碾压混凝土快速施工技术

欧晓东陈雄祝熙男付震南

(1.贵州乌江水电开发有限责任公司沙沱电站建设公司,贵州沿河 565300;2.武警水电第一总队三支队,贵州沿河 565300)

碾压混凝土快速施工技术

欧晓东1陈雄2祝熙男1付震南1

(1.贵州乌江水电开发有限责任公司沙沱电站建设公司,贵州沿河 565300;2.武警水电第一总队三支队,贵州沿河 565300)

碾压混凝土施工广泛应用于各类大、中型电站大坝主体工程中,在国内外众多水电工程中已取得了较为成熟的经验。本文针对沙沱电站13#坝段预留缺口承担三期导流任务的特殊性,对施工工艺大胆尝试,重点阐述了如何在保证碾压混凝土施工质量的前提下,实现模板连续性稳定提升,实现高强度碾压混凝土入仓,实现仓号连续备仓和浇筑,达到了快速施工效果,以满足特殊施工进度要求的需要。

沙沱电站 碾压混凝土 连续上升 快速施工

1 基本概况

沙沱电站13#坝段即升船机坝段位于大坝中右部,左侧为9-12#溢流坝段,右侧为13-16#挡水坝段。在电站前期左岸明渠导流时,对13#坝段基岩面进行开挖和基坑施工,浇筑至293.0m高程时,成了一个长48.50m大缺口,在电站建设中、后期与大坝预留导流底孔联合完成导流任务,到大坝主体工程施工完成后,才实施封堵。

13#坝段在328.0m高程布置一层交通廊道,其中纵向廊道一条,横向廊道一条,350.5m高程为过坝渠道底板,宽度为12.0m。350.5m高程以上坝体在分左、右坝段:左坝段宽度为23.0m,坝顶设计高程371.0m,检修门库布置在左坝段,门库底板高程353.0m;右坝段宽度为25.5m,坝顶设计高程376.6m。过坝渠道左侧为宽3m的左边墙,在353.5m～367.0m高程布置3排系船柱,坝纵0+033.000桩号上游侧混凝土与13#左坝段同时施工,以满足电站蓄水时挡水需要,坝纵0+033.000桩号下游侧混凝土等13#坝段主体混凝土浇筑完成后进行施工;右侧为宽10.5m的右边墙。13#坝段封堵混凝土工程为16.67万m3,其中C15Ⅲ级配碾压混凝土15.97万m3,常态混凝土0.7万m3。

2 连续快速施工必要性分析

由于沙沱水电站工程采用河床分期导流方式导流:前期利用礁滩作纵向围堰,选用左岸明渠导流的方式,中、后期则采用在坝体上预留导流底孔配合13#坝段缺口导流,而在主汛期,洪水仅仅依靠坝体导流底孔下泄已满足不了导流的需要,须由导流底孔及13#坝段缺口联合泄洪才能满足要求。因此13#坝段预留缺口在做出封堵决定前须慎之又慎。一旦实施封堵,意味着其在主汛期承担联合导流任务终止,也意味着在主汛期前要完成13#坝段所有土建、金属结构安装工程,具备导流底孔下闸,电站蓄水条件,这是没有任何退步的。否则在主汛期洪水一旦来临,导流底孔无法单独满足泄流任务,那么电站将面临着灭顶之灾,下游人民随时将可能面临着巨大洪涝灾害。

根据水文资料显示,沙沱电站主汛期在每年的5月初至11月底,根据可控的施工进度分析来看,假如13#坝段缺口在11月初开始实施基础面处理,到即定的第二年4月20日下闸蓄水,总工期只有短短的6个月不到的时间,而在下闸前,需留有1个月以上的时间对电站进行全面的检查和最终的消缺、验收等工作,留给缺口封堵真正的工期不足5个月,因此封堵施工任务十分繁重,形势严峻,把13#坝段缺口封堵施工比做一场决战也不为过分。以常规的施工方式来完成13#坝段缺口碾压混凝土施工,已远远满足不了工期要求,需对施工工艺进行大胆创新,改变新思路,才能在短期内完成如此巨大的工程量,才能确保电站按期下闸蓄水,确保电站和下游库区的安全。

