摘 要:茄子山水库大坝钢筋混凝土面板根据实际施工进度分三期浇筑,共完成面板滑模48块,取得了在冬季气温较低温差变幅较大、雨季频临的面板施工和养护保温的一些经验,经对成型后的面板进行检查,除外观均匀平整、混凝土密实无蜂窝麻面以外,所有面板无裂缝出现,创下了我国面板堆石坝工程少有的奇迹。经现场取样检测,混凝土抗压强度、保证率均达到优良标准,抗渗、抗冻标号达到设计需要,滑模施工及各道工序均按规范和设计要求进行。
关键词:混凝土面板;滑模施工;质量控制;茄子山水库
1 工程概况
茄子山水库总库容为1.21亿m3,钢筋混凝土面板堆石坝最大坝高106.1 m,坝顶长237 m,顶宽10 m,防渗面板厚度按T=0.3+0.003H计算,上游坡比为1∶1.4,最大斜长123.47 m,总面积为2.16万m2,混凝土量为1.17万m3。大坝共设有21块面板,整块宽均为12 m。面板与趾板间周边缝宽为12mm,设有3道止水,底部为“F”型止水铜片,中部为PVC橡胶止水带,顶部用膨胀螺柱和角钢固定PVC片内填粉细砂嵌缝材料。面板之间采用垂直缝分隔,中部B5~B15面板设11条压性缝,底部仅设有一道“W1”型止水铜片,左岸B0~B5面板与右岸B15~B20面板共设有9条张性缝,其止水在压性缝的基础上多增设一道粉细砂嵌缝材料。面板与坝顶防浪墙设有两道止水,底部为“W2”型止水铜片,上部为粉细砂嵌缝材料。根据工程实际进展,面板分三期施工,第一期为高程1763 m以下B4~B14面板(桩号0+142.909~0+274.909),浇筑时间是刚进入雨季的1997年5月5日~27日;第二期为高程1 763~1 790 m之间的B2~B17面板(桩号0+126.909~0+304.909),浇筑时间正好处在气温最低、昼夜温差变幅最大的1999年1月10日~2月7日冬季;第三期为高程1 790~1 816.5 m之间的B0~B20面板(桩号0+106.909~0+336.909),浇筑时间为主汛期的1999年6月21日~7月雨季,三期共完成面板滑模48块。设计要求面板混凝土抗压强度为25 MP,抗渗标号为小于或等于S12,抗冻标号为D100,混凝土配制水灰比不大于0.5,拌和机出口混凝土最大坍落度6~8 cm,细骨料细度模数要求FM=2.4~3.0的中砂。
2 大坝面板施工特点
茄子山水库地处云南西南龙陵多雨山区,属西南季风气候,具有干湿二季分明、温差高变幅较大的特点,年平均降雨2 163 mm,6~9月为雨季,其降雨量约占全年降雨量的80%~90%。坝址多年平均气温14.9℃,5月最高平均气温为24.1℃,1月绝对最低气温-4.8℃。由于受工期及防洪渡汛的限制,混凝土面板只好在5~6月的雨季和气温较低温差变幅较大的1月浇筑,由此给施工质量控制提出了新的要求。其次工程区周围均为燕山期云母花岗岩,仅有花岗岩风化砂,经取样试验,云母含量高达7%,远远超过国家建设局标准JGJ53-79规定和设计技术要求。根据设计提供距工地40 km的龙陵城郊的灰岩人工砂,该砂虽然不含有云母,但石粉含量较高,达24.7%,只有与当地花岗岩机制砂混合通过试验研究方可做出定论。设计选定的坝址地形是对称的“V”字型峡谷,两岸坡度在42°~44°之间,大坝趾板“X”线与坝轴线交角较大,造成趾板坡度较陡,加上设计的趾板头高于面板,致使滑模无法到底,给浇筑面板底部的三角块带来很多不便。另外,在每一期面板浇筑时,坝体填筑沉降时间过短,几乎填筑一到位,便马上浇筑面板。由此可见,要确保面板浇筑质量,对如何防止面板开裂问题就更为突出。
3 面板施工重点质量控制措施
3.1 管理机制的建立
