糯扎渡水电站溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土工艺试验研究

倪坤林, 鲁程伟, 徐川珂

(1.中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610081;2.中国华能澜沧江糯扎渡水电站工程筹建处,云南 普洱 665600)

1 工程概况及设计技术要求

1.1 工程概况

糯扎渡水电站位于云南省思茅市翠云区和澜沧县交界的澜沧江下游干流上,工程由心墙堆石坝、左岸开敞式溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水发电系统等建筑物组成。以发电为主,兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益,电站总装机容量 5850 MW,水库库容为 237.03×108m3,水库具有多年调节性能。

左岸开敞式溢洪道长 1445.183 m(渠首端至消力塘末端),宽 151.5m,由进水渠段、闸室控制段、泄槽段、挑流鼻坎段及出口消力塘段组成。溢洪道进水渠底板高程 775.0m,最大泄洪水头182m,最大泄流量为 37532m3/s,泄流 功率达66940 MW,泄槽最大流速为 52m/s。

1.2 设计技术要求

抗冲耐磨混凝土根据需要掺用聚丙烯纤维,其参考技术指标为:抗拉强度≥450 MPa,杨氏弹性模量≥3500 MPa,断裂伸长率≤25%,分散性能≥Ⅱ级,限裂等级不宜低于Ⅰ级;优化混凝土配合比,在保证混凝土强度及流动度条件下应尽量减少水泥用量,降低混凝土水化热;采取加冰或加制冷水拌和混凝土以降低混凝土出机口温度,并减少运输过程中的温度回升,控制混凝土浇筑温度不大于 19℃;对于底板混凝土,收仓后仓面及时覆盖等效热交换系数 β≤20.0 kJ/(m2·h·℃)的持水保温材料进行保水养护。混凝土过水面不允许有垂直升坎和跌坎,不允许存在蜂窝、麻面,不允许残留砂浆块和挂帘。溢洪道堰顶溢流面、泄槽及挑流鼻坎段过流面混凝土表面要求光滑,与施工图纸所示轮廓线的偏差不得大于 3mm/3 m。要求引水道进口段结构的混凝土表面光滑,与施工图纸所示轮廓线的偏差不得大于3mm/1.5m。

根据糯扎渡水电工程抗冲耐磨及温控混凝土技术咨询会咨询意见以及糯扎渡水电站抗冲耐磨混凝土施工技术专家咨询意见等相关会议精神,并经业主、监理、设计和施工各方多次论证后认为,溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土在正式施工之前进行相关工艺试验非常必要。

2 试验场地规划

2.1 选址原则

(1)所选场地应满足仿真试验的目的和要求;(2)地质条件应与溢洪道泄槽段相似,具有代表性;(3)试验场地开挖后的坡降与陡槽段设计坡降应一致,均为 23%;(4)与主体建筑物的施工干扰较小,不影响其它项目施工。根据以上原则,本次工艺试验场地选在溢洪道引渠段上游 5-2#道路边坡及平台上。场地布置如图 1所示。

2.2 试验场地规划

图1 工艺试验布置示意图

本次工艺试验规划场地长 ×宽为 63 m×33 m(长度为斜向长),共规划四块。第一块为泄槽陡槽段底板 +边墙,试验编号为Ⅰ号试验块,长 ×宽 ×高为 15 m×1m×1.0 m(+1.0 m),混凝土工程量为 46 m3;第二块同样为泄槽段陡段底板,试验编号为Ⅱ号试验块,长 ×宽 ×高为 30 m×15 m×1.0m,混凝土工程量为 461.75 m3;第三块为泄槽陡槽段底板,试验编号为Ⅲ号试验块,长 ×宽×高为 60 m×15 m×1.0 m,混凝土工程量为923.5 m3;第四块为泄槽陡槽段底板,试验编号为Ⅳ号试验块,长 ×宽 ×高为 15m×15m×1.0m,混凝土工程量为 225 m3。试验块除底板锚筋桩和铜止水以外均按设计提供的相关图纸进行;混凝土为 C18055W 8F100三级配混凝土,塌落度为5～7 cm;Ⅰ号试验块的钢筋按设计的底板与边墙整体浇筑的钢筋布置,Ⅱ号试验块、Ⅲ号试验块的钢筋布置按设计的底板钢筋在混凝土表面布置一层,Ⅳ号试验块在混凝土表面和基岩面各布置一层钢筋。仿真试验块施工顺序为Ⅱ号试验块→Ⅰ号试验块→Ⅲ号试验块→Ⅳ号试验块。