3 连续快速施工条件和范围

碾压混凝土快速施工采取仓号连续上升技术,即通过各种施工工艺措施将常规的“备仓—浇筑—备仓”改变为备仓和浇筑同时进行,这样备仓所用的时间不占直线工期,从而将有效工期延长。混凝土仓号要实现连续上升需有一定的施工条件,首先是仓号设计结构简单划一;其次是混凝土仓号须有足够大的面积,除保证在仓面上能布置所有碾压混凝土施工设备,如平摊机、振动碾等外,又要保证已浇筑好的部位下层碾压混凝土已初凝,预埋的模板锚筋能受力牢固,达到模板向上提升安装要求;第三还得具备有一定生产能力的能产出合格的混凝土拌制设备,并配备有满足强度需要的混凝土入仓手段。

综合考虑13#坝段坝体结构、碾压混凝土施工强度等多种因素,将13#坝段碾压混凝土施工分为三个碾压区:过坝渠道底板350.5m高程以下碾压混凝土为第一碾压区,350.5m高程以上过坝渠道左侧为第二碾压区,右侧为第三碾压区。第二、三碾压区仓面狭小,不具备连续上升抢工条件;在第一碾压区328.0m～311m高程布置一层交通廊道,仓号设计结构复杂,也不具备连续上升条件;在349～350.5m高程为过坝渠道底板段,布置有钢筋,采用常态混凝浇筑,同样也无法实现快速上升。以上部位施工只能按常规的先备仓后浇筑的施工顺序实施,很难在这些工作面上取得大的工期突破。因此在293m-349m高程部位碾压混凝土施工中,随着坝体高程不同,采用的入仓道路不同,分3次完整的连续上升实现快速施工。这3次部位高程范围分别为:293m-310m高程、310m-328m高程、331m-349m高程。在连续上升过程中,碾压混凝土分层碾压厚度为30cm左右,可连续碾压5层～10层,短暂间歇后再碾压上升,这样一方面保证加固模板用的锚筋周边混凝土能凝固到一定的强度值,确保模板在连续提升中加固的安全可靠,另一方面也为模板在浇筑的同时提供足够的提升时间。

4 快速施工中的模板技术

如何保证模板在碾压混凝土连续浇筑过程中安全可靠地实现连续提升,是混凝土连续快速施工的关键,为了达到这个要求,对模板选型、提升技术及模板加固提出了更高更严的要求。

4.1 模板的选型

在混凝土施工中,为了得到要求的建筑物结构形状、或需限制混凝土流动的任何地方,都需设置模板。在模板选型上首先是模板得有足够稳定性、强度和刚度、密封性,以满足承受荷载、不变形走样、不爆模和漏浆等要求,保证混凝土的结构尺寸、形状和相互位置符合设计规定;二是要便于安装和拆卸结构,减轻工人劳动强度,简化模板施工工艺;三是尽量采取模块化的组合模板,提高模板的通用性和周转次数,以降低施工难度和施工成本。为了适应高强度的碾压混凝土施工需要,采用大型连续翻升模板。该模板将组合钢模板（面板厚5mm)通过桁架式背架连接组装,形成外形尺寸为3m× 3.0m（长×高)的可进行交替上升的翻转模板。模板结构由面板系统、主梁桁架系统、调节系统、操作平台及拉模杆五部分组成,全部采用钢结构制作。单套模板设计总重约1750kg,模板用锚筋和套筒与拉模杆连接固定。

4.2 模板安装拆除及连续上升技术

模板运输至施工现场后,用仓面8 t吊车配合安装。起始仓（293m～300m高程仓号)模板通过模板外侧地锚支撑桩加固,模板内侧用锚筋和套筒与拉模杆连接固定,同时预埋好下一层模板使用时的定位锥套筒,模板安装调整完毕且经检查验收合格后即进行混凝土浇筑。在下一层模板安装时,利用已浇的未拆除的第一层模板稳定性,在其顶部用连接螺栓将两层模板进行连接,在两模板后背方桁架系统间连接调节丝杆,通过调节丝杆调整模板至符合要求后,在第二层模板内侧通过焊接拉模杆将预埋锚筋和定位锥套筒固定连接,同时预埋好下一层模板使用时的定位锥套筒,调整完毕且经检查验收合格后进行混凝土浇筑。用第二层模板安装同样的方法完成第三层模板的安装,三层模板实现连续翻转提升。模板安装时,测量人员随时用仪器检查校正,内倾量控制在3～6mm时较为适宜。当在混凝土强度达到3.5MPa以上,能保证表面及棱角不因拆模而损坏时,对侧面模板进行拆除。拆除时用仓面吊通过平衡梁吊紧模板,由人工站在模板后方的工作平台上松开模板后背方桁架系统间连接调节丝杆,松开固定模板间连接螺栓,拧出定位锥,待模板脱离混凝土面后,起吊模板往上层继续安装,如此不断循环。

