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中图分类号:TU74文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-014-02
1概述
小湾水电站拱坝工程坝体内布置有2个导流底孔和3个导流中孔,导流底孔位于20号和25号坝段,导流中孔位于21~23号坝段。导流孔孔口顺水流向依次为进水塔段、孔身段和工作弧门闸墩段,顺水流向底孔长102m,中孔长分别为94.1m、93.1m、93.8m。
小湾拱坝坝身导流孔具有以下特点:布置相对集中,结构体型复杂,成型后的混凝土外观要求高(表面不平整度3mm以下);孔口段长,模板制安量大,尤其在封顶段;钢筋密集,种类多;机电与金结一期埋件、锚索管等预埋件也很多;混凝土标号高(标号C18040),温度控制标准高(容许最高温度29℃)。鉴于上述情况,孔口段施工对施工组织、技术方案编制、工艺设计、温控措施和质量控制等均提出了更高的要求。
另外,如何协调处理好该部位施工质量和进度的关系,成为急需解决的一个关键问题。在施工中结合实际情况,将体型相对更复杂、钢筋和埋件制安量大的支撑大梁与坝体实行分期施工,同时采用了大量的先进技术和工艺,制定了合理、科学的施工管理和考核制度,保证了导流孔混凝土施工质量和进度。
2方案设计要点
施工分层:为保证混凝土施工质量,规定除个别部位分层按小于3.0m施工外,其它部位全部按3.0m层施工。
模板设计:孔口段模板量大,成型后的混凝土外观要求高,主要采用平面大钢模板施工。侧墙模板采用对撑结构加固,顶板模板采用四管柱支撑。
钢筋制安:钢筋统一由综合加工厂加工,钢筋连接除个别特殊部位外,规定直径T25以上全部采用机械连接。
混凝土收面:孔口属于高速水流过流面,混凝土面平整度要求严格,规定过流面底板部位采用翻模、刮轨样架、机械抹面等工艺施工。
混凝土温控:针对孔口段混凝土标号高,浇筑的混凝土大多又为二、三级配,而容许最高温度又比较低等要求,专门制定严格的温控和保温防裂措施,并切实实施。
3施工方法
3.1施工程序
施工缝面处理 测量放点 钢筋、预埋件和模板安装 仓号清理及清洗 验收 混凝土浇筑 收面养护和混凝土面保护 下一层施工。
3.2施工分层
根据设计结构体型、模板安装要求、顶板混凝土覆盖厚度、混凝土温控和快速施工等要求,导流孔孔口段混凝土施工浇筑分层设计规划为:① 底板部位施工层厚按1.5m控制,相应以下坝体施工分层按此要求进行调整;② 侧墙部位施工层厚按3.15m控制,以保证顶板层施工时,孔口上方混凝土覆盖厚度满足技术要求规定;③ 顶板按两层全部覆盖完毕,第一层与顶板椭圆段相交部位作倒角处理,保证混凝土厚度大于等于50cm;④ 导流中孔分层时保证相邻坝段施工分层错开高差不小于30cm。导流底孔施工浇筑分层详见附图1。
3.3模板设计
孔口段模板设计主要为底板、侧墙、顶板和工作弧门支撑大梁四部分。根据孔口段结构形式和浇筑分层,模板设计规划为:① 底板进口反弧段配置异型钢模板,并可满足翻模施工,平直段顺流向安装角钢刮轨,间距1.5m;② 侧墙进口圆弧段配置异型钢模板,直段配置3.0m(2.1m和2.7m).3m系列悬臂大钢模板,并且模板采用对撑支架固定;③ 顶板直段配置3.0m(2.1m).3m系列悬臂大钢模板和0.25m.25m定型角模,椭圆段配置P3015组合模板和定型角模,支撑封堵门槽上游侧采用“桁架+三角托架”,椭圆段采用“桁架+组合刚架+四管柱”,直段采用“桁架+纵梁+四管柱”;④ 弧门支撑大梁主要配置P6015组合模板,底模支撑采用“桁架+三角托架”。所有模板拼缝处粘贴双面胶带,位于过流面部位的模板表面贴3mm厚PVC板,以提高成型后的混凝土外观质量。具体设计见附图2、3。
3.4施工缝面处理
水平缝面大面主要采用高压水枪冲毛,冲毛压力为50Mpa,冲毛开始时间控制在收仓后36h左右,钢筋网和边角部位人工凿毛。横缝面采用角磨机打磨、压力水冲洗,并提前用砂轮机割除拉杆头等非结构过缝件,回填上层模板加固定位锥孔。
3.5钢筋制安
导流孔钢筋量大、种类多,单个孔钢筋量约1143t(孔身段:291t,进水塔:480 t,工作弧门闸墩段:372t)。钢筋加工按设计图纸和浇筑分层设计的加工料表,进行切割下料,并进行钢筋直螺纹连接加工。安装时先放点安装架立筋,控制起始钢筋位置,并在各层钢筋之间设定位筋,控制层间距,以保证保护层、层间间距及错缝满足规范及图纸要求;控制层间钢筋网格对应,以满足下料和振捣需要。钢筋连接T25mm以上采用直螺纹连接,T25mm以下接头采用搭接焊。
3.6混凝土浇筑
导流孔孔口段混凝土标号有三种:A区结构混凝土(标号:C18040W9014F90250)、闸墩混凝土(标号:C9040F90250)和抗冲耐磨混凝土(标号:C2840W9010F90150,外掺硅粉8%,聚丙烯纤维0.9kg/m3)。混凝土浇筑采用平铺法。孔口底板、侧墙2~3m范围内和顶板第一坯层,以及支撑大梁和闸墩钢筋密集部位全部浇筑二级配混凝土;进水塔、闸墩和止水周边浇筑三级配混凝土;其余部位第一坯层浇筑厚40cm的三级配富浆混凝土,第二坯层及以上浇筑四级配混凝土,坯层厚度50~55cm。为消除混凝土表面气泡,提高外观质量,模板边混凝土第一次振捣完30~40min后,用T80振捣棒进行二次振捣。
3.7特殊部位施工
