冲乎尔水电站大坝碾压混凝土施工技术

关键词  冲乎尔水电站  大坝  碾压混凝土  施工

1  工程概况

1.1  工程简介

　　冲乎尔水电站工程在系统中的作用是向阿勒泰电网供电。水库总库容0.8亿m³，调节库容0.48亿m³，坝顶高程EL756m，正常蓄水位755.0m，死水位738.0m，电站总装机容量110MW，最大坝高74m，坝顶宽度8m，坝顶长度545m，混凝土总方量48万m³，属中型Ⅲ等工程。

　　挡水建筑物为碾压混凝土重力坝，坝体从左向右共分为29个坝段，表孔坝段、底孔坝段布置在河床段。坝0+86.9～0+147.9m为发电引水坝段，坝0+187.9～0+202.9m为溢流表孔坝段，坝0+255.5～0+278.5m为泄洪底孔坝段，其余均为挡水坝段。坝体结构设计上充分考虑了碾压混凝土的施工特点，最大限度发挥碾压混凝土快速连续上升的优势，坝段分缝，仓面面积设计较为合理，为碾压混凝土高强度浇筑提供了良好的施工条件。

1.2  坝区气候特征

　　冲乎尔工程所在地为典型的温寒带气候，干燥少雨，春秋季短，冬夏季长。夏季较凉爽，冬季多严寒，气温年温差悬殊，日温差明显，多年平均气温2.6℃，最高气温36.6℃，最低气温-45℃，多年平均河水温度11.2℃，多年平均年降水量273.7mm，多年平均年蒸发量1818.9mm。

1.3  施工特点

　　冲乎尔水电站工程的主要特点：

　　1）日、年温差大，温控工作难度大；

　　2）一年中有效施工期短，每年从11月至第二年3月的月平均气温均低于0℃，不宜进行混凝土施工。混凝土浇筑高峰集中，施工强度高；

　　3）结构布置紧凑，现场布置困难；

　　4）近年来新疆地区基础设施建设、水电开发过快，建筑市场小，材料需求量大，供求矛盾突出。

　　冲乎尔水电站作为新疆高寒地区规模较大的电站之一，遵循以上施工特点，及时有效解决施工中存在的问题，是保证工程建设顺利进行的关键。

2  系统布置

2.1  骨料加工系统

　　根据混凝土浇筑强度要求和现场实际情况，在大坝上、下游约1.0km处各布置两套骨料加工系统，其中布置在上游的C3-2加工系统，设计毛料处理能力为400t/h，月生产合格骨料6.0万m³，布置在大坝下游的C2加工系统，设计毛料处理能力600t/h，月生产合格骨料7.0万m³，两料场均采用天然的卵砾石破碎、筛分，卵砾石成分以花岗岩、变质砂岩、石英片岩为主。粒径＞150mm蛮石含量占8%，粒径150～5mm砾石含量占78%，粒径＜5mm砂的含量占14%。其中，在生产过程中，天然砂跟人工砂分开生产堆存，在拌合楼通过一定的比例混合。作为砼生产骨料，质量满足规范和设计要求。[Page]

2.2  混凝土拌和系统

　　根据施工总进度计划、最大仓面面积和初步确定的混凝土初凝时间，确定碾压混凝土最高峰浇筑强度为10万m³/月，拌和楼选用了广州多维产的2座DW240S连续式推进式拌和系统，其单机设计生产能力为240m³/h，两套系统实际总生产能力大于300m³/h，分别布置在骨料加工系统附近，与骨料加工系统共用料仓，整个系统的操作采用全电脑控制，操作简单，称量准确，生产能力、混凝土拌和物的质量通过现场试验、检测，满足施工规范及设计要求。

3  现场碾压混凝土工艺试验

　　冲乎尔大坝碾压混凝土在施工前进行了现场工艺试验，以验证设计配合比、施工工艺流程，施工系统及资源配置的适应性，以确定系统的实际生产能力、拌合时间、混凝土运输能力、Vc值的损失情况，进一步确定施工工艺及参数，为主体工程碾压混凝土施工提供较为合理的碾压参数，为工程设计施工提供依据。

3.1  试验场地布置

　　试验块选在泄洪底孔坝段出口引渠段(EL694～698)基础，试验块的尺寸40m×20m（长×宽），面积800m²，混凝土方量3200m³.