在连续上升快速施工中,安装调整好后的模板须通过预先埋在混凝土内的锚筋进行牢固连接,保证不发生模板变形、跑模、爆模等影响混凝土浇筑质量的现象,不发生模板垮塌等重大安全事故。上层模板以下层已浇的未拆除的模板为基础,通过螺栓及模板后背方调节丝杆连接加固,模板上侧通过焊接拉模杆将预埋在仓内的锚筋和定位锥套筒固定连接,随着仓号浇筑,拉模杆浇入混凝土中,不断增加了拉固模板的效果,实现模板的牢固稳定。因不断连续上升,已浇筑的混凝土强度并未完成达到规定的强度值,直接在仓内预埋锚筋无法达到完全牢固的效果,当用这样的锚筋来加固模板时,可靠度较低。为了确保锚筋加固模板的效果,采用预制锚筋墩的方法来实现,即事先在场外预制小型的、人工可搬动的混凝土块,在混凝土块中浇入两根一头带有弯钩（弯钩端在混凝土内)的∮16钢筋,等混凝土块强度达到规定值后打好毛面,运至仓内。在将进行模板安装的碾压混凝土层的上一层,把混凝土块埋入其中,露出钢筋作为锚筋使用,通过预制墩在混凝土内的受力效果,解决了锚筋加固模板的牢固问题。

5 碾压混凝土快速施工入仓手段

碾压混凝土入仓手段常见有:自卸车直接入仓、满管溜槽或溜管入仓、皮带机系统入仓等,从入仓强度来讲,以上最有效、强度最大的入仓手段是采用自卸车直接入仓,这种入仓方法直接、简单、方便,省去了中间的任何过程,简化了工序,同时混凝土毋须经过第二道入仓环节直接进入仓内,质量得到了充分保证。但直接入仓手段需具备有一定的地势地形条件,能够保证通过填渣方式修通道路,车辆能够直接运输混凝土到仓内。13#坝段缺口碾压混凝土快速施工过程中,利用电站建设期右岸布置的4#、6#两条公路为主运输通道,通过坝前修筑平台来实现碾压混凝土3次完整的连续上升。

5.1 入仓强度分析

13#坝段293m-349m高程碾压混凝土随着仓号高程不同,仓号面积逐渐减小,其中最大面积为2863.0m2,最小面积为2278.0m2。碾压混凝土利用汽车直接入仓,采用平层铺筑,碾压层厚30cm,按6小时覆盖（混凝土初凝最小时间),需最大入仓强度为144m3/h。从混凝土生产能力上看,左岸混凝土生产系统配置有一座2×6m3强制式拌和楼和一座作为备用的2×4m3强制式拌和楼。2×4m3拌和楼生产能力为常态及碾压混凝土280m3/h,2×6m3拌和楼生产能力为常态及碾压混凝土360m3/h,拌和楼强度满足需要;从混凝土运输能力上看,自拌和楼至仓面最远运距为1.81km,坝区自卸汽车速度取15km/h,汽车在拌和楼等料时间取6min,仓内倒料、错车时间取8min,综合考虑上述因素,自卸汽车每小时可运输混凝土2.8车,每车装料9m3,其运输强度为25.2m3/h,共需20T自卸汽车5～8台。考虑到维修和备用,共需配备10台20T自卸汽车就能满足混凝土运输强度要求。

5.2 293m～349m高程混凝土入仓

在293m～310m高程仓号开仓前,在坝前293m高程平台修出三道台阶式道路,低台阶顶高程为296m,中间台阶顶高程为302m高程,高台阶顶高程为308m高程。先通过填筑将低台阶道路连接于6#公路,作为首次入仓通道,随着混凝土仓号的浇筑同时,中间台阶道路进行填筑,使其也连接于6#公路,仓号浇筑到299m高程后,低高程道路弃用,启用中间台阶入仓通道,同时进行高台阶道路填筑也使其连接于6#公路,待仓号浇筑至305m高程时,启用高台阶入仓通道,直至浇筑到310高程,实现293～310高程混凝土的直接入仓。

