抗磨蚀高性能混凝土在锦屏一级泄洪洞工程中的应用.pdf

陕西水利 2 1 2 1 1年iIill 技专刊 1概述 抗磨蚀高性能混凝土 在锦屏一级泄洪洞工程中的应用 王 燕 郭 强 ( 中国水利水电建设工程咨询西北公司 陕西 西安7 1 0 0 7 5 ) 摘 要 文章介绍了掺加 HF外加剂的高强耐磨蚀粉煤灰混凝土在锦屏一级水电站泄洪洞工程应用中 的效果和作 用， 以及 高性 能混凝 土施 工质量控制要点 。 关键词锦屏一级水电站； 高强耐磨蚀粉煤灰混凝土； 应用 中图分类号： 1 、 ， 4 3 1 + 9 文献标识码 ： B 从 2 O世纪 8 O年代起， 不同国家， 不同学者依照各 自的认 识 、 实践 、 应用范围和目的的要求差异 ， 对高性能混凝土进行了 不同的定义和解释。我国已故工程院院士吴中伟在 1 9 9 9年出 版的著作 高性能混凝土 中定义如下 ： 高性能混凝土是一种新 型技术混凝土， 是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用 现代混凝土技术制作的混凝土， 它以耐久性作为设计的主要指 标。为此， 高性能混凝土在配置上的特点是低水胶比， 选用优质 原材料 ， 并除水泥、 水 、 骨料外 ， 必须掺加足够数量的矿物细掺 料和高性能减水剂。 作为高性能混凝土的水工抗磨蚀混凝土而言， 除按规定选 取 C 3 5 、 C 4 0 、 C 4 5 、 C 5 0 、 C 5 5 、 C 6 0 、 C 6 0七级强度等级外 ，都必 须配置成具有较高抗磨蚀性能的高性能混凝土。在我国， 已有 较多成功应用的实例， 如： 三峡工程、 青海省李家峡水电站、 陕 西省金盆水库泄水建筑物、 甘肃省黄河大峡水电站工程等。 2抗蚀耐磨混凝土研究及其在锦屏一级泄洪洞工程中 的应用 锦屏一级水电站采用坝式开发 ， 主要任务是发电。水库正 常蓄水位 1 8 8 0 0 0 m，死水位 1 8 0 0 O O m，正常蓄水位以下库容 7 7 6 5亿 m ， ， 调节库容 4 9 1亿 m， ， 属年调节水库。电站装机 6 台， 单机容量 6 0 0 MW。右岸泄洪洞泄量大， 无压隧洞段单宽流 量大、 流速高 ； 洞线长， 体型复杂； 过流面混凝土浇筑除采用了 掺加硅粉的抗冲耐磨混凝土， 还研究并在右岸泄洪洞中使用掺 加 H F外加剂的高强耐磨蚀粉煤灰混凝土。 2 1 H F混凝土的定义 H F高强耐磨粉煤灰混凝土( 简称 HF混凝土) 是 由H F外 加剂、 优质粉煤灰、 符合要求的砂石骨料和水泥等组成， 并按规 定方法进行设计 ， 按规定工艺组织施工浇筑的混凝土。与硅粉 混凝土比较， 该材料具有干缩性小 、 和易性好 、 水化热温升小、 施工简单易行、 原材料易得 、 造价低廉等许多优点。经过十几年 的研究和工程应用， 逐渐得到改进、 优化、 完善而成为新型专业 水工护面混凝土。HF混凝土技术除注重混凝土抗磨性能和抗 空蚀性能之外， 尤其注重混凝土的施工性能和混凝土的抗裂性 能 ， 并将使用效果作为判定混凝土抗冲耐磨性能优劣的重要依 据。通过配合比设计、 原材料的选取、 施工性能的改善和施工工 艺 、 质量控制方法及采用专业的HF外加剂， 使混凝土特别是混 3 2 凝土护面达到预期的工程效果。目前在水利水电工程中， H F混 凝土已被广泛应用于抵抗泥沙磨损， 高速水流空蚀破坏的高性 能的水工抗冲耐磨护面材料 ， 成为解决泥沙磨损和空蚀破坏的 优选方案。 2 2 HF混凝土抗冲耐磨机理 采用 H F H J n 剂激发粉煤灰的活性，使胶凝材料的水化产 物致密、 坚硬， 并使 自身强度和胶结力显著提高， 达到提高混凝 土的抗压强度， 抗磨强度及耐久性能。 2 3 HF混凝土的抗冲抗空蚀机理 H F混凝土自身强度的提高， 提高了其抗蚀性能。普通混凝 土在泥沙磨损和空蚀作用下 ， 胶材和砂浆容易被冲磨掉， 出现 粗骨料外露以至于产生可引起空蚀破坏的新的不平整凸起和 凹坑。这种在建筑物运行过程中产生的超出设计允许糙度的不 平整度称为再生不平整度。再生不平整度是产生新的更严重空 蚀破坏的根源。目前规范和设计中对新建工程的过流表面平整 度要求较高， 而对运行后所产生的再生不平整度及其危害重视 不够。