水电站大坝混凝土快速入仓技术.doc

xx水电站大坝混凝土快速入仓技术研究

1 工程概况
1.1概述
xx水电站位于xx省东北部，xx干流中游。工程以发电为主，兼顾航运、防洪等综合效益。电站正常蓄水位440m（高程），相应库容12.05亿m3，装机容量为1000MW。
xx水电站大坝土建工程业主为xxxx水电开发有限责任公司，设计单位为中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院，监理单位为中国水利水电建设工程咨询昆明公司，施工单位为中国水利水电第八工程局和中国水利水电闽江工程局组成的xx水电站大坝八闽联营体。
电站枢纽由碾压混凝土重力坝、左岸通航建筑物、右岸引水发电系统组成。碾压混凝土重力坝最大坝高117m，坝顶高程452m，坝顶全长310.0m。在河床溢流坝段设7孔13×21.5m（宽×高）的溢流表孔，溢流表孔沿大坝中心线对称布置，单孔宽度13m。溢流堰顶高程418.50m，采用WES曲线，后接21级84cm×120cm（宽×高）溢流面台阶，台阶后接半径为10m的反弧段，反弧段中心角为55°，出口底部高程353.00m。右侧溢流坝设3×3.5m（宽×高）临时底孔一个，底板高程370m。通航建筑物位于溢流坝段左侧，总长1096.64m，通航渠道宽12m，通航渠道底部高程为348.00m。采用枯期断流围堰、隧洞导流的导流方式。
xx水电站大坝工程混凝土总量约95.4万m3，其中碾压混凝土方量约 74.7万m3，常态混凝土方量约20.7万m3。
1.1地质条件
坝址位于xx粮站至穿洞间的两扇岩附近，坝线河谷断面基本呈对称“V”型谷，河谷狭窄，左岸岸坡地形较完整，坡角为45°；右岸385m高程以下岸坡直立，385～452m高程岸坡坡度40°。坝址下游右侧岸坡陡峭，385m高程以下岸坡直立，385～452m高程岸坡坡度75°左右。枯期河水位364.10m高程，水面宽80m，水深20m，汛期涨幅可达25m左右。
1.2地形特点
根据xx的地形特点，施工辅助设施均布置在右岸，在右坝肩下游侧开挖有高程452m平台，作为施工期布置混凝土拌和系统和电站开关站、副厂房。右坝肩槽分八级开挖，▽452~435m、▽435~420m、▽405~390m开挖坡比为1:0.8，▽420~405m开挖坡比为1:1，▽390~375m开挖坡比为1:0.4，▽375~360m、▽360~345m开挖坡比为1:0.2，▽345~335m开挖坡比为1:0.5。坝址下游右侧边坡▽390以上分四级开挖，开挖坡比为1:0.2；▽390~350m分三级垂直开挖。
2 工程主要施工特点
xx水电站为xx流域构皮滩电站的下一级梯级电站，因要兼顾到xx电站以下航运的影响，xx电站下闸蓄水后下游不能断航，因此xx水电站要求在构皮滩电站下闸蓄水前提前下闸，大坝工程施工是整个xx水电站工程施工控制工期的关键线路之一，大坝工程的主要施工特点如下：
（1）大坝工程合同总工期41个月，其中混凝土从开浇到具备下闸蓄水条件施工工期只有17个月，工期特别紧张，根据工程度汛要求，须在2006年～2007年一个枯水期内完成预留缺口高程375m以下，缺口两侧坝段升至度汛高程，完成约53万m3混凝土浇筑，场地狭窄，施工干扰大，施工强度高，月平均强度，月平均浇筑强度近9万m3。
（2）坝址区河谷为“V”型，右岸下陡上缓，高程390m以上开挖边坡在45~51°，高
程390m以下开挖边坡在68~80°，大坝最大高度达117m，属碾压混凝土高坝，砼入仓设施布置难度大。且由于施工导流采取汛期围堰过水，坝体预留缺口与隧洞联合导流的形式，汛期缺口两侧继续浇筑混凝土，混凝土跨缺口及设备布置均较困难。
（3）坝址地区地质状况复杂，大坝左右岸山体断层、岩溶强烈发育，地下岩溶形态表现为落水洞、溶洞、暗河、溶穴及溶蚀孔洞等，规模大小不等，地质缺陷处理工作量大，且不可预料因素较多。
（4）坝体碾压混凝土有效施工时间短，强度高，上升速度快；坝基固结灌浆工期紧，强度高，与大坝混凝土浇筑干扰大。
3 大坝混凝土施工整体规划
3.1大坝导流方案调整
xx水电站采取枯期断流围堰、隧洞导流，汛期土石围堰过水、坝体预留缺口与隧洞联合导流的形式。预留缺口设在溢流坝中部6#~8#坝段，缺口高程为375m，汛期坝体缺口两侧继续施工。预留缺口部位布置占用三孔溢流表孔，缺口右侧只能在2008年汛前形成三孔溢流表孔，依据招标文件总进度的要求，预留缺口碾压混凝土（▽375m~▽414m共39m高）及三孔溢流面需在2个月内完成，且缺口左侧混凝土需跨缺口主要采用胶带机输送，施工强度高，施工难度大。
考虑到原方案造成的施工不均匀性，工程前、后紧，中间较宽松，以及左侧坝段混凝土需跨缺口（缺口宽54m）输送的施工难度，经过各方充分论证，决定预留缺口左移一个坝段（8#坝段），整个左侧汛期度汛，并利用xx流域的特点，在8月下旬~9月底汛期中较枯的时段施工6#、7#坝段，4#、5#坝段仍作为预留缺口度汛。通过上述方案修改，有几个方面的方处：
（1）左移一个坝段后可在2008年汛前形成四孔表孔，较原方案可提前多形成一个表孔。
（2）6#、7#坝段在汛期中枯水时段提前施工，一方面可减少预留缺口与相邻右侧溢流坝段8#坝段的高差，保证相邻坝段的高差在30m范围内；另一方面6#、7#坝段形成后又可比原计划提前施工2个溢流表孔，保证工程按期下闸蓄水。
3.2大坝分区规划
根据大坝的结构、开挖体型、施工导流和水流控制方案并结合施工总进度计划，将大坝碾压混凝土整体分为9个区：Ⅰ区为▽328~335m高程，为填塘混凝土区；Ⅱ区为▽335~348m高程，为基础灌浆廊道以下碾压混凝土区；从▽348灌浆廊道开始分为左右两个仓跳仓交替浇筑，Ⅳ区顶部为大坝左侧预留缺口度汛高程；Ⅵ区利用xx流域的特点在汛期中的枯水时段8月中下旬开始与Ⅴ区跳仓施工；进入三枯后Ⅶ区和Ⅵ区跳仓交替浇筑；Ⅸ区碾压混凝土最后浇筑。高温季节以及表孔浇筑常态混凝土阶段碾压混凝土由1#拌和楼生产。
溢流表孔常态混凝土主要由2#拌和楼生产，按坝段从右往左分仓浇筑。
大坝分区规划见图1所示。

