论文部分内容阅读
摘要：万家口子碾压混凝土大坝施工进行技术攻关，具有较高的实际应用价值。其中创新生产出的掺新型聚羧酸减水剂高性能碾压混凝土技术、超100m高差满管输送碾压混凝土技术、双向曲率可调连续上升全悬臂模板技术、石灰岩人工砂制粉掺粉技术等具有推广前景。文章对万家口子水电站碾压混凝土双曲拱坝优质施工技术进行了研究，以供参考。
关键词：水电站；碾压混凝土大坝；混凝土双曲拱坝；优质施工技术
中图分类号：TV642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0111-02
云南万家口子水电站位于云南省宣威市宝山镇，电站大坝为薄壁型碾压混凝土双曲拱坝，坝高167.5m，最小厚度9m，最大厚度36m，是目前世界最高的碾压混凝土双曲拱坝。本工程具有夏季温度高，冬季温度低，早晚温差和湿度变化大，高原太阳辐射强，风大等气候特点，山高坡陡，交通不便，混凝土大坝技术质量要求高，混凝土计划浇筑强度高达8～9万m3/月，任务艰巨。大坝碾压混凝土原计划使用萘系高效减水剂，但该减水剂与工程在用的华新水泥（昭通）有限公司生产的“堡垒”P·MH42.5适应性不良，混凝土出现快凝现象。经过外加剂厂家多次调整复配，仍然不能解决，项目部随后决定改用聚羧酸系减水剂。云南万家口子水电站碾压混凝土拱坝已于2011年3月17日开始浇筑（浇筑基面▽1286.5m），到2011年5月20日汛期前暂停施工，大坝上升至▽1302.1m，共15.6m高。从已施工质量监控情况及试验成果来看，存在着以下诸多缺陷：混凝土抗压强度波动大；钻孔芯样气孔多；芯样断口骨料集中现象；高温时段层间间歇时间短，覆盖浇筑能力不满足，局部混凝土出现初凝现象或冷仓停浇。对以上问题需做针对性改进，必须采取强有力的措施，保证工程质量与施工进度。
1 掺新型聚羧酸减水剂高性能碾压混凝土的配合比优化
目前国内碾压混凝土配合比普遍采用萘系减水剂如JM-II、ZB-RCC等，万家口子试验阶段采用的萘系减水剂JM-II（江苏博特）与华新中热水泥（昭通）存在不相容现象，工程前期首次尝试采用聚羧酸减水剂配制碾压混凝土，获得一定经验，但也存在强度波动大、气孔多和初凝时间短等问题，根据本工程夏季温度高，冬季温度低，早晚温差和湿度变化大，高原太阳辐射强，风大等气候特点和大坝碾压混凝土要求可碾性能好、保塑性能强、初凝时间长、层间结合要求高等特点，需要因地制宜地优化配合比。
（1）碾压混凝土配合比设计在满足以下原则上进行：建立稳定骨架所需骨料用量原则；最大限度密实充填原则；混凝土和易性原则（即满足施工机械要求的稠度）；骨料离析系数最小原则。
（2）在满足混凝土设计性能指标和施工可操作性的情况下，采用中热水泥与优质粉煤灰以及新型高性能聚羧酸减水剂，通过减少用水量以控制胶凝材料用量[采用“富浆”碾压混凝土，控制胶凝材料用量，原先胶凝材料用量：三级配砼：在180kg/m3左右（其中水泥72kg，粉煤灰108kg）；二级配：在200kg/m3左右（其中水泥90kg，粉煤灰110kg）]，胶凝材料用量有所节省6～10kg/m3、降低水化热，延长混凝土初凝时间（在气温高于30℃的情况下延长混凝土拌和物初凝时间至10h以上）、含气量3%～4%、人工砂最优含粉率约18%，控制碾压混凝土的VC值（出机口1～5s），通过对比试验研究以获得最佳配合比。
（3）聚羧酸减水剂具有分散性和触变性、减水率高、收缩比小、塌落度损失小等优良特性，具有应用于碾压混凝土的良好条件。由于聚羧酸减水剂尚未成功应用于水工碾压混凝土中，无经验可鉴，需要深入科学
研究。
2 人工砂石系统的升级改造技术