3.2　　试验目的

　　1）验证确定合适的碾压砼配合比；

　　2）熟悉掌握碾压砼施工所用的机械及设备，包括：碾压及检测等设备；

　　3）确定碾压砼的施工工艺及参数，包括：拌和、运输、摊铺厚度、碾压遍数、层面处理、变态混凝土施工等；

　　4）确定碾压砼合理的出机口Vc值及仓面Vc值；

　　5）测定：气温、Vc值、碾压砼的温度、压实后混凝土容重、密实度、机口取样成型、施工现场的取样，试件的强度等。

3.3  工艺试验配合比

　　本次工艺试验所用配合比是在室内设计配合比的基础上，经专家论证和施工现场试验室试拌后推荐的配合比，配合比详见表1。

表1  工艺试验所用配合比

　　注：水泥采用新疆伊力特P·O32.5级水泥。

　　粉煤灰采用克拉玛依二电生产的Ⅱ级粉煤灰。

　　外加剂选用新疆天山精细化建材有限公司生产的FDN缓凝型高效减水剂和AER引气剂。

3.4  碾压机械配置

表2  仓内主要施工机械设备配置

3.5  平仓厚度及碾压层厚度

　　根据碾压混凝土施工规范及其它项目碾压混凝土施工的实践经验，拟定压实厚度为30cm，铺层厚度为34～36cm。[Page]

3.6  拌和物出机口Vc值、含气量。

　　拌合物出机口Vc控制范围在2～5s之间，含气量3～4%。

3.7  碾压遍数与压实容重

　　碾压采用2-8-2形式，即碾压时无振碾压2遍，有振碾压8遍，再无振碾压2遍，碾压方向平行于坝轴线方向，边角部位，采用手扶式振动碾碾压16～24遍，压实容重不小于2.40，压实度不小于98%，在此要求的范围内选择最佳碾压遍数。

４　碾压混凝土施工

4.1　施工前的准备

　　碾压混凝土施工前的准备工作充分与否，是决定碾压施工是否能够连续顺利进行的关键，施工前对设备的维护保养、原材料的储备、对施工人员的技术交底、施工过程中的技术服务与保证都要做到心中有数，对水泥、煤灰、骨料等原材料应进行落实，不打无准备之战，这些都为碾压过程中连续施工打下了基础。

4.2　混凝土入仓前仓内准备

　　1）碾压施工前检查仓内满足施工所需要的设备、器具、材料、人员等是否到位，是否处于正常状况；

　　2）仓内对混凝土料的分区、标号、高程、碾压层高以及埋件位置等用红漆标注清楚，便于仓内人员操作；

　　3）仓面进行充分湿润，以保证新老混凝土或混凝土与岩石等结合良好；

　　4）开仓前仓面总指挥对操作人员进行详细布置、交底、作到分工合理、协调到位；

　　5）需铺筑砂浆的部位应提前要料，均匀铺筑。

4.3  混凝土水平运输

　　1）碾压混凝土水平运输主要采用10～15t自卸汽车，每车6～8m³。

　　2）每次拉运碾压混凝土前，运输车辆要进行清洗，防止车厢内杂物进入混凝土料内。

　　3）在拌合站下接料时，汽车采用两点法接料，即第一次接拉运量的1/2左右混凝土(3m³)，然后汽车作适量的前后移动，再第二次接完其余的混凝土料。这样混凝土料在车厢内不致于堆积过高，造成严重的骨料分离。

　　4）汽车直接入仓时，应对各车辆进行序号标志，以便仓内指挥。

　　5）路面经常派人维护并洒水，避免坑洼不平，力求使汽车行驶过程中平稳，运输过程中不许急刹车、急启动，避免混凝土料在运输过程中产生分离。

4.4　车轮冲洗、脱水及入仓

　　1）冲洗站设置：冲洗站一般设置在距离浇筑仓号30～40m的位置，要求场地宽阔，不妨碍运输车辆行驶，并设有排水沟，冲洗废水集中收集、处理后排放、轮胎冲洗采用活动的手持高压水枪冲洗，由2名工人各持一把水枪在车辆两侧进行冲洗。

　　2）脱水路面设置：脱水路面由干净的碎石碴铺成，从冲洗站一直铺至仓号边缘。一般要求脱水路面长度不小于30m。

　　3）入仓口设置封堵：汽车入仓口宽度约为6m，入仓口处不安装模板，斜坡碾压，连续碾压三层后进行封堵，封堵采用预制混凝土挡块，挡块单块高度90cm，临碾压面应刷脱模剂，碾压完成后及时拆除。入仓口应尽量选择在坝缝处或二期混凝土施工部位。