3 工艺试验的目的和内容

试验场地选择与设计相同坡比的新鲜岩石建基面,混凝土采用勘界河混凝土生产系统强制式拌和楼(两座 2×1.5 m3)生产;混凝土拌和原材料采用与溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土施工相同的材料(人工砂石料、水泥、煤灰和外加剂);采用10 t自卸汽车水平运输,以长臂反铲为主(其它机械辅助)的垂直运输设备配置;抗冲耐磨防空蚀混凝土仓内施工(平仓、振捣)设备与计划用于泄槽段抗冲耐磨防空蚀混凝土仓面施工的设备相同;过流面采用厢型滑模。

为寻求适合糯扎渡水电工程抗冲耐磨防空蚀混凝土施工方法和技术参数,并对施工中可能出现的特殊情况的处理方法进行探讨,在溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土正式施工前进行了抗冲耐磨防空蚀混凝土工艺试验。通过抗冲耐磨防空蚀混凝土工艺试验达到以下预期目的:验证抗冲耐磨防空蚀混凝土施工配合比及材料的适应性;验证了抗冲耐磨防空蚀混凝土的施工工艺和方法;探索了抗冲耐磨防空蚀混凝土温度和防裂的关系;验证了施工分层分块与防裂的关系;23%坡比滑模施工工艺;抗冲耐磨防空蚀混凝土平整度控制工艺;培训了施工队伍。

通过大量的信息资料收集、整理及调查分析,在借鉴国内外类似工程经验的基础上,初步拟定了下列工艺试验内容。

3.1 原材料试验

抗冲耐磨防空蚀混凝土原材料、施工配合比性能试验:分别对混凝土配制使用的水泥(PⅠ型硅酸盐水泥和中热水泥)、掺和料(粉煤灰不同掺量)、外加剂、砂石骨料等原材料性能进行检测;依照《水工混凝土试验规程》,在室内状态下进行抗冲耐磨防空蚀混凝土各项性能研究,提出溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土施工用配合比;将室内试验成果用于现场生产性工艺试验,进一步验证配合比的合理性和原材料的相互适应性。

3.2 混凝土拌制时间及投料顺序

拌制时间分别按照 60 s、90 s、120 s、120 s进行试验。投料顺序选择两种方式进行,第一组顺序为砂 +水(维纤维)→胶凝材料→骨料,第二组顺序为砂(维纤维)+小石 +水→胶凝材料→骨料。分别取罐前罐后砂浆进行均匀性试验,以最终确定抗冲耐磨防空蚀的拌和时间的投料顺序。

3.3 混凝土最佳塌落度和级配试验

选择两种混凝土塌落度进行试验,塌落度 3～5 cm每仓浇筑量不少于总量的 1/3,塌落度 5～7 cm每仓浇筑量不少于总量的 1/3;选择两种混凝土级配,三级配混凝土不少于单仓总量的 1/3,二级配混凝土不少于单仓总量的 1/3。

3.4 滑模配重及提升速度试验

滑模操作平台偏移调整控制:通过监测不同塌落度混凝土浇筑过程中滑膜的浮托情况、加减配重对滑模的影响,确定滑模施工的最小配重;滑升速度初拟为 50 cm/h、75 cm/h、100 cm/h、130 cm/h,对脱模后混凝土流态情况、收面的难易程度、收面的结果进行对比分析,以确定滑模的理想滑升速度;通过观察每个浇筑层操作平台偏移情况,确定操作平台,调整工艺措施。

3.5 温控措施、内外温度控制及温度监测试验

通过对通冷却水与不通冷却水、不同通水温度、不同通水时间状况下混凝土内部温度情况进行对比,最终确定溢洪道抗冲耐磨防空蚀混凝土施工通水冷却工艺的相关技术参数;在工艺试验中,通过对不同冷却水管布置方式(水管直径、单管长度、布置的间排距和绕行方式)所产生的通水冷却效果进行对比,以最终确定溢洪道底板施工冷却水管的布置方式。

