吉林台一级水电站大坝趾板滑模浇筑及质量控制
田维忠 郑远建(新疆尼勒克县吉林台水电站 武警水电第九支队 834014)
【摘 要】介绍了吉林台水电站大坝趾板滑模的设计、应用以及混凝土施工质量控制过程。趾板滑模在该工程中的应用,是继我国天生桥一级站大坝的类似巴西辛戈(Xingo)趾板滑模应用后的又一次成功应用,同时为同类坝型在复杂气候环境下进行混凝土质量控制提供参考。图5幅,表2个。
【关键词】水电站 砼面板堆石坝 施工方案 施工技术 滑动模板 质量控制 坝趾 趾板
1 工程简介
吉林台一级水电站是喀什河流域规划中的第十个梯级水电站。电站位于伊犁喀什河中游、吉林台峡谷段中部,以发电为主,兼顾灌溉和防洪,属大(I)型一等工程。电站装机容量460MW,水库总库容25.3亿m³,调节库容17.0亿m³,调洪库容1.5亿m³,死库容6.8亿m³,调节特性为不完全多年调节。吉林台一级水电站由混凝土面板砂砾—堆石坝、深孔泄洪洞、表孔泄洪洞、发电引水建筑物、发电厂房等建筑物组成。
混凝土面板砂砾—堆石坝为1级建筑物。据新疆地震局复核并经国家地震局审查鉴定,坝址区地震基本烈度为8度,抗震设计烈度为9度。最大坝高157m,坝顶高程1425.8m,正常蓄水位1420.0m,坝顶宽12m,上游坝坡坡度为1∶1.7,下游坝坡1∶1.5 (马道间),下游坝坡布置“之”字形上坝公路,平均坝坡坡度为1∶1.96。坝体防渗结构为钢筋混凝土面板,坝体共设有9个分区,坝体主要受力结构为砂砾料填筑体,坝体下游部分填筑堆石料。
坝址出露的岩性为英安质晶屑凝灰岩、角砾凝灰岩及安山岩、凝灰岩,岩体强度较高,湿抗压强度为90~150MPa。坝址岩体以弱风化、微风化为主。趾板混凝土座落在新鲜基岩上,与基岩锚杆连接,河槽水平段长57.24m,趾板总长758.62m,最低高程1270m,最高高程1421m;设计混凝土标号为C30、W12、F300,二级配。
2 滑模设计
2.1 趾板结构的特殊性
趾板是传力结构,其作用是把面板下滑力传到基岩上,其宽度由趾板下基岩的允许水力梯度和地基处理措施确定。本工程趾板基岩条件较好,除断层穿过的位置用混凝土塞置换加混凝土盖板处理外,其它部位均不作处理,趾板的宽度只由基岩允许水力梯度一个因素确定。根据水头深度,趾板结构设计成3种型式, A型宽10m、厚0.8m, B型宽8m、厚0.7m, C型宽6m、厚0.6m。趾板结构(见图1)。
由于坝址处河谷右岸较陡,左岸较缓,使得各段趾板的结构参数均不相同,趾板结构参数(见表1)。
趾板混凝土要超前坝体填筑施工,以保证在坝体填筑时,该部位趾板混凝土已有至少75%的设计强度。尤其河床水平段趾板混凝土更要抢先浇筑,为F32断层接缝灌浆和趾板区固结灌浆及帷幕灌浆施工提供工作面。趾板是面板堆石坝防渗体系中最重要的组成部分之一,混凝土除必须有足够的强度外,还要有较高的抗裂性能、抗渗性能和抗冻耐久性能。为此,通过试验确定优质粉煤灰、减水剂、引气剂的厂家及掺量和掺用聚丙烯纤维以减少水泥用量、改善混凝土的性能,满足设计要求。
2.2 滑模需解决的技术难题
从趾板结构参数表得知,趾板滑模需要解决的技术难题主要有:
1)滑模宽度要适应6m、8m和10m的变化,BC边长度要适应12种变化;
2)滑模厚度要适应0.6m、0.7m和0.8m三种变化;
3)滑模鼻坎段CD边长度要适应12种变化;
4)滑模鼻坎段要适应∠α、∠β和∠θ三个角度24种变化;