管理机制是确保工程质量的核心,一套切实可行的质量保证体系和监督机制是保证工程质量的前提和条件,因此,施工项目部经理进行统一指挥,总工负责控制试验室、测量组、质安科,生产调度室、混凝土拌合系统、混凝土浇筑系统、止水施工系统。各方承担各自的施工工序,分工合作,大家明确质量管理目标,建立切实可行、行之有效的质量责任制和质量“三检”制度,实行质量问题一票否决权。各验收部位及需验收的各工序,必须由班组进行自检、施工队进行预检、施工质检科终检合格后,再由监理工程师进行终检确认,满足技术要求后,方可进行下道工序。业主为保证工程质量,采取“派出去、请进来”的方法加深对面板坝的认识,先后派有关人员到正在施工的东津、莲花、万安溪、广蓄、白云、天生桥等电站进行学习考察,并跟班作业。在施工过程中,多次请有关专家到工地进行指导讲学,统一质量标准,解决关键要害问题。面板混凝土浇筑时监理实行24 h跟班作业,对施工进行全过程监控,对存在的质量问题及时以口头指示方式通知施工人员改正,重要问题还及时以书面形式加以确认,并召开有关单位参加的专题会,分析原因,限期整改,对达不到设计要求标准的坚决返工。
3.2 面板混凝土配比的确定
由于当地花岗岩机制砂云母含量达7%,远超过国家规范和设计技术要求,而全部采用龙陵灰岩人工砂,成本过高,且砂中小于0.16 mm以下的石粉含量达24.7%,也不理想,为此,施工单位采用龙陵砂与本地花岗岩风化砂按1∶1、1∶2、1∶3作了大量混凝土对比试验,其中1∶1混凝土配合比除云母含量为3.5%稍有超标(标准小于2%)外,其它各项指标较优,均达到有关要求,为慎重起见,业主又委托昆明水电设计院科研所对其进行复核对比试验,对其混凝土配比的物理、力学指标,包括干缩率、混凝土防冻性、抗拉弹模、拉伸值、劈拉强度等值系统地进行试验,最终确定出适合夏季施工的混凝土配合比
3.3 施工工序
大坝面板浇筑采用无轨滑模施工,施工工序为:准备工作→测量放样→周边缝、板间缝检测验收→板间缝W1止水铜片、PVC垫片→架设钢筋→支立侧模和安装轨道→吊运滑模就位→定装溜槽→混凝土开盘前的全面检查验收→混凝土入仓拖模→洒水养护和覆盖保温→拆除侧模→滑模换位吊离工序。监理重点检查验收关键的准备工作、测量与放样、周边缝、板间垂直缝检查验收、混凝土开盘前的全面检查验收和督促洒水养护和覆盖保温,重点分述如下。
3.3.1 斜面处理
面板为长条薄板结构,靠卧在大坝垫层料上,垫层料的斜面碾压是否密实将直接影响到面板的变形,监理除监督碾压外重点放在与趾板相接无法压实的死角部位,要求采用人工夯实的办法进行弥补,与坝顶相邻的边坡是斜面碾子无法触击的地方,要求用反铲带夯板补压,经试验室对斜面垫层料进行取样分析合格后,才能铺筑低标号干硬性砂浆固坡,砂浆标号不宜过高,能满足护坡施工稳定即可,以尽可能减少对面板的约束。
3.3.2 PVC、“F”型止水铜片的修补及材料监督
面板止水是大坝的第一道生命线,监控的重点为周边缝的处理。左岸趾板在高程为1 740 m、桩号0+223.5部位。由于浇筑疏忽,曾使1 m长的PVC橡胶止水未镶固在趾板混凝土中,造成止水失效,为此责命施工单位先凿开混凝土,将止水恢复到位,冲洗干净,经验收后,采用300号干硬性水泥砂浆人工分层冲填抹平。另外,由于趾板基础开挖爆破滞后,加之周边缝止水保护工作不彻底,造成止水出现不同程度的损坏,如:一期面板在B4、B5、B6、B8、B11、B13面板处“F”型铜止水破损20点,在B5面板处PVC橡胶止水破损5处,都进行了彻底的修复和缺陷处理,处理完毕将记录提交监理按单元工程进行检查验收,合格后方可进行下一道工序。