锦屏一级水电站高拱坝4.5 m升层混凝土施工试验研究

韦 宁

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 概述

锦屏一级水电站大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程1 885 m，建基面高程1 580 m，最大坝高305 m，是目前世界上最高的拱坝。大坝正常蓄水位高程1 880 m，死水位高程1 800 m，拱冠梁顶厚16 m，拱冠梁底厚 63 m，最大中心角93.12°，顶拱中心线弧长552.23 m，厚高比为0.207，弧高比为1.811。大坝设置25条横缝，分为26个坝段，横缝间距20～25 m，平均坝段宽度为22.6 m，施工不设纵缝。

该工程位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，地处高山峡谷，地质地形条件极其复杂。前期因地质条件原因使大坝基坑开挖进度滞后，导致大坝首仓混凝土开始浇筑时间比原计划滞后9个月，严重影响到2012年首台机组发电目标的实现。为实现发电目标，必须采取措施进一步提高混凝土浇筑速度，加快施工进度，赶回滞后的9个月工期。根据现场施工条件，经对施工总进度进行分析后认为，若仍采用3 m升层的浇筑方案，大坝混凝土施工进度将无法满足2012年发电的要求。为此，葛洲坝集团锦屏施工局率先提出并在右岸15#坝段进行了4.5 m升层混凝土浇筑生产性试验，通过采取一系列技术措施，解决了模板变形、混凝土温度控制等技术难题，总结出一套4.5 m升层混凝土快速施工方法，为锦屏一级水电站大坝全面采用4.5 m升层方案提供了科学依据，对其他工程大体积混凝土采用4.5 m升层施工亦具有重要借鉴意义。

2 混凝土浇筑施工

2.1 做好仓面设计和资源配置

4.5 m升层混凝土浇筑试验安排在15#坝段1 616～1 625 m高程(为后浇块)，共2个仓次，分别为15#－17和15#－18仓，单仓平均宽度约为24.45 m，顺水流方向长度约 58.95 m，最大浇筑面积1 397.8 m2，单仓混凝土方量达6 200 m3，均采用平铺法浇筑。如图1所示，每仓分4区共9个坯层(40+55 cm×2+50 cm×6)浇筑，坯层厚度控制在40～55 cm，上下坯层覆盖时间控制在4 h以内，要求入仓强度必须达到180 m/h以上。在仓内配置了“四平四振”平仓振捣设备，并在仓外四周布设了10台喷雾机用于仓内降温。

2.2 提高混凝土输送和浇筑速度

为充分提高缆机的吊运效率，将仓面根据4台缆机覆盖范围分为4个施工区域，开仓前在两边横缝上标示清楚。在每个施工区域内布置平仓机和振捣臂各1台，并在仓内设置下料标识进行定位。当吊罐距离仓面高度在1.5 m以内时，迅速下料，将下料时间控制在10 s内。除特殊情况外，缆机不行走大车。缆机在仓内卸料完毕，平仓机在10 s内及时进行平仓。同时，加强拌和系统管理，实现拌和楼等候混凝土运输车的要求，避免出现“车等楼”现象。

通过对混凝土浇筑各环节进行精细化管理，2个4.5 m升层试验仓的混凝土入仓强度分别为280.1 m3/h、249.5 m3/h，满足施工要求。

图1 仓面施工工艺流程图

2.3 缩短冷却水管铺设时间

按照设计要求，4.5 m升层混凝土内需铺设3层冷却水管，第1层布置在施工缝面上，其他两层分别布置在距施工缝面1.5 m、3 m的层面上，其中上面两层冷却水管必须在混凝土浇筑过程中铺设。冷却水管采用HDPE管，柔韧性好，能够根据布管要求快速铺设。在浇筑过程中，各区同一坯层覆盖时间长短不一，通过充分利用各区的覆盖时间差铺设冷却水管，保证浇筑不停歇，从根本上消除了冷却水管铺设对混凝土浇筑的影响。