本工程人工砂石系统处理能力为800t/h，其中人工砂设计能力要求为220t/h。通过试运行发现主要存在人工砂含粉量无法达到碾压混凝土最佳含粉率18%±2%、含水率>6%、生产能力不足等问题。高产量制粉和均匀掺粉技术是一个难题。解决石粉产量不足的做法：一是采用进口的高效石粉回收装置真空旋流器；二是购买石粉掺入；三是购买大型磨粉机进行生产。生产满足水工混凝土砂石料石粉需要的大型磨粉机缺少成功使用的先例，满足质量和产量要求的合格大型磨粉机市场上较少。水泥厂和冶矿厂常用的球磨机难以达到规范要求的颗粒细度模数。经考察论证比较，采用一台新型的MTM160中速T型磨粉机制粉和一台MBZ2136型棒磨机，设计制粉能力达20t/h，使含粉率达到18%±2%，同时满足人工砂的生产能力要求。为了给人工砂均匀加粉，采用集中粉罐往成品人工砂输送皮带机上均匀加粉的方法。为了解决人工砂脱水时间不足问题，在成品砂出料胶带机头增加一台YK1845直线振动筛作为脱水用，以减少成品砂中的含水量，减轻自然脱水的压力，扩大砂仓仓容，使砂仓有4～7天的脱水时间，增加2#成品砂仓防雨防晒棚，增加排水孔、排水沟，砂仓轮流交换使用。系统改造完毕后，经过调试运行进一步检验和调整技术
参数。
3 高山峡谷地区高坝混凝土运输技术
目前国内碾压混凝土运输入仓方式主要为：汽车运输、深槽高速皮带机+塔带机、缆机、负压溜槽、满管等。采用深槽高速皮带机+塔带机方案成本高昂，采用负压溜槽因高差大，混凝土料流速大，溜槽磨损大，骨料易分离，因此此两方案不予采用。针对本工程大坝高度大、岸坡陡峭、拌和系统布置高程高、运输强度大等特点，不同高程部门分别采用自卸汽车直接入仓、自卸汽车或高速深槽皮带机+满管运输、高速深槽皮带机单独运料以及采用门机两岸布置取代缆机吊运设备、材料等进出仓面。满管“串联”、满管中部设控制闸阀，调整满管轴线倾角，保证在输送高差大的情况下的碾压混凝土质量及保证达到混凝土料不飞溅、不堵塞、不
分离。
4 双向曲率可调连续翻升模板在碾压混凝土双曲拱坝上的研发与应用
借鉴国内碾压混凝土拱坝成功采用双向曲率可调连续翻升全悬臂模板的经验，研发适应万家口子双曲拱坝特点的双向曲率可调连续翻升全悬臂模板，其主要特点为：安装两层模板，下层模板是上层模板的全悬臂受力支撑体，上下层模板连续交替翻升，左右、上下双向曲率可调，适应曲率变化拼缝板的标准化制作。
5 提高碾压混凝土层间结合的技术工艺
碾压混凝土层间结合质量是施工控制中的薄弱环节，是评价碾压混凝土施工质量最重要的指标之一。提高碾压混凝土层间结合目的是保证碾压混凝土层间抗剪和防渗指标达到设计要求，确保大坝的安全性和耐
久性。
（1）采用新型高性能聚羧酸减水剂、富胶凝材料、高掺石粉等技术研制生产高性能碾压混凝土，使混凝土具有良好的和易性、低VC值且不易损失特性、初凝时间达10～20小时、改善的力学性能和耐久性。
（2） 采用低VC值，严格控制机口混凝土VC值控制3～5s，仓面VC值控制5～8s。仓面采用喷雾、覆盖等措施使VC值保持在允许值内。
（3）整合资源，科学策划、组织每一个浇筑仓面，实现混凝土入仓快速施工，采取一切有效措施保证碾压混凝土连续施工，及时摊铺、碾压、覆盖，缩短碾压混凝土层间间歇时间，确保下层混凝土初凝前完成上层混凝土的覆盖浇筑，层间间歇控制在初凝时间1～2小时以内。仓面采用喷雾、覆盖等措施以减缓混凝土的初凝时间。
（4）保证混凝土层间结合质量的施工技术工艺措施：二级配碾压混凝土自身防渗部位，在初凝前层面铺洒水泥粉煤灰浆；对在初凝后至终凝前，二级配及三级配部位的层面铺洒水泥粉煤灰浆；混凝土完全终凝以后，层面按施工缝处理，缝面凿毛清理，在铺上层混凝土前先铺10～20mm的水泥煤灰砂浆；混凝土入仓卸料后如出现骨料集中现象，应及时分散清理，均匀散布。
