色拉龙工程坝体变态混凝土设计与施工的研究

邹仕华

(云南省能源投资集团有限公司，云南 昆明 650228)

常说变态混凝土，是在已经摊铺好的碾压混凝土料之中掺加合适比例的灰浆，再振捣密实的一种混凝土。通过加浆，使得干硬性的混凝土变为流体变态混凝土。在色拉龙工程坝体碾压混凝土施工过程中，变态混凝土出现在振动碾无法直接碾压到的局部区域，比如，坝体上下游防渗层、廊道周边、楼梯井、模板边缘、储门槽、坝体配筋处等区域。

碾压混凝土分层碾压厚度一般控制在0.3 m，变态混凝土的厚度与之相当，其宽度控制在0.3～0.5 m。当宽度太小时，无法有效控制加浆和振捣工艺；当宽度太大时，变态混凝土的施工量太大，影响坝体混凝土整体施工进度，也增加胶凝材料，不利于温控。[1]按照《水工碾压混凝土施工规范》(DL/T5112—2000)规定:变态混凝土所用灰浆由水泥和粉煤灰并掺用外加剂拌制而成,其水胶比宜不大于同种碾压混凝土的水胶比。通过试验，确定变态混凝土的加浆量。色拉龙工程坝体上下游防渗层，浇筑变态混凝土设计宽度为0.5 m，施工宽度严格遵循设计标准。[2]

1 色拉龙工程概况

色拉龙一级水电站(即色拉龙工程)位于老挝中部湄公河的二级支流色拉龙河上(属于色邦亨河的一级支流)，距最近的县城孟平要穿过43 km的原始森林，距最近的省会140 km，距首都万象568 km。

坝址多年平均流量90.6 m3/s，发电引水流量171 m3/s，总库容8.81亿m3，可调节库容2.84亿m3。以发电为主要开发目的，采用坝式开发，2×3.5万kW混流式机组，年发电量2.699亿kW·h，BOT年限30 a，建设期2.75 a，运营期27.25 a。枢纽工程由混凝土挡水坝、溢流坝、引水发电系统、发电厂房及开关站组成。坝长619 m，其中，左岸坝肩90 m，左岸挡水坝段(1#～9#)175 m，溢流坝段(10#～12#)71 m，导流底孔坝段(13#)19 m，进水口及厂房坝段(14#～15#)34 m，右岸挡水坝段(16#～23#)160 m，右岸坝肩70 m。

混凝土重力坝，坝顶高▽219.5 m，正常蓄水位▽215 m，弱风化的厚层砂岩作为建基面最低处▽152 m，最大坝高67.5 m，利用水头46 m，坝顶宽6 m。混凝土工程量53.43万m3，其中坝体碾压混凝土32.99万m3，变态混凝土3.47万m3。变态混凝土占坝体混凝土总量的10%。

2 坝体变态混凝土的设计分布

2.1 坝体混凝土分区

坝体内部混凝土采用C18015W4F50碾压混凝土。上游迎水面采用C18020W6F100(二)富胶碾压混凝土防渗，宽度为2.5 m。为进一步提高坝体防渗性能，上游迎水面表面即模板处采用同标号C18020W6F100(二)变态混凝土，宽度为0.5 m。基础垫层采用2 m厚的C9020W6F50常态混凝土。溢流面采用厚1.5 m的C40W6F100常态混凝土。导流底孔及进水口周边采用C25W6F100常态混凝土。

变态混凝土C18020W6F100(二)的强度等级为C20，龄期为180天，抗渗等级为W6，抗冻等级为F100，属于二级配(5～20 mm、20～40 mm、最大粒径40 mm)。而变态混凝土和碾压混凝土的级配有二级，也有三级，采用三级配时，粒径要求5～20 mm、20～40 mm、40～80 mm、最大粒径80 mm。大坝分区(见表1).

表1 大坝分区表

级配的选择，更多的时候为了满足经济指标和强度指标，按照试验数据进行合理配制。

2.2 坝体断面设计

2.2.1 两岸挡水坝段断面

左岸挡水坝段(1#～9#)共9 个坝段，其中之一为15 m，其余8个坝段长度均为20 m。坝顶▽219.50 m(下同)，坝顶宽度13.5 m，最低建基面▽157.00 m，最大坝高62.5 m，坝基最大宽度48.9 m。上游面▽175.00 m以上为铅直面，以下为1 ∶0.4向外倾斜的斜面，下游面折坡点▽208.00 m以上为铅直面，以下为1 ∶0.7向外倾斜的斜面。[3]

右岸挡水坝段(16#～23#)共8 个坝段，每个坝段长度均为20 m。16#坝段坝顶宽度15 m，17#～23#坝段坝顶宽度均为6 m，最低建基面▽160.00 m，最大坝高59.5 m，坝基最大宽度45.6 m。上游面▽175.00 m以上为铅直面，以下为1 ∶0.4向外倾斜的斜面，下游面折坡点▽208.00 m以上竖直，以下坡度为1 ∶0.7。挡水坝段坝体典型断面(见图1)。