(1)高程1018.5m~1020.0m为底板浇筑层,该部位钢筋密集,浇筑难度大。 混凝土浇筑采用4台缆机,即2台缆机浇筑孔身部位,另2台缆机浇筑孔口两侧部位。水平钢筋网部位下料时,要求缓慢进行,并用振捣器等工具及时将混凝土散落至钢筋网下面,以免混凝土堆积过多,使钢筋网受压变形。下完料后使用加长型T100振捣棒和T80振捣棒进行振捣。每个坯层浇筑完后及时将钢筋网上的灰浆进行清理,避免粘结过多、干硬后影响与混凝土的粘结质量。
(2)进口反弧段采用翻模施工,即在混凝土初凝前将模板拆除,进行人工抹面,消除混凝土表面气泡。翻模时间根据混凝土标号、级配、陷度和外界气温等进行动态控制,一般夏季控制在4h~6h,冬季控制在6h~8h。底板永久面人工配合抹光机抹面成型。
3.8温控措施
参照其它混凝土坝工程施工经验,并结合本工程导流孔混凝土温控施工要求,温度控制主要从混凝土拌制、运输、浇筑、通水冷却和表面保护等方面采取措施,并实行预警机制。埋设在混凝土内部的温度计显示,浇筑完3~4d后的最高温度在27.5~28.5℃之间,满足设计要求,具体采取的措施和要求如下:
⑴ 控制指标:混凝土出机口温度7℃、浇筑温度11℃、内部最高温度小于29℃,内外温差不大于16℃。
⑵ 为充分利用夜间气温低的时候进行浇筑,开仓时间要求安排在下午16∶00点以后。
⑶ 加强混凝土水平和垂直运输管理及两者之间的快速衔接,有效控制混凝土入仓温度。
⑷ 浇筑过程控制:① 在仓面左右横缝两侧模板上口各均匀架设3~4台GSW型高压射流造雾机,在白天气温较高(超过23℃)或日照强烈时进行喷雾降温;② 入仓混凝土及时进行平仓、振捣,尽量缩短坯层覆盖间歇时间;③ 混凝土振捣密实后,在混凝土坯层表面覆盖一层专用保温材料(双层聚氯乙烯卷材外包防水塑料布)进行隔热蓄冷,并边浇边揭边覆盖,保证仓面保温被覆盖率大于60%。
⑸ 收仓后及时覆盖2.0cm厚保温被对仓面混凝土进行隔热保温12h。
⑹ 通水冷却:混凝土浇筑时即开始通水冷却,通水流量根据季节变化和混凝土标号不同等情况进行动态控制,混凝土最高温度出现前,控制在1.5~2.4 m3/h,最高温度出现后至第10d,控制在0.6~1.5m3/h;随后调整至0.4~1.2m3/h,进水温度控制在8~10℃,通水时间不少于21d。
⑺ 上、下游永久面(含进水塔、闸墩永久面)模板拆除消缺验收后跟进粘贴厚5cm聚苯乙烯保温板。低温季节(当年11月~次年3月)施工时,孔口侧墙部位模板拆除后贴2cm厚保温被进行临时保温,孔口全部形成后,在孔口上、下游侧进出口部位设置帆布保温架进行保温;临时施工缝面用2cm厚保温被进行保温。
⑻ 预警机制:当过程中某一个环节混凝土温度将达到预警底线时,启动预警系统,确保将各个环节混凝土温度控制在预警底线内。
4质量控制措施
在建立完善的质量管理体系的基础上,制定详细的专项施工组织和模板设计,在实施前对相关管理办公室和作业队的技术、质量和作业人员进行充分的技术交底,并严格执行验收制度。
关键词:抗冲耐磨混凝土;温度控制;小湾泄洪洞工程
1 工程概况
小湾水电站泄洪洞是本工程三套泄洪设施之一,洞身为有压变无压“龙抬头”布置,由进水口、有压段、工作闸门室、龙抬头段、直槽斜坡段及出口挑流鼻坎组成。泄洪洞设计工况和校核工况下泄流量分别为3535m3/s和3811m3/s,约占枢纽总泄量的19.4%和18.4%,最大泄洪水头约212m,最大流速达45m/s,泄洪洞工程具有泄量大、水头高、高流速等特点。
小湾水电站泄洪洞无压段及出口挑流鼻坎段过流断面均设计为C9060W908F90100高强度抗冲耐磨混凝土,由于其胶凝材料用量高及掺入硅粉等掺合料,容易出现温度裂缝。为降低水化温升,减小混凝土内外温差,尽可能减少混凝土早期干缩裂缝和温度裂缝的产生,施工过程中采取综合温控防裂措施。
2温控防裂措施
2.1 合理的配合比设计
在保证必要的强度富裕基础上,尽量减少胶凝材料用量。目的不单纯是降低早期水化温升,防止温度裂缝;更主要的是增加拌和物骨料含量,提高混凝土抗裂能力。
2.2选择合理的入仓方式
对于C9060W908F90100抗冲耐磨混凝土尽可能采用反铲入仓方式,一是适宜采用大级配、低坍落度混凝土;二是反铲入仓后混凝土拌和物直接到达指定位置,且拌和物较为均匀,避免混凝土入仓后长距离流动造成砂浆和骨料分离,提高了混凝土均匀性。
2.3降低混凝土入仓温度和浇筑温度等综合温控措施
采取综合温控措施,降低混凝土入仓温度和浇筑温度,控制混凝土从出机口至仓面覆盖上层混凝土之间温度回升系数在0.28以内,高温季节尽量利用夜间浇筑混凝土。为减少预冷混凝土温度回升,严格控制混凝土运输时间和仓面浇筑坯覆盖前的暴露时间,混凝土运输机具设置保温措施,并尽量减少运输次数,使高温季节预冷混凝土自出机口至仓面浇筑坯被覆盖前的温度满足浇筑温度要求。
降低混凝土浇筑温度主要从降低混凝土出机口温度和减少运输途中及仓面的温度回升两方面的考虑。施工中严格按照招标文件、《泄洪洞抗冲磨混凝土施工技术要求》(第A版)及配合比要求拌和楼按预冷混凝土温度拌制混凝土。
泄洪洞混凝土为右岸拌和系统统供的商品混凝土,在右岸拌和系统设置检测人员,检测混凝土出机口温度计其它特性满足设计要求,严禁不合格混凝土入仓。同时,对于大级配混凝土,须特别注意检测出机口混凝土大骨料的实际温度,避免大骨料没冷透而出现实际出机口温度高于检测温度的现象。
混凝土从出机到入仓有一个运输、倒运过程,在这一过程中预冷混凝土与外界环境有热交换现象发生,导致预冷混凝土温度回升。在施工中通过试验建立不同工况下混凝土出机温度与现场浇筑温度之间的关系,从而可根据混凝土运输、倒运过程,日照、气温等不同运行工况采取相应的控制措施,保证混凝土入仓运输畅通。
