翁元水电站碾压混凝土双曲薄拱坝全断面施工分析

[简介]：翁元水电站大坝为双曲碾压混凝土薄拱坝，最大坝高51m。针对工程特点，从结构上合理设置诱导缝和横缝；从材料上优化配合比，选用线膨胀系数较小的灰岩料和水化热小的中热水泥及采取内掺mgo等；取消坝内冷却措施、合理布置混凝土运输道路，绝大部分混凝土采用汽车直接入仓，充分体现全断面快速筑坝的特点;同时加强工序质量管理，确保了工程质量，在未完成接缝灌浆情况下便下闸蓄水进行一次大胆的尝试。

[关键词]：横缝；薄拱坝；诱导缝；膨胀系数；接缝灌浆线；碾压混凝土

1 工程概述

翁元水电站位于贵州省红辣河流域镇宁县清水河上。电站装机容量为2×10000kW,多年平均发电量为7500万kW•h。大坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶高程479m，坝顶宽度4m，坝底厚17m，最大坝高51m，坝顶弧长179m，坝体混凝土方量11万m3,其中碾压混凝土方量8万m3,占坝体混凝土73%。水库正常蓄水位469m，总库容为750万m3，兴利库容458万m3，是一座周调节水库。

拱坝基础垫层常态混凝土厚2m，坝体上游面采用二级配富胶材碾压混凝土（C9020）防渗，坝体下游采用三级配变态混凝土，中间采用三级配碾压混凝土（C9015），上下游模板边、两岸坝肩与基岩接触带采用变态混凝土浇筑。

2 碾压混凝土施工前控制

2．1拌合系统的建立

混凝土拌和系统布置于翁元右岸坝址下游300m，安装两台自落式搅拌机，容量为2×1.5 m3，生产能力为54m3/h。

拌和系统采用电脑控制自动化生产，配料采用电子称计量，搅拌时间由电脑计时，确保计量、计时准确。拌和系统在搅拌层设置中控室，中控室配置两台电脑与闭路电视对材料称量、材料输送、混凝土装车进行监控。混凝土拌和系统生产工艺流程见下图一：

图一 混凝土生产工艺流程图

2．2碾压混凝土现场试验

试验场地面积为200m2（20m×10m），试验场地浇筑20cm厚常态混凝土找平。试验共分二层、每一层分三个条带（带宽3.3m）进行。第一层主要考察室内配比的适用性，通过试验选出大坝混凝土的配合比；第二层验证选取配合比的可碾性、强度及容重是否满足设计要求。

现场碾压试验模拟坝体施工工艺流程，试验所用原材料、施工设备与大坝施工所用的一致。

(1)拌和

采用了120s、150s、180s三种不同拌和时间。通过现场观察，拌和时间为150s的混凝土能满足均匀性要求。

(2)卸料

采用两辆8t自卸汽车运输入仓，采用后退法卸料，试验考察了汽车卸料时的骨料分离情况，现场观察二级配混凝土卸料时极少产生骨料分离现象，三级配混凝土卸料有少量骨料分离，人工处理后能满足要求。

(3)平仓

采用TBS80平仓机作业，平仓厚度35cm。现场考察平仓机对分离骨料的扰动情况及平仓的厚度、均匀性均等要求。

(4) 碾压

采用三种碾压方式：1）有振碾压至规定容重；2）先无振碾压两遍，再振碾压至规定容重；3）先无振碾压两遍，有振碾压至规定容重，再无振碾压两遍整平。试验考察了三种碾压方式压实度与碾压遍数的关系，确定第三种方式作为大坝施工碾压方式。压实度控制指标：二级配混凝土≥98%，三级配混凝土≥97%。

(5)变态混凝土：

变态混凝土浆液的水胶比为0.45，粉煤灰掺量40%，外加剂掺量0.75%，加浆量4~6%。RCC平仓后，采用人工打孔（φ40、孔深约20cm）、注浆，注完浆后，立即进行振捣(φ100高濒振动器)。

