三峡三期RCC围堰施工工艺参数研究
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第27卷专辑2006年12月固体力学学报AC TA M EC HAN ICA SOL IDA SIN ICAVol.27S.Issue December 2006三峡三期RCC 围堰拆除爆破倾倒效果DDA 模拟赵 根1,2 王秀杰2 吴新霞2 朱学贤2(1中国科学技术大学力学与机械工程系,合肥,230000)(2水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉,430010)摘 要 三峡工程三期RCC 围堰采用“以预置集中药室倾倒爆破为主、两端钻孔炸碎爆破为辅”的拆除爆破方案,其中预置集中药室的围堰爆破尤其令人关注.在围堰拆除爆破实施前,应用DDA 程序对预置药室按设计顺序依次起爆后,形成围堰倾倒缺口以及围堰倾倒全过程进行了模拟.通过爆破实测振动监测资料分析,围堰倾倒的实际触地时间与模拟触地时间基本一致;通过爆破后水下地形测量,围堰倾倒的缺口形状、倾倒后的形态与模拟计算的结果也基本一致.证明运用DDA 程序对三峡三期RCC 围堰倾倒爆破效果的爆前预测是成功的,该方法对类似工程的爆破设计、施工和安全防护等具有积极的指导意义.关键词 DDA ,数值模拟,三峡工程,围堰拆除,倾倒爆破,碾压混凝土,爆破效果0 工程概况三峡三期上游碾压混凝土围堰为重力式结构,平行于大坝布置,横向围堰轴线位于大坝轴线上游114m.堰顶宽度8m ,迎水面高程70m 以上为垂直坡,高程70m 以下为1∶0.3的边坡;背水面高程130m 以上为垂直坡,高程130m 至50m 为1∶0.75的台阶边坡.根据工程进度安排,三峡工程汛期已具备了大坝挡水条件,可提前结束围堰挡水发电期,向初期运行期过渡,为此三期上游碾压混凝土围堰安排在2006年6月6日拆除.围堰爆破拆除总长度为480m ,围堰拆除部位包括:右岸5号堰块(长40m )、河床段6号~15号堰块(长380m )、左连接段(长60m );拆除高度为30m ,拆除高程为140m ~110m ;总拆除工程量为18.6×104m 3.拆除范围如图1所示.图1 三峡三期RCC 围堰拆除范围纵剖面图 由于三期碾压混凝土围堰拆除工程量大、技术难度高、控制要求严,在围堰修建时就开始了围堰拆除方案的研究工作[1~3],提出了“围堰中段380m 预埋药室(孔)倾倒爆破与两端深孔爆破相结合”的围堰拆除爆破方案,并在围堰修建时预埋相应的药室(孔),实际爆破采用的即是该方案.这是一个围堰拆除与建设相结合的全新爆破方案,尤其是采用倾倒爆破法拆除围堰,也是首创,因此,得到了工程爆破界的广泛关注.1 围堰倾倒爆破参数与爆破效果1.1 倾倒爆破设计条件(1)倾倒空间根据水下实测地形:在围堰轴线上游70m 范围内,正对15号堰块上游面的水下地形高程在62m ~73m ;正对14号~7号堰块上游面的水下地形高程在62m ~64m ;正对6号堰块上游面的水下地形高程在64m ~95m.从需拆除的110m 高程算起,15号堰块、14号~7号堰块、6号堰块的上游倾倒空间(高度)分别有37m 、46m 、15m.而堰块倾倒后所需的最大高度为30m ,15号~7号堰块具有足够的倾倒空间,但6号堰块完全倾倒的空间不够,因此,15号~7号堰块采用完全倾倒爆破方案,而6号堰块采用预埋药室倾倒与钻孔炸碎相结合的爆破方案.(2)倾倒部分堰体重心横向围堰拆除高度为30m ,堰体横断面110m 处的底宽为23m ,倾倒部分堰体的横断面面积为:390m 2;重心位置:距上游面7.5m ,高程121.8m.(3)药室(孔)布置在围堰的修建过程中,已将拆除方案溶入到围堰的建设中,并按设计要求预埋了1#、2#、3#药室及断裂孔,1#药室位置:高程108.7m 、离上游面2.2m ,药室间距2.2m ;2#药室位置:高程101.5m 、离上游面6.0m ,药室间距5.0m ;3#药室位置:高程106.4m 、离上游面10.5m ,药室间距4.0m ;在装药廊道下游侧堰体内高程109.7m 预埋一排断裂孔,孔间距1.0m.预埋药室及断裂孔布置横剖面图见图2.图2 预埋药室、断裂孔布置横剖面示意图 实际预埋药室数量与设计完全一致,共预埋药室354个,其中:1#药室178个、2#药室78个、3#药室98个;断裂孔预埋376个.