对于混凝土的浇筑温度,影响最大的因素是混凝土倒运次数,所以要特别注意尽量减少不必要的倒运。同时在高温时段浇筑混凝土时,混凝土运输工具在太阳的直接照射下,温度会有显著的升高,须加强混凝土运输车、储料斗以及溜槽(筒)的保温工作,在混凝土运输车罐外用保温被包裹,运输混凝土自卸车搭设帆布棚防止阳光直射,储料斗与混凝土接触的暴晒部位采用脚手架钢管搭设遮阳棚,上面铺设彩条布防晒,同时在高温时段每隔一段时间用水冲洗车体或斗身,减少混凝土运输工具对预冷混凝土的影响。
尽量缩短混凝土在运输工具内的停留时间,是减少预冷混凝土冷量损失的另一重要措施。因此在高温时段浇筑混凝土时,须做到混凝土快速运输、快速入仓,以减少外部环境温度对预冷混凝土的影响。具体措施如下:
(1)在高温季节混凝土入仓后及时平仓,及时振捣,缩短混凝土坯间暴露时间。
根据浇筑仓面面积太小和温控要求采用适宜的混凝土铺筑方案,高温季节或高温时段仓面面积较大时,尽量缩短混凝土坯间暴露时间,并辅以必要的仓面隔热保冷措施,降低仓面内混凝土回升,控制浇筑温度。
(2)合理安排开仓时间,高温季节浇筑时,将混凝土浇筑尽量安排在早晚和夜间施工,以避开白天高温时段浇筑混凝土。
(3)混凝土面覆盖隔热被:高温季节浇筑混凝土过程中,加强表面保湿保温措施,混凝土浇筑过程中,随浇随覆盖保温被,振捣完成后及时覆盖隔热保温被。高温季节拟采用彩条布夹1.5cm厚高发泡聚乙烯卷材制成的保温被覆盖保冷。
(4)温控措施:在高温条件下,混凝土运输工具设置遮盖或保温设施。严格控制混凝土在运输车上的滞留时间,减少混凝土运输过程中温度回升。混凝土浇筑温度、运输温度严格按照相关规范执行。
(5)为统计挑流鼻坎部位混凝土内温升资料,在混凝土内部预埋温度计进行温度监测,以便掌握混凝土内部温度变化的一般规律。
2.4混凝土浇筑分层及层间间歇期控制
混凝土浇筑层厚度根据温控、结构和立模等条件选定。为充分利用层间散热,在温控要求严或夏季施工较严部位时采用较薄的浇筑层厚。衬砌厚度在3m左右,施工时基本一次浇筑成形。在混凝土施工过程中,为确保其表面抗冲耐磨混凝土的厚度及质量,出口底板混凝土浇筑层厚不大于2.0m,其它部位混凝土浇筑层厚不大于3.0m。施工过程中严禁将普通混凝土浇筑至抗冲耐磨混凝土层中。
混凝土层间间歇期控制:层间间歇期从散热、防裂及施工作业各方面及设计通知单《泄洪洞出口混凝土温控技术要求》综合考虑,控制混凝土层间间歇期,层间间歇期不能过短也不能过长,层间间歇期为7~10d。
2.5 加强混凝土温度测量
混凝土温度测量包括混凝土原材料温度、混凝土出机口温度、混凝土浇筑温度、混凝土内部最高温度等。在混凝土施工过程中,每4h测量一次混凝土原材料的温度、机口混凝土温度以及气温。《泄洪洞抗冲磨混凝土施工技术要求》(第A版)要求混凝土浇筑温度测量,每浇筑坯层、每100m2仓面面积应不少于1个测点,每个浇筑坯层应不少于3个测点。每次测量都要做好记录,分析记录数据,及时反馈温控成果,以便调整温控措施,既确保混凝土内部温度不超过设计容许范围,又可根据实际适当减少不必要的温控措施,以降低混凝土施工成本。
2.6 混凝土表面养护及保护
(1)无压段混凝土养护
无压段混凝土由于处在地下洞室内,环境温度和湿度较为稳定,对混凝土养护工作较为有利。但对于直立边墙混凝土的养护,由于难以采用流水、保水养护或蓄水养护的方案,采用流水养护也难以实现墙面的均匀湿润。分析各方面的不利条件,采用了在边墙上边缘布置系统的养护花管(管壁间隔20cm钻一小孔),用吸水性好的棉布将墙面全部覆盖,并将棉布上边缘包裹在养护花管表面,使养护花管流出的水流经棉布吸收并沿棉布向下均匀流淌,同时注意将湿润的棉布与墙面按紧贴实,以实现长期保持墙面湿润养护的效果,并取得了良好的效果。
无压段底板混凝土由于存在较大的纵向坡度,吸取边墙养护的成功经验,也采用了覆盖棉布进行流水养护。
(2)挑流鼻坎混凝土养护
小湾水电站工程区气温日温差大。日温差ΔT≥15℃的天数,全年平均有88.3天,且集中在12月至翌年5月,挑流鼻坎段处在洞外露天部位施工,受环境温度、阳光照射、风速强以及空气干燥等自然条件影响较大,混凝土表面很容易开裂。因此,挑流鼻坎混凝土浇筑后的表面保护需要特别重视。为改善抗冲磨混凝土养护各种条件,除在表面覆盖棉布进行流水养护的基础上,还采用造雾机对浇筑完的混凝土进行喷雾,在局部范围营造小气候,以降低混凝土周围的环境温度并增加湿度。
同时施工区4月~9月平均气温都大于20.0℃,混凝土的夏季施工历时半年,此间日照时间长,太阳辐射能量强,混凝土施工要注意防晒防裂。除按上述进行高温季节温度控制外,还须加强表面保温工作,以减少内外温差,降低混凝土表面温度梯度,避免出现混凝土表面裂缝。
3 混凝土内部温度监测情况
为掌握混凝土凝结硬化过程中内部温度变化情况,了解内外温差梯度对混凝土裂缝的影响,分别在无压段前三仓“L”墙混凝土仓内预埋了内部温度检测仪器,温度监测采用内部温度与时间变化关系曲线和相对温度变化速率与时间变化曲线相结合,以便反应混凝土内部温度变化一般规律。监测内部温度变化情况如下:(监测数据略)
根据收集的混凝土内部温度监测数据绘制温度升高随时间变化过程曲线,如下图1
内部温度变化统计情况分析:
混凝土内部峰值温度出现在混凝土覆盖仪器后72小时,峰值温度均在40℃以下,小于技术标准要求的48℃。
