探析水电站碾压混凝土建坝施工工艺
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摘 要 :碾压混凝土技术是利用土石坝施工工艺,以振动碾压实干硬性混凝土的一种新的混凝土施工技术,突破了传统的混凝土大坝柱状法浇筑,它具有机械化程度高,简化施工程序,缩短工期,节省投资等特点"碾压混凝土筑坝技术。本文首先介绍了碾压混凝土筑坝技术研究，进而阐述了碾压混凝土施工工艺，最后对碾压混凝土筑坝技术进行了简要展望。
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
前言
碾压混凝土筑坝技术是采用土石坝分层碾压的施工方法,将干硬性混凝土分层摊铺后用振动碾分层压实的施工技术,与传统的混凝土浇筑施工方法有很大的不同,这种施工方法大大提高机械化施工程度,极大简化施工程序,因而施工进度大大加快,工期可以大为缩短,工程能提前投入运行,提前发挥效益,同时降低了工程造价"碾压混凝土筑坝技术已成为水电水利工程建设中优选施工技术之一,有着广阔的应用前景。
1、碾压混凝土筑坝技术研究
1. 1配合比
通过大量试验研究与工程实践, 我国施工中采用的碾压混凝土配合比普遍具有如下特点: 高掺合料,粉煤灰掺量不断提高(掺量达50% ~ 69% ); 低水泥用量、胶凝材料适中( 三级配碾压混凝土的胶凝材料用量一般为140 ~ 190kg /m3, 其中水泥用量50 ~ 80 kg /
m3, 抗渗和抗冻指标要求较高的二级配碾压混凝土的胶凝材料用量可达到200~ 220 kg /m3, 其中水泥可达到90~ 110 kg /m3 )、混凝土绝热温升低( 一般在12~20 范围); 掺具有高效减水缓凝及引气作用的复合外加剂, 抗渗、抗冻性能好; 外加剂的应用已经由普通
缓凝减水剂向缓凝高效减水剂与引气剂复合的复合外加剂发展; 适当增加石粉含量; 根据实际情况适当降低碾压混凝土的VC 值(由最初的15 ~ 20s改进到一般约3 ~ 8s) 等等。实践表明按此特点配制的碾压混凝土, 不仅物理力学性能达到或超过设计标准, 而且改善了碾压混凝土和易性、可碾性, 使层间结合的质量得到了保证。龙滩水电站大坝工程碾压混凝土配合比见表1。
1. 2 掺合料
对碾压混凝土原材料的试验研究也不断取得了新的进展。碾压混凝土掺合料主要为粉煤灰, 部分工程因地制宜地采用了磷矿渣、凝灰岩、锰矿渣、钢渣或尾矿粉等, 掺合料的掺量一般控制在45% ~ 65%范围。人工砂中石粉含量的多少直接影响碾压混凝土性能, 已普遍受到关注和重视, 新修改的水工碾压混凝土施工规范( DL/T5112 2000)适当提高了人工砂中石粉允许含量, 并降低了VC 值, 以确保碾压混凝土的可碾性和泛浆性, 改善混凝土的层面结合。粒度小于0. 15mm 的石粉特别是小于0. 075mm 的微石粉已成为碾压混凝土的重要组分, 工程实践表明石粉含量在16~ 18%时碾压混凝土性能明显改善, 石粉含量进一步扩大到22%, 仍可满足碾压混凝土的力学指标要求。外掺石粉研究, 解决了不同砂质外掺石粉用量对混凝土抗压、抗拉强度的影响。溪柄碾压混凝土拱坝施工中采用了石灰岩粉作石粉掺合料, 以弥补砂料缺乏石粉, 改善混凝土抗渗性。
2 碾压混凝土施工工艺
碾压混凝土施工广泛采用通仓薄层碾压连续上升施工技术。工程中采用的仓面平仓机、仓面吊及喷雾机、切缝机、振动碾、预埋冷却水管的材料和方法、预埋件的施工工艺等也随着碾压混凝土施工技术发展而发展, 其中设备性能可确保高连续碾压施工。
2.1平层铺筑与碾压
2.1.1平层铺筑
为便于比较,以坝体高程230.Om的浇筑仓面为例进行分析,本方案考虑单台塔式布料机的生产率在22.5m³/h,该时段除投入2台塔式布料机外,再补充12辆32t自卸汽车直接入仓，位于高程230.00m处的溢流坝段,按2个坝段分为1仓,最大仓面为6320m,以此仓面为典型仓面进行研究，按碾压条带平仓,平仓方向与坝轴线平行,卸料线则需与坝轴线垂直,1台塔式布料机再加n辆自卸汽车合浇1仓,采用4台D65P一12推土机平仓。
