沖乎爾水電站大壩碾壓混凝土施工技術
關鍵詞 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供電。水庫總庫容0.8億m3，調節(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。壩體結構設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?，施工強度高；
3）結構布置緊湊，現(xiàn)場布置困難；
4）近年來新疆地區(qū)基礎設施建設、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，是保證工程建設順利進行的關鍵。
2 系統(tǒng)布置
2.1 骨料加工系統(tǒng)
根據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)，設計毛料處理能力為400t/h，月生產合格骨料6.0萬m3，布置在大壩下游的C2加工系統(tǒng)，設計毛料處理能力600t/h，月生產合格骨料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，在生產過程中，天然砂跟人工砂分開生產堆存，在拌合樓通過一定的比例混合。作為砼生產骨料，質量滿足規(guī)范和設計要求。[Page]
2.2 混凝土拌和系統(tǒng)
根據施工總進度計劃、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的2座DW240S連續(xù)式推進式拌和系統(tǒng)，其單機設計生產能力為240m3/h，兩套系統(tǒng)實際總生產能力大于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，生產能力、混凝土拌和物的質量通過現(xiàn)場試驗、檢測，滿足施工規(guī)范及設計要求。
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，以驗證設計配合比、施工工藝流程，施工系統(tǒng)及資源配置的適應性，以確定系統(tǒng)的實際生產能力、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)，為工程設計施工提供依據。
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，試驗塊的尺寸40m×20m（長×寬），面積800m2，混凝土方量3200m3.
3.2 試驗目的
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備，包括：碾壓及檢測等設備；
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設計配合比的基礎上，經專家論證和施工現(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 倉內主要施工機械設備配置
|
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)順利進行的關鍵，施工前對設備的維護保養(yǎng)、原材料的儲備、對施工人員的技術交底、施工過程中的技術服務與保證都要做到心中有數(shù)，對水泥、煤灰、骨料等原材料應進行落實，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。
4.2 混凝土入倉前倉內準備
1）碾壓施工前檢查倉內滿足施工所需要的設備、器具、材料、人員等是否到位，是否處于正常狀況；
2）倉內對混凝土料的分區(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)調到位；
5）需鋪筑砂漿的部位應提前要料，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，防止車廂內雜物進入混凝土料內。
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，應對各車輛進行序號標志，以便倉內指揮。
5）路面經常派人維護并灑水，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生分離。
4.4 車輪沖洗、脫水及入倉
1）沖洗站設置：沖洗站一般設置在距離澆筑倉號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進行沖洗。
2）脫水路面設置：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，臨碾壓面應刷脫模劑，碾壓完成后及時拆除。入倉口應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合及混凝土與巖石面結合時，層面鋪一層10～15mm厚水泥砂漿。在進行這道工序時，將卸在倉內的砂漿按碾壓混凝土鋪筑條帶方向用專用鋪漿耙子鋪設均勻，鋪漿范圍與下料范圍協(xié)調一致，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，為保證防滲效果，在混凝土層間鋪設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，平倉后應表面平整、厚度均勻；
6）平倉時注意模板、埋件、岸坡固結及接觸灌漿系統(tǒng)、止水等。
4.8 碾壓
1）碾壓設備：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)碾壓應盡快完成，混凝土出機后應在2h內碾壓完畢，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、應繼續(xù)碾壓，直至合格為止。
8）碾壓混凝土壓實度的質量控制標準：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、結構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，二是倉內設置噴霧器降溫，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；
已澆塊體內部溫度, 澆后3d內應特別加強觀測, 以后可按氣溫及構件情況定期觀測。測溫時應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 結語
沖乎爾水電站大壩的建設，為新疆高寒地區(qū)的碾壓混凝土施工積累了寶貴經驗，奠定了良好的基礎，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，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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