从总体温升速率变化情况分析来看,由混凝土覆盖监测仪器到温度峰值阶段温升速率基本在0.3~0.4℃/h,一般在24~48小时阶段温度上升较快,温升速率在0.4~1.1℃/h;然后缓慢上升到峰值温度后再缓慢下降,一般在7天左右降到30℃以下;在15天时内部温度回落到20℃以下;在浇筑完一个月时内部温度相对环境温度温差降到5℃以下,并逐渐趋于稳定。这时的混凝土内外温差不大,出现由于温度应力引起裂缝的可能性不会很大。
4 取得的成果
[关键词]底板;抗冲耐磨混凝土;施工;
中图分类号:TV651 13(274) 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)36-0190-01
1.前言
小湾电站泄洪洞由中国水利水电第一工程局承建,全长1535.463m,合同金额4.17亿元,施工总工期为55个月。泄洪洞洞身为有压变无压“龙抬头”布置,由进水口、有压段、工作闸门室、无压段及出口挑流鼻坎组成。
2.施工技术重点、难点:
1、设计要求底板抗冲磨混凝土与下层常态混凝土同时浇筑,不同标号混凝土采取不同的入仓手段,施工工序复杂,质量标准要求高(设计要求平整度≤3mm),影响因素多、控制难度大,所以,采用先进、合理的混凝土施工工艺,保证混凝土施工质量是泄洪洞施工的重点;
2、抗冲磨混凝土其胶凝材料用量高及掺入硅粉等掺合料,黏性大,混凝土内外温差大,容易产生温度裂缝。因此,混凝土出机口温度和浇筑点浇筑温度的控制十分关键;
3、抗冲磨混凝土塌落度低、级配大,振捣强度及时间难以把握;
4、抗冲磨混凝土在初凝前其表面须进行抹光处理,抹面时机、时间及次数的确定至关重要;
5、抗冲磨混凝土浇筑后的养护工作,是预防混凝土硬化过程中出现收缩裂缝的关键工序,且其养护期长(设计要求养护期为90天),养护标准要求高,工程量大等都是施工中的难点;
6、缺少可以借鉴的成功经验,在施工过程中也的确存在着大量亟待解决和改进的问题,需要不断地探索和总结。
3.无压段底板混凝土施工工艺
3.1 施工配合比(如表1)
3.2 施工分层
直槽斜坡段底板为避免上层硅粉混凝土与下层常态混凝土产生分缝,同时进行浇筑,先浇底层常态混凝土,等混凝土达到一定强度,在初凝前再浇抗冲耐磨混凝土,拉摸一次浇筑成型。龙抬头段底板均为C60硅粉混凝土,不进行分层。
3.3 混凝土工艺流程
泄洪洞无压段底板混凝土施工工艺流程如下:
仓面清理底板锚筋施工钢筋制安支端部模板及止水拉模体就位测量校验仓面验收混凝土分层浇筑模体滑升底板抹面养护进入下一循环。
4.关键工序操作要点
笔者根据现场施工经验得出以下几点关键工序操作技术要点。
4.1硅粉抗冲耐磨混凝土搅拌时间比普通混凝土延长30s~60s;
4.2硅粉抗冲耐磨混凝土比较粘稠,出机后尽量缩短运输中转时间,尽快到达仓面,尽快摊铺和振捣。硅粉抗冲耐磨混凝土内部最高温度不大于48℃,内部最高温度与表面温度(距表面5cm范围内混凝土温度)之差不超过20℃,出机口温度控制在≤9℃,浇筑温度≤15℃。混凝土坍落度设计值为8~10cm。混凝土运输时间、含气量和塌落度损失如下:
对于混凝土的浇筑温度,影响最大的因素是混凝土倒运次数,所以尽量减少不必要的倒运。尽量缩短混凝土在运输工具内的停留时间,是减少预冷混凝土冷量损失的另一重要措施。因此在高温时段浇筑混凝土时,须做到混凝土快速运输、快速入仓,以减少外部环境温度对预冷混凝土的影响。根据施工仓位距拌和站的距离以及运输时段气温确定的运输时间为25分钟左右,不超过30分钟。现场检测,混凝土出机口平均温度7.4℃,坍落度平均6.5cm,浇筑现场实测混凝土平均温度10℃,坍落度5.6cm,平均温度回升2.6℃,平均坍落度损失0.9cm,混凝土含气量技术要求值2.5%~4.5%,现场实测平均含气量为3.7%。各项指标在允许范围之内。
4.3底板的混凝土施工块体较大,且只有上部表面能够散热,内部温度散失较慢,这些因素都将造成混凝土内部水化热作用加速,为降低水化温升,减小混凝土内外温差,尽可能减少混凝土温度裂缝的产生,施工过程中采取综合温控防裂措施:
(1)优化配合比,在保证混凝土强度及流动度条件下,尽量减少水泥用量,增加粉煤灰用量,选择高效减水剂,降低混凝土内部水化热的产生;
(2)采取加冰拌和混凝土,降低混凝土出机口温度,减少运输过程中温度回升(混凝土从出机口至仓面覆盖上混凝土之间温度回升系数控制在0.28以内),以控制混凝土浇筑温度不大于15℃;
(3)小湾电站工区海拔较高,昼夜温差大,利用夜间气温最低的时间段进行浇筑;
(4)在高温时段浇筑混凝土时,混凝土运输工具在太阳的直接照射下,温度会有显著的升高,因此在混凝土运输车罐外用保温被包裹,运输砼自卸车搭设帆布棚防止阳光直射,储料斗与混凝土接触的暴晒部位采用脚手架钢管搭设遮阳棚,上铺设彩条布防晒,同时在高温时段每隔一段时间用水冲洗车体或斗身,减少混凝土运输工具对预冷混凝土的影响。
4.4下料顺序、振捣时间确定。
根据笔者现场施工经验得出,边墙和底板转角处的下料的次序为:既要使边墙混凝土流动时能够填满模板底边,又不至于墙内的砂浆流失过多形成骨料集中,就要求边墙下料向底板侧推动前,底板的料也要填到距模板边缘附近并留有一定的空间使边墙内的混凝土能够产生流动,但空间又不能太大使边墙内砂浆流失过多。
4.5硅粉抗冲耐磨混凝土抹面是一个关键的施工工序,通过抹面可以保证混凝土平整度,抹面时机的选择也是防止混凝土表面裂缝的出现。在初凝前其表面须进行抹光处理,要掌握好抹面时间并及时抹面。