图1 大坝碾压混凝土分区规划图
3.3大坝物料运输规划
根据现场的施工条件、工程度汛和施工进度分析，在坝轴线下游2m布置一条30T固定式缆机，可以解决左右两岸设备转运、材料及部分混凝土的运输问题以及左侧溢流表孔检修门临时挡水吊装就位的问题。
混凝土拌和系统靠近右坝肩布置，以利于大坝混凝土快速入仓。大坝碾压混凝土主要采用缓降溜管、高速皮带机、真空溜槽联合入仓的方式，仓内自卸汽车转料。溢流表孔的施工主要考虑在溢流坝段（8#坝段）靠近预留缺口的溢流堰顶布置一台MD900塔式起重机、在右岸非溢流坝段坝后斜坡上布置一台DMQ600B高架门机，作为混凝土及设备、材料入仓的设备。
4 施工布置
4.1 缆机布置
根据左右两岸的地形、地质条件和建筑物的布置以及工程需要，将缆机布置在坝下2m表孔检修门槽中心线上，缆机主塔设置在右岸大坝砂石系统成品料仓靠河侧▽488.50m高程，后拉索混凝土锚固礅设在大坝砂石系统成品料仓靠1#公路侧，为了解决成品料仓车辆通行的问题，主塔设计一根桅杆高5.5m，缆机主塔主索锚固高程为▽494m。副塔设计布置在左岸坝肩▽466m高程马道上，主索锚固高程为▽470m。
缆机的设计跨距为400m，使用跨距为370.77m，主副塔主索锚固高差为24m，缆机额定起重量为30T。
主塔后拉索混凝土锚固礅采用4根150t、深20m的预应力锚索锚固，副塔锚固礅采用4根150t、深30m的预应力锚索锚固，预应力锚索均向下倾斜5°。
4.2 混凝土拌和系统布置
根据xx水电站大坝标招标文件以及投标方案，大坝标混凝土拌和系统原搅拌楼选型为：利用xx水电开发公司在索风营工地已有的一座2×2m3 强制式搅拌站和新购一座2×6m3 （HL360-2S6000L）强制式搅拌楼。经过联营体从安装工期、运行和经济方面的仔细研究、及在多个工程中混凝土搅拌楼的应用调查分析，向业主提出选用二座2×4m3 （HL240-2S4000L）强制式搅拌楼代替1座2×2m3 强制式搅拌站和1座2×6m3（HL360-2S6000L）强制式搅拌楼组合的方案，后经业主研究同意了联营体的方案。

