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沖國長江三峽集團公司長江三峽技術(shù)經(jīng)濟發(fā)展公司，北京100038)摘要：采用翻模固坡工藝進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，墊層料浪費大等問題。根據(jù)有限元數(shù)值仿真結(jié)果對堆石壩的沉降變形進行預留，保證了堆石壩竣工后達到設(shè)計輪廓線。根據(jù)模型試驗結(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：Ⅳ5文獻標識碼：B文章編號：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臺單機容量300MW抽水蓄能機組，總裝機容量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(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級建筑物。設(shè)計洪水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，標準塊寬14m有47塊。左右布置非標準塊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行墊層料的碾壓、砂漿護面一次成型。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。沿整個趾板全長進行淺孔固結(jié)灌漿壩基采用2～3排垂直帷

7、幕灌漿，并向兩岸做適當?shù)难由?。混凝土面板堆石壩在寒冷地區(qū)的運行是安全的，但是在寒冷地區(qū)，特別是嚴寒地區(qū)修建混凝土面板堆石壩，如何保證在嚴冬氣候條件下連續(xù)、快速、經(jīng)濟地施工，是一直未能得到很好解決的問題，為此國內(nèi)外進行了一系列的研究。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個月的時間，其中還有6個月的堆石體沉降期。全部壩體的填筑量180萬m3要在15個月完成。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)量和進度要求，經(jīng)過反復的方案比較。決定采用翻模固坡工

9、藝。翻模固坡法的主要優(yōu)點包括①坡面平整度好；②固坡沙漿厚度小、且均勻，適應壩體變形好；③不占直線工期，施工速度快；④工程造價低；⑤施工干擾?。虎薮髩闻R時具備擋水渡訊條件，其缺點是工序較多。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，順利實現(xiàn)節(jié)點工期要求。堆石體經(jīng)過6個月的預留沉降期，根據(jù)大壩埋設(shè)的監(jiān)測儀器(土體沉降儀及土體位移計)的觀測結(jié)果看。與此前三維有限元計算結(jié)果相比偏小。但是變化趨

10、勢兩者一致。在2008年6月20日一2009年5月21日期間，壩體累計最大沉降發(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。三維有限元計算結(jié)果為竣工期壩體累計最大沉降發(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[。本工程針對面板、趾板薄板結(jié)構(gòu)的特點，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)生拉應力，從而產(chǎn)生裂縫的問題，進行了采用膨脹劑或減縮劑配制補償受縮混凝土的研究。可控補償混凝土根椐以下公式提出試驗方案：D=le—S2一STIlSkI(1)式中：D—一可控補償混凝土補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％。具體試驗是趾板混凝土設(shè)計齡期90d、面板28d。趾板混凝土為C25／F2OO／WlO二級配，

13、面板混凝土C30／F300／W8：對趾板對比膨脹劑和減縮劑的防裂效果，提出配合比：對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聚丙烯單絲纖維兩種方案。在面板配合比試驗中，針對混凝土早期抗裂性能的研究，通過混凝土面板干縮試驗完成，實驗中用電風扇吹試件表面，以對比不同混凝土摻合料產(chǎn)生裂縫的情況。本次試驗通過對原材料水泥、砂、骨料檢驗，對摻合料粉煤灰比選，對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行特點是庫水位變化頻繁，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)，水庫運行過程中是否存在由于水位驟降墊層內(nèi)產(chǎn)生對面板反向水壓力和由于墊層料凍結(jié)

15、產(chǎn)生對面板凍漲破壞是值得充分注意的問題。對此進行了專題研究。其主要研究內(nèi)容包括①對墊層料級配范圍的確定，主要研究了墊層料最大粒徑，對確定的級配曲線墊層料進行比重、相對密度和滲透系數(shù)等試驗。②對墊層料排水性能的研究，針對庫水位上升、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算，不同細料含量下，3種不同工況滲流模型試驗。③對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。