H F混凝土胶凝材料与骨料之间结合力的提高和两者强 度差异减小 ， 使混凝土形成一个相对的均质材料 ， 不易产生应 力集中破坏， 也不易产生不均匀破坏， 有利于避免再生不平整 度和空蚀破坏的产生。 H F混凝土干缩率小， 不易产生干缩裂缝， 也不易产生混凝 土表面塑性龟裂现象。另外， 与普通混凝土相比， H F混凝土中 的水泥用量显著减小 ， 混凝土的水化热温升降低 ， 混凝土不易 产生温度裂缝。这一方面可防止裂缝引起的空蚀破坏， 同时也 提高了混凝土的整体性强度。 除空蚀和磨损之外， 高速水流脉动压力对建筑物的破坏作 用也是不容忽视的问题。脉动压力主要会引起存在裂缝的混凝 土板体发生破坏。H F混凝土所具有的较好的抗裂性能， 使其具 有较好的抗脉动破坏的作用。 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范对配置高性能 抗磨蚀的混凝土及砂浆所用材料提出了专门要求。具体内容如 下 ：配置高性能抗磨蚀 的混凝土及砂浆所用材料 除应符合 D L r r 5 1 4 4规定外， 还应符合下列要求： 宜选用大于等于4 2 5强度等级的中热硅酸盐水泥、 硅酸 盐水泥或普通硅酸盐水泥。 应选用质地坚硬 、 含石英颗粒多、 清洁、 级配 良好的中 粗砂。 应选用质地坚硬的天然卵石或人工碎石 ， 天然骨料最大 粒径不宜超过 4 0 mm， 人工骨料最大粒径可为 8 0 mm， 当掺用钢 水工建筑 纤维时混凝土骨料最大粒径不宜大于 2 0 ram。 应掺用高效减水剂 ， 宜优先选用低收缩的聚羧酸盐等高 效减水剂， 有抗冻要求的， 应论证加入引气剂的必要性。 配制高性能混凝土时， 应掺用 I、 级粉煤灰、 硅粉 、 磨 细矿渣等活性掺和料。掺和料用量应通过优化试验确定 ， 其品 质应符合 G B T 1 8 7 3 6的规定。 规范还规定 ： 各等级抗磨蚀高性能混凝土都应通过配合 比 优化试验 ， 选择抗磨蚀性、 和易性、 体积稳定性和经济性较优的 配合比。配合比试验中应使用粉煤灰、 硅粉、 磨细矿渣、 其最大 掺量不应超过表 1 规定。 表 1 活性掺和料最大掺量 活性拌和料 占胶凝材料总质量( ) 粉煤灰 2 5 磨细矿渣 5 0 ， 硅粉 1 0 粉煤灰 +磨细矿渣 +硅粉 5 0 粉煤灰 +硅粉 3 5 C 5 0以上混凝土宜选用 I 级粉煤灰，也可以选用需水量 比1 0 0 、 细度1 5 、 烧失量3 的级粉煤灰。 2 4 其在锦屏一级水电站中的应用 成都勘测设计研究院在针对锦屏一级水电站掺加硅粉与 粉煤灰和掺加 HF外加剂与粉煤灰高性能混凝土的研究中， 除 对原材料的选用进行了大量研究之外， 还对高性能混凝土的热 力学性能、 混凝土温控设计及防裂进行 了研究 ， 提出了一组推 荐施工的混凝土配合比， 详见表 2 。 表 2 3抗磨蚀高性能混凝土施工质量控制 抗磨蚀高性能混凝土已在我国部分工程中成功应用， 由于 泄洪洞工程洞线长、 体型复杂、 流量大、 流速高， 加之泄洪洞宣 泄的高速水流具有空化空蚀和脉动 ( 脉动压力、脉动流速) 特 性， 因此 ， 对泄洪洞混凝土施工质量要求相对较高 ， 对混凝土施 工工序要求相对较严。为了确保泄洪洞混凝土施工质量， 在施 工过程 中必须严格按照设计图纸 、 水工混凝土施工规范 ( D L T 5 1 4 4 ) 、 水工建筑物抗 冲磨 防空蚀混凝 土技术规范 ( D i l l 5 2 0 7 ) 以及可行的施工措施 ， 充分做好施工准备工作， 严 格控制入仓混凝土质量、 严格控制混凝土施工中每道工序 。现 简述几点质量控制要点。 ( 1 ) 依据设计图纸及相关施工规范， 编写详细的泄洪洞混 凝土施工措施， 确保施工措施中资源配置的合理性 、 施工设备 的可靠性 、 施工质量的保证性。 ( 2 ) 一般泄洪洞工程流量大、 流速高、 洞线长、 体型复杂， 对 过流面施工平整度要求严格。