4.5　铺浆

　　对碾压混凝土的两个层面进行铺浆：一是新老混凝土面结合及混凝土与岩石面结合时，层面铺一层10～15mm厚水泥砂浆。在进行这道工序时，将卸在仓内的砂浆按碾压混凝土铺筑条带方向用专用铺浆耙子铺设均匀，铺浆范围与下料范围协调一致，避免砂浆长时间暴露，水份散发后干硬；二是在坝前3～4m范围内，为保证防渗效果，在混凝土层间铺设1～1.5mm厚水泥粉煤灰净浆，灰浆与变态混凝土所用灰浆相同。在进行这道铺浆工序时，用特制量桶提浆，洒铺在需要部位，并用铺浆耙铺均匀，铺浆范围也要与下料范围协调一致，避免浆液干硬。

4.6　卸料、平仓[Page]

　　卸料采取先直接卸料，后间接卸料的方式，即：

　　开盘浇筑或新的一层碾压混凝土开始时，最初几车混凝土料直接卸在层面上，但要距模板1～1.5m以上。最初几车料卸好后，按计划条带摊铺好。后续的来料要卸在平仓好的混凝土面上，主要目的是防止骨料分离，因为一般骨料分离均集中于料堆底部。卸在平仓好的混凝土面上，再进行一次摊铺，可以有效地处理骨料分离，不致于造成层面结合不好的隐患。

4.7　平仓

　　1）推土机站在已摊铺好的混凝土面上，将间接卸料摊平，并持续按间接下料的方式进行完本层混凝土的摊铺平仓；

　　2）在模板、埋件、钢筋等附近卸料时，料堆距其最小距离不能小于1～1.5m，然后在这些部位采用人工铺料的方式进行摊铺，否则，可能会将骨料分离集中在这些部位，造成工程隐患；

　　3）卸料和平仓的方向，均按平行坝轴线方向进行，条带宽度控制在5m左右；

　　4）卸料和平仓时，必须按仓号内料的分区、标号、级配等不同要求分别施工于不同部位；

　　5）碾压层厚度按0.36m控制，一次摊铺到要求厚度，平仓后应表面平整、厚度均匀；

　　6）平仓时注意模板、埋件、岸坡固结及接触灌浆系统、止水等。

4.8　碾压

　　1）碾压设备：BW202AD－2型双钢轮振动碾1台，YJ－18型胶轮振动碾1台，小振动碾2台。

　　2)碾压原则：

　　a.首选BW202AD－2型双钢轮振动碾碾压，YJ－18型胶轮振动碾辅助或备用，尽可能不用小振动碾；b.能用大振动碾碾压的部位不得用小振动碾碾压；c.变态混凝土与碾压混凝土交接部位尽可能采用大振动碾无振碾压，但务必注意模板、振动碾及操作人员安全；d.不能用振动碾碾压的部位采用变态混凝土。

　　3)碾压的条带方向：与平仓条带方向一致，均为平行于坝轴线。

　　4)碾压参数：振动碾行驶速度控制在1～1.5km/h，碾压遍数为2＋8＋2，即先无振碾压2遍，再有振碾压8遍， (小振动碾碾压18遍)，最后无振碾压2遍。

　　5)碾压应尽快完成，混凝土出机后应在2h内碾压完毕，否则，碾压效果变差。

　　6）碾压完成的混凝土面，由于车辆走动等因素，可能产生一些表面裂纹，这时可用振动碾无振碾压，使裂纹弥合。

　　7）碾压完成的混凝土面，应该是泛浆充分，人走在表面感觉有弹性，核子密度仪检测合格后方能停止碾压，否则、应继续碾压，直至合格为止。

　　8）碾压混凝土压实度的质量控制标准：二级配混凝土压实度不小于98%，三级配混凝土压实度不小于97%。

4.9　变态混凝土施工

　　大坝上下游面，左右岸边坡与混凝土接触部位、模板止水片、结构空洞等周边均不能碾压的部位均采用变态混凝土，与主体碾压混凝土同步进行浇筑。变态混凝土是在碾压混凝土摊铺过程中铺撒水泥浆，而形成富浆混凝土，可以用振捣的方法振捣密实，并随着碾压混凝土施工逐层进行，铺撒灰浆的碾压混凝土的摊铺厚度可以与平仓厚度相同，以减少人工作业量，提高施工效率。为保证质量，施工时按照面积进行浆量控制，并精心组织施工。变态混凝土与碾压混凝土施工时需搭接一定宽度才能保证变态区域和碾压区域的良好结合。变态砼作业时，采用挖槽法进行施工，注浆量按砼体积的5～7%的掺量洒铺，灰浆的水灰比为0.55，浆液浓度配制主要控制浆液比重，比重控制为：1.725, 施工时加浆应均匀。[Page]

