高碾压混凝土拱坝施工工艺_secret

高碾压混凝土拱坝施工工艺及模拟仿真研究

1 前 言

1．1 工程概况

xx水电站位于xx省xxxx自治州xx县境内，是岷江支流草坡河上游的龙头电站。电站由碾压混凝土拱坝、泄洪洞、引水系统和地面厂房等组成。大坝坝高132m，比国外最高的南非伏尔维丹坝（高70m）、国内建成的普定坝（高75m）均高，是目前世界上最高的碾压混凝土拱坝。坝址处河谷呈“V”形，两岸谷坡40°～70°，河面宽40～80m。大坝为全碾压混凝土拱坝，混凝土量36．3万m3，坝型为三心圆单曲拱坝，坝底高程1735．5m，坝顶高程1867．5m，底宽28m，顶宽9．5m。

1．2 碾压混凝土拱坝施工现状

1986年我国建成了第一座碾压混凝土坑口重力坝，1989年通过论证决定在普定采用碾压混凝土拱坝，1993年该坝建成。该坝的建成，在碾压混凝土材料、入仓工艺、坝面作业等方面都取得了高水平的科研成果，为100m以下碾压混凝土拱坝的设计、施工积累了经验。在总结成功建筑100m以下碾压混凝土拱坝经验的基础上，对坝高100m以上的薄拱坝采用碾压混凝土筑坝进行了研究，以使我国在用碾压混凝土建筑高拱坝的技术上继续居于世界领先地位。

碾压混凝土坝入仓及施工工艺，已从初期的自卸汽车、简易缆机和溜槽方式发展到自卸汽车、真空溜管和高速皮带机、塔带机、斜坡道等入仓方式；在碾压混凝土使用部位上，从基础垫层混凝土、上下游面防渗层、建筑物周边及与岸坡接触段等部位采用常态混凝土到现在整个大坝全部采用碾压混凝土。在筑坝技术有了长足进步的同时，应用计算机模拟技术对整个施工过程进行仿真，预测任意时刻大坝的施工面貌和工期情况，亦是大坝施工组织设计和施工管理发展的方向，代表了计算机时代碾压混凝土坝设计和施工管理的趋势。本研究从碾压混凝土入仓工艺、改性混凝土使用范围、冬季施工及计算机仿真大坝施工等方面，提出了碾压混凝土拱坝施工模拟程序及现场大坝混凝土施工工艺。

1．3 研究内容 结合已开工建设、坝高132m的碾压混凝土拱坝的快速施工研究，对100m级以上高碾压混凝土拱坝的施工工艺、入仓方式、冬季施工措施、施工过程仿真管理系统，解决以下4个主要问题：

（1）研究碾压混凝土拱坝的入仓工艺，着重解决100m以上高差、采用真空溜管输送碾压混凝土的入仓工艺；

（2）研究改性混凝土的使用范围和施工工艺；

（3）大坝冬季施工方案及措施；

（4）高碾压混凝土拱坝施工全过程仿真模拟。

2 入仓方式及施工研究

2．1 100m级真空溜管设计和试验研究

2．1．1 概 述

真空溜管输送混凝土入仓工艺，以投资少、运行简便、输送效率高等特点，在诸多混凝土垂直入仓方式中独树一帜，得到了越来越广泛的应用。100m级真空溜管的研究，是在“八五”科技攻关的基础上，为扩大真空溜管的使用范围，完善“八五”攻关的成果而进行的一次积极的尝试。

真空溜管技术输送碾压混凝土，在普定水电站工程50m左右高差情况下，已有较成功的经验。但输送碾压混凝土高差达100m级时，尚存在如下问题：

（1）输送高差大，如何保证碾压混凝土质量及保证达到不飞溅、不堵塞、不分离；

（2）碾压混凝土输送出口速度的控制；

（3）对工艺、材料、设备性能等方面都有新的要求。

100m级真空溜管的设计研究，主要解决碾压混凝土坝入仓高差在100m情况下的技术问题。在保证入仓强度和质量的前提下，入仓设施应简单实用，方便施工，具有明显的经济效益。主要技术经济指标如下：