(4)水位条件围堰爆破时,要求堰外水位降至135m 高程,堰内水位充至139m 高程,利用堰内外水头差,形成围堰向上游方向的倾覆力矩,增加一个围堰向上游方向倾倒的可靠度.1.2 爆破参数设计1.2.1 预埋药室爆破参数各药室爆破参数[1~4]见表1.表1 各药室爆破参数序号计算参数单位1#药室2#药室3#药室1设计药室间距m 2.2 5.0 4.02水深H m 26.333.528.63最小抵抗线W m 2.2 6.0 3.64药室药量Qkg506901601.2.2 切割孔爆破参数根据模型试验成果,需将6号~15号堰块分割成单个堰块依次倾倒,以减小整体倾倒带来的触地震动.在6号~14号堰块间每个横缝面左侧0.5m 处布置1列切割孔,每列布置23个孔,共布置8列计184个孔.切割孔的孔径为91mm ,孔距为0.85~0.9m.1.2.3 断裂孔爆破参数断裂孔线装药密度按常规预裂爆破线装药密度的4倍来进行装药,其目的是保证上部倾倒堰体与下部堰体彻底分离.1.3 起爆网络设计倾倒部分总体起爆顺序:从15号堰块至6号堰块以每个堰块为倾倒单元依次爆破(其中15号堰块和14号堰块为一个倾倒单元).各堰块垂直堰轴线向的起爆次序为:1#药室→2#药室→3#药室→下游水平断裂孔→单元间切割孔.采用目前世界上最先进的数码雷管,数码雷管・941・专 辑 赵 根等: 三峡三期RCC 围堰拆除爆破倾倒效果DDA 模拟延时可在0~15000ms 范围内按要求设置.1#药室4~6个为一段,2#药室1个为一段,3#药室2个为一段.倾倒爆破最大单段起爆药量为690kg.相邻的1#药室段间、相邻的2#药室间、相邻的3#药室段间以及断裂孔段间、切割孔段间时差均为68ms.2#药室迟后于相邻的1#药室间的时差为765ms ;3#药室迟后于相邻的2#药室间的时差为357ms ;断裂孔迟于相邻的3#药室短间时差为17ms.1.4 实际爆破效果2006年6月6日下午16:00时,RCC 围堰拆除准时起爆.在12.888s 以内完成了设计设定的爆破过程(除15号堰块以外).通过水下地形测量和水下录像反映拆除部分轮廓符合设计要求:①围堰倾倒缺口形成轮廓与设计预期缺口体形一致;②剩余堰体顶部高程平均在110m 左右,局部有小块度残渣.为了获得较全面的实测资料,于围堰拆除爆破时设置18个观测断面(或单元)和一条振动衰减规律测线,实施了动力安全监测以及爆后宏观调查.通过实测振动波形分析,实际爆破时,14号堰块最先倾倒,其解除约束时刻为首段起爆后3.56s ,堰块触地振动最先到达的是沿坝轴线向振动(起爆后16.1s 左右),由此确定出倾倒堰块在与围堰解除约束后约12.5s 触地.实测波形见图3.图3 左厂14号坝顶实测振动及噪声波形2 DDA 爆破效果模拟2.1 DDA 原理DDA (Discontinuous Deformation Analysis )是石根华提出的一种平行于有限元和离散元的数值分析方法[5],是以天然存在的不连续面切割岩体形成块体单元,根据系统最小势能原理建立总体平衡方程式,将刚度、质量和荷载子矩阵加到联立方程的系数矩阵中去,采用罚法强迫块体界面约束求解.DDA 能够模拟节理裂隙岩体产生大变形和大位移的数值分析方法.能够计算块体系统不连续面的错动、滑动、开裂及旋转等非连续介质大位移、大变形的静、动力分析等传统有限元方法难以解决的问题[6].DDA 将岩体视为非连续块体单元,块体与块体之间用虚拟的弹簧来传递相互的作用力.计算中的每一时步,用如下判据加以判别:(1)不允许存在法向拉应力,即σn ≤0;(2)剪应力遵循Mohr 2Coulomb 准则|σn |≤c +σn tanφ(1)式中:c 为节理的粘聚力;φ为内摩擦角.块体系统运动变形时必须满足两个条件:块体界面间不嵌入和无张拉.该条件的满足可以通过在各接触位置加上或去掉刚硬弹簧实现.根据经验,弹簧刚度系数P =(10~1000)E ,E 为块体弹性模・051・固体力学学报 2006年第27卷量.2.2 计算模型基本假设用DDA 数值模拟围堰的翻转过程作以下基本假设:(1)由于RCC 材料爆破后的整体性较好,局部的爆破开口对整个围堰没有实质性破坏,因此可将开口后的上部围堰视为刚体.(2)围堰RCC 为匀质材料.(3)堰体翻转过程中与保留堰体碰撞前后满足动量守恒.