5　特殊气温条件下施工

5.1　高温条件下碾压混凝土的施工

　　布尔津河的径流主要来自于雪水融化，多年平均水温11.2℃，最高温度不超过15℃，其高温天气主要集中在7～8月，其它月份混凝土自然温度均满足设计要求，7～8月份施工期间，充分利用布尔津河低温水，一是对粗骨料进行喷淋，保证有一定的堆高，二是仓内设置喷雾器降温，形成适宜的人工仓面小气候，起到降温保湿、减少Vc值的损失，降低混凝土浇筑温度的作用，碾压混凝土仓面喷雾的主要控制技术指标：单位时间雾雨浸润深度H＜3mm/ｈ,雾雨最大粒径dmax＜0.5mm。同时要求对所有的运输车辆、输送皮带进行遮阳，混凝土入仓后，快速平仓，快速碾压，必要时用彩条布及时覆盖，避免温度倒灌。

5.2　雨季施工

　　在降雨强度小于3mm/h的条件下，可以继续施工。当降雨强度达到或超过3mm/h时，应停止拌和，迅速完成尚未进行的卸料、平仓和碾压作业，来不及平仓碾压时，采用塑料布全仓面覆盖，仓面上采取排水措施，等雨过后进行处理，雨停后，仓面已覆盖未碾压的混凝土尚未初凝时，经监理工程师批准可恢复施工，已碾压但未覆盖而受到雨水冲刷，表面有浆液流失而微露中粗砂时，可经监理工程师同意后，排除表面积水，进行碾压提浆处理，必要时进行补浆或局部清除，如冲刷严重，浆液流失较大时，对表面混凝土进行清除，直到出现合格料为止；如降雨时间长，雨停后混凝土已经初凝，要做好停盘准备，进行层面的凿毛，按照施工缝处理。

5.3　低温施工

　　当日平均气温低于3℃，或最低气温低于-3℃时，应采取低温季节施工措施，冲乎尔项目所在地属寒潮易发区，昼夜温差大，气候变化块，白天温度高，夜间温度低，碾压仓号开仓前，要及时掌握当地中长期的天气预报，了解气候的变化情况，准备好应对措施，寒潮来临前，对已浇筑混凝土面及时采用5cm的保温被覆盖，当采取的临时保温措施不能满足以上温度要求时，应停止施工，对已浇的混凝土面进行越冬临时保温或永久保温。拆模时间应选择在晴天午后，避开霜冻天气。低温季节施工期间，特别注意温度检查。

　　外界气温及仓内气温每4h至少测量一次；

　　水温及骨料温度每2h至少测量一次；

　　混凝土的出机口温度, 每2h至少测量一次；

　　已浇块体内部温度, 浇后3d内应特别加强观测, 以后可按气温及构件情况定期观测。测温时应注意边角最易降温的部位。

６  冬季保温

　　冬休前，对当年浇筑的混凝土面要进行越冬保护和永久保温，保温方案选用表面喷涂聚氨酯材料，聚氨酯施工环境要求低、喷涂速度快、保温效果好，其中大坝永久外露面喷涂厚度为5cm，间歇面（临时越冬面）喷涂厚度3cm，第二年恢复浇筑前，对越冬面临时保温材料进行铲除。所有的混凝土面要求必须在外界气温出现负温前全部保温完成，由于特殊原因，寒潮到来前未能及时进行聚氨酯保温的，应采用覆盖保温被、延缓拆模时间等手段进行临时性防护，待气温回升后，在白天正温环境中，拆除模板，随即进行聚氨酯保温层喷涂，防止新浇筑的混凝土受冻。

7  结语

　　冲乎尔水电站大坝的建设，为新疆高寒地区的碾压混凝土施工积累了宝贵经验，奠定了良好的基础，特别是在特定的环境中，实现了坝体碾压混凝土连续上升，解决了一年中施工期短，气候变化大，保温难度大等特点。目前大坝混凝土已完成70%的施工任务，从整个浇筑过程和施工工艺来看，适合本项目的特点，特别是已实施的冬季保温方案，可行性强，通过现场观测检查分析，保温效果非常明显。