沖乎爾水電站大壩碾壓混凝土施工技術(shù)
關(guān)鍵詞 沖乎爾水電站 大壩 碾壓混凝土 施工
1 工程概況
1.1 工程簡介
沖乎爾水電站工程在系統(tǒng)中的作用是向阿勒泰電網(wǎng)供電。水庫總庫容0.8億m3，調(diào)節(jié)庫容0.48億m3，壩頂高程EL756m，正常蓄水位755.0m，死水位738.0m，電站總裝機容量110MW，最大壩高74m，壩頂寬度8m，壩頂長度545m，混凝土總方量48萬m3，屬中型Ⅲ等工程。
擋水建筑物為碾壓混凝土重力壩，壩體從左向右共分為29個壩段，表孔壩段、底孔壩段布置在河床段。壩0+86.9～0+147.9m為發(fā)電引水壩段，壩0+187.9～0+202.9m為溢流表孔壩段，壩0+255.5～0+278.5m為泄洪底孔壩段，其余均為擋水壩段。壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分考慮了碾壓混凝土的施工特點，最大限度發(fā)揮碾壓混凝土快速連續(xù)上升的優(yōu)勢，壩段分縫，倉面面積設(shè)計較為合理，為碾壓混凝土高強度澆筑提供了良好的施工條件。
1.2 壩區(qū)氣候特征
沖乎爾工程所在地為典型的溫寒帶氣候，干燥少雨，春秋季短，冬夏季長。夏季較涼爽，冬季多嚴寒，氣溫年溫差懸殊，日溫差明顯，多年平均氣溫2.6℃，最高氣溫36.6℃，最低氣溫-45℃，多年平均河水溫度11.2℃，多年平均年降水量273.7mm，多年平均年蒸發(fā)量1818.9mm。
1.3 施工特點
沖乎爾水電站工程的主要特點：
1）日、年溫差大，溫控工作難度大；
2）一年中有效施工期短，每年從11月至第二年3月的月平均氣溫均低于0℃，不宜進行混凝土施工?；炷翝仓叻寮校┕姸雀?；
3）結(jié)構(gòu)布置緊湊，現(xiàn)場布置困難；
4）近年來新疆地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、水電開發(fā)過快，建筑市場小，材料需求量大，供求矛盾突出。
沖乎爾水電站作為新疆高寒地區(qū)規(guī)模較大的電站之一，遵循以上施工特點，及時有效解決施工中存在的問題，是保證工程建設(shè)順利進行的關(guān)鍵。
2 系統(tǒng)布置
2.1 骨料加工系統(tǒng)
根據(jù)混凝土澆筑強度要求和現(xiàn)場實際情況，在大壩上、下游約1.0km處各布置兩套骨料加工系統(tǒng)，其中布置在上游的C3-2加工系統(tǒng)，設(shè)計毛料處理能力為400t/h，月生產(chǎn)合格骨料6.0萬m3，布置在大壩下游的C2加工系統(tǒng)，設(shè)計毛料處理能力600t/h，月生產(chǎn)合格骨料7.0萬m3，兩料場均采用天然的卵礫石破碎、篩分，卵礫石成分以花崗巖、變質(zhì)砂巖、石英片巖為主。粒徑＞150mm蠻石含量占8%，粒徑150～5mm礫石含量占78%，粒徑＜5mm砂的含量占14%。其中，在生產(chǎn)過程中，天然砂跟人工砂分開生產(chǎn)堆存，在拌合樓通過一定的比例混合。作為砼生產(chǎn)骨料，質(zhì)量滿足規(guī)范和設(shè)計要求。[Page]
2.2 混凝土拌和系統(tǒng)
根據(jù)施工總進度計劃、最大倉面面積和初步確定的混凝土初凝時間，確定碾壓混凝土最高峰澆筑強度為10萬m3/月，拌和樓選用了廣州多維產(chǎn)的2座DW240S連續(xù)式推進式拌和系統(tǒng)，其單機設(shè)計生產(chǎn)能力為240m3/h，兩套系統(tǒng)實際總生產(chǎn)能力大于300m3/h，分別布置在骨料加工系統(tǒng)附近，與骨料加工系統(tǒng)共用料倉，整個系統(tǒng)的操作采用全電腦控制，操作簡單，稱量準確，生產(chǎn)能力、混凝土拌和物的質(zhì)量通過現(xiàn)場試驗、檢測，滿足施工規(guī)范及設(shè)計要求。
3 現(xiàn)場碾壓混凝土工藝試驗
沖乎爾大壩碾壓混凝土在施工前進行了現(xiàn)場工藝試驗，以驗證設(shè)計配合比、施工工藝流程，施工系統(tǒng)及資源配置的適應(yīng)性，以確定系統(tǒng)的實際生產(chǎn)能力、拌合時間、混凝土運輸能力、Vc值的損失情況，進一步確定施工工藝及參數(shù)，為主體工程碾壓混凝土施工提供較為合理的碾壓參數(shù)，為工程設(shè)計施工提供依據(jù)。
3.1 試驗場地布置
試驗塊選在泄洪底孔壩段出口引渠段(EL694～698)基礎(chǔ)，試驗塊的尺寸40m×20m（長×寬），面積800m2，混凝土方量3200m3.