(4)计算中不考虑碰撞后堰体转动以外的其它运动形式.将围堰简化为二维平面模型,计算范围取基础向下延伸20m ,向上游侧延伸100m.根据设计预期爆破开口:顶部高程110m ,底部高程95.5m ,开口深度10.5m.爆破开口区混凝土被两组互相垂直的结构面剖分成块体单元,一组水平方向,一组垂直方向,间隔为2m 左右.边界取为基础面固定,计算模型如图4所示.2.3 计算参数本文中的计算参数包括混凝土的材料参数、节理面参数和计算时步参数.混凝土的材料参数:弹性模量E =24GPa ,泊松比μ=0.17,密度ρ=2.4×103kg/m 3;结构面强度:摩擦角φ=35°,c =0.5M Pa ,抗拉强度2MPa ;破坏块体的结构面强度:摩擦角φ=25°,c =0;刚硬弹簧系数P =1200GPa ;计算时间步长Δt =0.00015s.围堰爆破时,堰外水位135m ;堰内充水,水位达139m.为简化计算,将水介质的作用简化为静力效应,仅考虑水浮力.图4 计算模型示意图2.4 爆破荷载在利用DDA 数值模拟倾倒过程时,合理地确定由炸药爆炸产生的载荷对模拟结果的准确性有着非常重要的作用,这包含确定爆破激振力的大小、作用位置和方向、作用时刻和持续时间等方面的内容.对于这样复杂的载荷要输入DDA 计算程序中进行模拟计算必定是很复杂的.本文关注的是爆破缺口形成后待拆堰体的运动状态,为简化计算,采用等效处理的方法,将荷载曲线简化为三角形波近似作用在炮孔壁上,加载到峰值压力P 0的升压时间为100μs ,卸载时间为500μs.假设爆振荷载以冲击荷载垂直作用在于三个药室的边界面,荷载作用的次序按药室起爆的时间顺序依次施加,1#药室荷载起始时刻为0时刻,2#药室荷载起始时刻为0.765s ,3#药室荷载起始时刻为1.122s.如图5所示:图5 爆破荷载示意图・151・专 辑 赵 根等: 三峡三期RCC 围堰拆除爆破倾倒效果DDA 模拟 爆破荷载峰值(炮孔内初始平均压力)利用爆炸气体的状态方程计算得到P 0=ρe D22(γ+1)a b2γ(2)式中:P 0为炮孔的平均压力,ρe 为炸药密度,D 为炸药爆轰速度,γ为炸药的等熵指数,b/a 为不耦合系数值.计算过程中炸药的参数取为:炸药密度为1000kg/m 3,炸药的爆轰速度为3600m/s.1#药室药量50kg ,2#药室药量690kg ,3#药室药量160kg.算得各药室峰值压力为:P 01=8.68M Pa ,P 02=31.7M Pa ,P 03=4.44M Pa.2.3 DDA 模拟结果分析计算结果表明,在预期爆破缺口形成后,上部被拆除堰块能够在重力作用下向上游倾倒,从起爆开始到完全倾倒总共历时约12.8s ,如图6.具体过程如下:0.3s 时1#药室周围混凝土块体抛掷,0.8s 时2#药室周围块体抛掷,1.18s 时3#药室周围块体抛掷,爆破缺口形成,上部堰体开始倾倒;4.86s 发生闭合碰撞,12.2s 堰体触地,12.8s 堰体完全倒地.・251・固体力学学报 2006年第27卷图6 三峡三期围堰爆破倾倒过程模拟3 数值模拟与实际爆破对比数值模拟围堰从起爆到触地瞬间总共历时12.2 s,而实际爆破监测结果为12.5s.和计算结果相比,实测结果略大,分析其原因是由于计算模型为二维平面模型,而实际爆破的围堰为三维,当围堰堰块首端的横剖面上的三个药室爆破形成缺口后,围堰还不能立刻倾倒,只有当该堰块的末端横剖面上的药室起爆形成缺口后,该堰块的倾倒缺口才会形成,并开始倾倒,而该堰块同一排药室从首端传到末端需要用时0.347s,如将二维计算的倾倒时间12.2s,加上药室纵向传爆时间0.347s,则模型计算的预测时间应为12.547s,这与实际爆破监测的12.5s非常接近.通过水下摄像发现数值模拟被拆除堰块倾倒位置及形态与实际倾倒结果一致.采用DDA数值仿真的堰块倾倒的运动过程、倾倒位置及形态与实际效果相似,足以满足实际工程的需要,对爆破设计、爆破地震效益的防护有着主要的指导意义,也是数值仿真技术在爆破领域应用的创新.4 结论(1)三峡工程三期RCC围堰采用“以预置集中药室倾倒爆破为主、两端钻孔炸碎爆破为辅”的拆除爆破方案,并在围堰修建时预埋了相应的药室(孔),首创了围堰拆、建有机结合的工程建设理念,该项工程的成功实施为围堰拆除爆破树立了新的范例.