3.6 混凝土分块试验及结构缝平整度控制

主要试验底板分块长度分别按 15 m、30m、60 m分块长度进行试验,通过内部埋设温度计所监测的混凝土内部温度情况、混凝土裂缝发展情况,结合抗冲耐磨防空蚀混凝土温度仿真计算的结果确定泄槽底板浇筑的分块长度;同时,对不同浇筑块间结构缝开展情况和块间不平整度,通过对浇筑工艺的不断改进,以控制块间不平整度满足设计要求的 3mm/3m,根据结构缝开展情况,为后期处理提供事实依据。

3.7 混凝土浇筑间歇期试验

通过监测混凝土内部温升规律,找出最大温差时段,从而确定最短浇筑间歇时间,为后期泄槽底板浇筑控制间隙时间提供依据。

3.8 混凝土表面平整度控制工艺试验

通过对真空吸水机可操作性和适用性、人工抹面与机械抹面的结果以及不同抹面时间的结果进行对比,主要对比混凝土表面平整度、光洁度以及抹面的可操作性,为泄槽底板混凝土浇筑提炼适当的抺面施工工艺。

3.9 混凝土养护试验

工艺试验混凝土 C18055W8F100抗冲耐磨防空蚀混凝土强度等级高,对混凝土的养护是非常关键的工艺环节。在工艺试验中,采用自然流水养护、混凝土表面覆盖土工布 +洒水养护、在混凝土表面涂养护剂养护、混凝土表面覆盖塑料薄膜+聚乙烯卷材、混凝土表面涂养护剂 +聚乙烯卷材等五种不同的养护措施,通过混凝土表层埋设的电子温度计的监测结果、混凝土表面的实际养护情况,最后确定泄槽底板的养护工艺。

抗冲耐磨防空蚀混凝土底板施工需要确定的工艺参数很多,有一些参数是需要在工艺试验中加以验证的。但是,工艺试验的的规模又不可能无限制的扩大,很多工艺试验都需要集中来做。为此,将工艺试验Ⅱ号块做了进一步的规划:试验块长 30.0m,宽 15.0 m,高 1.0 m。垂直水流方向分三块,自下而上分别为 1、2、3,顺水流方向分三个条带,从左向右分别为①、②、③,这样就将Ⅱ号试验块切分成 9小块。将仿真试验滑模不同的滑升速度(分别按每小时 0.75m、1.0m、1.5m)、混凝土的养护(流水养护、覆盖 +洒水养护、养护膜 +覆盖养护)、混凝土过流面施工工艺(人工直接抹面、收面机 +抛光机、真空吸盘 +人工压光抹面)、基础面的处理方式(铺砂浆、铺低一级配混凝土、直接铺三级配混凝土)以及通水冷却等各项工艺措施分别规划到各个块内。每一块的试验项目如表 1所示。

表1 试验项目表

4 结 语

糯扎渡水电站溢洪道工程规模巨大,不论是泄洪量、单宽流量、泄洪功率还是设计流速均位居世界前列;设计为掺聚丙烯纤维(掺量为 0.9 kg/m3)的 C18055W 8F100抗冲耐磨防空蚀混凝土;陡槽段掺气坎之间的最大距离为 130余 m,且混凝土厚度为 1.0m。溢洪道底板抗冲耐磨防空蚀混凝土为高强度、高弹模的薄壁结构,混凝土表面平整度、温控防裂以及基础处理是其重点控制内容,施工所涉足的工艺措施繁多且较为复杂,进行抗冲耐磨防空蚀混凝土施工工艺试验是检验拟采用的工艺措施是否科学合理、行之有效的手段。

抗冲耐磨防空蚀混凝土工艺试验规划是一个纲领性的技术文件,它使得我们的工艺试验有的放矢,通过后期的一系列工艺说明该工艺试验规划是科学、合理的,并且在试验过程中起到了很好的指导作用。