3.2 試驗?zāi)康?/P>
1）驗證確定合適的碾壓砼配合比；
2）熟悉掌握碾壓砼施工所用的機械及設(shè)備，包括：碾壓及檢測等設(shè)備；
3）確定碾壓砼的施工工藝及參數(shù)，包括：拌和、運輸、攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)、層面處理、變態(tài)混凝土施工等；
4）確定碾壓砼合理的出機口Vc值及倉面Vc值；
5）測定：氣溫、Vc值、碾壓砼的溫度、壓實后混凝土容重、密實度、機口取樣成型、施工現(xiàn)場的取樣，試件的強度等。
3.3 工藝試驗配合比
本次工藝試驗所用配合比是在室內(nèi)設(shè)計配合比的基礎(chǔ)上，經(jīng)專家論證和施工現(xiàn)場試驗室試拌后推薦的配合比，配合比詳見表1。
表1 工藝試驗所用配合比
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砼 類 別 |
技術(shù)要求 |
水膠比 |
每方材料用量（kg/m3） |
外加劑 |
水泥品種及強度等級 | |||||||
|
水泥 |
砂 |
水 |
小石 |
中石 |
大石 |
煤灰 |
引氣劑(萬) |
減水劑(％) | ||||
|
RCC |
C18015F50W4 |
0.55 |
69 |
592 |
84 |
491 |
659 |
494 |
84 |
20 |
0.4 |
P.032.5 |
注：水泥采用新疆伊力特P·O32.5級水泥。
粉煤灰采用克拉瑪依二電生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰。
外加劑選用新疆天山精細化建材有限公司生產(chǎn)的FDN緩凝型高效減水劑和AER引氣劑。
3.4 碾壓機械配置
表2 倉內(nèi)主要施工機械設(shè)備配置
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序號 |
名稱 |
型號 |
自重 |
頻率 |
行走速度 |
激振力 |
振幅 |
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1 |
振動碾 |
YZ-18JC |
18t |
28Hz |
1～1.5km/h |
330/190Kn |
1/2.1mm |
|
2 |
推土機 |
TY220 |
18t |
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3 |
連續(xù)強制拌和機 |
DW240S |
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4 |
核子密度儀 |
5100-EZ |
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3.5 平倉厚度及碾壓層厚度
根據(jù)碾壓混凝土施工規(guī)范及其它項目碾壓混凝土施工的實踐經(jīng)驗，擬定壓實厚度為30cm，鋪層厚度為34～36cm。[Page]
3.6 拌和物出機口Vc值、含氣量。
拌合物出機口Vc控制范圍在2～5s之間，含氣量3～4%。
3.7 碾壓遍數(shù)與壓實容重
碾壓采用2-8-2形式，即碾壓時無振碾壓2遍，有振碾壓8遍，再無振碾壓2遍，碾壓方向平行于壩軸線方向，邊角部位，采用手扶式振動碾碾壓16～24遍，壓實容重不小于2.40，壓實度不小于98%，在此要求的范圍內(nèi)選擇最佳碾壓遍數(shù)。
４ 碾壓混凝土施工
