歐曉東陳雄祝熙男付震南

(1.貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司沙沱電站建設公司,貴州沿河 565300;2.武警水電第一總隊三支隊,貴州沿河 565300)

碾壓混凝土快速施工技術

歐曉東1陳雄2祝熙男1付震南1

(1.貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司沙沱電站建設公司,貴州沿河 565300;2.武警水電第一總隊三支隊,貴州沿河 565300)

碾壓混凝土施工廣泛應用于各類大、中型電站大壩主體工程中,在國內(nèi)外眾多水電工程中已取得了較為成熟的經(jīng)驗。本文針對沙沱電站13#壩段預留缺口承擔三期導流任務的特殊性,對施工工藝大膽嘗試,重點闡述了如何在保證碾壓混凝土施工質(zhì)量的前提下,實現(xiàn)模板連續(xù)性穩(wěn)定提升,實現(xiàn)高強度碾壓混凝土入倉,實現(xiàn)倉號連續(xù)備倉和澆筑,達到了快速施工效果,以滿足特殊施工進度要求的需要。

沙沱電站 碾壓混凝土 連續(xù)上升 快速施工

1 基本概況

沙沱電站13#壩段即升船機壩段位于大壩中右部,左側(cè)為9-12#溢流壩段,右側(cè)為13-16#擋水壩段。在電站前期左岸明渠導流時,對13#壩段基巖面進行開挖和基坑施工,澆筑至293.0m高程時,成了一個長48.50m大缺口,在電站建設中、后期與大壩預留導流底孔聯(lián)合完成導流任務,到大壩主體工程施工完成后,才實施封堵。

13#壩段在328.0m高程布置一層交通廊道,其中縱向廊道一條,橫向廊道一條,350.5m高程為過壩渠道底板,寬度為12.0m。350.5m高程以上壩體在分左、右壩段:左壩段寬度為23.0m,壩頂設計高程371.0m,檢修門庫布置在左壩段,門庫底板高程353.0m;右壩段寬度為25.5m,壩頂設計高程376.6m。過壩渠道左側(cè)為寬3m的左邊墻,在353.5m～367.0m高程布置3排系船柱,壩縱0+033.000樁號上游側(cè)混凝土與13#左壩段同時施工,以滿足電站蓄水時擋水需要,壩縱0+033.000樁號下游側(cè)混凝土等13#壩段主體混凝土澆筑完成后進行施工;右側(cè)為寬10.5m的右邊墻。13#壩段封堵混凝土工程為16.67萬m3,其中C15Ⅲ級配碾壓混凝土15.97萬m3,常態(tài)混凝土0.7萬m3。

2 連續(xù)快速施工必要性分析

由于沙沱水電站工程采用河床分期導流方式導流:前期利用礁灘作縱向圍堰,選用左岸明渠導流的方式,中、后期則采用在壩體上預留導流底孔配合13#壩段缺口導流,而在主汛期,洪水僅僅依靠壩體導流底孔下泄已滿足不了導流的需要,須由導流底孔及13#壩段缺口聯(lián)合泄洪才能滿足要求。因此13#壩段預留缺口在做出封堵決定前須慎之又慎。一旦實施封堵,意味著其在主汛期承擔聯(lián)合導流任務終止,也意味著在主汛期前要完成13#壩段所有土建、金屬結(jié)構(gòu)安裝工程,具備導流底孔下閘,電站蓄水條件,這是沒有任何退步的。否則在主汛期洪水一旦來臨,導流底孔無法單獨滿足泄流任務,那么電站將面臨著滅頂之災,下游人民隨時將可能面臨著巨大洪澇災害。

根據(jù)水文資料顯示,沙沱電站主汛期在每年的5月初至11月底,根據(jù)可控的施工進度分析來看,假如13#壩段缺口在11月初開始實施基礎面處理,到即定的第二年4月20日下閘蓄水,總工期只有短短的6個月不到的時間,而在下閘前,需留有1個月以上的時間對電站進行全面的檢查和最終的消缺、驗收等工作,留給缺口封堵真正的工期不足5個月,因此封堵施工任務十分繁重,形勢嚴峻,把13#壩段缺口封堵施工比做一場決戰(zhàn)也不為過分。以常規(guī)的施工方式來完成13#壩段缺口碾壓混凝土施工,已遠遠滿足不了工期要求,需對施工工藝進行大膽創(chuàng)新,改變新思路,才能在短期內(nèi)完成如此巨大的工程量,才能確保電站按期下閘蓄水,確保電站和下游庫區(qū)的安全。