通过对云南万家口子水电站世界第一高碾压混凝土双曲拱坝的优质施工技术的综合研究与实践，争创精品工程，获取良好的技术经济效益和社会效益，为以后类似高度或更高的如200米高等级的碾压混凝土双曲拱坝提供施工经验和借鉴。
关键词：水电站；碾压混凝土大坝；混凝土双曲拱坝；优质施工技术
中图分类号：TV642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）17-0111-02
云南万家口子水电站位于云南省宣威市宝山镇，电站大坝为薄壁型碾压混凝土双曲拱坝，坝高167.5m，最小厚度9m，最大厚度36m，是目前世界最高的碾压混凝土双曲拱坝。本工程具有夏季温度高，冬季温度低，早晚温差和湿度变化大，高原太阳辐射强，风大等气候特点，山高坡陡，交通不便，混凝土大坝技术质量要求高，混凝土计划浇筑强度高达8～9万m3/月，任务艰巨。大坝碾压混凝土原计划使用萘系高效减水剂，但该减水剂与工程在用的华新水泥（昭通）有限公司生产的“堡垒”P·MH42.5适应性不良，混凝土出现快凝现象。经过外加剂厂家多次调整复配，仍然不能解决，项目部随后决定改用聚羧酸系减水剂。云南万家口子水电站碾压混凝土拱坝已于2011年3月17日开始浇筑（浇筑基面▽1286.5m），到2011年5月20日汛期前暂停施工，大坝上升至▽1302.1m，共15.6m高。从已施工质量监控情况及试验成果来看，存在着以下诸多缺陷：混凝土抗压强度波动大；钻孔芯样气孔多；芯样断口骨料集中现象；高温时段层间间歇时间短，覆盖浇筑能力不满足，局部混凝土出现初凝现象或冷仓停浇。对以上问题需做针对性改进，必须采取强有力的措施，保证工程质量与施工进度。
1 掺新型聚羧酸减水剂高性能碾压混凝土的配合比优化
目前国内碾压混凝土配合比普遍采用萘系减水剂如JM-II、ZB-RCC等，万家口子试验阶段采用的萘系减水剂JM-II（江苏博特）与华新中热水泥（昭通）存在不相容现象，工程前期首次尝试采用聚羧酸减水剂配制碾压混凝土，获得一定经验，但也存在强度波动大、气孔多和初凝时间短等问题，根据本工程夏季温度高，冬季温度低，早晚温差和湿度变化大，高原太阳辐射强，风大等气候特点和大坝碾压混凝土要求可碾性能好、保塑性能强、初凝时间长、层间结合要求高等特点，需要因地制宜地优化配合比。
（1）碾压混凝土配合比设计在满足以下原则上进行：建立稳定骨架所需骨料用量原则；最大限度密实充填原则；混凝土和易性原则（即满足施工机械要求的稠度）；骨料离析系数最小原则。
（2）在满足混凝土设计性能指标和施工可操作性的情况下，采用中热水泥与优质粉煤灰以及新型高性能聚羧酸减水剂，通过减少用水量以控制胶凝材料用量[采用“富浆”碾压混凝土，控制胶凝材料用量，原先胶凝材料用量：三级配砼：在180kg/m3左右（其中水泥72kg，粉煤灰108kg）；二级配：在200kg/m3左右（其中水泥90kg，粉煤灰110kg）]，胶凝材料用量有所节省6～10kg/m3、降低水化热，延长混凝土初凝时间（在气温高于30℃的情况下延长混凝土拌和物初凝时间至10h以上）、含气量3%～4%、人工砂最优含粉率约18%，控制碾压混凝土的VC值（出机口1～5s），通过对比试验研究以获得最佳配合比。
（3）聚羧酸减水剂具有分散性和触变性、减水率高、收缩比小、塌落度损失小等优良特性，具有应用于碾压混凝土的良好条件。由于聚羧酸减水剂尚未成功应用于水工碾压混凝土中，无经验可鉴，需要深入科学
研究。
2 人工砂石系统的升级改造技术