图1 挡水坝段坝体典型断面

2.2.2 溢流坝段断面

溢流坝段(10#～12#)共3个坝段，各坝段长度分别为23 m 、25 m和23 m。最低建基面▽152.00 m ，最大坝高67.5 m，坝基底宽59 m，上游坝坡▽175.00 米以上为铅直面，以下为1 ∶0.4向外倾斜的斜坡。共布置4孔14 m×17 m的泄洪表孔，表孔堰顶▽198.00 m，堰面采用开敞式堰面曲线，顶部向上游悬出5.5 m，原点上游采用1/4椭圆曲线，原点下游接方程为Y=0.052 3X1.85冥曲线。堰面曲线与下游反弧段相接，反弧段半径25 m，采用挑流消能。闸墩长度36 m，闸墩厚度3 m，表孔溢流坝同时作为排污通道，参与水库排污。溢流坝段坝体典型断面(见图2)。

图2 溢流坝段坝体典型断面

2.2.3 导流底孔坝段断面

为满足施工导流需求，在进水口坝段与溢流坝段之间设置导流底孔坝段(13#)，坝顶宽13.5 m，坝高64.5 m，坝基宽度52.5 m，坝体迎水面铅直，下游坝坡1 ∶0.7，下游折坡点▽203.00 m。导流底孔布置于坝体内，孔口底▽160.00 m，孔口尺寸为5 m×5 m(宽×高)。导流底孔坝段坝体典型断面(见图3)。

2.2.4 进水口坝段断面

进水口坝段(14#、15#)共2个坝段，坝段长度均为17 m。最低建基面高程155.00 m，最大坝高64.5 m，坝基底宽52.3 m。上游坝坡▽171.25 m以上为铅直面，以下为1 ∶0.4向外倾斜的斜坡，下游面折坡点▽206.00 m以上竖直，以下坡度为1 ∶0.46。每个坝段前设厂房进水口，在满足进水口淹没深度和拦污栅布置的前提下，进水口底▽196.00 m，宽度为4.8 m。每个进水口设2道拦污栅、1道检修闸门、1道工作闸门。拦污栅、检修闸门、工作闸门孔口尺寸分别为2-5.5 m×10 m、1-4.8 m×4.8 m、1-4.8 m×4.8 m(数量-宽×高)。坝顶宽度为20米，布置两台双向门机，连动进水口闸门和拦污栅启闭。进水口延后衔接压力钢管，坝内埋设4.8m的钢管，钢管壁厚14～18 mm。进水口坝段典型断面(见图4)。

图3 导流底孔坝段坝体典型断面

3 变态混凝土的加浆量

3.1 浆液配制

(1)设计指标。变态混凝土作为坝体混凝土的重要组成部分,必须满足大坝对混凝土的技术要求。色拉龙工程坝顶以下1 m至建基面以上2 m之间，其迎水面和背水面均设有0.5 m的变态混凝土，上游面为C18020W6F100(二)的变态混凝土，其强度等级为C20，龄期为180 d，抗渗等级为0.6 MPa，抗冻等级为100次循环，为二个级配。下游面为C9015W4F50(三)的变态混凝土，其强度等级为C15，龄期为90天，抗渗等级为0.4 MPa，抗冻等级为50次循环，为三个级配。

建基面以上的2 m常态混凝土，虽然没有防渗作用，但通过灌浆廊道里1.5 m间隔的帷幕灌浆，减少常态混凝土区域和建基面以下岩体的渗流量，降低渗透压力，起到变态混凝土区域防渗的同种功效。

(2)所用材料。浆液所用胶材与坝体混凝土所用胶材相同。色拉龙工程水泥采用P.O.42.5水泥,其物理性能(见表2)。粉煤灰采用优质I级粉煤灰,其物理性能见表3。碾压混凝土C18015W4F50(三)的实际配合比(见表4)。在试验室中,按照配合比拌出碾压混凝土,并按照相同的水胶比配制出水泥煤灰净浆。

图4 进水口坝段典型断面

MPa

表3 粉煤灰性能指标

表4 碾压混凝土C18015W4F50(三)的实际配合比 kg/m3

注：减水剂掺量为0.9%,引气剂的掺量为0.015%。

3.2 确定变态混凝土的加浆量

室内模拟施工现场,确定变态混凝土的加浆量。先铺洒一定量的浆液,再铺上一定量的碾压混凝土,测试振捣时间和不同的加浆量对坍落度的影响。[4]变态混凝土加浆时，其坍落度须满足振捣要求，且振捣棒人工振实。

坝体上游迎水面防渗层采用变态混凝土C18020W6F100(二)，铺洒浆液,当1立方米混凝土加入的浆液量为147.23 kg时,变态混凝土的坍落度为40～60 mm/s,可以进行振捣施工。

1立方米碾压混凝土C18020W6F100(二)由93 kg的水泥、93 kg的粉煤灰、91 kg水、1.674 kg HZ-03型缓凝高性减水剂和HZ-10型引水剂组成,满足设计技术要求。这时掺浆量为8%,即当加入浆液与压实碾压混凝土的体积比为8%时,水胶比为0.49，水泥98.83 kg，水48.4 kg和HZ-03型缓凝高性减水剂0.889 kg，制成与碾压混凝土同等强度的变态混凝土C18020W6F100(二)，满足设计技术要求。