通过试验现场确定施工配合比（见表一）。

表一 大坝碾压混凝土配合比

强度等级 级配 水胶比 胶材 掺灰率 砂率 外加剂

C9020 W6 二级配 0.55 173 40% 35% 0.75%

C9015 W4 三级配 0.55 155 50% 31% 0.75%

每m3 混凝土材料用量（kg）

强度等级 碎石 砂 水泥 粉煤灰 外加剂 水

5～20mm 20～40mm 40～80mm

C9020 W6 554 832 - 746 86.5 69.2 1.298 95

C9015 W4 455 607 455 682 77.5 77.5 1.163 85

说明：三级配碎石(40～80mm):(20～40mm):(5～20mm)=3：4：3；二级配碎石 (20～40mm):(5～20mm)=6：4；变态混凝土掺浆量为5%，胶浆水胶比0.45，粉煤灰掺量40%，外加剂掺量0.5%；每m3净浆材料用量：W=574kg；C=766kg，F=510kg，外加剂=6.38kg。

2．3混凝土温度控制措施

碾压混凝土拱坝经计算确定，温度控制标准为：基础允许温差:13～180C，内外温差：15～210C， 上下层温差：15～200C；采取如下综合温度控制措施：

（1）采用水化热较低的水城水泥厂的水泥；骨料选用线膨胀系数较小的灰岩料；

（2）确定碾压混凝土合理的水灰比和外掺剂的用量，降低碾压混凝土的水化热；

（3）进行合理分缝：设两条横缝、两条诱导缝，分缝位置如下：第一条缝（横缝）桩号：0+023.542；第二条缝（诱导缝）布置在桩号：0+061.477；第三条缝（诱导缝）布置在桩号：0+124.026；第四条缝布置在桩号：0+165.055；这四条缝（横缝）把整个坝体分为长23.542m、37.935m、62.549m、41.029m、14.665m的五段；

（4）选择最合适的开工时期，避开高温季节施工，在坝内不埋冷却水管，使坝体最厚部位在低温季节施工；

（5）采用下部堆渣保温措施，下游堆渣高程1000 m；

（6）为补尝混凝土收缩，采取掺氧化镁等措施。

3碾压混凝土施工

3．1分层与模板

大坝基础垫层（428～431m）采用三级配常态混凝土（C9015）、分两层浇筑；大坝RCC自431至464m采用间歇层上升，间隙层厚3m，大坝碾压混凝分24个间隙层浇筑；464～469m因仓面狭窄，不能满足碾压混凝土施工要求，采用变态混凝土浇筑，间隙层厚2m；469～479m为坝顶路面结构，采用二级配常态混凝土浇筑（C2820）。

大坝浇筑采用悬臂大模板为主，两岸坝肩与基岩接触带或两块模板之间接缝用木模板，汽车进仓口采用混凝土预制模板。

全悬大模板尺寸为3×3m，上、下两层模板桁架用调节螺栓连接，可任意调节模板倾角，两层悬臂大模板能自下而上交替上升。大模板由门式起重机或5t吊机配合拆装。

翁元大坝最大立模弧长为179m（位于469m），469m以上分左右两岸施工，共制作大模板240块。

3．2碾压混凝土施工方案

大坝碾压混凝土在464以下采用汽车运输直接进仓，464以上采用门机垂直运输进仓。汽车运输直接进仓完成混凝土约6万m3，占坝体总方量的63%；门机运输进仓完成混凝土5.2万m3，占坝体总方量的37%。464以下布置三条上坝道路：第一条上坝道路从拌和系统出发，经1000m洗车池后从左岸下河床施工区，本条道路担负大坝基础垫层及438m以下四层碾压混凝土施工；第二条上坝道路从拌和系统出发，经1000m洗车池后从右岸上坝，本条道路担负大坝431～452m三层碾压混凝土施工；第三条上坝道路利用旧明渠改造而成，从拌和系统出发，经右岸下游434m洗车池后上坝，本条道路负担大坝464～469m五层碾压混凝土施工。上坝道路在洗车池后用碎石垫平，形成不短于100m的脱水区，确保车辆进仓前脱水干净，道路在靠近工作面随坝体升高逐层加高。

