中国水利水电第三工程局有限公司西安710018
摘要:几内亚凯乐塔水电站碾压混凝土大坝断面尺寸小,属于典型的长窄型结构,经过碾压试验及分析论证,将碾压混凝土分区C9020W6(二)+C9015W4(三)修改为C9020W6(三)单一混凝土结构,取得了良好的设计指标、施工工艺和工程成果。
关键词:水利水电碾压混凝土坝施工技术;全断面;三级配
1.研究背景
1.1工程概况
凯乐塔(Kaléta)水电站位于几内亚共和国(TheRepublicOfGuinéa)的西部,距离首都科纳克里(Conakry)162km。电站位于孔库雷河(Konkouré)干流中游,坝址以上控制流域面积11380km2。
大坝采用碾压混凝土重力坝和均质土坝两种结构型式,合计40个坝段,坝轴线长度1150.01m,库容2300万m3。由挡水坝段、发电引水坝段、泄流底孔坝段、溢流坝段组成,坝顶高程114.00m,最大坝高31m,坝顶宽5m;溢流坝段布置在右岸KONKOURE主河床上,呈弧形布置,溢流堰采用无闸门控制的开敞式自由溢流,总长360m,堰顶高程110m。大坝混凝土总量23.13万m3,其中碾压混凝土约7.52万m3。
电站为坝后式地面厂房,采用“一机一管”布置。总装机额定容量为234.6MW,安装3台立式轴流转桨式水轮发电机组,多年平均发电量为9.46亿kW.h。
1.2课题由来
根据坝体结构设计型式、施工条件,存在以下特点和困难。
(1)拦河坝充分利用实际地形、地质条件,碾压混凝土大坝呈“S”型布置,碾压仓面狭长,最大碾压仓号宽度12m,入仓及铺料难度大,施工强度难以提高,对施工质量控制有一定的影响。
(2)碾压混凝土坝上游防渗区设计2m宽RCC9020W6(二),坝体混凝土为RCC9015W4(三)。而BW202AD-4振动碾钢轮宽度2135mm,D31PX22平仓机铲刀宽度2875mm,混凝土分区设计不满足平仓机和振动碾工作所需的宽度,与常规设备符合性差,施工工效降低。
为了解决以上施工难度和设计矛盾,响应碾压混凝土“薄层连续快速施工”的设计理念,经并报工程师批准,碾压工艺试验增加研究取消防渗层、采用全断面三级配结构设计的可行性分析。
2.试验研究
2.1试验准备
2013年2月14日~4月25日,通过四次专题会议研究并报送工程师审核、讨论,确定了试验方案。
5月8日由施工项目总工向作业团队(包括几内亚雇员)进行技术、施工组织交底,详细讲解了碾压混凝土试验实施步骤、操作细节及注意事项。
2.2试验布置
试验场地布置于安装间坡顶下游平台,长×宽=11m×30m,首先完成0层30cm厚常态混凝土垫层浇筑;第Ⅰ~Ⅲ层、第Ⅳ层碾压混凝土分两次浇筑,以分别验证热升层、冷升层层间结合质量、抗渗性能。
试验块划分为两个条带,一个为宽度6m的C9015W4(三)条带,一个为宽度4m的C9015W4(三)、C9020W6(二)条带(第Ⅲ、Ⅳ层左半幅验证C9015W4全断面三级配,即坝体不分区、全断面为三级配碾压混凝土),四周0.5m为变态混凝土。
2.3试验过程
2013年4月8日完成垫层(0层)混凝土浇筑;5月9日开始碾压混凝土第Ⅰ~Ⅲ层(热升层)碾压试验,持续时间约16h;5月19日施工第Ⅳ层(冷升层)碾压混凝土;6月8日开始观察坑钻芯和检查孔取芯,6月19日完成压水试验,室外试验全部完成;委托长江水利委员会长江科学院于8月22日进行了原位抗剪试验。
试验模拟大坝断面尺寸进行了常态混凝土、变态混凝土、碾压混凝土、低VC值混凝土浇筑,对混凝土各种性能指标进行分析,试验内容全面,达到了试验目的。
2.4试验分析
(1)混凝土VC值控制在3~5s,45分钟VC值增长率50%左右,含气量大于3%;可碾性、泛浆效果良好,不陷碾、不粘碾;碾压2+6+2遍(往返为2遍),压实度均大于97%。
(2)仓面设备布置紧张,两种碾压混凝土分区不便于仓号内设备平行作业,混凝土的入仓、摊铺和碾压施工相互干扰影响,仓面略显零乱。测算入仓强度在20m3/h左右,约为碾压混凝土生产强度的1/3,除各种试验占用时间外,主要原因为仓面狭小、混凝土分区导致的入仓强度偏低。。
(3)采用XY-2型地质钻机周边套接切割形成两个观察坑,尺寸1m×1m×1.2m(长×宽×深),经观察,层间结合良好,揭露面表面光滑致密,骨料分布均匀,结构密实。