3 連續(xù)快速施工條件和范圍

碾壓混凝土快速施工采取倉號連續(xù)上升技術,即通過各種施工工藝措施將常規(guī)的“備倉—澆筑—備倉”改變?yōu)閭鋫}和澆筑同時進行,這樣備倉所用的時間不占直線工期,從而將有效工期延長?；炷羵}號要實現(xiàn)連續(xù)上升需有一定的施工條件,首先是倉號設計結(jié)構(gòu)簡單劃一;其次是混凝土倉號須有足夠大的面積,除保證在倉面上能布置所有碾壓混凝土施工設備,如平攤機、振動碾等外,又要保證已澆筑好的部位下層碾壓混凝土已初凝,預埋的模板錨筋能受力牢固,達到模板向上提升安裝要求;第三還得具備有一定生產(chǎn)能力的能產(chǎn)出合格的混凝土拌制設備,并配備有滿足強度需要的混凝土入倉手段。

綜合考慮13#壩段壩體結(jié)構(gòu)、碾壓混凝土施工強度等多種因素,將13#壩段碾壓混凝土施工分為三個碾壓區(qū):過壩渠道底板350.5m高程以下碾壓混凝土為第一碾壓區(qū),350.5m高程以上過壩渠道左側(cè)為第二碾壓區(qū),右側(cè)為第三碾壓區(qū)。第二、三碾壓區(qū)倉面狹小,不具備連續(xù)上升搶工條件;在第一碾壓區(qū)328.0m～311m高程布置一層交通廊道,倉號設計結(jié)構(gòu)復雜,也不具備連續(xù)上升條件;在349～350.5m高程為過壩渠道底板段,布置有鋼筋,采用常態(tài)混凝澆筑,同樣也無法實現(xiàn)快速上升。以上部位施工只能按常規(guī)的先備倉后澆筑的施工順序?qū)嵤?很難在這些工作面上取得大的工期突破。因此在293m-349m高程部位碾壓混凝土施工中,隨著壩體高程不同,采用的入倉道路不同,分3次完整的連續(xù)上升實現(xiàn)快速施工。這3次部位高程范圍分別為:293m-310m高程、310m-328m高程、331m-349m高程。在連續(xù)上升過程中,碾壓混凝土分層碾壓厚度為30cm左右,可連續(xù)碾壓5層～10層,短暫間歇后再碾壓上升,這樣一方面保證加固模板用的錨筋周邊混凝土能凝固到一定的強度值,確保模板在連續(xù)提升中加固的安全可靠,另一方面也為模板在澆筑的同時提供足夠的提升時間。

4 快速施工中的模板技術

如何保證模板在碾壓混凝土連續(xù)澆筑過程中安全可靠地實現(xiàn)連續(xù)提升,是混凝土連續(xù)快速施工的關鍵,為了達到這個要求,對模板選型、提升技術及模板加固提出了更高更嚴的要求。

4.1 模板的選型

在混凝土施工中,為了得到要求的建筑物結(jié)構(gòu)形狀、或需限制混凝土流動的任何地方,都需設置模板。在模板選型上首先是模板得有足夠穩(wěn)定性、強度和剛度、密封性,以滿足承受荷載、不變形走樣、不爆模和漏漿等要求,保證混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸、形狀和相互位置符合設計規(guī)定;二是要便于安裝和拆卸結(jié)構(gòu),減輕工人勞動強度,簡化模板施工工藝;三是盡量采取模塊化的組合模板,提高模板的通用性和周轉(zhuǎn)次數(shù),以降低施工難度和施工成本。為了適應高強度的碾壓混凝土施工需要,采用大型連續(xù)翻升模板。該模板將組合鋼模板（面板厚5mm)通過桁架式背架連接組裝,形成外形尺寸為3m× 3.0m（長×高)的可進行交替上升的翻轉(zhuǎn)模板。模板結(jié)構(gòu)由面板系統(tǒng)、主梁桁架系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、操作平臺及拉模桿五部分組成,全部采用鋼結(jié)構(gòu)制作。單套模板設計總重約1750kg,模板用錨筋和套筒與拉模桿連接固定。