2.1.2压实
采用8台BW202AD振动碾配合布料机及自卸汽车从各坝段沿垂直于水流方向进行碾压,条带前后各布置4台。先无振碾压2遍,随后有振碾压8遍,再无振碾压2遍(通过试验确定),碾压作业采用搭接法,搭接宽度为10一20cm,端头部位搭接长度1m左右,振动碾碾压行驶速度1.0一1.5km/h，每个条带碾压结束后,及时采用核子密度仪,按规范规定测点数检测混凝土密实度。达不到规定值时应补碾直至合格,并应查明原因对症处理，严格控制每个条带混凝土从拌和到碾压完毕的历时不大于1小时(通过试验确定)。两侧模板边缘采用4台BW75S振动碾碾压。
2.1.3 施工工法流程
塔式布料机+自卸汽车入仓方式的平层施工工法流程,见图1所示。
图1 塔带机+自卸汽车平层铺料方法仓面布置示意图
2.2 斜层平推法铺筑
2.2.1斜层铺筑
碾压混凝土斜层平推法铺筑的部位,仍以高程230.00m的溢流坝段为例分析。采用斜层平推铺筑法浇筑碾压混凝土时,除坝体迎水面8一12m范围R(W区内)仍需按平层法铺筑,平仓方向与坝轴线方向平行,其它部位从下游向上游铺筑,“平推”方向可垂直于坝轴线方向,碾压层面倾向上游。浇筑最大仓面以6个溢流坝段为一大仓,最大仓面为18960m,,大层的浇筑高度及斜面坡度取值与前项同(取1.5m 1:20),斜层小仓的仓面面积约为3604m,,碾压混凝土层间(30cm)间隔时间小于2h,按2台塔式布料机合浇1仓,平均小时入仓强度450/h,根据塔式布料机的布置条件,2台均可直接入仓,分别浇筑其中的3个坝段,采用4台D65P一12推土机平仓,施工条带布料宽度取8m,施工过程中需按照斜层的工艺流程，采取防止碾压混凝土骨料分离的措施。
2.2.2碾压
采用8台BW202AD振动碾垂直于水流方向进行碾压"先无振碾压2遍,随后有振碾压8遍,再无振碾压2遍(通过试验确定),施工工法流程可参见图2。
图2 履带布料机斜层铺料方法仓面布置示意图
2.3 垫层混凝土施工优化
在早期，大部分碾压混凝土坝垫层混凝土一般都采用常态混凝土浇筑,这就需要配置专门垂直运输设备进行常态混凝土分块跳仓浇筑。通过施工实践和研究, 目前，常用在基岩水平面上浇筑找平层后, 直接浇筑碾压混凝土, 采用碾压混凝土替代垫层常态混凝土, 不仅有利于加快施工, 同时也利于坝基强约束区混凝土温度控制。
3 碾压混凝土筑坝技术展望
碾压混凝土施工技术虽日趋完善, 但在坝工设计、碾压混凝土入仓、低寒和高温季节施工技术、施工设备及机具、施工温控技术、碾压混凝土防渗技术等方面仍有待进一步探索、改进和提高。
3.1 当前国内高碾压混凝土坝, 尽管在温度控制、防渗结构等方面已有一定开拓和发展, 但仍有待进一步深入研究和探讨, 碾压混凝土防渗、高温、严寒气候下的碾压混凝土施工技术等问题值得重点关注和研究。同时, 在碾压混凝土温度控制、施工工艺、初期通水动态控制削峰技术等方面可进行进一步的深入研究, 逐步探索适宜的中低碾压混凝土坝温控标准和尽量简化施工温控措施。
3.2 高性能碾压混凝土研究。在配合比设计方面, 粉煤灰掺量仍有加大的余地, 宜加强高掺粉煤灰碾压混凝土长龄期性能研究及应用。
结语
随着西部开发和我国水电建设发展, 将遇到越来越多更高、更复杂的碾压混凝土重力坝和拱坝, 给水电施工企业提出了更多的高难科技课题与竞争目标, 围绕着大型和特大型碾压混凝土工程的关键施工技术也需进行深入的研究和科研攻关。
参考文献
[1]钟永江. 科技攻关成果在沙牌水电工程中的应用[ J] .水电站设计, 2003, ( 4) : 3- 7.
[2]郭国华, 钟建军, 蒲洪. 沙牌碾压混凝土拱坝诱导缝重复灌浆系统的施工[ J] . 水电站设计, 2003, ( 4) : 88- 93.