(4)采用XY-2PC地质钻机钻φ60mm检查孔3个,分别布置于C9015W4、C9020W6条带及C9015W4全断面区域,自上而下分段压水,压水成果表1。
(5)按照DL/T5433-2009《水工碾压混凝土试验规程》及DL/T5368-2007《水电水利工程岩石试验规程》的规定,采用平推法对C9015W4碾压混凝土试验区段的1组试件(共计5组试验块)进行了90d龄期现场层面原位抗剪断试验,结果为:摩擦系数ƒ'=1.05>1.0,粘聚力c'=2.04MPa>1.0MPa,满足抗滑稳定计算采取的力学参数。
表1碾压混凝土钻孔压水成果汇总表
(6)试验结论
KALETA水电站大坝C9015W4、C9020W6两种混凝土分区设计不便于摊铺、碾压和快速施工,进而导致层间结合质量下降;根据C9015W4三级配全断面碾压混凝土试验分析成果,入仓难度降低,入仓强度有所提高。经报送工程师审批,为确保坝体防渗指标,采用提高一级技术指标的单一C9020W6(三)碾压混凝土全断面设计和施工,取消大坝混凝土分区,既可加快施工强度,又能提高质量保证率。
3.施工工艺
根据大坝布置形式、结构、工程量、场区道路等按照3~4个坝段合并仓号,分层厚度3m。
3.1混凝土生产
电站配置一座HZ120-2S1500双卧轴强制式混凝土拌和站和总制冷量为1336kW的制冷车间,实际碾压混凝土生产能力约60m3/h,搅拌时间60s。
3.2混凝土运输
混凝土水平运输采用KERAX380.356X4HD雷诺自卸车,车厢设置帆布遮阳棚,105m以下仓号自卸汽车直接入仓,单车运输碾压混凝土6m3。105m以上采用自卸汽车水平运输,通过BLJ600-40布料机转料入仓。
3.3混凝土浇筑
碾压混凝土采用斜层平推法铺筑方式,4m×4m梅花形布料,退铺法依次卸料,松铺厚度35cm。
铺料条带长度达到12m左右后采用D31PX-22平仓机进行平仓,BW202AD双钢轮振动碾搭接法碾压;变态混凝土采用犁槽法、人工加浆方式;封仓口采用长臂反铲浇筑低VC值混凝土;边角部位采用BW75H手扶双钢轮振动碾碾压、补碾。
4.分析推广应用
全断面三级配碾压混凝土的提出是基于KALETA水电站坝体结构断面小,分区铺料、碾压施工功效降低,可能造成质量缺陷而采取的一种措施,在低坝上应用取得了成果。
(1)减少分区铺料交叉干扰,提高入仓强度,缩短层间直接铺筑间隔时间
采取不分区铺料条带划分合理均衡,施工层次分明,便于有序施工,入仓强度提高20%左右,层间间隔时间控制在直接铺筑允许时间内;但仍受到了狭长断面带来的入仓降效,主要原因是混凝土运输、摊铺、碾压、
检测不具备开展“流水化”平行作业的条件,实以顺序作业为主,延长了升层覆盖时间,对混凝土的浇筑强度限制明显。
(2)混凝土搅拌过程中不需变换配料单,生产效率提高
采用一种指标的混凝土,拌合站生产过程中可避免频繁更改配料单,缩短配料周期,可以保证连续生产混凝土,充分发挥设备搅拌能力,提高设备功效,设备配置更节约。
(3)结合VC值动态调整在碾压混凝土施工中的关键控制指标,确保层间结合,提高抗渗能力
VC值是碾压混凝土可碾性和层间结合的关键,其控制以碾压混凝土全面泛浆和具有“弹性”、经碾压能使上层骨料嵌入下层混凝土为宜,VC值的降低对层间结合质量、抗渗能力的提高具有推动作用。
KALETA水电站VC值为3~5s,在实施过程中优先选用小值,以“不陷碾”、液化泛浆为控制标准,提高混凝土层间结合质量、整体抗渗性能,这也符合碾压混凝土发展趋势。
(4)小结
笔者认为,随着碾压机械、检测设备的发展,提高碾压层厚减少碾压缝面的技术革新,为充分体现“快速连续”浇筑的特点和优势,全断面三级配碾压混凝土具有在中高坝继续研究的价值和发展空间,可根据坝高加宽变态混凝土,采取低VC值混凝土直接浇筑,进而推广应用。可以结合VC值的控制、流水化作业的推进,全面提升摊铺、平仓、碾压进度,通过缩短热升层间隔时间而提升层间结合质量,提高碾压混凝土的抗渗能力和坝体稳定性。
参考文献:
[1]能源部、水利部碾压混凝土筑坝推广领导小组.碾压混凝土筑坝—设计与施工.电子工业出版社,1990
[2]中国水利水电第三工程局有限公司.低VC值混凝土的研究和应用,2012
[3]黄河勘测规划设计有限公司.几内亚凯乐塔水电站工程设计报告(DD-ZH-RE001B),2012
作者简介:
孟宪坤:山东泰安人,工程师,从事水利水电施工管理工作。