(2)应用DDA程序对预置药室按设计顺序依次起爆后,形成围堰倾倒缺口以及围堰倾倒全过程进行了模拟.模拟计算的结果与实际爆破效果具有很好的相似性,说明用DDA对爆破效果进行模拟是可靠的.(3)运用DDA程序对三峡三期RCC围堰倾倒爆破效果的爆前预测是成功的,该方法对类似工程的爆破设计、施工和安全防护等具有积极的指导意义.参 考 文 献1 张正宇.中国爆破新技术.北京:冶金工业出版社,2004 2 中国工程爆破协会.工程爆破理论与技术.北京:冶金工业出版社,20043 张正宇.现代水利水电工程爆破.北京:中国水利水电出版社,20034 刘殿中.工程爆破实用手册.北京:冶金工业出版社, 19965 Shi G H,G oodman R E.Dislocatinuous deformation Aualysis\\Proceedings of the25th U.S.Symposium of Rock Mechanics.Evanston,USA,1984:269~277.6 石根华,数值流形方法与非连续变形分析,裴觉民译,北京:清华大学出版社,1997・351・专 辑 赵 根等: 三峡三期RCC围堰拆除爆破倾倒效果DDA模拟DDA NUMERICAL SIMU LATION OF DEMOL ITION B LASTINGOF TGP ′s Ⅲ2PHASE UPSTREAM RCC COFFER DAMZhao Gen 1,2 Wang Xiujie 2 Wu Xinxia 2 Zhu Xuexian 2(1De partment of Modern Mechanics ,Universit y of Science and Technology of China ,Hef ei ,230026)(2Key L aboratory of Geotechnical Mechanics and Engineeri ng of the Minist ry of W ater Resources ,W uhan ,430010)Abstract The plan t hat t he falls blasting by p refab coyote hole primarily ,and demolition t he bot h sides drill hole scrap for auxiliary is used in Ⅲ2p hase RCC cofferdams in t he Three G orges Project ,in which prefab coyote blasting att ract more attention especially.Before blasting ,t he numerical simulation u 2sing t he deformation analysis (DDA )software on t he f ull process of t he prefab coyote in t urn detonation ,gap forming and fall p rocess.Through t he vibratio n monitor material analysis ,t he act ual time which t he cofferdam falls to touches is consistent wit h t he numerical simulation basically.Through t he un 2derwater terrain survey ,t he gap shape and t he blasting effect are also consistent wit h t he numerical simu 2lation basically.It is been p roved successf ul t hat using t he DDA p rogram to forecast t he Third -stage RCC cofferdams.In addition ,t his met hod has t he positive guiding meaning to t he similar project blasting de 2sign ,co nstruction and t he safe protection ,etc.K ey Words discontinuous deformatio n analysis (DDA ),numerical simulation ,Three G orges Project(T GP ),cofferdam demolition ,roller compactions concrete (RCC ),blasting effect・451・固体力学学报 2006年第27卷。