4.2 模板安裝拆除及連續(xù)上升技術

模板運輸至施工現(xiàn)場后,用倉面8 t吊車配合安裝。起始倉（293m～300m高程倉號)模板通過模板外側(cè)地錨支撐樁加固,模板內(nèi)側(cè)用錨筋和套筒與拉模桿連接固定,同時預埋好下一層模板使用時的定位錐套筒,模板安裝調(diào)整完畢且經(jīng)檢查驗收合格后即進行混凝土澆筑。在下一層模板安裝時,利用已澆的未拆除的第一層模板穩(wěn)定性,在其頂部用連接螺栓將兩層模板進行連接,在兩模板后背方桁架系統(tǒng)間連接調(diào)節(jié)絲桿,通過調(diào)節(jié)絲桿調(diào)整模板至符合要求后,在第二層模板內(nèi)側(cè)通過焊接拉模桿將預埋錨筋和定位錐套筒固定連接,同時預埋好下一層模板使用時的定位錐套筒,調(diào)整完畢且經(jīng)檢查驗收合格后進行混凝土澆筑。用第二層模板安裝同樣的方法完成第三層模板的安裝,三層模板實現(xiàn)連續(xù)翻轉(zhuǎn)提升。模板安裝時,測量人員隨時用儀器檢查校正,內(nèi)傾量控制在3～6mm時較為適宜。當在混凝土強度達到3.5MPa以上,能保證表面及棱角不因拆模而損壞時,對側(cè)面模板進行拆除。拆除時用倉面吊通過平衡梁吊緊模板,由人工站在模板后方的工作平臺上松開模板后背方桁架系統(tǒng)間連接調(diào)節(jié)絲桿,松開固定模板間連接螺栓,擰出定位錐,待模板脫離混凝土面后,起吊模板往上層繼續(xù)安裝,如此不斷循環(huán)。

在連續(xù)上升快速施工中,安裝調(diào)整好后的模板須通過預先埋在混凝土內(nèi)的錨筋進行牢固連接,保證不發(fā)生模板變形、跑模、爆模等影響混凝土澆筑質(zhì)量的現(xiàn)象,不發(fā)生模板垮塌等重大安全事故。上層模板以下層已澆的未拆除的模板為基礎,通過螺栓及模板后背方調(diào)節(jié)絲桿連接加固,模板上側(cè)通過焊接拉模桿將預埋在倉內(nèi)的錨筋和定位錐套筒固定連接,隨著倉號澆筑,拉模桿澆入混凝土中,不斷增加了拉固模板的效果,實現(xiàn)模板的牢固穩(wěn)定。因不斷連續(xù)上升,已澆筑的混凝土強度并未完成達到規(guī)定的強度值,直接在倉內(nèi)預埋錨筋無法達到完全牢固的效果,當用這樣的錨筋來加固模板時,可靠度較低。為了確保錨筋加固模板的效果,采用預制錨筋墩的方法來實現(xiàn),即事先在場外預制小型的、人工可搬動的混凝土塊,在混凝土塊中澆入兩根一頭帶有彎鉤（彎鉤端在混凝土內(nèi))的∮16鋼筋,等混凝土塊強度達到規(guī)定值后打好毛面,運至倉內(nèi)。在將進行模板安裝的碾壓混凝土層的上一層,把混凝土塊埋入其中,露出鋼筋作為錨筋使用,通過預制墩在混凝土內(nèi)的受力效果,解決了錨筋加固模板的牢固問題。

