棉花滩水电站碾压混凝土大坝施工论文.docx

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棉花滩水电站碾压混凝土大坝施工论文

棉花滩水电站碾压混凝土大坝施工

   关键词：

碾压混凝土坝 砂石料系统 碾压混凝土施工 施工管理 棉花滩水电站

   摘 要：

棉花滩水电站大坝工程自1998年4月动工，至2001年4月完工，历时3年，在国内水电工程建设中处于领先地位。

大坝工程的全干法人工砂石料生产系统为国内首创并取得成功，碾压混凝土全面应用斜层平推碾压施工工艺，创造性地采用拌和楼拌制变态混凝土，大坝下游斜坡面采用四层翻升模板，这些施工工艺的采用，为大坝工程建设保证了工期、质量，提高了经济效益。

   棉花滩水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程179.00m，坝顶宽7.00m，最大坝底宽84.5m，坝顶全长308.5m，最大坝高111.00m，从左至右共分为7个坝段。

大坝工程由中国水利水电闽江工程局中标承建，现将工程施工情况作一简要介绍。

1砂石料系统

1.1生产方式

   棉花滩大坝碾压混凝土石料场位于大坝坝址右岸上游约2.5km处的背头坑，石料为中粗粒黑云母花岗岩，储量丰富，岩石致密坚硬，呈块状结构，岩石的干容重25.2～26.5kN/m3，平均25.9kN/m3，经勘查石料各项指标符合设计要求。

我国水电站建设中通常生产人工砂是采用棒磨机加工，然后通过洗砂机脱水而得。

这样生产出来的人工砂通常需要5～7d的自然脱水才能使用；含石粉量较高时易结块，必须使用机械从放料口放出。

这种湿法制砂工艺需水量较大，损耗较高，污水处理量较多，总成本较大。

我们在广泛收集国内外众多水利水电工程生产人工砂石料方面的资料并进行分析后，人工砂石生产决定采用国外较多使用的全干法生产工艺。

1.2生产规模

   棉花滩水电站大坝工程共需浇筑混凝土总量611550m3，共需要粗骨料948138t，细骨料409380t。

根据大坝施工总进度安排，混凝土浇筑高峰期出现在1999年11月至2000年3月，其中最高峰出现在2000年2月。

因此本系统的生产规模按满足这个时期的高峰强度来确定。

2000年2月份大坝混凝土浇筑所需的砂石料总量为132309t，则砂石料工厂的生产规模为：

Q月=132309×1.32=174648t／月。

按每月安排25个工作日，每个工作日二班制，每班有效工作时间7个小时，计每月工作350h，生产强度为：

Qh=174648÷350=499t／h。

为此，确定棉花滩电站砂石料系统的处理能力为500t／h。

1.3主要设备的选型及技术参数

   棉花滩工地地形复杂，砂石料系统场地狭小，因此，砂石料系统只安排一条生产线，在初级破碎和二级破碎、三级破碎中各只设一台破碎设备。

经对国内外多家设备制造商提供的设备比较后，选取了瑞典斯维达拉（Svedala）公司的破碎设备，配备国产的振动筛、自同步给料机和胶带输送机，组成人工砂石料生产系统。

（1）粗碎。

选用瑞典Svedala公司生产的JM1211HD鄂式破碎机，铭牌产量500t／h，并配备该公司生产的VMHC60／12棒条式振动给料机，给料机可通过调节频率来改变给料能力。

二级破碎选用瑞典Svedala公司生产的S4000EC型旋回破碎机一台，铭牌产量为502t／h。

（2）三级破碎。

选用瑞典Svedala公司生产的圆锥破碎机H4000MC，该机采用挤满式给料，产品粒形好，在排矿口为29mm时，产量为289t／h。

   （3）细碎及制砂。

选用瑞典Svedala公司生产的石打石立轴式破碎机B9000，每台各配置2台185kW的电机，产量为433.5t／h。

   （4）其他设备。

通过招投标选择了几家国内矿山机械设备较先进的厂家，筛分机选用南昌矿山机械厂生产的圆振动筛；地弄内的给料机选用江苏海安振动机械厂生产的自同步给料机；皮带输送机选用龙岩煤矿机械厂生产的皮带机。

