寒冷地區(qū)混凝土面板堆石壩施工關(guān)鍵技術(shù)問題

1、第47卷第9期2011年9月甘肅水利水電技術(shù)GansuWaterConservancyandltydropowerTechnologyV0147No9Sep，2011施工技術(shù)寒冷地區(qū)混凝土面板堆石壩施工關(guān)鍵技術(shù)問題王為秋，陳嬌，孫強(qiáng)延(1沖國水利水電第一工程局有限公司一分局，吉林長春130062；2沖國長江三峽集團(tuán)公司長江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展公司，北京100038)摘要：采用翻模固坡工藝進(jìn)行堆石壩上游面施工，解決了堆石壩墊層料需超填，之后修

2、坡清除，墊層料浪費(fèi)大等問題。根據(jù)有限元數(shù)值仿真結(jié)果對(duì)堆石壩的沉降變形進(jìn)行預(yù)留，保證了堆石壩竣工后達(dá)到設(shè)計(jì)輪廓線。根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，確定了混凝土面板的優(yōu)化配合比；并且提出了適用的止水結(jié)構(gòu)形式和與其相配套的施工技術(shù)。關(guān)鍵詞：堆石壩；施工；關(guān)鍵技術(shù)；配合比中圖分類號(hào)：Ⅳ5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：2095—0144(2011)09—0049—031工程概述遼寧蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省東部寬甸滿族自治縣。座落于鴨綠江下游右岸支流蒲石河上，電站

3、由上水庫、下水庫、地下廠房和輸水系統(tǒng)等組成。電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量300MW抽水蓄能機(jī)組，總裝機(jī)容量1200MW。電站上水庫擋水建筑物為混凝土面板堆石壩，最大壩高785m，壩頂全長714m。上水庫總庫容1351萬m。，死庫容227萬m。蒲石河流域地處半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，冬季寒冷降水少，夏季炎熱多雨。據(jù)多年資料統(tǒng)計(jì)(表1)，歷年最高溫度35c《=，最低氣溫一385。最大冰凍厚度077m。本地區(qū)屬寒冷地區(qū)。上水庫面板堆石壩布置在東洋河西北方向的

4、泉眼溝口，三面為分水嶺，無天然河道。溝口的擋水建筑物為日循環(huán)水庫正常蓄水位3925m，相應(yīng)庫水面積0442km，千年一遇日均入庫流量為932萬m。，本工程屬I等工程，規(guī)摸為大(1)型，水庫大壩為1級(jí)建筑物。設(shè)計(jì)洪水2oo年一遇，校核洪水千年一遇。表1蒲石河流域氣溫特征值℃項(xiàng)目1月2月3月4月5月6月7月8月9月1O月l1月12月年平均氣溫一128—86—0678146190223222159870—8866最高氣溫一66—3437105

5、165202244242181113354O最低氣溫一l87—14_3—575812916520819813366—38—150上游鋼筋混凝土面板55塊，標(biāo)準(zhǔn)塊寬14m有47塊。左右布置非標(biāo)準(zhǔn)塊8塊。壩頂寬度10m。鋼筋混凝土面板堆石壩上、下游坡比均為1：14，下游坡設(shè)一寬為3m的馬道。壩坡外為“之”字形上壩公路，路坡度為l：175，填筑為石渣。壩體填筑自上游向下游依次為墊層區(qū)(寬度3m)，過渡層區(qū)(寬度3m)、主堆石區(qū)及次堆石區(qū)周邊縫

6、下游設(shè)有特殊墊層區(qū)主堆石與基巖間鋪設(shè)反濾料，下游護(hù)坡坡面采用40cm的干砌塊石。壩體平面布置如圖1所示。本工程采用了翻模固坡工藝進(jìn)行墊層料的碾壓、砂漿護(hù)面一次成型。水泥砂漿的平均厚度6～8cm。鋼筋混凝土面板頂部厚度30cm、底部最大厚度5614cm，面板底部與趾板相連，趾板建基在弱風(fēng)化巖石上部，趾板寬度按水頭及所處地段地質(zhì)設(shè)為6m和5ITI厚度均為06m。為了提高趾板處基巖的完整性。沿整個(gè)趾板全長進(jìn)行淺孔固結(jié)灌漿壩基采用2～3排垂直帷

7、幕灌漿，并向兩岸做適當(dāng)?shù)难由?。混凝土面板堆石壩在寒冷地區(qū)的運(yùn)行是安全的，但是在寒冷地區(qū)，特別是嚴(yán)寒地區(qū)修建混凝土面板堆石壩，如何保證在嚴(yán)冬氣候條件下連續(xù)、快速、經(jīng)濟(jì)地施工，是一直未能得到很好解決的問題，為此國內(nèi)外進(jìn)行了一系列的研究。取得了某些研究成果[141，但是還有些關(guān)鍵技術(shù)問題沒有得到解決。本文以蒲石河抽水蓄能電站混凝土面板堆石壩為例，探討解決寒冷地區(qū)混凝土面板堆石壩施工幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。收稿日期：201108—15作者簡介：王為秋

8、(1976一)，男，吉林吉林人，工程師，學(xué)士，主要從事水利水電工程施工。49第9期王為秋，等：寒冷地區(qū)混凝土面板堆石壩施工關(guān)鍵技術(shù)問題第47卷以保證斜坡碾壓對(duì)施工安全十分不利[5]。蒲石河面板堆石壩的施工期緊張，從壩基開挖到面板澆筑完成只有短短的24個(gè)月的時(shí)間，其中還有6個(gè)月的堆石體沉降期。全部壩體的填筑量180萬m3要在15個(gè)月完成。施工中還有與趾板澆注和灌漿的交叉作業(yè)。為保證施工質(zhì)量和進(jìn)度要求，經(jīng)過反復(fù)的方案比較。決定采用翻模固坡工