4.6压段底板混凝土由于存在较大的纵向坡度,吸取边墙养护的成功经验,也采用了覆盖棉布进行流水养护,并每班有专人检查养护布覆盖的情况,发现有养护布打褶混凝土面外露的情况,及时进行整理平整。混凝土养护周期为90天,要求水质必须新鲜、清净、无污染,并达到洞内常温。泄洪洞无压段建立专职混凝土养护队伍,并且明确责任,标识各仓混凝土封仓时间和养护记录,维护好供水管道,使之整体养护供水系统经济有效的运行,并同时做好洞内的文明施工。
已浇筑完的并达到一定强度的部位,铺上彩条布、木板隔离后供人行走,不允许有任何机械设备通行,材料、工具轻拿轻放。在后续的边墙和顶拱施工过程中需要搭设施工排架的部位,脚手管立杆底部必须加3cm模板加以隔离,水平杆顶到墙面的部位也要用多层棉布包裹,以防止损伤到混凝土表面。
论文关键词:勘察设计科研;科技创新成果;科技发展规划;重点研究课题
1 勘察设计科研工作概况
通过50年几代人艰苦卓绝的持续奋斗。中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院(以下简称“昆明院”)完成了云南省水力资源普查和复查工作,进行了谰沧江、金沙江中游等十多条大中型河流(段)的水能开发规划;勘测设计的国内外水电站300多座,其中,已建水电站200余座。总装机16400MW;正在进行勘察设计的大中型水电站60余座.总装机约45000MW;为我国的水电技术发展作出了重大贡献。
“十五”期间,昆明院紧紧抓住国家实施“西部大开发”和“西电东送”战略的机会,密切结合水电工程的勘测设计科研工作,勇敢地承担起了攻克诸多世界水电技术难题的重任。提出了建设“红色企业、银色企业、诚信企业、和谐企业”的目标,井以“以人为本、厚德诚信、科学求实、开拓创新”作为企业精神,承担了天生桥一级水电站、小湾水电站、糯扎渡水电站等世界著名工程的勘察设计科研工作。天生桥一级水电站(装机容量120万KW,水库总库容102.56亿m3,混凝土面板堆石坝最大坝高178m)招标及施工详图设计阶段的全部设计工作已顺利完成.工程于2002年底全部竣工。小湾水电站(装机容量420万KW,水库总库容149.14亿m,混凝土双曲拱坝最大坝高292m)正在进行招标及施工详图设计阶段勘察设计科研工作,2001年2月工程开始兴建,2005年9月工程截流,预计2009年底首批机组投产发电。糯扎渡水电站(装机容量585万KW,水库总库容237.03亿m.心墙堆石坝坝最大坝高261.5m)2000年5月开始启动可行性研究阶段勘察设计科研工作.2003年6月完成可行性研究报告,同年10月通过水电水利规划设计总院的审查,2005年8月通过中国国际工程咨询公司的评估,计划2007年11月工程截流。2012年年底前首批机组投产发电。
“十五”期间。昆明院还承担了澜沧江景洪水电站(装机容量175万KW,水库总库容10.34亿m3,碾压混凝土重力坝最大坝高107m)招标及施工详图设计阶段,古水水电站(装机容量260万KW,水库总库容39.14亿m,心墙堆石坝最大坝高305m)、黄登水电站(装机容量220万KW,水库总库容15.07亿m,碾压混凝土重力坝最大坝高189m)预可行性研究阶段,金沙江金安桥水电站(装机容量240万Kw,水库总库容7.42亿m,碾压混凝土重力坝最大坝高160m)可行性研究、招标及施工详图设计阶段,观音岩水电站(装机容量300万KW,水库总库容21.75亿m.碾压混凝土重力坝最大坝高159m)预可研和可研设计阶段.怒江鹿马登水电站(装机容量180万KW。水库总库容21.75亿m,混凝土面板堆石坝最大坝高157m)、泸水水电站(装机容量260万KW。水库总库容12.88亿m.混凝土面板堆石坝最大坝高177m)预可行性研究阶段等水电站勘察设计科研工作。此外,还完成了龙马、居甫渡、那兰、崖羊山、云鹏、阿鸠田等一批大Ⅱ型及中型水电站项目可研、招标和施工详图设计阶段的勘察设计科研工作。同时承担了巴基斯坦巴罗塔、缅甸邦朗水电站等国际工程的勘测设计科研工作。
“十五”期间,昆明院从所承担的工程实际需要出发,科学求实,勇于探索,结合所承担工程项目的特点,把提高自主创新能力摆在科技工作的突出位置,紧密结合工程需要,科技创新来源于实际工程,最终服务于实际工程。有力地推动了科技进步工作,并取得了良好的经济和社会效益。
2 科技管理制度建设
为了促进技术创新,规范科技项目管理,提高科技成果的水平和质量,解决生产、经营和发展中的重大技术问题,“十五”期间昆明院制定了一系列科技管理办法,对规范科技管理工作,提高管理水平起到了积极的作用。
2.1制定科学技术进步奖励规定
随着国家科技体制改革的不断深化,体现科技奖励政策的国家奖、省部级奖的评审条例、评审办法、评审细则等也在不断制定或修订。昆明院及时学习并掌握这些评审条例、评审办法和评审细则,调整相关的奖励政策、评奖条例、评奖办法,努力做好科技奖励的评审和授奖、推荐工作,制定了《科学技术进步奖奖励规定(试行)》,建立了更为科学的科技奖励体系及公平、公正的评审规则和评审办法。
2.2制定科技项目管理规定