这些设备机械性能良好，运行可靠。

1.4生产工艺流程特点

（1）设备先进。

选用瑞典Svedala公司的生产设备，这些设备体积小、重量轻，对基础要求不高、安装简便，具有允许较大的进料粒径，单位小时产量高。

细碎及制砂的B9000立轴式破碎机是目前世界上用于制砂的新一代设备，由它生产出的粗细骨料成品呈立方体，无张力和裂缝，针片状颗粒低于5%，B9000用于制砂，改变了国内在人工砂生产工艺上一贯采用棒磨机湿法制砂的做法，采用干法制砂工艺。

（2）铭牌产量高。

本系统安排的主要设备台数少，因此系统布置相当简单，临建工程量少，便于在棉花滩工地这种狭小的场地进行布置。

在各种主要设备中，每种设备都有一定富余的生产能力。

   （3）适应多种生产工况。

各段破碎机都留有一定的储备容量，而且通过调节各破碎机的排矿口尺寸或改变转速（如B9000）、进料口尺寸，可生产出不同级配、粒径产品，能适应多种生产状况。

   （4）全干法制砂。

由于在各道生产环节中没有用水冲洗，减少了石屑的流失，增加了石粉的含量。

据初步测算，在整个生产过程中可减少损耗10%，节省了脱水场地和污水处理设施场地。

   （5）三段集中控制。

初碎控制室、筛分场控制室和成品料场地弄控制室可进行远程控制，整个系统运转人员少，运行管理方便。

2混凝土拌和系统

   大坝混凝土拌和系统布置在右岸进库公路侧边180m高程处，距大坝约350m。

混凝土拌和楼采用日本石川岛800KBT-10D-Hy4500D×2-MCSII-BP型，其生产能力为300m3／h。

楼内料仓总容量为738m3，安装2台HyD4500D型液压变速式2轴强制搅拌机。

拌和楼装有MCSII自动控制系统,称量自检系统和独立手动控制系统，可预存999种配合比，对搅拌过程进行全面数据处理。

楼边设置了2个1200t水泥罐，2个800t粉煤灰罐。

   拌和楼自1998年11月至2001年4月底，共为大坝生产了约64万m3的混凝土，其中碾压混凝土54万m3，常态混凝土10万m3。

经过拌和楼出机口及现场取样成果统计情况表明，此拌和楼的结构布置合理，拌和性能良好，混凝土的生产质量和管理水平较好，特别适用于碾压混凝土生产拌和。

3大坝碾压混凝土施工

3.1原材料和配合比

（1）原材料。

骨料为花岗岩人工骨料，最大粒径80mm，采用全干法生产工艺；人工砂中石粉含量控制在19%～22%，其中小于0.08mm细粉含量占石粉总量约31%，细骨料的细度模数在2.2～2.8之间。

粗骨料较好，针片状含量较低。

水泥采用龙岩三德兴水泥厂生产的525号普通硅酸盐专用水泥，熟料中含有3.0%～3.5%MgO，具有微膨胀性。

粉煤灰采用厦门嵩屿火电厂二级灰，检测指标除细度外，其余达到一级灰的标准。

外加剂选用三明佳宏外加剂厂生产的BDV高效缓凝减水剂。

（2）碾压混凝土配合比。

碾压混凝土配合比见表1。

3.2入仓方式

（1）汽车直接入仓。

入仓前汽车经过自动冲洗台冲洗轮胎，经过50～60m脱水段后入仓，入仓口采用预制混凝土梁作模板，因受地形限制，97m高程以下采用汽车直接入仓方式。

（2）负压溜槽。

在右坝肩设置两条相同断面的负压溜槽，单条输送能力240m3/h。

127m高程以下，负压溜槽接水平皮带输送机再接垂直落料器；127m高程以上负压溜槽接自卸汽车。

垂直落料器最大下落高度30m，出料口安装自行设计抗分离装置，具有良好效果，在国内属首次采用。

3.3施工工艺

（1）仓内主要施工设备。

仓面碾压设备：

BW-202AD3台，BW-75S1台；平仓设备：

D31P湿地推土机1台，CATD3P2台；测定密实度：

美国3440中子仪1台，国产DN-50中子仪2台，VC值测量仪1台。

（2）施工工艺。

采用两点叠压式卸料，即自卸车分两次将料卸在摊铺的条带上，以减少骨料集中，平仓机从料堆底部开始分二次平仓，有两次扰动分散集中骨料的机会，最后人工辅助减少骨料分离现象。