汽车入仓口处采用50×30×30cm的混凝土预制模块封仓，大坝碾压混凝土每完成一碾压层，封仓一次。仓外道路用石碴逐层加高。

混凝土运输车辆经过洗车槽或压力水冲洗干净、脱水干净后进入仓面。脱水区碎石路面每间隔1小时用压力水冲洗一次，洗去附着在碎石上的污泥，避免汽车轮胎将污泥带入仓内，污染仓内混凝土。

469以下大坝碾压混凝土采用汽车运输直接进仓、水平通仓碾压施工，平仓层厚为35cm，压实后层厚度30cm。

469m～479m大坝碾压混凝土采用门机垂直运输进仓，因门机运输能力为30m3/h，不能满足水平通仓碾压的施工要求，大坝碾压混凝土采用斜层平推法施工。碾压混凝土斜层平推法斜层坡度小于1：10，混凝土摊铺面积控制在600m2以内。碾压混凝土斜层平推法平仓层厚与压实后层厚与水平通仓法相同。

3．3碾压混凝土施工

3．3．1 混凝土拌和与运输

混凝土拌和前对拌和系统计量系统进行校核，计量误差符合规范要求；试验人员对砂的含水量、石粉含量、粗骨料的超逊径进行检测，根据检测成果调整混凝土的单位用水量，操作人员对搅拌机、皮带机检查保养，准备工作完成后开机拌合。碾压混凝土拌和时间为120～150S，机口的VC值为6±2S，并根据气温、环境状况作相应调整，实施动态控制。

469m以下坝体混凝土，汽车运输直接进仓；469m以上坝体混凝土采用门机垂直运输进仓。施工中严格控制卸料高度不超过1.5m，避免加剧骨料分离现象。汽车在仓面平稳慢速行驶，禁止急刹车、急转弯等有损碾压混凝土质量的操作。

3．3．2 混凝土卸料与平仓

混凝土卸料平仓方向与坝轴线平行，采用串联链式作业。每层起始端第一车卸料位置，距模板边1.5m，距边坡基岩6m。卸2～3车料后，平仓机将拌合物摊铺成薄层斜坡面作为条带始端，然后逐层迭加至平仓厚度，条带始端在平仓过程中保持为缓坡斜坡面。卸料采用一车（一罐）一点的方式，卸料高度控制小于1.5m。混凝土拌合物卸到条带始端斜坡面中部，严禁将混凝土卸到未铺砂浆的部位。卸料堆边缘与模板距离不小于1 m，与模板接触带、止水片止浆片附近采用人工铺料，集中骨料人工分开。卸料平仓严格控制二级配混凝土与三级配混凝土分界线，一般是二级配混凝土先平仓，二级配混凝土条带超宽，但误差不超过1.5 m。汽车卸料后料堆周边大骨料由人工分散到料堆上，未处理的料堆附近不准卸料。平仓时出现在条带两侧集中的骨料，由人工分散于条带上。

平仓设备为TBS80，平仓做到随卸料随平仓，平仓时铲刀从料堆一侧浅插推料，依次将料堆摊平，以减少骨料分离。平仓机平仓时扰动料堆，以分散底部集中的骨料。平仓依据模板上画出的分层线进行摊铺，做到条带平整厚度均匀。

上下游模板边、止水片止浆片附近用细料覆盖，提高上游面抗渗能力及上下游面光洁度。

3．3．3 碾压

摊铺好的条带，及时进行碾压，碾压方向平行于坝轴线，两岸与基岩接触带局部采用横向碾压。碾压设备为BW202-AD，碾压时先无振碾压2遍，后有振碾压8遍，再无振碾压2遍整平，振动碾行走速度控制在1～1.5km/h以内。

碾压作业条带清楚，走偏误差控制在20cm范围内，相邻碾压条带必须重迭15cm～20cm，同一条带分段碾压时，接头部位重迭碾压2.4m～3m。两条碾压条带间因作业形成的高差，采用无振慢速碾压1～3遍作压平处理。

每次碾压作业开始，对局部粗骨料集中的区域，及时派人分散粗骨料，以消除局部骨料集中和架空。

碾压混凝土从拌和至碾压完毕，控制在2小时内完成，不允许入仓或平仓后的碾压混凝土拌合物长时间暴露，以免VC值的损失。碾压混凝土的层间允许间隔时间必须控制在混凝土的初凝时间以内。