3 模板变形控制

4.5 m升层混凝土浇筑采用悬臂式大模板，单套模板比3 m升层模板重量增加约70%;此外，4.5 m升层浇筑混凝土会对模板产生更大的侧压力，致使模板变形控制难度大大增加。为解决模板变形问题，保证大坝体形满足设计要求，采取了以下措施:

(1)优化模板设计方案。通过由加强型爬升锥、悬挂螺栓、预埋蛇形筋等组成的锚固系统固定模板，摒弃传统的拉条加固方式，减少模板附近的钢筋用量，降低模板周边混凝土的浇筑难度，减小混凝土振捣对模板的影响;采用双支点双轴杆的支撑方式增强模板刚度。

(2)加强模板变形监测。为获取混凝土浇筑时4.5 m升层模板的变形量，同时采用在14#、15#横缝上定点拉线和全站仪实时测量两种方式观测模板变形情况。实测结果为:15#－17仓大坝模板最大变形量为20 mm，位于第9坯层上游面模板距14#横缝6 m的位置，15#－18仓大坝模板最大变形量为6 mm，位于第9坯层上游面模板距14#横缝9 m的位置。混凝土浇筑完毕，对15#－17仓成型坝体上下游面18个测点进行了检测，体形偏差为－10～21 mm;对15#－18仓成型坝体上下游面15个测点进行了检测，体形偏差为－11～14 mm。观测成果表明，4.5 m升层悬臂大模板刚度和强度满足要求，结构安全可靠，大坝成型体形满足施工规范要求。

4 混凝土温度控制

4.1 温控标准

根据《锦屏一级水电站拱坝混凝土温度控制技术要求》(A版)，提出了4.5 m升层混凝土温控标准:混凝土允许最高温度为27℃，出机口温度为5℃ ～7℃，浇筑温度为5℃ ～11℃，层间间歇期按10～14 d控制。

4.2 混凝土配合比

15#坝段4.5 m升层试验每仓第1坯层采用C18035W14F250三级配富浆混凝土，第2～9坯层均采用C18035W14F250四级配混凝土，施工配合比见表1。

4.3 浇筑温度控制

15#坝段4.5 m升层混凝土浇筑在2010年5月底进行，此时已进入夏季施工，气温高，混凝土浇筑温度控制难度较大。为保证混凝土浇筑温度满足要求，采取了以下措施:

表1 15#坝段1 616～1 625 m高程4.5 m升层试验混凝土施工配合比

(1)严格控制混凝土出机口温度。大坝混凝土由布置在右岸1 885 m高程的2座2×7 m3拌和楼供应，通过采取骨料预冷、混凝土加冰等措施，将混凝土出机口温度控制在5℃ ～7℃范围内。实测15#－17和15#－18仓混凝土出机口平均温度分别为6.2 ℃、6.1 ℃，监测成果见表2、3。

(2)尽量减少混凝土浇筑过程中的温度回升。通过采取加快浇筑速度、缩短坯层覆盖时间、对坯层及时覆盖保温被、实时进行仓内喷雾等措施防止热量倒灌，有效地控制了浇筑时段的混凝土温度回升，浇筑平均温度分别为9.1℃、9.7℃，满足设计要求。15#－17和15#－18仓混凝土入仓温度和浇筑温度监测成果见表2、3。

4.4 混凝土通水冷却

表2 15#－17仓(1 616～1 620.5 m高程)出机口温度、入仓温度与浇筑温度监测表

表3 15#－18仓(1 620.5～1 625 m高程)出机口温度、入仓温度与浇筑温度监测表

大体积混凝土主要通过冷却水吸收水化热的方式降低坝体温度。根据设计要求，在每个4.5 m升层试验仓内按1.5 m×1.5 m(垂直间距×水平间距)布置3层HDPE冷却水管，其中主管内径为32.6 mm，外径为40 mm，支管内径为28 mm，外径为32 mm，单根支管长度不大于300 m。根据现场实际，采用1台制冷能力为360 m3/h的冷水机组进行通水冷却，通水冷却成果见表4。