9、藝。翻模固坡法的主要優(yōu)點(diǎn)包括①坡面平整度好；②固坡沙漿厚度小、且均勻，適應(yīng)壩體變形好；③不占直線工期，施工速度快；④工程造價(jià)低；⑤施工干擾?。虎薮髩闻R時(shí)具備擋水渡訊條件，其缺點(diǎn)是工序較多。蒲石河上水庫大壩堆石體于2007年8月1日正式開始填筑。至2008年11月l0填筑到正常高程，順利實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)工期要求。堆石體經(jīng)過6個(gè)月的預(yù)留沉降期，根據(jù)大壩埋設(shè)的監(jiān)測(cè)儀器(土體沉降儀及土體位移計(jì))的觀測(cè)結(jié)果看。與此前三維有限元計(jì)算結(jié)果相比偏小。但是變化趨

10、勢(shì)兩者一致。在2008年6月20日一2009年5月21日期間，壩體累計(jì)最大沉降發(fā)生在最大壩高剖面處壩軸線附近。為14593mm；壩體累計(jì)水平下游側(cè)位移發(fā)生在河谷處(019993)高程3396m處下游坡面，為4508mm；壩體累計(jì)水平上游側(cè)位移發(fā)生在河谷處上游坡面，為一257mm。三維有限元計(jì)算結(jié)果為竣工期壩體累計(jì)最大沉降發(fā)生在壩高1／2處壩軸線附近，為345mm：竣工期壩體累計(jì)最大水平位移發(fā)生在壩高1／3處下游坡面上，為133mm。32

11、面板和趾板防裂混凝土配合比研究面板混凝土裂縫產(chǎn)生的原因除一些特殊情況外，都是由溫度變化和干縮引起的。由溫度、濕度等環(huán)境因素變化引起混凝土收縮，受到基礎(chǔ)約束而在混凝土內(nèi)誘發(fā)拉應(yīng)力，是面板產(chǎn)生裂縫的破壞力，這是面板裂縫的外因混凝土的自身性能和質(zhì)量決定混凝土的抗裂能力，這是內(nèi)因。因此，防裂措施可歸結(jié)為提高混凝土自身抗裂能力，盡量減少環(huán)境因素引發(fā)的破壞力[。本工程針對(duì)面板、趾板薄板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，易受環(huán)境和濕度變化的影響，特別是氣溫驟變和混凝土干縮

12、產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫的問題，進(jìn)行了采用膨脹劑或減縮劑配制補(bǔ)償受縮混凝土的研究。可控補(bǔ)償混凝土根椐以下公式提出試驗(yàn)方案：D=le—S2一STIlSkI(1)式中：D—一可控補(bǔ)償混凝土補(bǔ)償收縮后的最終變形；5——混凝土的極限拉伸值；e——混凝土的限止膨脹率的合理范圍：5廠混凝土的限止干縮率(％)；S廣混凝土的泠縮率(％)。其中減縮率不小于35％。具體試驗(yàn)是趾板混凝土設(shè)計(jì)齡期90d、面板28d。趾板混凝土為C25／F2OO／WlO二級(jí)配，

13、面板混凝土C30／F300／W8：對(duì)趾板對(duì)比膨脹劑和減縮劑的防裂效果，提出配合比：對(duì)面板采用混凝土高效減水劑、引氣劑及摻粉煤灰技術(shù)，并考慮摻與不摻高強(qiáng)聚丙烯單絲纖維兩種方案。在面板配合比試驗(yàn)中，針對(duì)混凝土早期抗裂性能的研究，通過混凝土面板干縮試驗(yàn)完成，實(shí)驗(yàn)中用電風(fēng)扇吹試件表面，以對(duì)比不同混凝土摻合料產(chǎn)生裂縫的情況。本次試驗(yàn)通過對(duì)原材料水泥、砂、骨料檢驗(yàn)，對(duì)摻合料粉煤灰比選，對(duì)外加劑高效減水劑及引氣劑的優(yōu)選，提出了18種不同組合后的混凝土

14、配合比，并推薦了混凝土施工配合比(表2)。目前從趾板混凝土澆筑結(jié)果來看，55塊趾板中發(fā)現(xiàn)2條裂縫，其中16板塊較大，分析可能與該部位的斷層混凝土處理及施工時(shí)間有關(guān)。表2混凝土面板優(yōu)化配合比33墊層料排水及及抗凍性能問題抽水蓄能電站運(yùn)行特點(diǎn)是庫水位變化頻繁，變化幅度大。本工程上水庫水位正常變化最大幅度為每日32m，水位升降速率533m／h，此外本工程處于寒冷地區(qū)，水庫運(yùn)行過程中是否存在由于水位驟降墊層內(nèi)產(chǎn)生對(duì)面板反向水壓力和由于墊層料凍結(jié)

15、產(chǎn)生對(duì)面板凍漲破壞是值得充分注意的問題。對(duì)此進(jìn)行了專題研究。其主要研究內(nèi)容包括①對(duì)墊層料級(jí)配范圍的確定，主要研究了墊層料最大粒徑，對(duì)確定的級(jí)配曲線墊層料進(jìn)行比重、相對(duì)密度和滲透系數(shù)等試驗(yàn)。②對(duì)墊層料排水性能的研究，針對(duì)庫水位上升、高水位穩(wěn)定、下降等3種不同工況的面板和墊層料的滲流計(jì)算，不同細(xì)料含量下，3種不同工況滲流模型試驗(yàn)。③對(duì)墊層料凍脹性能研究，封閉和開放條件下不同墊層料凍脹率，飽合墊層料開放系統(tǒng)條件下凍結(jié)過程中的反向排水性能研究。