5 碾壓混凝土快速施工入倉手段

碾壓混凝土入倉手段常見有:自卸車直接入倉、滿管溜槽或溜管入倉、皮帶機系統(tǒng)入倉等,從入倉強度來講,以上最有效、強度最大的入倉手段是采用自卸車直接入倉,這種入倉方法直接、簡單、方便,省去了中間的任何過程,簡化了工序,同時混凝土毋須經(jīng)過第二道入倉環(huán)節(jié)直接進入倉內(nèi),質(zhì)量得到了充分保證。但直接入倉手段需具備有一定的地勢地形條件,能夠保證通過填渣方式修通道路,車輛能夠直接運輸混凝土到倉內(nèi)。13#壩段缺口碾壓混凝土快速施工過程中,利用電站建設期右岸布置的4#、6#兩條公路為主運輸通道,通過壩前修筑平臺來實現(xiàn)碾壓混凝土3次完整的連續(xù)上升。

5.1 入倉強度分析

13#壩段293m-349m高程碾壓混凝土隨著倉號高程不同,倉號面積逐漸減小,其中最大面積為2863.0m2,最小面積為2278.0m2。碾壓混凝土利用汽車直接入倉,采用平層鋪筑,碾壓層厚30cm,按6小時覆蓋（混凝土初凝最小時間),需最大入倉強度為144m3/h。從混凝土生產(chǎn)能力上看,左岸混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)配置有一座2×6m3強制式拌和樓和一座作為備用的2×4m3強制式拌和樓。2×4m3拌和樓生產(chǎn)能力為常態(tài)及碾壓混凝土280m3/h,2×6m3拌和樓生產(chǎn)能力為常態(tài)及碾壓混凝土360m3/h,拌和樓強度滿足需要;從混凝土運輸能力上看,自拌和樓至倉面最遠運距為1.81km,壩區(qū)自卸汽車速度取15km/h,汽車在拌和樓等料時間取6min,倉內(nèi)倒料、錯車時間取8min,綜合考慮上述因素,自卸汽車每小時可運輸混凝土2.8車,每車裝料9m3,其運輸強度為25.2m3/h,共需20T自卸汽車5～8臺?？紤]到維修和備用,共需配備10臺20T自卸汽車就能滿足混凝土運輸強度要求。

5.2 293m～349m高程混凝土入倉

在293m～310m高程倉號開倉前,在壩前293m高程平臺修出三道臺階式道路,低臺階頂高程為296m,中間臺階頂高程為302m高程,高臺階頂高程為308m高程。先通過填筑將低臺階道路連接于6#公路,作為首次入倉通道,隨著混凝土倉號的澆筑同時,中間臺階道路進行填筑,使其也連接于6#公路,倉號澆筑到299m高程后,低高程道路棄用,啟用中間臺階入倉通道,同時進行高臺階道路填筑也使其連接于6#公路,待倉號澆筑至305m高程時,啟用高臺階入倉通道,直至澆筑到310高程,實現(xiàn)293～310高程混凝土的直接入倉。

310m～328m高程的混凝土入倉是利用右岸壩前325馬道修筑道路連接于4#公路,壩前進倉段道路利用壩前空腔體位置順馬道方向在外側(cè)澆筑一堵底寬為3m,頂寬為2m,高為18m的混凝土擋墻。擋墻形成后,在擋墻內(nèi)側(cè)回填石渣至325m高程,形成入倉道路。混凝土入倉時,因310m～325m高程差較大,在擋墻325m高程安裝一個喇叭形自卸車轉(zhuǎn)料溜槽,通過倉面上的自卸車轉(zhuǎn)接倉外經(jīng)溜槽溜下來的混凝土實現(xiàn)入倉。倉號澆筑至322m高程后,倉內(nèi)自卸車無法實現(xiàn)由溜槽轉(zhuǎn)接混凝土,采用填筑修路直接入倉,從而實現(xiàn)310m～328m高程入倉。

6 快速施工中的混凝土質(zhì)量控制

隨著碾壓混凝土在水電站中的應用,其施工工藝及質(zhì)量保證措施已取得了重大的突破和成功。過程中配齊配夠合格的倉面指揮人員、質(zhì)檢員、實驗員等,按規(guī)范要求進行卸料、平倉、碾壓、振搗、切縫等工序,按設計要求鋪設冷卻水管,通水冷卻,并做好混凝土養(yǎng)護工作。