为了进一步规范科技项目的管理,建立和完善科技计划项目管理机制。提高科技计划项目管理和实施成效,保证项目的顺利开展,根据有关规定,昆明院制定了《科技项目管理规定(试行)》,着力解决经济和改革发展中的重大、关键、共性科技问题。提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力。提高水电建设技术的整体水平2.3制定科技项目经费管理规定为规范科技计划项目经费的管理,优化科技经费配置,提高科技经费使用效益.根据财政部、科技部《应用技术研究与开发专项资金管理暂行办法》和有关财务制度的规定,昆明院制定了《科技项目
经费管理规定(试行)》。《科技项目管理规定(试行)》和《科技项目经费管理规定(试行)》构成了昆明院科技项目管理体系的基础,保证了科技项目自主立项和组织向上申报立项的运作。
2.4制定科技成果奖励管理规定
为进一步规范申报各类奖项的质量.并指导做好各类奖项的审查、鉴定、推荐、推广应用工作。做到科学、公开、公平、公正地开展成果的评审.昆明院制定了以下5项奖励规定。
(1)《优秀工程勘察、优秀工程设计、优秀工程标准设计、优秀工程设计计算机软件奖励规定(试行)》。
(2)4城乡建设优秀勘察设计奖奖励规定(试行)》。
(3)《优秀工程咨询成果奖奖励规定(试行)》。
(4)《企业管理创新成果奖、优秀期刊、优秀编辑奖励规定(试行)》。
(5)《优秀学术论文奖励规定(试行)》。
3 主要科技创新成果
3.1原国家电力公司科学技术项目
3.1.1糯扎渡水电站高心墙堆石坝关键技术研究
糯扎渡心墙堆石坝最大坝高261.5m,比国内已建成最高的小浪底水电站大坝(160in)高约100m。昆明院于2002年3月启动并组织了原国家电力公司科学技术项目
开展研究的5个专题为:①《心墙堆石坝坝料试验及坝料特性研究》。②《土石坝计算分析理论及抗裂措施研究》。③《心墙堆石坝坝料分区及结构优化研究》。④《心墙堆石坝动力反应分析计算理论及抗震措施研究》。⑤《心墙堆石坝渗流分析及渗控措施研究》。通过该课题的研究,使坝高261.5m的糯扎渡心墙堆石坝的主要关键技术问题得以解决。研究工作密切结合科研和招标设计.研究成果纳入设计,从而使工程按计划有序实施。招标设计报告已于2006年11月通过中国水电工程顾问集团公司审查,采用直心墙堆石坝坝型和坝体分区结构优化可使糯扎渡水电站工程至少节省投资3.3亿元。糯扎渡心墙堆石坝研究成果对我国拟建的两河口、双江口、古水等300m级高心墙堆石坝工程的设计都有重要的参考价值。
3.1.2小湾水电站拱坝关键技术问题研究
昆明院于2000年7月启动并组织了原国家电力公司科学技术项目《小湾高拱坝关键技术研究》科技攻关工作,于2005年12月完成研究,提交了《小湾电站高拱坝关键技术研究项目执行情况总结报告》和《小湾电站高拱坝关键技术研究课题报告》及四个专题报告及27个子题报告。2006年8月通过了国家电网公司委托中国水力发电工程学会组织的验收。
开展研究的4个专题为:①《小湾高拱坝结构及工程措施深化研究》。②《拱坝坝肩(基)稳定工程措施研究》。③《小湾高拱坝泄洪消能与雾化深入研究》④《小湾高拱坝安全监测系统研究》。课题研究的各项内容均为当今高地震烈度区高拱坝设计中亟待解决的关键问题,其研究成果对小湾拱坝抗震设计及我国在建的溪洛渡、锦屏一级等高拱坝工程的设计都有重要的参考价值。
3.2中国水电工程顾问集团公司科技攻关项目
昆明院按照《中国水电工程顾问集团公司科技项目管理办法》的要求,积极开展了院承担的科研项目的立项工作。结合工程需要。先后立项的项目有7项,分别是《堆积体的综合物理探测方法研究与应用》、《连续式光纤传感技术在水工混凝土裂缝监测中的应用研究》、《移民安置环境容量分析指标体系研究》和《水电工程建设征地实物指标调查技术导则》,2005年度立项的3个项目《云南水电开发及外送规划研究》、《全数字近景摄影测量系统》和《集团公司智能化财务分析系统开发与应用》,目前.以上科技项目正按照合同要求开展工作。
3.3云南省省院省校科技合作项目
昆明院承担的云南省省院省校科技合作(科技攻关)项目《昆明市掌鸠河引水供水工程山区长距离输水工程技术难题研究》,不仅为昆明市掌鸠河引水供水工程的设计、施工和管理提供了科学的理论方法和先进的技术手段,使设计与施工更加科学化、合理化、系统化,确保工程设计建设质量和安全运行.节省了投资,而且在宁波市白溪水库引水工程、南水北调石家庄至北京段应急供水工程以及南水北调天津段引水工程中得到了成功应用。
3.4工程科学技术研究学科特点与创新
“十五”期间,昆明院结合所承担的工程项目,在水资源工程及动能经济科学、环境工程科学、工程测绘技术、工程勘察技术、工程地质、水电工程建设用地和移民安置、地质灾害防治技术、土石坝工程、混凝土坝工程、结构工程、地下空间工程、工程水力学、基础处理及边坡工程、施工规划技术、施工仿真科学、工程安全监测、机电及金属结构工程、工程建设管理及信息工程科学等领域进行了大量的卓有成效的科学研究工作,取得了许多创新性的成果,大部分转化为工程勘察设计实践。其中.不少科研成果达到国内先进水平。
4 科技成果获奖情况
2001年至2o06年,昆明院科技成果获奖的情况如表1所示
5“十一五”科技发展规划纲要和重点研究课题
科学技术是第一生产力.是先进生产力的集中体现和主要标志。“十一五”期间。必须增强责任感和繁迫感,更加自觉、更加坚定地把科技进步作为企业发展的首要推动力量,把提高自主创新能力作为提高企业竞争力的中心环节,把建设学习型、创新型企业作为昆明院面向未来的重大战略选择。