混凝土拌和系统进行设计时，依据大坝工程施工总进度安排，一方面要考虑到满足大坝工程混凝土月高峰强度14.0万m3，同时要满足最大仓面为6200m2的浇筑强度；另一方面要考虑单座楼采取预冷措施即可满足高温季节预冷混凝土月生产强度的要求；经过分析认为选用二座2×4m3 （HL240-2S4000L）强制式搅拌楼可满足施工要求。拌和系统理论生产能力为：常态混凝土480m3/h，碾压混凝土440m3/h，预冷混凝土180m3/h。
混凝土拌和系统生产设施布置在大坝右岸高程452m、480m、485m三个平台上，其中2座混凝土搅拌楼、二次风冷车间、6个胶凝材料储罐、混凝土实验室等设施布置在高程452m平台上，一次风冷料仓、一次风冷车间、冷却塔、水泵房、外加剂车间、配电所布置在高程480.0m和485m平台上，同时在这几个平台分别布置系统生产给排水设施。在高程452m平台布置拌和系统时主要设施时还需考虑避开关站和副厂房位置，只有上游侧2个煤灰罐实在无法避开考虑在开关站施工时拆除。拌和系统布置如图2所示。

图2 拌和系统布置图
混凝土拌和系统布置方案的优点是：系统布置紧凑、工艺合理；砂石系统成品料仓设在拌和系统右上方487m平台上，进料方便；在拌和楼底既可布置高速皮带直接接料，也可汽车直接在楼下接料，出料顺畅；系统布置于右坝肩下游，距坝肩较近，为布置皮带输送系统创造有利条件，利于混凝土的快速入仓，减少运输环节、投资和动力消耗，提高劳动生产率。
4.3 混凝土供料线布置
5 大坝混凝土快速入仓工艺
混凝土水平和垂直运输一体化，皮带机以连续运输为特征，具有较高的生产效率。尤其是近年来，塔带机（顶带机）和胎带机的引进和应用，将混凝土水平运输和垂直运输合二为一，实现了对混凝土运输传统方式的变革，从而导致了皮带机运输混凝土的广泛应用。
陡坡与垂直运输设备，荣地、江垭、普定等工程采用了负压（真空）溜槽，其原理为：①当混凝土从集料斗进入溜槽下行时，由于溜槽具有良好的密封性，溜槽内部的空气从底部排出。②由于混凝土在溜槽内并非密实，与槽壁之间存在空隙，当混凝土下行时，在管内产生真空度（即负压），此时槽内气压力小于外界气压，使柔性椭圆槽内向变形，槽内的混凝土受挤压产生摩擦力，减缓了混凝土的下行速度。③混凝土在溜槽内速度变化时的随机过程为：速度大时，真空度越大，因此，压紧力越大，即摩擦力越大，使速度下降；反之，速度小时，真空度越小，即挤压产生的摩擦力越小，使速度加快。

负压（真空）溜槽由于采用真空负压挟裹混凝土，能自动控制混凝土下卸速度，它不需要动力，结构简单，使用方便，运行噪音小，无污染，制造成本低，适用于坡度为1∶0.75～1∶1陡峻斜面运输。
（2）MY BOX
在三峡工程永久船闸竖井混凝土浇筑中，采用了具有二次搅拌功能的垂直连续式运输设备MY BOX。该设备为日本前田公司的专利产品，混凝土料在MY BOX内自上而下自由下落，每经过一节就会增加2倍次的混合，当经过n节，即增加2n倍次的混合，它不需要外部能源或动力，能有效避免混凝土垂直运输中的离析，使用方便。利用MY BOX共浇筑15万多m3，既解决了洞井施工干扰的矛盾，又保证了浇筑质量，缩短了工期。与常规的吊罐或泵送混凝土垂直运输方式相比，不仅大大降低劳动强度，而且节约运输成本40%。