溢流堰混凝土施工裂缝的预防措施
摘要:泰安抽水蓄能电站溢流堰为现浇混凝土WES曲线堰,由于堰体断面较大,单块混凝土方量达3350m³,在混凝土浇筑时,采取优化配合比设计、分层分块浇筑、预先浇筑单体混凝土柱和溢流面滑模施工的办法,能有效控制水化热,防止堰体混凝土产生裂缝。
1 工程概况及重要性
泰安抽水蓄能电站位于山东省泰安市西部的泰山西南麓。将泰安市大河水库加固改建后作为泰安抽水蓄能电站下水库,该水库距泰安市中心5km,距山东省省会济南市70km。蓄能电站建成后,将作为山东省电网灵活高效的大型调峰电源,在电网中担任调峰填谷和调频、调相及事故备用等任务,是我国第四座抽水蓄能电站,因而工程质量的好坏将直接影响着水库控制运用和蓄能电站综合效益的发挥。泰安抽水蓄能电站下水库正常蓄水位165.00m,相应库容2234.72×104m³,为不完全多年调节水库。溢洪道为正槽开敞式,溢流堰为开敞式有闸控制的实用堰(WES曲线堰),共5孔,每孔净宽7.5m。
2 WES溢流堰特点及施工控制关键
下水库溢洪道溢流堰设计型式为WES曲线堰,堰底高程144.00m,堰顶高程157.50m,总宽47.5m。堰体宽分三块,中块宽10.5m,两边块宽各18.5m,堰面斜长27.0m,堰体浇筑最大厚度8.75m,堰体单块混凝土体积3350m³。为保证堰面的强度和抗冲刷能力,堰面以下1.0m厚混凝土设计为C25混凝土,其他部分为C20混凝土。
该溢流堰为目前山东省省内最高的溢洪道溢流堰,具有体积大、堰面陡曲、高差大、堰面长的特点,从施工难度和施工要求上均较同类工程复杂。针对大体积混凝土施工裂缝普遍存在的现象,为避免水泥在水化反应过程中释放的反应热,产生较大温度应力和收缩应力所出现的裂缝,应有效控制混凝土配合比,选择合适的施工期,采取先进的辅助措施和工艺手段,是解决WES曲线堰的技术难题和有效控制混凝土裂缝的必要措施。
3 溢流堰混凝土施工控制措施
3.1 混凝土配合比设计
由于当地缺少低热的硅酸盐大坝水泥和粉煤灰大坝水泥,只有当地产的32.5级普通硅酸盐水泥,为有效控制混凝土浇筑质量,在配合比设计时充分考虑配合材料的选取,采用掺加16%的粉煤灰,减少水泥用量降低水化热;掺加外加剂起到减水、缓凝,改善混凝土拌合物的流动性、保水性、和易性的作用。混凝土粗骨料采用二级连续配料,即1~2cm石子、2~4cm石子各占50%。细骨料使用中粗砂,细度模数在2.6~2.9范围内。
经山东农业大学水利土木工程学院材料结构实验室现场取样反复试验,最终确定配合比见表1。
3.2 混凝土温度控制措施
为有效控制混凝土温度,将混凝土内部和基础之间的温差控制在基础约束应力δ小于混凝土允许抗拉强度以内,即:σ≤σp/k,本工程在借鉴传统经验的基础上,采取选择合理的浇筑时间、混凝土分层分块浇筑增加散热面、增加混凝土预浇柱等加速混凝土散热的办法,取得了良好的效果。
3.2.1选择合理的浇筑时间山东省地处温带季风气侯区,浇筑时间选择在10月中旬至12月中旬和2月中旬至3月下旬气温较低季节,在此段时间内比较适宜大体积混凝土的浇筑,能最大限度的降低混凝土出机温度和浇筑温度差。
实际施工中第一次堰体浇筑时间为2003年11月8日,环境温度为7~8℃;最后一次浇筑时间为2004年3月26日,环境温度9~15℃。通过温度实测分析,在全部浇筑期内混凝土内外温差较小,对水化热扩散十分有利(见表2)。
3.2.2 混凝土分层分块浇筑为有效减少体积过大产生的水化热对混凝土的影响,经分析论证确定按溢流堰结构形式自下而上依次分层分块浇筑,增加散热面,最大浇筑层厚度控制在3m内,分区办法为:堰头分四层,堰尾分三层,按照厚度2m、2m、3m、1m的浇筑厚度完成整个溢流堰的浇筑施工。WES堰梯形分层浇筑分区图见图1。
3.2.3 降低混凝土内部温度考虑每次浇筑面面积较大,在每层混凝土浇筑前3~5d,在上层浇筑面上提高一个标号预浇90cm×90cm的混凝土方柱,柱高比后期混凝土浇筑面低30cm,柱间距2.4m,梅花型布置,全部混凝土柱体积约占混凝土浇筑量的18%。采取该措施有三方面的作用:①均匀布置的混凝土柱成为大体积混凝土的散热器,能有效降低混凝土的内部温度;②在靠近架立模板的边柱上预埋铁件,立模时与模板对拉螺栓焊接,能有效解决模板的定位问题;③在预浇混凝土柱上架立脚手和架板,作为混凝土浇筑平仓、振捣时的操作平台。采取预浇混凝土柱的办法比预埋水管冷却具有节省材料提高工效的优势,经核算降温措施节约费用9.5万元。
3.3 使用滑模施工技术保证堰面结构尺寸和混凝土表面质量
由于坡面结构复杂,采用固定模板施工无法保证结构尺寸和表面质量。经考察论证确定采用滑升模板施工的方法作业,具体操作过程如下:①放出WES堰面曲线大样图,按照大样加工滑模跑轨,跑轨由120cm槽钢弯制而成,跑轨焊接在提前预埋在混凝土内的钢筋上。滑模长756cm,宽120cm,由四片378×60cm的钢模板拼装而成,滑模上口垂直焊接一道750×25cm的钢模板,防止混凝土淹没滑模。滑模钢板厚3mm,滑模下部接人工抹面操作架,操作架由5×5角钢焊接而成,抹面人员蹲在操作架的小平台上随后抹面。②滑模上部焊接两道30cm的工字钢,工字钢两端部焊接Ф110 mm滚轮,滚轮卡在跑轨内,滚轮与跑轨活动间隙10mm,工字钢上部安装附着式振捣器一台。滑模牵引由两个10t手拉葫芦拉动,根据曲线形状,安装多处钢支架,通过支架控制牵引绳平行于堰面曲线,牵引点在拉模两端(见图2)。③堰面混凝土坍落度控制在6cm,由混凝土泵车运至现场放于吊斗,使用塔机吊入仓位,每小时滑模前进20cm。混凝土表面压光终凝后及时盖护和喷水养护以避免混凝土表面出现裂缝。
4 结论
通过采用多种技术措施和工艺控制,并严格控制浇筑过程的工序操作,顺利完成了泰安抽水蓄能电站下水库溢流堰堰体混凝土的浇筑任务。通过现场试验、预留混凝土试件检测和外观检查,混凝土内在质量满足设计要求,整个溢流堰堰面流畅,形状标准,堰面无裂纹。达到了预防堰体产生裂缝的目的,同时为同类工程的施工提供了较好的技术工艺措施。
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