据此必须依据设计图纸和 水电 水利工程模板施工规范) ( D I J T 5 1 1 0 ) 的要求 ， 设计 、 制作施工中 使用的各种模板， 使其符合下列规定： 保证混凝土结构和构 件各部分与设计形状、 尺寸和相互位置正确； 具有足够的强 度、 刚度和稳定性， 能可靠的承受规范规定的各项施工荷载 ， 并 保证变形在允许范围内； 面板板面平整、 光洁、 拼缝密合、 不 漏浆 ； 安装和拆卸方便 、 安全， 一般能够多次使用 ， 尽量做到 模板标准化、 系列化； 混凝土浇筑过程中、 必须派专人负责经 常检查 、 调整模板的形状及位置， 使其与设计线的偏差不超过 模板安装允许偏差绝对值的 1 5倍， 并每班做好记录。 对承重模 板， 必须加强检查、 维护； 对重要部位的承重模板 ， 还必须 由有 经验的人员进行监测。模板如有变形 、 位移 ， 应立即采取措施、 必要时停止混凝土浇筑。 推荐混凝土施工配合比参数及每方材料用量 设计 混凝土材料用量( k g m 3 ) 等级 部位 类别 水胶比 砂率( ) 水 水泥 粉煤灰 硅粉 砂 石 减水剂 引水剂 C 2 5 泄洪洞 泵送 0 4 7 4 0 1 1 O 2 1 0 5 2 0 7 l 3 1 3 6 8 1 5 7 2 O O 1 6 C 3 5 0 _ 3 8 3 5 1 1 4 2 1 6 6 0 2 4 6 8 0 1 2 8 6 2 4 0 0 2 4 常态 C4 0 0 3 4 3 4 l 1 4 2 4 1 6 7 2 6 8 6 5 0 1 2 8 5 2 6 8 0 0 2 7 抗冲磨 C 5 O O 2 8 3 1 1 1 5 2 9 6 8 2 3 2 9 5 7 0 1 2 9 3 3 2 8 8 0 0 3 7 C3 5 0 - 3 8 2 9 8 7 1 6 5 4 6 1 8 I 3 6 0 2 1 5 0 3 1 8 3 2 0 0 1 8 三级配常态 C 4 O 泄洪洞 0 3 4 2 8 8 7 1 8 4 5 1 2 0 5 5 7 5 l 5 0 7 2 O 4 8 O o 2 抗冲磨 C5 O 0 2 8 2 6 8 8 2 2 6 6 3 2 5 1 5 1 9 1 5 0 6 2 51 2 0 0 2 8 C3 5 0 _ 3 8 4 0 1 2 9 2 4 4 6 8 2 7 1 7 4 7 1 1 4 2 2 7 l 2 0 0 2 7 泵送 C 4 0 0 3 4 3 9 1 2 9 2 7 3 7 6 3 0 - 3 7 l 4 1 1 3 8 3 0 3 2 OO 3 抗冲磨 C 5 0 0 2 8 3 7 1 3 1 3 3 7 9 4 3 7 _ 4 6 4 5 l 1 1 9 3 7 4 4 0 0 4 2 3 3 陕西水利 2 0 1 1 年科技专刊 水文站地形测量中全站仪坐标导线 测量方法简述 邹 敏 ( 安康市水利水 电土木建筑勘 测设 计院 陕西 安康7 2 5 0 0 0 ) 摘 要 笔者结合 自己使 用全站仪进行 水文站地形 实际测量的工作经验 ， 总结了使 用全站仪进行测量 的 原理和步骤， 并与传统测量方法进行 了详细的相比分析， 提 出全站仪 自动化程度高、 测量速度 快、 观测经度高、 性能稳定的特点， 能提高测量工作效率， 确保测量精度。 关键词全站仪 ； 水文站地形 ； 测量 中图分类号： T V 2 2 1 1 文献标识码： B 水文站在建站初期进行的地形测量问题 ， 因为直接关系到 水文站的建设 、 生产等 ， 必须引起足够的重视。并且， 由于测量 后地形可能发生显著变化， 建议 5年后进行重新测量或局部重 测， 即使是地形变化不大的， 重测时间也不应超过 2 0年。近期， 随着测绘仪器的更新换代、 新技术的开发， 改进和应用 ， 全站仪 在水文测站地形测量中得到了普遍使用。所谓全站仪 ， 即是一 种可以同时针对多角度( 水平角、 竖直角 ) 进行测量 、 距离( 斜 距、 平距、 高差) 测算并进行同步数据处理的综合工具 ， 由机械、 光学、 电子等学科共同作用输出结果， 所以， 使用方便， 只需一 次安置就可以基本完成测站所有的测量工作， 具有自动化程度 高 、 测量速度快、 观测经度高、 性能稳定的特点 ， 而且成果处理 时可直接采用坐标数据 ， 导入计算机生成初级图形的效果。 在使用全站仪进行测量中， 保证了两点通视 ， 便可以在任 意地形条件下使用， 直接读出导线点的坐标 y i ， 导线闭合差 、 ， 并直接计算平差 ， 快速求得所需各导线点的最或然坐标。 