本工程人工砂石系统处理能力为800t/h，其中人工砂设计能力要求为220t/h。通过试运行发现主要存在人工砂含粉量无法达到碾压混凝土最佳含粉率18%±2%、含水率>6%、生产能力不足等问题。高产量制粉和均匀掺粉技术是一个难题。解决石粉产量不足的做法：一是采用进口的高效石粉回收装置真空旋流器；二是购买石粉掺入；三是购买大型磨粉机进行生产。生产满足水工混凝土砂石料石粉需要的大型磨粉机缺少成功使用的先例，满足质量和产量要求的合格大型磨粉机市场上较少。水泥厂和冶矿厂常用的球磨机难以达到规范要求的颗粒细度模数。经考察论证比较，采用一台新型的MTM160中速T型磨粉机制粉和一台MBZ2136型棒磨机，设计制粉能力达20t/h，使含粉率达到18%±2%，同时满足人工砂的生产能力要求。为了给人工砂均匀加粉，采用集中粉罐往成品人工砂输送皮带机上均匀加粉的方法。为了解决人工砂脱水时间不足问题，在成品砂出料胶带机头增加一台YK1845直线振动筛作为脱水用，以减少成品砂中的含水量，减轻自然脱水的压力，扩大砂仓仓容，使砂仓有4～7天的脱水时间，增加2#成品砂仓防雨防晒棚，增加排水孔、排水沟，砂仓轮流交换使用。系统改造完毕后，经过调试运行进一步检验和调整技术
参数。
3 高山峡谷地区高坝混凝土运输技术
目前国内碾压混凝土运输入仓方式主要为：汽车运输、深槽高速皮带机+塔带机、缆机、负压溜槽、满管等。采用深槽高速皮带机+塔带机方案成本高昂，采用负压溜槽因高差大，混凝土料流速大，溜槽磨损大，骨料易分离，因此此两方案不予采用。针对本工程大坝高度大、岸坡陡峭、拌和系统布置高程高、运输强度大等特点，不同高程部门分别采用自卸汽车直接入仓、自卸汽车或高速深槽皮带机+满管运输、高速深槽皮带机单独运料以及采用门机两岸布置取代缆机吊运设备、材料等进出仓面。满管“串联”、满管中部设控制闸阀，调整满管轴线倾角，保证在输送高差大的情况下的碾压混凝土质量及保证达到混凝土料不飞溅、不堵塞、不
分离。
4 双向曲率可调连续翻升模板在碾压混凝土双曲拱坝上的研发与应用
借鉴国内碾压混凝土拱坝成功采用双向曲率可调连续翻升全悬臂模板的经验，研发适应万家口子双曲拱坝特点的双向曲率可调连续翻升全悬臂模板，其主要特点为：安装两层模板，下层模板是上层模板的全悬臂受力支撑体，上下层模板连续交替翻升，左右、上下双向曲率可调，适应曲率变化拼缝板的标准化制作。
5 提高碾压混凝土层间结合的技术工艺
碾压混凝土层间结合质量是施工控制中的薄弱环节，是评价碾压混凝土施工质量最重要的指标之一。提高碾压混凝土层间结合目的是保证碾压混凝土层间抗剪和防渗指标达到设计要求，确保大坝的安全性和耐
久性。
（1）采用新型高性能聚羧酸减水剂、富胶凝材料、高掺石粉等技术研制生产高性能碾压混凝土，使混凝土具有良好的和易性、低VC值且不易损失特性、初凝时间达10～20小时、改善的力学性能和耐久性。
（2） 采用低VC值，严格控制机口混凝土VC值控制3～5s，仓面VC值控制5～8s。仓面采用喷雾、覆盖等措施使VC值保持在允许值内。
（3）整合资源，科学策划、组织每一个浇筑仓面，实现混凝土入仓快速施工，采取一切有效措施保证碾压混凝土连续施工，及时摊铺、碾压、覆盖，缩短碾压混凝土层间间歇时间，确保下层混凝土初凝前完成上层混凝土的覆盖浇筑，层间间歇控制在初凝时间1～2小时以内。仓面采用喷雾、覆盖等措施以减缓混凝土的初凝时间。
（4）保证混凝土层间结合质量的施工技术工艺措施：二级配碾压混凝土自身防渗部位，在初凝前层面铺洒水泥粉煤灰浆；对在初凝后至终凝前，二级配及三级配部位的层面铺洒水泥粉煤灰浆；混凝土完全终凝以后，层面按施工缝处理，缝面凿毛清理，在铺上层混凝土前先铺10～20mm的水泥煤灰砂浆；混凝土入仓卸料后如出现骨料集中现象，应及时分散清理，均匀散布。
通过对云南万家口子水电站世界第一高碾压混凝土双曲拱坝的优质施工技术的综合研究与实践，争创精品工程，获取良好的技术经济效益和社会效益，为以后类似高度或更高的如200米高等级的碾压混凝土双曲拱坝提供施工经验和借鉴。