一期面板施工单位在压制“W1”型铜止水时,发现止水鼻腔开裂,暴露出所选购的铜材延伸率较低,未进行退火处理,对此设计、施工、监理原均认识不足,经研究监理迅速作出书面通知,要求施工单位马上更换材料,设计方并提出延伸率达到20%的具体要求。大坝斜面碾压结束后,要求施工方对斜面平整度进行测量,提交测量成果,由测量监理工程师按6 m×6 m网格进行复核,所执行的标准为《面板堆石坝施工规范》和《水利水电工程等级质量评定标准》,即坡面法线方向偏差不超+5 cm、-8 cm,对“W1”型铜止水下的砂浆条带,要求平整度不超过±2 cm,且砂桨垫层高度均大于PVC垫片,对不合格之处必须认真挖填修补,直至合格为止,检查统计成果。
3.4 面板混凝土拌合质量控制
面板混凝土采用大理红塔525号普通硅酸盐水泥,原则上控制存放时间不超过1个月,对进场水泥除检查每批次的出厂日期与合格证外,对每200 t进行一次水泥品质试验。骨料中的针片状和软弱颗料含量、砂中的含泥量等指标也做定期检查。每期面板浇筑前,必须对拌合站的电子称量系统进行复核,要求水泥称量误差不超过1%,骨料误差不超过2%,用水量误差不超过1%,外加剂误差不超过0.5%。因混凝土拌合站为开敝式,不具备拌合楼对骨料风干、保温功能,外界气候对其含水量影响较大,这就要求试验工跟随混凝土运输罐车,监督每车混凝土拌合质量,经常测量骨料中的含水量,根据气温条件和施工情况调整加水量以保证入仓混凝土的均匀性和易性,控制好现场混凝土配比。若出现小雨,采用彩条布覆盖整个仓位,继续浇筑入仓,若出
现大雨,则必须停工,待雨晴排干仓内积水后方可继续浇筑。实际施工中入仓混凝土坍落度大都控制在3~7 cm之间。混凝土试样分别由施工单位、监理单位在混凝土罐车出口随机取样,进行试验。一部分送回试验室,按标准养护,另一部分放在取样地点,与面板同样气温条件和养护条件下取强度试验资料。
3.5 滑模速度及振捣质量控制
滑模运动对混凝土成型有直接影响,过快过慢都不利,总的原则是均匀提升、多动、慢速、少升。经统计,面板平均提升速度为2 m/h,最大提升速度为3.5 m/h。混凝土入仓振捣是控制混凝土成形的重要环节,滑模上要求安放三把插入式振捣器,振捣器要求离开滑模前20 cm左右、垂直插入到上一次混凝土面,振至浆液出泡为止。周边缝、板间垂直缝是混凝土易漏振的薄弱部位,现场监理主要督促不允许施工方用溜槽直送混凝土进入两边角部位,而是采用振捣器或人工用铁铲逐振逐填,保证混凝土密实,以防止水失效,经实践效果很好。但要准确掌握混凝土密实情况,若有专用的混凝土检测仪器即时检查混凝土内部情况就更加理想。因趾板“X”线与坝轴线交角过大,加之设计趾板头高于面板,使滑模无法水平提升,造成滑模无法到底,给面板三角块混凝土浇筑带来很多困难,如在浇筑一期面板B4、B5、B13块、二期面板B3、B15、B16块三角块时,滑模无法到底,滑模以下留有较大范围的面板无法浇筑,最后只有增加人员,采用小钢模浇筑,导致混凝土表面平整度较差,耽搁时间过长,局部混凝土面初凝结束,仍未即时抹平处理,大大影响浇筑速度和质量,故建议设计单位在遇到河谷峡窄的面板坝时,对趾板设计应从便于面板浇筑上给予考虑,为保证混凝土浇筑质量创造条件。面板与面板分期接头是容易出现裂缝的部位,要求按施工缝处理以确保其整体性,沿高程1 763 m、1 790 m的施工缝按设计体形要求预留呈台阶状并外露搭接钢筋。面板仓面验收前先沿施工缝彻底凿毛,清洗干净,并用刷把清除所有积水,将滑模降到施工缝处并预留20~30 cm空隙,用与混凝土同标号的水泥砂浆覆盖所有缝面,并充分振捣密实,然后开始浇筑混凝土。面板混凝土所选用的525号普通硅酸盐水泥掺有定量的高炉矿渣成份,脱模后的面板,会出现集中泌水痕迹,处理方法为用抿铲抹平混凝土面即可。