必须清醒地看到,昆明院科技的发展,既面临难得的历史机遇,又面临一系列严峻的挑战。在科技及专业工作中。我院还存在着很多不足,主要表现为:学习风气不浓,对新技术、学科动态掌握不够,对国家、行业相关政策法规把握不到位;自主创新能力较弱,关键技术掌握不多,企业核心竞争力不强,投入不足,技术管理水平、工程管理水平有待提高,科技体制机制还存在不少弊端:制度不够完善,贯彻力度不强;信息化程度不高,不同工程之间沟通不够畅通等。昆明院作为一个不断前进中的大型甲级勘察设计科研单位。要站在时代的前列,以世界眼光。勇敢地迎接新科技革命带来的机遇和挑战。因此,需要脚踏实地贯彻落实科学发展观。深入实施国家“科教兴国”和“人才强国”战略+树立“人才资源是第一资源”的观念,从企业和谐、健康、可持续发展的角度,立足“十一五”,兼顾中长期发展,按照以人为本、科学求实的原则,注重新材料与新工艺研究、学科交叉与技术集成研究、信息化技术综合利用研究,制定了“十一五”科技发展的规划。拟开展的重点研究课题是:
(1)低纬高原地区小流域径流洪水适用方法研究;青藏高原地区可能最大降水和可能最大洪水研究;坝前冲沙漏斗三维数值模拟:水电工程建设水环境模型预测研究;云南水电CDM开发机制可行性研究;高原山区风力发电技术研究;抽水蓄能电站在云南电网中作用与效益研究:3S技术在水电工程水库移民、环境影响评价工作中的应用研究:水电工程生态恢复技术和方法研究;流域梯级电站工程移民安置总体方案研究:移民安置环境容量分析指标体系研究。
(2)变形监测技术整合集成研究;工程物探及
检测与试验技术研究:水电水利工程地质灾害预测与防治技术研究;大、中型水电站工程地质数据库:数码成像技术在高陡边坡及大型地下洞室边墙的地质资料编录的应用研究;复杂岩体高坝坝基(多成因岩体构成的坝基、软硬相间层状岩体坝基、原位碎裂或似完整岩体坝基、各类蚀变岩体坝基等)的有效勘察及合理、科学的工程地质评价体系及建基面的选择利用研究。
(3)300m级混凝土面板堆石坝筑坝技术研究:土石坝枢纽布置三维可视化设计研究;土石坝设计、建设、运行数据管理及安全评价系统研究;超高(200m以上)堆石坝工程设计方法与安全标准体系研究。
(4)300m级高拱坝的关键技术整合集成研究;100~200m级碾压混凝土坝的关键技术整合集成研究;混凝土坝坝后背管及蜗壳结构整合集成研究l混凝土坝枢纽布置三维可视化设计研究;混凝土熏力坝设计、建设、运行数据管理及安全评价系统研究;混凝土拱坝设计、建设、运行数据管理及安全评价系统研究。
(5)水力浮动式升船机结构设计研究:刚构桥、斜拉桥、悬索桥结构工程用研究;大型水工隧洞设计整合集成研究;地下厂房洞室群设计整合集成研究;岩质边坡及支护型式数据库。
(6)泄水建筑物的高速水流掺气设施体型研究:水垫塘(消力池)取消抽排系统的研究;100m水头台阶型溢洪道泄洪消能研究。
(7)深厚复杂地基围堰防渗结构形式研究:施工交通设计整合集成研究;地下洞室群施工仿真研究;土石坝三维动态施工仿真研究;混凝土坝三维动态施工仿真研究。施工导流标准风险决策分析研究:大型人工砂石系统动态模拟研究;混凝土温控仿真研究。
(8)高土石坝安全监测系统及自动化研究。
(9)高拱坝安全监测系统及自动化研究。
(10)水电站电气主接线方式及继电保护配置可靠性定量评估研究;水力机械施工图模块化制图软件系统开发;金属结构产品数据管理系统(PDM)的设计研究。远程监控系统研究。
(11)水电工程枢纽布置三维设计研究;贯流式机组厂房机电布置三维设计研究:混流式机组厂房机电布置三维设计研究;轴流转浆式机组厂房机电布置三维设计研究。
关键词:小湾拱坝;混凝土;通水冷却
中图分类号:TV431 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)18-0155-02
小湾水电站大坝为双曲拱坝,坝高为294.5 m,其混凝土浇筑总量达865万m3,采用通仓浇筑,不设纵缝,最大单仓浇筑长度达到90 m。参建单位根据设计要求,结合小湾实际及施工经验,总结编制了一系列高标准的混凝土通水冷却施工工艺并严格执行,有效地控制了小湾拱坝混凝土内部最高温度,保证了混凝土浇筑质量。
1 小湾拱坝混凝土通水冷却标准
小湾拱坝混凝土施工强度大,容许最高温度标准要求高,控制严,国内已有部分技术规范的规定都远远低于其温控标准。小湾水电站A版《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求》于2005年9月10日至2007年11月20日期间实施;B版《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求》于2007年11月20日至2008年5月20日期间,实施;自2008年05年20日开始,小湾水电站开始实施C版《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求》(以下简称C版技术要求),C版技术要求中的小湾拱坝混凝土温度控制过程中的通水冷却施工分一期、中期和二期三个阶段, 各阶段通水冷却标准,见表1。
2 小湾拱坝混凝土通水冷却施工主要措施
2.1 通水冷却水管布置