三峡三期RCC围堰施工工艺参数研究摘要:三峡工程三期碾压混凝土围堰工程拌和工艺、碾压工艺、结合面处理工艺、薄层铺筑工艺以及加浆改性混凝土施工工艺参数的选择程序及试验研究都有其独到之处,提出了合理的施工参数,并应用于实际施工。
关键词:三峡;三期碾压混凝土围堰;施工工艺;试验研究1 概述三期碾压混凝土围堰为I级临时建筑物,围堰平行于大坝布置,围堰轴线位于大坝轴线上游114m,全长约580m。
三期碾压混凝土围堰为重力式坝型,围堰顶高程140m,顶宽8m,最大底宽107m,最大堰高115m。
整个围堰混凝土浇筑工期紧、强度高、工序复杂、质量要求高,围堰没有采取传统“金包银”形式,只在上游50cm设计为与混凝土同标号的改性混凝土。
因此必须对围堰主要的施工工艺参数进行试验研究。
2 拌和工艺参数试验研究混凝土拌和工艺包括骨料下料顺序和拌和时间两方面内容。
合理的拌和工艺既能加快混凝土生产速度,又能使拌制的混凝土均匀性好。
不同的拌和机种类其拌和工艺方面有很大的区别,一般而言,采用强制式拌和机来拌制混凝土,其拌和时间远低于采用自落式的拌和机,一般为60~90s,而自落式拌和机的拌和时间一般为150~180s,另外不同骨料下料顺序对拌和物均匀性的影响也低于自落式的拌和机。
三峡三期碾压混凝土围堰工程两台主要供应碾压混凝土的拌和系统均采用自落式拌和机,浇筑采取薄层、连续上升的方式,混凝土生产强度高,因此选择合理的拌和工艺至关重要。
2.1 骨料下料顺序骨料下料顺序的总的思路为:先骨料与胶凝材料拌和均匀,然后下水剂,为防止材料特别是胶凝材料遇水结团堵塞下料管道,安排一种骨料最后下料,利用其自重将粘附在下料管道中的材料带入搅拌罐中。
结合三峡一、二期工程拌和工艺实施经验,试验中我们采用两种投料顺序:(1)中、小石→水泥+粉煤灰→外加剂+水+砂→大石(2)大、中、小石→水泥+粉煤灰→外加剂+水、砂2.2 拌和时间实践表明,混凝土拌和均匀所需时间受混凝土配合比、搅拌设备类型、投料顺序及拌和楼的影响。
三峡三期土石围堰防渗工程施工技术摘要:三峡工程三期土石围堰防渗工程设计采用高喷防渗墙上接土工合成材料心墙型式,下接水泥灌浆帷幕。
其中防渗墙采用了振孔高喷、钻喷一体化、常规高喷和自凝灰浆防渗墙四种工艺施工,帷幕采用墙体内埋管孔内卡塞孔口及孔内循环灌浆施工。
关键词:三峡;振孔高喷;钻喷一体化;常规高喷;自凝灰浆1 引言三峡三期上、下游土石围堰分别为Ⅳ、Ⅲ级临时建筑物,上游防渗轴线全长400.98m,墙厚0.8m,最大墙深35.5m,防渗轴线呈直线形式布置。
下游防渗轴线全长426.35 m,墙厚1.0m,最大墙深28.0m,防渗轴线呈折线形式布置,土石围堰平面布置图见图1,典型断面(以上游为例)见图2。
上游围堰防渗采用单排高压旋喷灌浆上接土工合成材料心墙形式,造墙施工平台高程为72.0m,上接土工合成材料心墙呈“之”字敷设至高程82.0m,高喷墙下接帷幕钻灌至岩体q≤50Lu止;地层自上而下大致分为:回填风化砂、全风化、强风化、弱风化四层。
下游围堰防渗采用双排高压旋喷墙上接土工合成材料心墙型式,高喷墙墙顶高程为69.0m,其上土工合成材料“之”字敷设至高程79.0m,对于基础透水岩体及右岸坡透水带采取防渗帷幕灌浆处理。
地层条件与上游比四层全有较少,部分地段缺全风化,少数地段只有回填风化砂和弱风化两层。
三期上、下游土石围堰防渗工程墙体设计总面积20 357m2,墙下帷幕3 000m,施工工期40d,造墙施工招标文件要求采用振孔高喷工艺,帷幕灌浆采用墙内埋钢管施工。
其工程特点是:工期紧、强度高、任务重。
造墙与灌浆难点是造墙。