（1)層間處理:在293m高程因混凝土停頓時間較長,老混凝土層面層間結(jié)合處理應到位,防止層間結(jié)合影響混凝土澆筑質(zhì)量。層面須全部進行人工鑿毛,鑿毛后面積較大的倉號使用沖毛機沖毛,面積較小的倉號或鋼筋較密集部位及邊角部位采用人工手釬或風鎬鑿毛,人工清理。在混凝土澆筑前,人工清除石碴和積水,在混凝土面上先均勻鋪設2cm～3cm的水泥砂漿,以保證所澆混凝土層面良好結(jié)合。

(2)止、排水系統(tǒng)施工:止水系統(tǒng)銅片至迎水面部位的橫縫采用預埋瀝青板成縫,瀝青板采用鋼筋三角架固定,隨著混凝土面上升預埋瀝青板也跟隨上升。止水銅片四周采用變態(tài)混凝土施工,在澆筑中,止水銅片由專人負責看守,以確保止水銅片的位置準確,止水銅片周邊的變態(tài)混凝土須振搗密實,結(jié)合良好。排水系統(tǒng)按要求安裝好排水塑料盲管,澆筑過程進行保護,防止堵塞。

(3)變態(tài)混凝土施工:大壩上游面50cm范圍內(nèi)是大壩的止水面（防滲區(qū)),是大壩混凝土質(zhì)量控制的關鍵。在變態(tài)混凝土施工過程中,按配料計量準確配制水泥灰漿,攪拌均勻后對變態(tài)區(qū)灑鋪約2mm后對變態(tài)區(qū)進行振搗密實,確保變態(tài)區(qū)的止水性。為了防止對大壩防滲區(qū)的破壞,在入倉過程中采用了鋼跳板跨過變態(tài)區(qū),防止入倉車輛通行時對防滲區(qū)產(chǎn)生攏動而破壞了防滲區(qū)。

(4)洗車平臺設置:由于快速施工全過程采用自卸車直接入倉,因此在每次入倉前須安設好洗車平臺,對入倉車輛及入倉設備進行沖洗。洗車平臺一般安設在距離倉號約50m處,洗車平臺至倉面路段鋪放厚約為10cm碎石對洗過的車輛設備進行脫水處理,避免了水份、渣物等隨車帶入倉內(nèi)而產(chǎn)生不良的質(zhì)量影響。

(5)溫度控制:13#壩段主要在低溫季節(jié)施工,高溫施工質(zhì)量措施可避免,執(zhí)行低溫混凝土施工措施。因入倉溫度低,部分混凝土未達到設計齡期,抗拉強度較低,混凝土內(nèi)部溫度較高,下閘蓄水后庫

水溫較低而產(chǎn)生過大的“冷擊”作用,需采取溫控措施控制壩體內(nèi)部最高溫度,降低內(nèi)、外溫差。根據(jù)設計要求,壩體上游面335m高程以下內(nèi)、外溫差按15°C控制,以上及下游面按20°C控制。為降低內(nèi)、外溫差,通過在壩體埋設冷卻水管通水冷卻,降低壩體內(nèi)的最高溫度,以滿足蓄水后的溫差梯度要求。同時在施工過程中進行倉面的噴霧及保濕養(yǎng)護工作。

7 施工效果分析

通過碾壓混凝土連續(xù)快速施工工藝,實現(xiàn)了碾壓混凝土施工第一次自293m高程連續(xù)上升至310m高程,澆筑混凝土35920m3,歷時13天;第二次自310m高程連續(xù)上升至328m高程,完成混凝土45930m3方,歷時15天;第三次自331m高程連續(xù)上升至349m高程,完成混凝土43720m3方,歷時14天。整個13#壩段大面積碾壓混凝土施工僅僅用了不到兩個月的時間,為接下來的其它土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程贏得了充分的施工時間。通過快速施工措施,順利實現(xiàn)沙沱電站4月20日按期下閘蓄水目標,創(chuàng)造了碾壓混凝土施工的新突破,為類似工程提供了成功的借鑒經(jīng)驗。

歐曉東(1988—),男,陜西省西鄉(xiāng)縣人,助理工程師,主要從事水電工程建設管理工作;陳雄(1976—),男,福建省平潭縣人,工程師,主要從事現(xiàn)場施工管理和技術工作。