其在使用的过程中有诸多优势，和传统的测量方法向比较， 即 省去了角度闭合差的调整， 也省去了导线边方位角的推算和坐 标增量计算及其闭合差的调整， 还不需要进行导线点的坐标计 算， 降低了工作量。所以， 全站仪的使用在坐标导线的测量上极 大地提高了效率 ， 使得传统的平差计算、 角平差求取坐标等发 生了根本的变化。 1 水文站地形测量的一般规定要求 为了很好的开展测量必须了解其一般要求与指标规定。根 据规定，水文测站地形测量图比例尺的最适 比例为 1 ： 2 0 0 0 ， 坐 标系的选择为平面直角坐标 ， 在没有国家与其它部门强制确定 控制网坐标系统时， 默认选择国家地形图确定的上量概略坐标 与方位角作为独立坐标系统的起算数据。 在针对地形图进行复 测时应与原测图使用共同的坐标系统， 这样的结果才具有可比 性。另外， 在地形测量中还应建立平面控制网和高程控制网， 根 据水文测绘地形图一般面积的大小来确定两级控制网， 并根据 高程控制等原理采用五等水准测量。 导线是指在连接测区内显示的相邻控制点的直线而构成 ( 3 )依据设计 图纸和 水工混凝 土钢筋施 工规范 ( D I J T 5 1 6 9 ) 的要求 ， 制作和安装泄洪洞使用的钢筋。在此要提 请注意的是 ： 依据 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范 ( D UT 5 2 0 7 2 0 0 5 )要求 ，抗 冲磨钢筋保护层厚度不得小于 1 0 e m， 靠近表面的钢筋应平行于水流方向。 ( 4 ) 为防止或减少已浇筑混凝土出现裂缝 ， 除严格控制入 仓混凝土温度外， 还应按设计图纸要求埋设冷却水管， 按时按 程序通水冷却 ， 按时测量混凝土内部温度 ， 做好记录。同时按设 计和规范要求， 做好抗冲磨防空蚀混凝土的养护工作， 保持表 面湿润 。 ( 5 ) 为防止动水压力进入已浇混凝土内部， 对已浇混凝土 出现的裂缝， 及时采用可行的方案进行修补。严格按设计要求 和规范规定的程序对结构缝 、 施工缝施工 ， 如需埋设铜止水片， 应平整， 表面的浮皮 、 锈污 、 油渍均应清除干净 ， 如有砂眼、 钉 孔 、 裂纹 ， 应予以补焊， 铜止片安装应准确 、 牢固， 中心线与接缝 中心线偏差为 5 ra m，定位后应在鼻子空腔内填满塑性材料。 止水带安装应 由模板夹紧定位， 支撑牢固。止水片周边的混凝 土应 由人工填筑， 采用人工或小型振捣棒振捣密实 ， 防止止水 片移位 、 卷曲。 ( 6 ) 为了防止过流面遭受高速水流空化空蚀破坏 ， 对混 一 3 4一 凝土 中临时埋件 、 灌浆管 、 施工中造成的混凝土缺陷( 如蜂 窝 、 麻面、 漏浆 、 错台 ) 等， 按不同部位 、 不同类型制定相应 的 处理方 案 。 综上所述 ，抗磨蚀高性能混凝土较普通混凝土具有提高 混凝土的抗压强度 、 抗磨强度及耐久性能等多项指标 ， 展示了 抗磨蚀高性能混凝土材料在水工建筑物，特别是泄水建筑物 中应用的广阔前景。 参考文献 1中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 锦屏一级水电站泄 洪洞工程混凝土施工技 术要 求 2 0 0 9 ， 1 2 2 1 水工隧洞设计规范 ( D L T 5 1 9 5 ) f 3 1 溢洪道设计规范 ( S L 2 5 3 ) 4 1 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范 ( DL T 5 2 0 7 ) 5 1 水工混凝土施工规范 ( DL T 5 1 4 4 ) 6 水电水利工程模板施工规范 ( D L T 5 1 1 0 ) f 7 1 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 锦屏一级水电站抗 冲耐磨混凝土热力学性能试验报告 2 0 1 0 ， 3 8 1 支栓喜， 支晓妮， 江文静 HF混凝土的性能和机理的试验研究 及工程应用 I 1 水力发 电学报2 0 0 8 ( 3 ) ， 6