碾压作业后的碾压层表面有微浆出露、振动碾滚轮前后略呈弹性起伏，试验和施工人员根据实际情况和对VC值的实测值及时通知拌和楼调整混凝土VC值。高温条件下施工，尤其是中午日照强时，仓面采用GCHJ50B型高压冲毛机喷雾对仓内混凝土降温保湿。

碾压完成要求上下层骨料相互嵌入，骨料粘接牢固，层间结合良好，形成整体。

碾压作业完成，试验人员用核子密度仪检测混凝土压实容重，混凝土压实容重应大于或等于设计要求值，二级配混凝土压实度≥98%，三级配混凝土压实度≥97%，如达不到设计要求须补压至合格，补压不合格作废料挖除处理。

斜层平推法施工斜层坡脚留50cm宽不碾压，以避免振动碾压碎坡脚骨料，造成施工质量隐患，这部分混凝土采用人工注浆作为变态混凝土浇筑处理。对坡顶加长条带搭接长度或增加碾压遍数处理。

3．3．4层间处理

所有间歇层面均采用高压水冲毛、边角部位及立面采用人工打毛，开仓前层面的杂物用清水冲洗干净。间歇层面在混凝土卸料前铺2～3cm厚砂浆，上游二级配防渗体各碾压层面铺料前均喷洒胶浆处理。碾压混凝土掺复合高效缓凝的外加剂，延长混凝土初凝时间（＞10小时）；每一碾压层在8～10小时内完成作业，确保下层混凝土初凝前，上层混凝土碾压完成。碾压VC值实施动态控制：一般情况下VC值采用5～7S；温度低、阴天时VC值采用7～9S；气温高、日照强时VC值采用3～5S，在仓面采取喷雾措施对混凝土与层面进行降温、保湿。

3．3．5变态混凝土施工

左右坝肩与基岩接触带、上下游模板边、铜片周边、分缝预制块两侧及边角部位需用变态混凝土浇筑。变态混凝土胶浆掺量为混凝土体积的5%，胶浆胶水比为0.45，粉煤灰掺量40%，外加剂掺量0.5%。

在右坝肩482m平台设拌浆站，拌好的胶浆由输浆管输送至仓面。混凝土平仓后采用打孔或中间挖槽、人工注浆，为保证RCC拌和物与胶浆结合紧密，注浆完成后立即用高频振捣器（φ100）插入振捣。铜片附近振捣时，铜片与PVC板由人工扶正，避免受混凝土单边侧压力后移位，确保铜片与PVC板埋设位置准确。

胶浆采用2J400L型双桶拌浆搅拌，胶浆在上桶配料搅拌，搅拌均匀后打开控制闸阀自流到下桶，下桶通过Φ100mm管路输送至仓面。胶浆随拌随用，不允许在管路中长时间停留，避免胶材沉淀堵塞管路。

二级配变态混凝土浇筑区利用上游模板与下游混凝土围成一浅槽，浅槽内均匀铺浆，此项工作完成后才允许卸料平仓。二级配碾压混凝土卸料平仓前，各碾压层面均匀铺洒胶材浆，以改善层间结合质量。碾压平仓后，变态混凝土浇筑区由人工用门工具（φ50mm的水管底部削尖）打孔，孔排距按10cm～15cm控制，梅花型布孔，孔深不浅于30cm。注浆事先计算好注浆范围：每桶胶浆22.5L，二级配混凝土注浆宽度50cm，则注浆长度为3m；三级配混凝土注浆宽度30cm，则注浆长度为5m。注浆完成后，立即用φ100型高频振捣器插入振捣，振捣器插入深度大于50cm，以保证振捣器插入下层混凝土深度不小于15cm，确保层间结合质量。

3．3．6 成缝与接缝止水

翁元大坝设2条横缝与2条诱导缝：1#横缝、4#横缝、2#诱导缝和3#诱导缝，横缝、诱导缝采用混凝土预制块成缝，缝内埋设进浆管、出浆管、灌浆盒（采用重复灌浆盒）与排气管，灌浆管路与排气管引接至坝体下游面。