（1）真空溜管输送混凝土高差达到100 m级；

（2）输送强度不低于180m3／h；

（3）管径控制在0．4～0．8m，管节长4～5m；

（4）溜管长度控制在90～120m；

（5）输送二级配或三级配碾压混凝土，最大骨料粒径控制在80mm。 此外，为使真空溜管使用高差达100m级并使输送强度达200m3／h左右，还对真空溜管的制造工艺作了研究，并进行了生产性试验。

2．1．2 真空溜管设计

100m级真空溜管系统的主要设计参数见表1。

2．1．3 真空溜管制造工艺及生产性试验

真空溜管制造及生产性试验原定在xxxx水电站进行，后因种种原因，实际研究和生产性试验的现场为云南xx水电站C3标工地。

xx水电站利用真空溜管入仓浇筑的混凝土大部分为碾压混凝土，共布置4条溜管。在右岸布置1号和2号溜管，受料斗高程均为856．45m；1号溜管受料斗出口中心在坝下0＋038．00 m，2号溜管在坝下0＋030．00 m；1号溜管的出料口高程为807．2m，2号溜管为813．00m。两溜管最大垂直输送高差58m。

在左岸布置3号和4号溜管，受料斗高程均为906．00m；3号溜管的出料口高程为817．00m，4号溜管出料口高程为820．00m。3号溜管最大垂直高差89m，4号溜管最大垂直高差86m。

受料斗的上面尺寸为3 400mm×3 400mm，下面尺寸为600mm×600mm，高度2 900mm。受料斗为钢结构，罐体钢板材质为Q235－A，板厚6mm，在受料斗的外壁上装有附着式震动器（ZF110型）。受料斗通过四支撑柱的地脚螺栓与基础相连。

受料斗下面设置全封闭的双开下料弧门，并由弧门转动轴端的连杆与气缸相连，以启闭下料弧门。下料弧门下面装有弧门与槽身之间的过渡节，过渡节是一可调整30°左右的活向节型式，以适应溜槽槽身安装时角度调整的需要。

在过渡节下面装设“标准”长度的溜管槽身及凑合节，在凑合节下料的出口处，还装设了出口弯头，以防止混凝土下料时对装运设备（自卸车）的冲击。

受料斗安装在牢固的混凝土并钢支架结构的基础上，溜管槽身支撑在钢排架或钢管脚手架上。支撑结构应稳固可靠，便于维护人员的行走。

研制时，针对“八五”攻关所用弧门存在的密封件磨损大、维修不便及难以形成负压等缺点，100m级溜管的给料装置采用了全封闭式的弧门——“碟形弧门”。在储料斗内有混凝土的情况下，该弧门的内腔与外界几乎完全隔离，且不依赖橡胶件密封，故具有启闭力小、工作可靠、不需更换密封件等优点。经一年多的使用证明，研制是比较成功的。

真空溜管槽身的橡胶带，起着裹夹混凝土及在槽内形成负压的双重作用，为达到这一目的，就要求胶带应尽量柔软，以增大其与槽内混凝土的接触面积；而为了提高胶带的使用寿命，又要求其具有良好的耐磨性。为此，与云南双江橡胶厂联合进行了柔软耐磨橡胶带的研制。研制中将减少芯布的层数作为提高柔软性的手段之一，同时力争通过优化配方及改进硫化工艺，进一步降低胶体硬度并将试验磨耗由国际橡胶输送带的0．8％降至0．4％。目前，溜管采用的橡胶带为两层胶夹一层尼龙芯布，工作面胶厚3．5mm，非工作面胶厚1mm。

溜管弧门启闭的动力采用了气动及液动两套方案。供气较方便的右岸1号、2号溜管，采用气力驱动，而对远离气源的左岸3号、4号溜管，则采用了液压驱动。两种驱动方式的开关时间均由设置在操作室内的时间继电控制。根据目前仓内转运车辆载重量为15t的情况，弧门每一工作循环的开关时间设定为：开9s→关3s→开9s→关。