针对工程施工特点、难点,比对国内有关防渗工程实例以及振孔高喷工艺目前技术状况,短时间、大面积采用振孔高喷工艺完成三期三峡上、下游土石围堰高喷墙施工任务,尚存三个未解决的主要问题:⑴成墙深度难以达到上游设计墙深35.5m,下游28.0m;⑵墙底嵌入坚硬的花岗岩0.5m 无成功把握;⑶机具设备社会存有量少,且需大量投入资金试验、改造和制做。
三期RCC围堰工程施工作业指导书第一篇工程概况三期碾压混凝土围堰为I级临时建筑物,属重力式坝型,平行于大坝布置,围堰轴线位于大坝轴线上游114m。
第一阶段已施工完,第二阶段施工的6#~15#堰块长380m,堰顶高程∇140m,顶宽8m,堰底最低高程50m,仓面最大宽度74m。
迎水面高程70m以上部分为垂直坡,高程70m以下为1:0.3的斜坡;背水面∇130m以上为垂直坡,高渠高程∇58m ~130m 、低渠高程50m ~130m为1:0.75的台阶状斜坡。
第二阶段堰体基本上由碾压混凝土浇筑而成,以高程∇85m为界,高程∇85m以上为R28150#,S8、三级配砼,以下为R90150#、S8、三级配砼。
三期碾压混凝土围堰在模板、止水片、廊道预制模板及分缝细部结构等处50cm范围内为变态混凝土。
变态混凝土是在碾压混凝土摊铺施工后铺洒灰浆并振捣而形成的富浆混凝土,采用常态混凝土的振捣方法捣固密实,与碾压混凝土施工同步上升,其与碾压混凝土结合部位采用搭接法碾压密实。
三峡三期碾压混凝土围堰预制模板包括廊道预制模板、下游台阶预制模板和诱导缝应力释放孔预制模板。
三期碾压混凝土围堰在高程90m和高程107.5m分别设置了灌浆廊道和爆破廊道,廊道宽2.5m,顶高3.3m,均采用预制模板施工,预制模板每节长1.0m,两条廊道共计794节。
围堰下游面高渠高程66.2m以下、低渠高程58.4m以下和各入仓道路入仓口28m的范围采用台阶预制模板,预制模板尺寸(长×宽×高)为198cm×100cm×60cm(其中高渠基础第一层预制模板198cm×100cm×30cm,低渠基础第一层预制模板198cm×100cm×50cm),共计3867块。
永久横缝上游2.28m、诱导缝上游2.48m范围使用沥青杉板作为分缝模板,且都骑缝设置了两道止水片,平行于上游面布置。
三峡大坝塔带机施工方案及砼温度控制概述:三峡工程混凝土总量达2800万方,2000年的高峰年强度达540万方,月高峰强度为55万立方,其砼总量及浇筑强度均为世界之最。
其中,厂坝二期工程总量为1238万方,2000年年强度达388万方,月高峰强度为45.5万方。
为保证混凝土的高强度施工和快速入仓,三峡大坝混凝土施工方案经过长期的比较和选型,最后确定了以塔带机为主、辅以大型门塔机、胎带机和缆机的综合施工方案。
三峡大坝为混凝土重力坝,大坝底宽约100米,最大坝块宽度达32米,施工期跨过多各夏季,且夏季高峰月强度达到45万方,对砼温度控制提出了极高的要求。
因此大坝温控成为保证大坝施工质量的主要任务之一。
三峡大坝从设计开始就制定了严格而合理的各项温控标准,并采取了优化砼配合比、生产预冷砼及埋设冷却水管等综合性温控措施,取得了较好的效果。
以下将就三峡大坝塔带机施工方案及砼温度控制作简要阐述。
一、三峡厂坝二期工程塔带机施工方案1、塔带机施工工艺塔带机方案实际上就是将皮带机的高速运输与塔机灵活回转布料相结合,使用皮带机将混凝土从拌和楼直接运送到仓面,实现砼高强度快速入仓。
塔带机最早由美国ROTEC公司提出并制造,在惠特斯坝成功应用,创造了最高月强度7.2万方的世界纪录。
塔带机一般采用“一楼、一机、一带”方式,即一座专用的拌和楼,保证拌和供料;一条皮带机供料线,保证混凝土快速运输;一台专用塔机,保证灵活布料。
塔带机采用两段布料皮带进行布料操作,布料皮带的上下倾角一般为+20o~-15o,并用特制象鼻管下料,下料高度一般为5~8米。
塔带机及供料线一般均设有自动爬(顶)升机构,用于在大坝浇筑到一定高度后自动爬升。
2、塔带机的优点及缺点塔带机的最大优点就是入仓速度快、布料灵活,其效率为普通门塔机的2~4倍。
其缺点在于:当使用塔带机自身来备仓或更换混凝土品种或标号时,其使用效率将大大降低,塔带机的运行和维护成本也相对较高。
三峡三期RCC围堰施工工艺参数研究张振宇孙昌忠(葛洲坝股份有限公司试验中心;葛洲坝集团三峡指挥部)摘要:三峡工程三期碾压混凝土围堰工程拌和工艺、碾压工艺、结合面处理工艺、薄层铺筑工艺以及加浆改性混凝土施工工艺参数的选择程序及试验研究都有其独到之处,提出了合理的施工参数,并应用于实际施工。