小湾大坝混凝土坝体冷却水管布置间排距(水平×垂直)根据不同浇筑部位及浇筑层厚分别采用0.8 m×1.0 m、1.0 m×1.0 m、1.0 m×1.5 m、1.5 m×1.0 m和1.5 m×1.5 m。冷却水管材料一种为黑铁管(DN25 mm),主要用于固结灌浆高程以下或结构复杂的孔口坝段;在大坝中大量使用的为HDPE塑料管(Φ32 mm)。施工过程中,采用 “U”型卡(由Φ10 mm圆钢制成)将塑料管固定在混凝土浇筑层面上,将水管的进口和出口均布置在坝体下游。同时,通过各坝段距下游坝面2 m~3 m范围内预埋的竖向引管将每个9 m~12 m灌区范围内的所有冷却水管集中,在坝体下游面的各层栈桥(栈桥每12 m坝高设一层)和马道及坝后贴角上集中布置各组引管,对应连接进、回水管口,同时将标明有“坝段-高程-组号-冷却水管从下游面的接口至蛇形起弯点的长度-管长”等信息的标示牌挂设在坝后的每一套冷却水管管口处,以便于对冷却通水流量、水温等参数的现场控制管理。
2.2 一期通水冷却施工工艺
降低二期冷却开始时的混凝土温度,减少坝体混凝土内外温差和温度应力,同时为了降低浇筑层混凝土初期水化热温升,进一步控制混凝土温度不超过允许最高温度是一期通水冷却的主要目的。在小湾拱坝混凝土一期通水冷却过程中,在坝体内通过预埋临时和永久测温仪器,观测收集拱坝混凝土内部温度的数据变化情况,分析得到通水降温规律后,进一步编制形成相对完善的通水流量控制办法。
主要控制内容如下:采用10 d(或7 d)前后的界限值机动地调整通水流量,新浇仓号在高温季节前10 d按1.5 ~1.8 m3/h控制(以上限控制为主) 通水流量,在最高温度出现或10 d后将通水流量及时调整为1.2 m3/h以下。在冬季外界气温较低时,前 10 d新浇仓号的C18030混凝土最大通水流量按1.2 m3/h进行控制,C18035混凝土最大通水流量按1.5 m3/h进行控制,C18040混凝土最大通水流量按1.8 m3/h进行控制,且最小通水流量不小于0.6 m3/h,在最高温度出现或10 d后将通水流量及时调整为0.3~0.4 m3/h。
2.3 中期通水冷却施工工艺
小湾的中期冷却是为了防止一冷后的温度回升,要在一冷结束后,二冷开始前不间断的循环进行,控制坝体混凝土温度在18 ℃和20 ℃之间。中期通水冷却通水流量和通水方式根据一期通水冷却闷温结果适当调整,当一期通水冷却结束后其闷温温度在20~21 ℃之间时,通水流量参考值为0.5~0.7 m3/h (其中标号低的取下限),通水方式按通水5~7 d,闷温5 d进行控制;当一期通水冷却结束后闷温温度在19 ℃和20 ℃之间时,通水流量参考值为0.5~0.7 m3/h(其中标号低的取下限),通水方式按通水3 ~5 d,闷温5 d进行控制;当一期冷却结束后闷温温度在18.5~19.0 ℃之间时,间歇5 d后根据抽查检测的闷温结果决定中期冷却通水流量和通水方式。
2.4 二期通水冷却施工工艺
小湾拱坝二期通水冷却的目的是降低拱坝坝体大体积混凝土的内部温度,以达到设计要求的适宜进行接缝灌浆的封拱灌浆温度。主要是根据分区、分部位的冷却水管铺设情况和二期通水冷却前相应灌区坝段的中期冷却温度分别对二期通水冷却通水流量和通水方式进行控制。
通水冷却前10 d,对于处于下游部位的拟灌区和盖重区冷却水管通水流量按0.3~0.5 m3/h进行控制,对处于中、上游部位的拟灌区和盖重区的冷却水管通水流量按0.4~0.6 m3/h进行控制;10 d后,拟灌区和盖重区中、上游部位通水流量仍然按0.3~0.5 m /h进行控制,拟灌区和盖重区下游部位通水流量按不大于0.3 m3/h控制。对于岸坡坝段,初次进行二期冷却通水的盖重区与拟灌区通水流量按0.~0.8 m3/h进行控制。
通水前10 d,处于过渡区中、上游部位的冷却水管通水流量按0.4~0.5 m3/h进行控制,处于过渡区下游部位的冷却水管通水流量按0.3~0.4 m3/h进行控制;10 d后,过渡区的冷却水管通水流量统一按不大于0.3 m3/h进行控制。
2.5 通水冷却检测
小湾水电站大坝混凝土通水冷却检测项目很多,主要包括(但不限于)以下几项:进回水温度、流量、各冷却阶段闷温温度、机组供水量等。主要采用红外线点温仪对供水主管和冷却水管进回水温度、各阶段闷温温度检测,并采用玻璃棒温度计或电子温度计进行校核,采用温度计检测水温时,将温度计插入水中2 ~3 min稳定后读数,读数误差控制在1 ℃以内,将每组数据测取3个或多个数值的平均值作为最终结果。采用水表和超声波流量计对机组供水量进行检测,同时每隔4h采用使用超声波流量计与温度同步对冷却水管流量检测一次。
3 资料整理和统计分析
要真实、准确、可靠地反映大坝混凝土通水冷却情况,小湾水电站拱坝混凝土通水冷却过程的原始记录就必须能够真实反映施工过程,资料整理与分析主要有以下几个方面:
①对坝体各个通水冷却阶段的相关参数进行记录;
②对各阶段的通水流量和进水温度进行测量,现场完成其原始记录;
③及时建立当日相关检测记录台账;
④由三检人员和监理人员旁站监督对各阶段的闷温温度进行检测,并将相关检测结果予以记录并签字认可;
⑤做好冷却水供应的相关检测及机组运行情况记录。
4 结 语
从监理单位和施工单位检测数据统计分析,各阶段通水冷却对进水温度、通水流量、通水历时和出水温度等施工参数进行了有效控制,最终的混凝土二期通水冷却闷温温度满足设计要求。小湾水电站大坝混凝土浇筑过程中,在执行《拱坝混凝土通水冷却施工技术要求》的过程中,对相关内容进行了修正,通过不断实践总结,形成了一整套的混凝土一期、中期与二期个性化、动态化的通水冷却工艺,且小湾拱坝混凝土中期通水冷却在国内大坝混凝土温控领域更属创新,为今后大体积混凝土通水冷却施工及管理提供了宝贵的经验。
参考文献:
[1] DL/T 51442001,水工混凝土施工规范[S].
[2] SL 2822003,混凝土拱坝设计规范[S].