5)滑模的刚度、挠度要符合规范要求,要满足浇筑施工方便、调试操作简单的要求。
2.3 滑模设计思路
为了保证趾板的传力效果,开挖边坡和底部基岩时超挖应控制在规范允许范围内。但由于地质条件的复杂性和爆破控制偏差,使得开挖难免会出现不符合规范的超欠挖。考虑趾板各段的X线方向不同和开挖成型条件,趾板结构不适合全断面滑模施工,最佳方案是3个外露面的滑模施工。因此,本工程上游侧边坡超挖采用在趾板结构尺寸外立面模,趾板混凝土浇筑时回填同标号的混凝土,基岩超挖用C20混凝土进行回填,然后在趾板下游侧EF和FG两面支立常规模板,用滑模浇筑BC、CD、DE三面,从而解决了趾板不同厚度变化的问题。
考虑施工方便和工期要求,水平趾板用常规模板浇筑,斜坡趾板左、右岸各设一套滑模。左岸滑模在平段加工成4节,以适应BC边的5种变化。右岸滑模在平段加工成五节,以适应BC边的6种变化。鼻坎段把DE边加工成有2个自由度的滑块,以适应CD边和∠β、∠θ的不同变化。
考虑刚度和稳定性要求,在滑模上安装配重水箱,利用配重水箱加大滑模断面尺寸,用2排4根调节拉杆把平直段和鼻坎段连接在一起,并在底部角顶点上安装2颗阻滑螺栓,以解决∠α的不同变化。配重水箱加工成多节,用螺栓相互连接,并与底模连成整体,当平直段变短时,卸下结构尺寸外的滑模和水箱即可。为了保证混凝土的保护层,防止滑模跑偏,滑模内侧采用在上游侧趾板外距AB边5cm的表面位置支立1根平行钢管,使滑模在钢管上滑动。用能够控制方向的行走轮托起滑模鼻坎端,行走轮支腿用两排4根调节拉杆与滑模鼻坎段连接,以控制行走支腿与趾板边线的安全距离,通过行走轮在滑模外侧钢管导轨上行走来控制滑模方向。浇筑过程中,根据配重需要增减配重水的重量,同时利用水箱内的水进行混凝土养护和收光抹面。滑模宽度为1.5m,左、右岸趾板滑模安装正视图及滑模浇筑施工图(见图2、图3、图4)。
3 混凝土施工方案
混凝土浇筑工期安排在暖季,混凝土设计方量为5643m³,平均浇筑强度为900m³/月,高峰浇筑强度20m³/h。趾板浇筑分块原则上按工作缝来划分。趾板在转角处、断面突变处、大于0.5m的断层等处设工作缝,混凝土施工工序(见图5)。
3.1 锚筋施工
趾板基础布置Φ28mm砂浆锚杆,间、排距1.2m×1.2m,梅花型布置, L= 5m,深入基岩4.3m,外露0.7m (其中0.3m弯成水平钩)。锚杆在浇筑前7~14d采用先注浆法施工。安装好的锚杆不得敲击、扰动。锚杆施工龄期达到3d或7d后作拉拔实验,并经监理工程师验收合格后进行钢筋绑扎。基岩超挖超过1.0m的部位布置两层锚杆,下层锚杆按趾板锚杆要求施工,上层锚杆外露端加工弯头,在浇筑回填混凝土时插入,并控制顶部高度在设计高程上。锚杆的方向呈铅垂状态,以保证趾板与基岩牢固连接,并充分利用基岩的重力维持自身稳定。
3.2 钢筋工程
钢筋在加工场集中统一加工。加工时按浇筑段趾板钢筋图纸进行钢筋统一编号,加工成品按编号分类堆放。安装时根据编号进行装车运输,以防用错钢筋。
钢筋安装时先进行测量放样,然后进行架立筋的安装。架立筋部分利用锚筋,部分直接安放在基岩面上。架立筋用Φ20mm螺纹钢制作,间排距2.0m×2.0m。在架立筋上按照钢筋图纸中设计的尺寸、保护层厚度、钢筋型号、间距安装各编号的钢筋,并按规范要求进行架立绑扎。
3.3 止水铜片制安