关键词:三峡;三期碾压混凝土围堰;施工工艺;试验研究1 概述三期碾压混凝土围堰为I级临时建筑物,围堰平行于大坝布置,围堰轴线位于大坝轴线上游114m,全长约580m。
三期碾压混凝土围堰为重力式坝型,围堰顶高程140m,顶宽8m,最大底宽107m,最大堰高115m。
整个围堰混凝土浇筑工期紧、强度高、工序复杂、质量要求高,围堰没有采取传统“金包银”形式,只在上游50cm 设计为与混凝土同标号的改性混凝土。
因此必须对围堰主要的施工工艺参数进行试验研究。
2 拌和工艺参数试验研究混凝土拌和工艺包括骨料下料顺序和拌和时间两方面内容。
合理的拌和工艺既能加快混凝土生产速度,又能使拌制的混凝土均匀性好。
不同的拌和机种类其拌和工艺方面有很大的区别,一般而言,采用强制式拌和机来拌制混凝土,其拌和时间远低于采用自落式的拌和机,一般为60~90s,而自落式拌和机的拌和时间一般为150~180s,另外不同骨料下料顺序对拌和物均匀性的影响也低于自落式的拌和机。
三峡三期碾压混凝土围堰工程两台主要供应碾压混凝土的拌和系统均采用自落式拌和机,浇筑采取薄层、连续上升的方式,混凝土生产强度高,因此选择合理的拌和工艺至关重要。
2.1 骨料下料顺序骨料下料顺序的总的思路为:先骨料与胶凝材料拌和均匀,然后下水剂,为防止材料特别是胶凝材料遇水结团堵塞下料管道,安排一种骨料最后下料,利用其自重将粘附在下料管道中的材料带入搅拌罐中。
结合三峡一、二期工程拌和工艺实施经验,试验中我们采用两种投料顺序:(1)中、小石→水泥+粉煤灰→外加剂+水+砂→大石(2)大、中、小石→水泥+粉煤灰→外加剂+水、砂2.2 拌和时间实践表明,混凝土拌和均匀所需时间受混凝土配合比、搅拌设备类型、投料顺序及拌和楼的影响。
根据经验,碾压混凝土的拌和时间一般为150~180s。
为寻求更短拌和时间的可能性,加快混凝土拌和速度,对拌和时间为120s的混凝土拌和物均匀性也进行了试验。
试验中拌和时间采用120s、150s和180s,对罐前、罐后拌和物的VC值、含气量、砂浆含量和抗压强度进行检测,试验结果见表1。
表1 碾压混凝土投料顺序试验成果表投料顺序拌和时间(s)取样部位试验编号VC(s)含气量(%)砂浆含量(%)抗压强度(MPa)7d偏差率(%)28d偏差率(%)第一顺序120罐前罐后T120-1 9.7T120-2 9.40.92.629.233.09.110.311.715.016.59.1 150罐前罐后T150-1 6.8T150-2 6.52.83.238.936.811.69.815.519.616.814.3 180罐前罐后T180-1 8.9T180-2 8.52.42.833.838.69.410.913.816.517.66.2第二顺序150罐前罐后L150-1 6.9L150-2 6.63.72.835.036.710.811.12.720.021.36.1180罐前罐后L180-1 8.2L180-2 8.01.51.937.441.69.79.61.016.317.14.7从表1试验结果分析,生产碾压混凝土采用第二种拌和程序为宜(大、中、小石→水泥+粉煤灰→外加剂+水、砂),拌和时间为150s。
2 碾压工艺参数试验碾压工艺参数主要指根据碾压机具的性能和碾压混凝土拌和物特性而选择的合理的碾压遍数。
VC是碾压混凝土拌和物的一个重要特征值,在一定上反映了混凝土的可碾压密实性。
混凝土碾压遍数主要受VC值和碾压机具的影响,根据工程经验一般采用无振2遍+有振6~8遍。
在三峡三期碾压混凝土浇筑中,进行了不同VC值、不同碾压遍数与碾压混凝土压实容重关系试验。
不同VC值、不同碾压遍数与容重的关系曲线见图1。
综合分析图1曲线,考虑现场VC值控制在5~10s较为合适,碾压遍数可以先按无振2遍+有振6~8遍进行碾压,根据碾压后表面泛浆情况及容重检测情况决定是否再增加碾压遍数。
3 结合面处理工艺研究图1 不同VC值、碾压遍数与容重关系曲线碾压混凝土材料经振动碾压后,表面光滑、干硬,在其上连续填筑混凝土时,层间的结合质量一直是人们关注的焦点。
施工实践表明,碾压混凝土层间结合质量,不可能如常态混凝土那样,在振动作用下,上层混凝土的骨料陷于下层,下层的砂浆渗于上层,从而在层间形成犬牙交错的状态。