4 变态混凝土的加浆工艺

选择不同的加浆施工工艺对变态混凝土的施工速度和施工质量会产生较大的影响,因此选择经济、快速的施工工艺是变态混凝土施工的关键所在。

4.1 铺浆方法

变态混凝土施工过程中,事先试验两种方法:第一、沟槽二次铺浆法；第二、表面铺洒灰浆法。比较两者,前者灰浆铺洒均匀,且简捷、快速,易施工。

沟槽铺浆的具体方法:碾压混凝土每层摊铺厚度一般为34 cm左右，在摊铺好的面层上挖一个30 cm×30 cm(深×宽)的沟槽，并在沟槽内均匀铺洒配置好的适量灰浆，再回填约15 cm厚的碾压混凝土，然后，再铺洒适量灰浆，待浆液浸透后,进行振捣，直到混凝土密实。[5]

4.2 加浆量控制

变态混凝土的水泥用量远大于其相邻碾压混凝土的水泥用量,为此，实际过程中严格控制变态混凝土的加浆量,以此避免或减少两种混凝土中不同的水泥水化热产生的应力差引起坝体裂缝。[5]与此同时,控制合适的加浆量也是降低工程成本的有效手段。

在色拉龙工程大坝混凝土浇筑过程中,体积法加浆加长。测试沟槽的断面面积A和一定容器浆液的体积V,再依据加浆量的体积比(8%),计算得出一定容器浆液的加浆距离L

L=V/(A×8%)

尤其注意，分两次加浆,在计算沟槽的断面面积A时,留意沟槽深度。

加浆之后，振捣时间控制在3 min/m。施工完成后的一段时间内,拆模进行外观检验:变态混凝土外立面平整无麻面,未出现裂缝，外观美观。

5 变态混凝土的温控

5.1 温控标准

参考国内外已建工程的实践经验和有关规范，色拉龙工程混凝土允许浇筑温度及允许最高温度控制指标(见表5).

表5 混凝土允许浇筑温度及允许最高温度控制指标表 ℃

5.2 温控措施

5.2.1 通水冷却

在基础约束区、孔口坝段约束区的区域，冷却水管水平间距布设为1.5 m，垂直间距布设为1.8 m；在自由区的区域，冷却水管水平间距布设为1.5 m，垂直间距布设为3.6 m，单根冷却水管蛇形支管的长度一般小于300 m。

采用通天然河水通入冷却水管冷却混凝土，冷却水流量控制在1.2～1.5 m3/h，通水时间控制在21～28 d；降温阶段，控制最大日降温速率≤1 ℃/d，通水温度与混凝土温度温差≤20 ℃，每24 h调换一次通水方向。

5.2.2 混凝土养护

(1)混凝土采用湿养护法进行养护，养护时间不小于28 d，养护自混凝土终凝后开始，养护应全面且不间断地进行。

(2)混凝土养护可采用人工洒水、旋喷洒水、表面流水、蓄水、花管喷淋流水、覆盖保水材料等方式，承包人可根据不同部位选择最合适的方式，报监理人批准。

(3)新浇混凝土终凝后，进行流水养护，流水养护时间至少到混凝土最高温度出现1～2 d后，可换成其他湿养护方式，直至上一层混凝土施工。

(4)混凝土各立面挂多孔水管，由上至下进行喷淋流水养护。

5.2.3 表面保护

(1)夏季混凝土施工，仓面一个碾压升程(约0.3 m)碾压完毕在上一层覆盖前，每天高温时段采用覆盖保温被或导热系数≤0.044 w/m·度、厚3 cm的聚乙烯卷材，直至上一个碾压升程混凝土开始铺料逐步揭开，以减少混凝土的温度倒灌。

(2)气温骤降期间应在混凝土上表面及暴露的侧面覆盖导热系数≤0.044 w/m·度、厚度为3厘米的聚乙烯卷材进行保温，保温材料应密贴混凝土表面，气温骤降结束后揭开保温材料，继续进行湿养护。

(3)固结灌浆形成的长间歇混凝土上表面，应持续流水保湿养护直到灌浆全部结束。灌浆先完成部位继续保湿养护，高温时段采取导热系数≤0.044 w/m·度、厚度不小于3 cm厚的聚乙烯卷材覆盖压紧，防止太阳曝晒。

6 结 语

色拉龙工程的坝体变态混凝土的施工工艺可以进行行业推广:

(1)当加浆量控制在体积比为8%(相当于质量比为45%)时,变态混凝土的各项指标完全满足技术要求。

(2)变态混凝土的施工宽度(背离模板距离)还可以适度调整，迎水面模板至坝轴线，宜采用0.4 m。

(3)采用沟槽二次铺浆法能够简化施工工艺,也能够加快施工进度。

(4)合理的加浆量与有效的温控措施，是保障变态混凝土施工质量的关键。

(5)合理的技术指标促进变态混凝土的经济指标进一步优化，进而促进建设投资可控在控。