从xx水电站100m级真空溜管的生产性试验和大坝混凝土入仓运行情况看，用100m级高差真空溜管输送碾压混凝土入仓是完全可行的，质量和施工强度均满足设计和施工要求。至2000年4月，xx水电站共利用真空溜管输送混凝土42．6万m3，与利用缆机吊运比较，节约成本约80万元。

xx100m级真空溜管试验研究成果已应用于xx大坝真空溜管的设计及制造，为xx大坝上部混凝土采用真空溜管入仓及保证混凝土质量创造了条件。

2．2 坝面作业工艺研究 2．2．1 施工工艺研究

2．2．1．1 混凝土入仓布置方案

根据xxRCC拱坝坝址处两岸山坡陡峭，河谷深切，加之右岸又无交通道路的情况，经方案比较后，决定采用低线公路汽车直接入仓和高线公路左岸真空溜管入仓方案。基坑垫座根据开挖后揭露的良好地质状况，抬高至1738．0m，垫座混凝土入仓采用低线公路基坑出渣道路，在坝踵处搭设斜溜槽，仓面由装载机和自卸车接料，由平仓机摊铺浇筑混凝土；在1738．0m～1800．0m利用坝下游入仓道路汽车直接入仓；在1800．0m～1860．0m为左岸两条真空溜管入仓，仓内由自卸车接料运至碾压条带摊铺；在1860．0m～1867．5m为左岸坝顶斜溜槽＋缆机和汽车直接组合入仓方案。

（1）低线公路＋自卸汽车直接入仓。由低线公路经汽车直接入仓浇筑坝体混凝土的总量为140 517 m3，占坝体混凝土总量的38．6％；浇筑坝体高度为62．0m，占坝体总高度的48．0％。入仓道路填筑石渣总量约4．7万m3。

（2）高线公路＋真空溜管入仓。高线公路入仓的碾压混凝土总量为216

347m3，占混凝土总量的59．5％。真空溜管浇筑坝体高度60m。

（3）20t缆机＋汽车和溜槽联合入仓方案。由于在高程1860．0m以上真空溜管已失去作用，故改用20t缆机在入仓公路1800．0m吊进仓面，同时在高线公路左坝肩搭设混凝土斜溜槽，仓面由自卸车接料联合入仓。在离坝顶部2m高的碾压混凝土采用高线公路汽车直接入仓方案进行。

2．2．1．2 碾压层厚及升层高度确定

（1）碾压层厚的确定。根据大坝RCC浇筑的入仓方案、拌合运输能力、仓面面积以及碾压混凝土的凝结时间，综合考虑RCC施工中的碾压层厚度及升层高度。当仓面面积小于2 000m2时，碾压层厚度为30cm；仓面大于2 000m2时，碾压层厚度为25cm。在1742m～1760m，为30cm一层，共60层；在1760m～1867．5m为25cm一层，共计430层。

（2）大坝碾压升层高度的确定。根据入仓道路及大坝细部结构如灌浆廊道、电梯井、观测廊道、诱导缝布置等确定RCC的升层高度，整个大坝共设18个升层。

2．2．1．3 施工机械配置 （1）碾压设备。碾压机采用从德国进口的BW—202AD、BW201AD与BW75S，根据实测，大碾平均行走速度为1．25km／h。按照工艺试验及大坝施工碾压检测结果，25～30cm碾压层碾压遍数为：无振碾压2遍，有振碾压6～8遍，再无振碾压1～2遍。

（2）平仓设备。根据施工仓面及施工堆料情况，仓面配置2台平仓机，其中一台为日本小松D31P湿地推土机，另一台为美国D3CLGP平仓机。

2．2．1．4 模板设计

根据xx拱坝的结构，参照普定RCC施工模板、二滩拱坝常态混凝土施工模板，该工程使用的施工大模板，其面板尺寸设计为上游3m×3．1m，下游3m×3．2m（宽×高）。面板采用4mm厚钢板，钢板与次梁之间用螺栓连接，支撑桁架由［18、［12、［10槽钢组成，整块模板重1．5t。该套模板有如下特点：（1）上下模板吊装就位时的连接不用螺栓，改为“Y”式承插对位，可缩短立模时间；（2）拉模装置采用固定式锥头螺栓与拉模埋筋连接，脱模时拉模筋与大模板分开，使大模板退位迅速，拉模杆不易丢失；（3）大模板各部件之间全采用螺栓连接，维护、拆装运输方便。

2．2．1．5 坝面作业工艺