表4 4.5 m升层试验混凝土控温阶段通水冷却成果统计表

表5 4.5 m升层仓与相似环境下3 m升层仓的入仓强度及浇筑温度对比表

通水冷却成果表明:在控温阶段，冷却通水进水温度控制在11℃ ～14.8℃之间，通水流量控制在1.67 ～2.23 m3/h之间。

4.5 混凝土内部温度监测

为准确详细地掌握4.5 m升层混凝土内部温度变化，在每仓混凝土内部埋设27支永久温度计(分3层埋设，层间隔为1.5 m，每层上中下游各3支)进行监测，典型测点温度变化见图2、3。监测成果表明:混凝土内部最高温度出现在第88～144 h，平均温升13.5 ℃，最大温升15.3 ℃，最高温度为24.6℃，小于设计允许的坝体最高温度，温控效果良好，说明冷却水管布置合理，采取的温控措施有效。相邻坝块的混凝土内部温度监测结果表明，4.5 m升层仓对相邻坝块的混凝土内部温度影响小。

4.6 同相似环境3 m升层仓的对比

17#－19、14#－21仓均为3 m 升层仓，15#－17、15#－18仓分别与这两仓在浇筑时间和气候环境上相似，故选择以上4仓进行对比分析。

(1)入仓强度及浇筑温度对比。

从表5可以看出，15#－17、15#－18两仓的入仓强度和浇筑温度合格率均比3 m升层仓高，说明通过精心组织施工，4.5 m升层可实现高强度入仓，对浇筑温度控制更有利。

图2 15#－17仓典型混凝土内部温度过程线

图3 15#－18仓典型混凝土内部温度过程线

(2)通水控制对比。

15#－17仓最高温度出现前平均通水流量为2.02 m3/h，15#－18仓最高温度出现前平均通水流量为2.05 m3/h;17#－19仓最高温度出现前平均通水流量为1.66 m3/h，14#－21仓最高温度出现前平均通水流量为1.88 m3/h。在控温阶段，4.5 m升层仓冷却水通水流量比3 m升层仓的通水流量提高约15%。

(3)内部温度发展情况对比。

从表6可以看出，4.5 m升层仓最高温度出现时间较3 m升层仓晚，升温幅度也较大;虽然4.5 m升层仓混凝土最高温度较3 m升层仓大，但是通过调整冷却通水温度和流量，仍可将最高温度控制在设计要求范围内。

表6 4.5 m升层仓与相似环境下3 m升层仓混凝土内部温度发展对比表

5 施工效率分析

采用4.5 m升层方案，能够减少备仓和浇筑次数，减少设备转仓次数和时间，提高施工效率。以17#坝段1 634～1 733 m高程为例，3 m升层施工周期为8 d，4.5 m升层施工周期为10 d;全部采用3 m升层方案需时264 d，全部采用4.5 m升层方案需时220 d，采用4.5 m升层方案，可以缩短工期44 d。分析结果表明，在高拱坝结构较为简单的部位全面采用4.5 m升层方案能够较大地提高施工效率。

6 结语

通过4.5 m升层混凝土浇筑生产性试验可以得出以下结论:(1)强化浇筑过程控制，进行精细化管理，能够大幅度提高混凝土入仓强度，缩短坯层覆盖时间，有利于混凝土内部温度控制;(2)采用4.5 m升层悬臂大模板，能够解决模板变形问题，满足大坝体形要求;(3)4.5 m升层仓的冷却通水流量比3 m升层仓提高约15%，可以将混凝土最高温度控制在设计范围以内;(4)4.5 m升层仓对相邻坝块的混凝土内部温度影响小;(5)将4.5 m升层的混凝土间歇期调整为8 d较为适宜。试验结果表明:在锦屏一级水电站高拱坝施工中采用4.5 m升层浇筑混凝土是可行的。