4.1 施工前的準備
碾壓混凝土施工前的準備工作充分與否，是決定碾壓施工是否能夠連續(xù)順利進行的關(guān)鍵，施工前對設(shè)備的維護保養(yǎng)、原材料的儲備、對施工人員的技術(shù)交底、施工過程中的技術(shù)服務(wù)與保證都要做到心中有數(shù)，對水泥、煤灰、骨料等原材料應(yīng)進行落實，不打無準備之戰(zhàn)，這些都為碾壓過程中連續(xù)施工打下了基礎(chǔ)。
4.2 混凝土入倉前倉內(nèi)準備
1）碾壓施工前檢查倉內(nèi)滿足施工所需要的設(shè)備、器具、材料、人員等是否到位，是否處于正常狀況；
2）倉內(nèi)對混凝土料的分區(qū)、標號、高程、碾壓層高以及埋件位置等用紅漆標注清楚，便于倉內(nèi)人員操作；
3）倉面進行充分濕潤，以保證新老混凝土或混凝土與巖石等結(jié)合良好；
4）開倉前倉面總指揮對操作人員進行詳細布置、交底、作到分工合理、協(xié)調(diào)到位；
5）需鋪筑砂漿的部位應(yīng)提前要料，均勻鋪筑。
4.3 混凝土水平運輸
1）碾壓混凝土水平運輸主要采用10～15t自卸汽車，每車6～8m3。
2）每次拉運碾壓混凝土前，運輸車輛要進行清洗，防止車廂內(nèi)雜物進入混凝土料內(nèi)。
3）在拌合站下接料時，汽車采用兩點法接料，即第一次接拉運量的1/2左右混凝土(3m3)，然后汽車作適量的前后移動，再第二次接完其余的混凝土料。這樣混凝土料在車廂內(nèi)不致于堆積過高，造成嚴重的骨料分離。
4）汽車直接入倉時，應(yīng)對各車輛進行序號標志，以便倉內(nèi)指揮。
5）路面經(jīng)常派人維護并灑水，避免坑洼不平，力求使汽車行駛過程中平穩(wěn)，運輸過程中不許急剎車、急啟動，避免混凝土料在運輸過程中產(chǎn)生分離。
4.4 車輪沖洗、脫水及入倉
1）沖洗站設(shè)置：沖洗站一般設(shè)置在距離澆筑倉號30～40m的位置，要求場地寬闊，不妨礙運輸車輛行駛，并設(shè)有排水溝，沖洗廢水集中收集、處理后排放、輪胎沖洗采用活動的手持高壓水槍沖洗，由2名工人各持一把水槍在車輛兩側(cè)進行沖洗。
2）脫水路面設(shè)置：脫水路面由干凈的碎石碴鋪成，從沖洗站一直鋪至倉號邊緣。一般要求脫水路面長度不小于30m。
3）入倉口設(shè)置封堵：汽車入倉口寬度約為6m，入倉口處不安裝模板，斜坡碾壓，連續(xù)碾壓三層后進行封堵，封堵采用預制混凝土擋塊，擋塊單塊高度90cm，臨碾壓面應(yīng)刷脫模劑，碾壓完成后及時拆除。入倉口應(yīng)盡量選擇在壩縫處或二期混凝土施工部位。
4.5 鋪漿
對碾壓混凝土的兩個層面進行鋪漿：一是新老混凝土面結(jié)合及混凝土與巖石面結(jié)合時，層面鋪一層10～15mm厚水泥砂漿。在進行這道工序時，將卸在倉內(nèi)的砂漿按碾壓混凝土鋪筑條帶方向用專用鋪漿耙子鋪設(shè)均勻，鋪漿范圍與下料范圍協(xié)調(diào)一致，避免砂漿長時間暴露，水份散發(fā)后干硬；二是在壩前3～4m范圍內(nèi)，為保證防滲效果，在混凝土層間鋪設(shè)1～1.5mm厚水泥粉煤灰凈漿，灰漿與變態(tài)混凝土所用灰漿相同。在進行這道鋪漿工序時，用特制量桶提漿，灑鋪在需要部位，并用鋪漿耙鋪均勻，鋪漿范圍也要與下料范圍協(xié)調(diào)一致，避免漿液干硬。
4.6 卸料、平倉[Page]
卸料采取先直接卸料，后間接卸料的方式，即：