在混凝土辅料前，在设计分缝线两侧埋入混凝土预制块，预制块用钢筋敲打入下层混凝土固定，防止平仓时移位。预制块附仓时须仔细操作，避免平仓机刀片碰撞预制块造成移位。成缝预制块两侧采用变态混凝土浇筑。

大坝横缝与诱导缝上游设一道铜止水片，上下游各设一道止浆片。止水片与止浆片采用紫铜片制作，紫铜片宽600mm，厚1.2mm。止水片与止浆片在车间内用模具加压成型并用氧气乙炔加热至12000C以上退火处理。加工好的止水片与止浆片单片长2m，在现场用氧气乙炔加热焊接。现场检测：止水片与止浆片埋入基岩深度不小于50cm，铜片搭接采用双面氧焊，搭接长度大于3cm。

止水片与止浆片附近采用人工铺料、变态混凝土浇筑，浇筑混凝土时在分缝位置埋入PVC板，使坝体混凝土收缩时，分缝顺着PVC板张开。

3．3．7不良气候条件下施工

（1） 雨季施工措施：在大坝两坝头挖排水沟，拦截外来水。两坝肩平仓时略向山边倾斜，碾压完成后，山边及时挖排水沟，防止山坡来水流入仓面。平仓铺料略向下游倾斜，利于仓面自流排水，仓面派专人做好仓面排水工作；根据砂石骨料含水量调整用水量，适当增大机口VC 值；仓面备足防雨彩条布，降雨量≥3mm/h时，停止拌和，仓内迅速进行卸料平仓和碾压作业，碾压完成后层上面立即用彩条布覆盖防雨；降雨量

（2） 冬期施工措施：调整混凝土配合比，适当减少粉煤灰掺量，掺引气剂提高混凝土的抗冻性能；气温低于50C时用热水拌合；加快施工进度，仓内混凝土及时平仓碾压，碾压后立即用麻袋、彩条布覆盖保温；气温低于00C或下雪时停止施工；加强气温、混凝土温监测，以指导施工。

（3） 高温季节施工措施：翁元大坝在高温季节（2005年7月12日至2005年9月1日）停止施工，在次高温季节施工采取如下温控措施：成品砂石料堆高不少于5m，以降低砂石料温度；采用现抽河水拌制混凝土，以降低机口混凝土温度；仓面利用高压冲毛机喷雾降低仓面温度、对混凝土与层面保湿，模板洒水降温，降温效果较好；调整配合比，适当增大粉煤灰掺量，掺高效缓凝减水剂，延长混凝土初凝时间；实施动态控制混凝土VC值，气温高，适当减小机口混凝土VC值；仓内混凝土及时平仓碾压，碾压后立即用彩条布覆盖遮阳保湿；碾压混凝土初凝后及时养护；加强气温、混凝土温监测，以指导施工。

4.大坝碾压混凝土效果

翁元水库在2006年8月23日至2006年11月21日首次蓄水运行期间，最高蓄水位达到468m高程，接近正常蓄水位469m。坝移量随库水位的上升和气温的下降而增大，实测最大位移量17.23mm，符合拱坝变形规律；大坝坝基防渗帷幕及坝体防渗体工作正常；诱导缝、横缝及坝肩接触缝均处于闭合状态；坝体混凝土呈微膨胀趋势，最大膨胀量57.44με；其余各项观测值均较蓄水前（2006年8月17日）无异常变化，说明坝体碾压混凝土施工质量良好，大坝工况正常。

5 结语

翁元水电站碾压混凝土大坝采取分缝、内掺氧化镁等多项综合措施，取消坝内埋冷却水管温控设计，在464高程以下采取汽车直接入仓，全断面施工，充分实现碾压混凝土快速筑坝技术的优势；同时在施工中严格过程控制，加强工序质量检测，对碾压混凝土VC值实行动态跟踪，确保大坝工程质量；在经专家论证分析后，在未进行接缝灌浆情况下便下闸蓄水进行一次大胆尝试，为其它类似工程提供参考经验。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。