310m～328m高程的混凝土入仓是利用右岸坝前325马道修筑道路连接于4#公路,坝前进仓段道路利用坝前空腔体位置顺马道方向在外侧浇筑一堵底宽为3m,顶宽为2m,高为18m的混凝土挡墙。挡墙形成后,在挡墙内侧回填石渣至325m高程,形成入仓道路。混凝土入仓时,因310m～325m高程差较大,在挡墙325m高程安装一个喇叭形自卸车转料溜槽,通过仓面上的自卸车转接仓外经溜槽溜下来的混凝土实现入仓。仓号浇筑至322m高程后,仓内自卸车无法实现由溜槽转接混凝土,采用填筑修路直接入仓,从而实现310m～328m高程入仓。

6 快速施工中的混凝土质量控制

随着碾压混凝土在水电站中的应用,其施工工艺及质量保证措施已取得了重大的突破和成功。过程中配齐配够合格的仓面指挥人员、质检员、实验员等,按规范要求进行卸料、平仓、碾压、振捣、切缝等工序,按设计要求铺设冷却水管,通水冷却,并做好混凝土养护工作。

（1)层间处理:在293m高程因混凝土停顿时间较长,老混凝土层面层间结合处理应到位,防止层间结合影响混凝土浇筑质量。层面须全部进行人工凿毛,凿毛后面积较大的仓号使用冲毛机冲毛,面积较小的仓号或钢筋较密集部位及边角部位采用人工手钎或风镐凿毛,人工清理。在混凝土浇筑前,人工清除石碴和积水,在混凝土面上先均匀铺设2cm～3cm的水泥砂浆,以保证所浇混凝土层面良好结合。

(2)止、排水系统施工:止水系统铜片至迎水面部位的横缝采用预埋沥青板成缝,沥青板采用钢筋三角架固定,随着混凝土面上升预埋沥青板也跟随上升。止水铜片四周采用变态混凝土施工,在浇筑中,止水铜片由专人负责看守,以确保止水铜片的位置准确,止水铜片周边的变态混凝土须振捣密实,结合良好。排水系统按要求安装好排水塑料盲管,浇筑过程进行保护,防止堵塞。

(3)变态混凝土施工:大坝上游面50cm范围内是大坝的止水面（防渗区),是大坝混凝土质量控制的关键。在变态混凝土施工过程中,按配料计量准确配制水泥灰浆,搅拌均匀后对变态区洒铺约2mm后对变态区进行振捣密实,确保变态区的止水性。为了防止对大坝防渗区的破坏,在入仓过程中采用了钢跳板跨过变态区,防止入仓车辆通行时对防渗区产生拢动而破坏了防渗区。

(4)洗车平台设置:由于快速施工全过程采用自卸车直接入仓,因此在每次入仓前须安设好洗车平台,对入仓车辆及入仓设备进行冲洗。洗车平台一般安设在距离仓号约50m处,洗车平台至仓面路段铺放厚约为10cm碎石对洗过的车辆设备进行脱水处理,避免了水份、渣物等随车带入仓内而产生不良的质量影响。

(5)温度控制:13#坝段主要在低温季节施工,高温施工质量措施可避免,执行低温混凝土施工措施。因入仓温度低,部分混凝土未达到设计龄期,抗拉强度较低,混凝土内部温度较高,下闸蓄水后库

水温较低而产生过大的“冷击”作用,需采取温控措施控制坝体内部最高温度,降低内、外温差。根据设计要求,坝体上游面335m高程以下内、外温差按15°C控制,以上及下游面按20°C控制。为降低内、外温差,通过在坝体埋设冷却水管通水冷却,降低坝体内的最高温度,以满足蓄水后的温差梯度要求。同时在施工过程中进行仓面的喷雾及保湿养护工作。

7 施工效果分析

通过碾压混凝土连续快速施工工艺,实现了碾压混凝土施工第一次自293m高程连续上升至310m高程,浇筑混凝土35920m3,历时13天;第二次自310m高程连续上升至328m高程,完成混凝土45930m3方,历时15天;第三次自331m高程连续上升至349m高程,完成混凝土43720m3方,历时14天。整个13#坝段大面积碾压混凝土施工仅仅用了不到两个月的时间,为接下来的其它土建及金属结构安装工程赢得了充分的施工时间。通过快速施工措施,顺利实现沙沱电站4月20日按期下闸蓄水目标,创造了碾压混凝土施工的新突破,为类似工程提供了成功的借鉴经验。

欧晓东(1988—),男,陕西省西乡县人,助理工程师,主要从事水电工程建设管理工作;陈雄(1976—),男,福建省平潭县人,工程师,主要从事现场施工管理和技术工作。