全面采用斜层平推碾压施工工艺。

97m高程以下采用下游向上游倾斜，97m高程以上采用从左岸向右岸倾斜。

倾斜坡度在1∶10～1∶15之间，最大斜面面积2400m2，碾压层厚度一般为松铺34～36cm，压实30cm。

碾压遍数采用无振2遍、有振8遍，再无振2遍。

碾压后表面全面泛浆，且略有弹性；遇到温度较高、强光直晒的气候，采用振动碾钢轮上喷水补充失水的方式碾压。

层间覆盖时间一般控制在8h以内。

其中从拌和楼投料到在仓面碾压完毕控制在2h以内。

迎水面二级配区每一碾压层间均喷洒一层厚2mm的水泥粉煤灰净浆，以增加层间结合，提高防渗能力。

在模板周边，孔洞周边，钢筋部位均采用变态混凝土，在两坝肩基础垫层混凝土也大胆采用变态混凝土。

采用简易的切缝机造缝，切缝机由小型电动夯实机加装刀片改造而成，具有操作灵活、方便施工的优点。

隔缝材料采用双层彩条布，切缝深度一般大于20cm。

成缝面积大于2／3。

缝面在混凝土终凝后，采用水压大于25MPa高压水进行冲毛处理。

冲毛机为自行制造HVW-MⅡ型，冲毛施工效率高，效果好。

3.4模板工程

   大坝直立面模板为3m×3m双层翻升模板，模板单块重约1200kg，板面为6mm厚钢面板。

翻升模板具有刚度大，适应于连续上升施工等优点，板面顶部边缘设有30mm×30mm角钢装饰条，使浇筑成型的混凝土表面留下规则有序的线条。

大坝后坡斜面模板，采用四层翻升模板，单块模板3m×1.25m，重量约500kg。

大坝下游斜坡面（1∶0.75）采用翻升模板。

3.5施工质量

   大坝二个枯水期共浇筑碾压混凝土约45万m3，现场质控结果为：

机口VC值平均为6.3s，仓面VC值平均为7.1s。

平均碾压密实度99.7%，碾压混凝土抗压强度：

R180150平均为37.3MPa；R180200平均为42.5MPa。

第一枯水期钻孔取心结果表明：

层面、缝面的完好率90.7%，最长心达到8.38m，心样外观评述优良率达85.7%，心样物理力学性能测试全部满足设计要求。

碾压混凝土总体质量优良。

3.6主要施工技术特点

（1）全干法工艺生产人工砂石料。

该工艺流程在国内属首次采用，能减少生产人工砂石对水资源造成的污染，同时，由此工艺生产的人工粗骨料不仅粒形好，针片状的含量也很低，石粉含量高，特别是石粉中0.08mm以下的颗粒含量大大增加，这将十分有利于碾压施工时可碾性及碾压层面充分泛浆，有利于提高碾压混凝土施工质量。

（2）全面应用斜层平推碾压施工工艺。

棉花滩大坝基础找平层常态混凝土以上，全部采取斜层平推碾压施工工艺，这在国内同类型工程中属首例。

在此工艺的薄弱环节坡脚的处理上进行了多种方式的比较（如：

采取把坡脚加浆做成变态混凝土；把坡脚小于10cm的部分切除），取得不同的经验，并且将通过相关的试验数据来支持最优的处理方式，以支持斜层平推碾压施工工艺的推广应用。

   （3）岸坡基础找平层改常态混凝土为变态混凝土。

棉花滩大坝基础找平层除基础底部分采用常态混凝土外，岸坡基础找平层与碾压混凝土同时施工，并将常态混凝土改为变态混凝土，从而进一步简化碾压混凝土施工准备工作，加快碾压混凝土的施工速度。

采用拌和楼拌制变态混凝土，利用碾压混凝土的进仓流程，应用于大面积变态混凝土施工。

这是棉花滩大坝工程对变态混凝土应用的创新。

   （4）大坝下游斜坡面采用四层翻升模板。

国内已建成碾压混凝土重力坝的下游斜坡面均采用台阶形式。

棉花滩大坝下游面采用边碾压边翻升模板施工工艺。

直接形成1∶0.75下游斜坡面，使坝体具有美观外形，下游坡面变态混凝土同台阶面相比增加不多，更符合设计要求。

   （5）结合工程施工的需要，进行一系列施工技术和施工机具的创新。

垂直落料抗分离装置