種混凝土中不同的水泥水化熱產生的應力差引起壩體裂縫。[5]與此同時,控制合適的加漿量也是降低工程成本的有效手段。

在色拉龍工程大壩混凝土澆筑過程中,體積法加漿加長。測試溝槽的斷面面積A和一定容器漿液的體積V,再依據(jù)加漿量的體積比(8%),計算得出一定容器漿液的加漿距離L

L=V/(A×8%)

尤其注意，分兩次加漿,在計算溝槽的斷面面積A時,留意溝槽深度。

加漿之后，振搗時間控制在3 min/m。施工完成后的一段時間內,拆模進行外觀檢驗:變態(tài)混凝土外立面平整無麻面,未出現(xiàn)裂縫，外觀美觀。

5 變態(tài)混凝土的溫控

5.1 溫控標準

參考國內外已建工程的實踐經驗和有關規(guī)范，色拉龍工程混凝土允許澆筑溫度及允許最高溫度控制指標(見表5).

表5 混凝土允許澆筑溫度及允許最高溫度控制指標表 ℃

5.2 溫控措施

5.2.1 通水冷卻

在基礎約束區(qū)、孔口壩段約束區(qū)的區(qū)域，冷卻水管水平間距布設為1.5 m，垂直間距布設為1.8 m；在自由區(qū)的區(qū)域，冷卻水管水平間距布設為1.5 m，垂直間距布設為3.6 m，單根冷卻水管蛇形支管的長度一般小于300 m。

采用通天然河水通入冷卻水管冷卻混凝土，冷卻水流量控制在1.2～1.5 m3/h，通水時間控制在21～28 d；降溫階段，控制最大日降溫速率≤1 ℃/d，通水溫度與混凝土溫度溫差≤20 ℃，每24 h調換一次通水方向。

5.2.2 混凝土養(yǎng)護

(1)混凝土采用濕養(yǎng)護法進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不小于28 d，養(yǎng)護自混凝土終凝后開始，養(yǎng)護應全面且不間斷地進行。

(2)混凝土養(yǎng)護可采用人工灑水、旋噴灑水、表面流水、蓄水、花管噴淋流水、覆蓋保水材料等方式，承包人可根據(jù)不同部位選擇最合適的方式，報監(jiān)理人批準。

(3)新澆混凝土終凝后，進行流水養(yǎng)護，流水養(yǎng)護時間至少到混凝土最高溫度出現(xiàn)1～2 d后，可換成其他濕養(yǎng)護方式，直至上一層混凝土施工。

(4)混凝土各立面掛多孔水管，由上至下進行噴淋流水養(yǎng)護。

5.2.3 表面保護

(1)夏季混凝土施工，倉面一個碾壓升程(約0.3 m)碾壓完畢在上一層覆蓋前，每天高溫時段采用覆蓋保溫被或導熱系數(shù)≤0.044 w/m·度、厚3 cm的聚乙烯卷材，直至上一個碾壓升程混凝土開始鋪料逐步揭開，以減少混凝土的溫度倒灌。

(2)氣溫驟降期間應在混凝土上表面及暴露的側面覆蓋導熱系數(shù)≤0.044 w/m·度、厚度為3厘米的聚乙烯卷材進行保溫，保溫材料應密貼混凝土表面，氣溫驟降結束后揭開保溫材料，繼續(xù)進行濕養(yǎng)護。

(3)固結灌漿形成的長間歇混凝土上表面，應持續(xù)流水保濕養(yǎng)護直到灌漿全部結束。灌漿先完成部位繼續(xù)保濕養(yǎng)護，高溫時段采取導熱系數(shù)≤0.044 w/m·度、厚度不小于3 cm厚的聚乙烯卷材覆蓋壓緊，防止太陽曝曬。

6 結 語

色拉龍工程的壩體變態(tài)混凝土的施工工藝可以進行行業(yè)推廣:

(1)當加漿量控制在體積比為8%(相當于質量比為45%)時,變態(tài)混凝土的各項指標完全滿足技術要求。

(2)變態(tài)混凝土的施工寬度(背離模板距離)還可以適度調整，迎水面模板至壩軸線，宜采用0.4 m。

(3)采用溝槽二次鋪漿法能夠簡化施工工藝,也能夠加快施工進度。

(4)合理的加漿量與有效的溫控措施，是保障變態(tài)混凝土施工質量的關鍵。

(5)合理的技術指標促進變態(tài)混凝土的經濟指標進一步優(yōu)化，進而促進建設投資可控在控。