3.6 保温养护措施
面板为薄板结构,受温度变化和干缩的影响较大,据分析面板受温度变化引起的内应力约为大体积混凝土的3~5倍,因此及时做好脱模后的混凝土养护工作是极为重要的。参照国内施工经验,在滑模后设一块长8~10 m的彩条布保护,以防表面水分过快蒸发而产生干缩裂缝。一期面板浇筑时逢5月夏季,气温较高,面板蒸发较快,据观测,平均气温19.1℃,最高气温27.5℃,最低气温11℃,平均湿度70%,降雨108.7 mm,混凝土初凝后即时用双层草席覆盖,并进行不间断的洒水养护,待整块浇筑完,在面板顶设兰花排水管随时保持面板湿润,直至雨季来临。二期面板浇筑正处气温最低、温差变幅最大的1~2月隆冬季节,据观测坝面平均气温10.6℃,中午最高气温为21.9℃,后半夜最低气温为-4℃,平均湿度仅有50%,夜里坝面结冰,并伴随霜雾出现,为保证冬季面板施工质量,监理、咨询公司、施工方共同召开技术研讨会,根据万安溪电站面板坝在平均气温小于5℃、最低气温低于-3℃时不得施工的经验,提出以下几项措施:
(1)面板脱模初凝后先用双层草席即时覆盖,然后用彩条布将面板全部包裹起来,以保持其温度和湿度,据观测,在夜里最冷时刻,草席下的温度不低于8.5℃;
(2)安排民工在上游坝脚前5 m处燃放数堆篝火以形成烟雾,达到防霜减冻之目的,控制时段在晚上22:00至第二天早上8:00。面板养护水安排在上午10:00至下午17:00气温较高时进行;
(3)改善夜里滑模入仓口小环境的温度,除用彩条布将滑模遮盖防风以外,并在滑模内燃烧两笼炭火以提高入仓口的温度;
(4)从提高混凝土的耐久性和抗裂性着手,将夏季混凝土配合比的引气剂AEA202掺和量从1.2/万增加至1.4/万,使混凝土的含气量控制在4%-6%范围,以适应冬季施工。虽然增加引气剂会降低混凝土强度,但从取样结果可以看出不很明显;
(5)提高混凝土的拌合温度,采取从夜里22:00以后,对拌合系统的用水进行加温,以不低于10℃为准,保证混凝土入仓温度控制在10℃以上。由于采取了以上几项措施,收效显著。
4 面板施工质量评价
根据施工过程中单元工程的检查验收评定记录,从面板外观看,抹面均匀,大面平整,无蜂窝麻
面、鼓胀露筋等现象,从混凝土取样统计表3中可以看出,面板抗压强度超过设计标准,强度保证率达98.6%,三组抗冻指标大于D100,达到《面板堆石坝施工规范》及《水利水电建设工程质量等级评定标准》之规定,属优良工程。1998年9月22日、1999年3月2日由监理、设计院、施工单位组织的面板检查小组,分别对两期面板裂缝进行检查,除一、二期面板B5、B7、B8、B10、B12、B13块接头有6条0.1~0.2 mm宽、3~8 m断续水平缝和龟裂缝以外,其它部位无任何缝出现,经挖凿检查,接头出现的裂缝属无贯穿浅表面缝,且缝宽小于有关规范要求,无需处理。茄子山水库面板混凝土水泥用量为每立方米330 kg,与已建或在建的天生桥(290 kg)、广蓄(300kg)、连花(340 kg)、万安溪(324 kg)、十三陵(320 kg)等电站水泥用量进行比较,属中间值。1999年1月21日B6块浇筑时,利用桩号0+172.909、高程1 770m面板温度计对混凝土中的水化热过程进行观测,混凝土入仓温度恰当,入仓后的平均温度基本上与坝址多年平均气温相近,水化热温度不高,经采取保温养护措施,面板温度稳定,消散均匀,可以说大坝混凝土面板的施工质量是良好的,并得到了有关专家的好评。
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