開盤澆筑或新的一層碾壓混凝土開始時，最初幾車混凝土料直接卸在層面上，但要距模板1～1.5m以上。最初幾車料卸好后，按計劃條帶攤鋪好。后續(xù)的來料要卸在平倉好的混凝土面上，主要目的是防止骨料分離，因為一般骨料分離均集中于料堆底部。卸在平倉好的混凝土面上，再進行一次攤鋪，可以有效地處理骨料分離，不致于造成層面結(jié)合不好的隱患。
4.7 平倉
1）推土機站在已攤鋪好的混凝土面上，將間接卸料攤平，并持續(xù)按間接下料的方式進行完本層混凝土的攤鋪平倉；
2）在模板、埋件、鋼筋等附近卸料時，料堆距其最小距離不能小于1～1.5m，然后在這些部位采用人工鋪料的方式進行攤鋪，否則，可能會將骨料分離集中在這些部位，造成工程隱患；
3）卸料和平倉的方向，均按平行壩軸線方向進行，條帶寬度控制在5m左右；
4）卸料和平倉時，必須按倉號內(nèi)料的分區(qū)、標號、級配等不同要求分別施工于不同部位；
5）碾壓層厚度按0.36m控制，一次攤鋪到要求厚度，平倉后應(yīng)表面平整、厚度均勻；
6）平倉時注意模板、埋件、岸坡固結(jié)及接觸灌漿系統(tǒng)、止水等。
4.8 碾壓
1）碾壓設(shè)備：BW202AD－2型雙鋼輪振動碾1臺，YJ－18型膠輪振動碾1臺，小振動碾2臺。
2)碾壓原則：
a.首選BW202AD－2型雙鋼輪振動碾碾壓，YJ－18型膠輪振動碾輔助或備用，盡可能不用小振動碾；b.能用大振動碾碾壓的部位不得用小振動碾碾壓；c.變態(tài)混凝土與碾壓混凝土交接部位盡可能采用大振動碾無振碾壓，但務(wù)必注意模板、振動碾及操作人員安全；d.不能用振動碾碾壓的部位采用變態(tài)混凝土。
3)碾壓的條帶方向：與平倉條帶方向一致，均為平行于壩軸線。
4)碾壓參數(shù)：振動碾行駛速度控制在1～1.5km/h，碾壓遍數(shù)為2＋8＋2，即先無振碾壓2遍，再有振碾壓8遍， (小振動碾碾壓18遍)，最后無振碾壓2遍。
5)碾壓應(yīng)盡快完成，混凝土出機后應(yīng)在2h內(nèi)碾壓完畢，否則，碾壓效果變差。
6）碾壓完成的混凝土面，由于車輛走動等因素，可能產(chǎn)生一些表面裂紋，這時可用振動碾無振碾壓，使裂紋彌合。
7）碾壓完成的混凝土面，應(yīng)該是泛漿充分，人走在表面感覺有彈性，核子密度儀檢測合格后方能停止碾壓，否則、應(yīng)繼續(xù)碾壓，直至合格為止。
8）碾壓混凝土壓實度的質(zhì)量控制標準：二級配混凝土壓實度不小于98%，三級配混凝土壓實度不小于97%。
4.9 變態(tài)混凝土施工
大壩上下游面，左右岸邊坡與混凝土接觸部位、模板止水片、結(jié)構(gòu)空洞等周邊均不能碾壓的部位均采用變態(tài)混凝土，與主體碾壓混凝土同步進行澆筑。變態(tài)混凝土是在碾壓混凝土攤鋪過程中鋪撒水泥漿，而形成富漿混凝土，可以用振搗的方法振搗密實，并隨著碾壓混凝土施工逐層進行，鋪撒灰漿的碾壓混凝土的攤鋪厚度可以與平倉厚度相同，以減少人工作業(yè)量，提高施工效率。為保證質(zhì)量，施工時按照面積進行漿量控制，并精心組織施工。變態(tài)混凝土與碾壓混凝土施工時需搭接一定寬度才能保證變態(tài)區(qū)域和碾壓區(qū)域的良好結(jié)合。變態(tài)砼作業(yè)時，采用挖槽法進行施工，注漿量按砼體積的5～7%的摻量灑鋪，灰漿的水灰比為0.55，漿液濃度配制主要控制漿液比重，比重控制為：1.725, 施工時加漿應(yīng)均勻。[Page]
5 特殊氣溫條件下施工
5.1 高溫條件下碾壓混凝土的施工