大量不同条件下填筑的碾压混凝土层间抗剪强度试验表明,f′值一般是比较稳定的,但c′值随施工条件的不同而变化较大。
三峡三期RCC围堰工程规定当层间间歇时间达到6~12 h为I型冷缝,超过12 h为II型冷缝。
对于I型和II型冷缝,施工中一般采用铺砂浆和洒水泥净浆的办法进行处理。
在三峡三期碾压混凝土施工中,分别进行了I型冷缝及II型冷缝层面处理试验。
冷缝处理方式分为:冲毛铺砂浆,冲毛不铺砂浆,未冲毛铺砂浆,未冲毛不铺砂浆四种。
检测结合面情况的方式为钻孔检查和压水检查。
试验结果见表2。
表2 不同冷缝处理方式检测成果表芯样层面获得率(%)压水试验透水率(Lu)ⅠⅡⅠⅡ冲毛铺砂浆/66.7/0.14不铺砂浆/33.3/14.78不冲毛铺砂浆10033.3 2.450.128不铺砂浆33.333.3 2.91 1.96从表2统计成果可以看出,四种处理方式对于I、II型冷缝的处理效果是不同的。
对于I型冷缝,从芯样获得率的情况看,未冲毛铺砂浆最好,而未冲毛不铺砂浆效果最差;从压水试验透水率的角度分析,未冲毛铺砂浆效果好。
对于II型冷缝,从芯样获得率的情况看,冲毛铺砂浆芯样获得率最好;从压水试验透水率情况的角度分析,冲毛铺砂浆与未冲毛铺砂浆的效果最好。
因此I型冷缝合适的处理方式为铺砂浆方案,II型冷缝合适的处理方式为冲毛铺砂浆方案。
5 薄层铺筑试验研究为加快雨季施工速度,进行了薄层碾压试验,以了解骨料的压碎情况及碾压成形的混凝土强度。
试验结果见表3。
表3 仓面VC值及不同碾压遍数与容重、骨料级配检测结果表级配及铺筑厚度仓面VC值(s)碾压遍数(遍)容重(kg/m3)骨料级配碾压前碾压后8.515.22+42304233926∶39∶35三级配25cm厚14.520.42+4+22353237428∶36∶36 12.619.12+6+22362241032∶39∶2926∶36∶38 5.07.02+42348234640∶48∶12三级配20cm厚7.27.52+4+22382237146∶45∶97.88.02+6+22386239632∶36∶326.47.02+42355231052∶48三级配20cm厚5.35.52+4+22358236453∶4749∶51 5.25.22+6+22380231652∶48从表3结果看,三级配混凝土随着碾压遍数增加,容重不断增加,在碾压遍数为无振2遍+有振8遍时容重最大;而二级配混凝土在碾压遍数为无振2遍+有振6遍时容重最大。
从骨料筛分试验结果看,三级配混凝土在碾压层厚控制在25cm时,骨料破碎不明显,碾压层厚控制在20cm时,大石有一定的破碎,但对混凝土容重没有影响;二级配混凝土在碾压层厚控制在20cm时,骨料基本没有破碎。
因此在实际施工中,为加快雨季施工进度,三级配混凝土可以采用25cm进行薄层碾压,二级配混凝土碾压层厚可以采用20cm。
6 加浆改性混凝土施工工艺研究改性混凝土施工工艺主要涉及两个方面:一是注浆方式,二是注浆量。
注浆方式目前较常采用的有三种:插孔注浆,表面洒浆以及挖槽注浆。
注浆量主要通过注浆后混凝土性能来决定,必须通过现场试验确定。
三峡三期碾压混凝土围堰采用全断面碾压混凝土设计,其防渗主要依靠上游50 cm的改性混凝土,因此改性混凝土的施工质量好坏直接影响到整个围堰的防渗效果。
为测试改性混凝土的水泥粉煤灰浆掺入量和掺浆后的混凝土性能,进行了加浆改性混凝土加浆方式和掺入量试验。
注浆后混凝土性能试验结果见表4。
表4 注浆后混凝土性能检测成果表注浆量(1/m3)注浆方式注浆后混凝土性能检测坍落度(mm)抗压强度(MPa )1d2d3d28d45挖槽26 1.4 4.1 4.913.145表面洒浆16 1.3 3.7 5.312.145插孔11 1.3 4.5 5.113.230挖槽20 1.5 4.3 5.013.0从表4结果及现场注浆情况看,挖槽注浆效果要好一些,结合芯样情况及现场注浆情况看,采用挖槽注浆时每m3混凝土45l加浆量富余较多,以30l/m3左右较为合适。
7 结语碾压混凝土以其连续快速的施工特点正越来越多的得到应用,虽然在有些施工工艺方面比常态混凝土复杂,但只要对各施工工艺进行认真细致的研究,是可以保证碾压混凝土工程的施工质量的。
收稿日期:2003-05-05作者简介:张振宇,葛洲坝股份有限公司试验中心,高级工程师。