布爾津河的徑流主要來自于雪水融化，多年平均水溫11.2℃，最高溫度不超過15℃，其高溫天氣主要集中在7～8月，其它月份混凝土自然溫度均滿足設(shè)計要求，7～8月份施工期間，充分利用布爾津河低溫水，一是對粗骨料進行噴淋，保證有一定的堆高，二是倉內(nèi)設(shè)置噴霧器降溫，形成適宜的人工倉面小氣候，起到降溫保濕、減少Vc值的損失，降低混凝土澆筑溫度的作用，碾壓混凝土倉面噴霧的主要控制技術(shù)指標：單位時間霧雨浸潤深度H＜3mm/ｈ,霧雨最大粒徑dmax＜0.5mm。同時要求對所有的運輸車輛、輸送皮帶進行遮陽，混凝土入倉后，快速平倉，快速碾壓，必要時用彩條布及時覆蓋，避免溫度倒灌。
5.2 雨季施工
在降雨強度小于3mm/h的條件下，可以繼續(xù)施工。當降雨強度達到或超過3mm/h時，應(yīng)停止拌和，迅速完成尚未進行的卸料、平倉和碾壓作業(yè)，來不及平倉碾壓時，采用塑料布全倉面覆蓋，倉面上采取排水措施，等雨過后進行處理，雨停后，倉面已覆蓋未碾壓的混凝土尚未初凝時，經(jīng)監(jiān)理工程師批準可恢復施工，已碾壓但未覆蓋而受到雨水沖刷，表面有漿液流失而微露中粗砂時，可經(jīng)監(jiān)理工程師同意后，排除表面積水，進行碾壓提漿處理，必要時進行補漿或局部清除，如沖刷嚴重，漿液流失較大時，對表面混凝土進行清除，直到出現(xiàn)合格料為止；如降雨時間長，雨停后混凝土已經(jīng)初凝，要做好停盤準備，進行層面的鑿毛，按照施工縫處理。
5.3 低溫施工
當日平均氣溫低于3℃，或最低氣溫低于-3℃時，應(yīng)采取低溫季節(jié)施工措施，沖乎爾項目所在地屬寒潮易發(fā)區(qū)，晝夜溫差大，氣候變化塊，白天溫度高，夜間溫度低，碾壓倉號開倉前，要及時掌握當?shù)刂虚L期的天氣預報，了解氣候的變化情況，準備好應(yīng)對措施，寒潮來臨前，對已澆筑混凝土面及時采用5cm的保溫被覆蓋，當采取的臨時保溫措施不能滿足以上溫度要求時，應(yīng)停止施工，對已澆的混凝土面進行越冬臨時保溫或永久保溫。拆模時間應(yīng)選擇在晴天午后，避開霜凍天氣。低溫季節(jié)施工期間，特別注意溫度檢查。
外界氣溫及倉內(nèi)氣溫每4h至少測量一次；
水溫及骨料溫度每2h至少測量一次；
混凝土的出機口溫度, 每2h至少測量一次；
已澆塊體內(nèi)部溫度, 澆后3d內(nèi)應(yīng)特別加強觀測, 以后可按氣溫及構(gòu)件情況定期觀測。測溫時應(yīng)注意邊角最易降溫的部位。
６ 冬季保溫
冬休前，對當年澆筑的混凝土面要進行越冬保護和永久保溫，保溫方案選用表面噴涂聚氨酯材料，聚氨酯施工環(huán)境要求低、噴涂速度快、保溫效果好，其中大壩永久外露面噴涂厚度為5cm，間歇面（臨時越冬面）噴涂厚度3cm，第二年恢復澆筑前，對越冬面臨時保溫材料進行鏟除。所有的混凝土面要求必須在外界氣溫出現(xiàn)負溫前全部保溫完成，由于特殊原因，寒潮到來前未能及時進行聚氨酯保溫的，應(yīng)采用覆蓋保溫被、延緩拆模時間等手段進行臨時性防護，待氣溫回升后，在白天正溫環(huán)境中，拆除模板，隨即進行聚氨酯保溫層噴涂，防止新澆筑的混凝土受凍。
7 結(jié)語
沖乎爾水電站大壩的建設(shè)，為新疆高寒地區(qū)的碾壓混凝土施工積累了寶貴經(jīng)驗，奠定了良好的基礎(chǔ)，特別是在特定的環(huán)境中，實現(xiàn)了壩體碾壓混凝土連續(xù)上升，解決了一年中施工期短，氣候變化大，保溫難度大等特點。目前大壩混凝土已完成70%的施工任務(wù)，從整個澆筑過程和施工工藝來看，適合本項目的特點，特別是已實施的冬季保溫方案，可行性強，通過現(xiàn)場觀測檢查分析，保溫效果非常明顯。
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