趾板间缝设“W1”型止水、周边缝设“F”型止水,其附属结构有砂浆垫层、PVC垫片和GB止水条。铜止水用T2W型铜片在加工场用液压止水成型机轧制。止水分节制作成型,每节长3.8m,安装时用黄铜焊条进行单面搭接焊连接。加工场地的卷材和成型止水铜片需下垫上盖存放,运输采用分层垫放,并固定垫块位置,以防止水铜片在运输过程中受挤压变形。
“W1”型铜止水安装须在钢筋安装之前进行,“F”型止水的安放在立模时进行。“W1”型铜止水与651A型橡胶止水的连接在安放前用铜止水片与“W1”型铜止水焊接,铜止水片与橡胶止水间用钢片夹住,用螺栓连接。“F”型止水与“W1”型止水用焊接连接。铜止水片安放前在鼻头内填充Φ25mm PVC棒和聚胺脂泡沫。
3.4 模板工程
水平趾板段用常规模板浇筑,左、右岸斜坡段用滑模滑面浇筑。水平趾板模板和斜坡段趾板常规模板用规格为300mm×1500mm×55mm模板,在变化段或无法立钢模的部位及挨铜止水处用板枋木支立。在铜止水的外侧立规格为100mm×30mm木模,以保证混凝土浇筑后止水鼻头能在结构缝的中央。
普通模板支立前涂刷脱模剂,安装时要谨防脱模剂污染钢筋。模板支撑用内撑内拉法。内撑为架立筋进行点撑,内拉为规格为Φ12mm圆钢,一端车丝,用螺帽和蝶形卡配合脚手架钢管固定。靠近山体侧不设模板。滑模在加工场制作,先在趾板外侧进行拼装,用吊机吊装就位。行走轮导轨高度需根据趾板和行走轮支腿尺寸进行调整。导轨支杆在同一支点设成三角形,支点间距为1.5m。模板的拆除在浇筑结束3~7d后进行。
3.5 灌浆管埋设
浇筑时不埋设灌浆管,灌浆时采用地质钻直接在趾板上钻孔。
3.6 混凝土工程
混凝土在拌和楼集中拌制,用混凝土罐车拉运,溜槽入仓。溜槽加工成半圆型,并在每节溜槽背部四周焊上钢筋骨架,一端制作挂钩,安装时用挂钩挂在支架或钢筋上。当溜槽较缓时,沿溜槽布置人工拔料。模板、钢筋绑扎、预埋件安装等工作完成后,清除仓面杂物,用高压水冲洗仓面,进行仓面验收、浇注。平仓用2台变频振捣器,振捣用2台软轴振捣器。出模混凝土收光结束后利用滑模上拖动的塑料薄膜覆盖。当趾板从塑料薄膜下露出后即用麻布覆盖保温保湿,并开始洒水养护。养护时间不低于90d。实验室提供趾板混凝土配合比(见表2)。
3.7 止水铜片保护
常规模板拆除后,即进行止水的保护。保护方法为板包法。利用埋设的拉模筋固定木板保护止水。在施工过程中加强对木板的保护工作。进行特殊垫层料施工时方可以拆除保护木板。
4 趾板浇筑质量控制
4.1 混凝土质量控制
4.1.1 水泥、粉煤灰及外加剂质量控制
采用散装水泥和粉煤灰。水泥标号P.O42.5水泥、粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。外加剂用减水剂和引气剂。在选定生产厂家前,进行2~3家产品抽样检验和混凝土试配实验,根据规范要求对实验结果进行化学成份、物理力学性能和经济比较,选定混凝土质量容易保证、厂家信誉较好,费用较低的产品。供货时要求“三证”齐全,并及时抽样检查产品质量,从货源上把好质量关。
4.1.2 砂、石骨料质量控制
砂、石骨料采用C2料场砂砾料筛分,每班进行超、逊径和含泥量检验,保证无不合格骨料出厂。
4.1.3 拌和质量控制
采用生产能力为120m³/h的拌和楼进行混凝土拌制。砂石骨料、水泥、粉煤灰、外加剂和水均采用电子称量系统进行控制,减少配料计量的人为误差。
4.1.4 施工组织控制
施工组织控制主要包括以下方面:
1)施工前对参与混凝土施工的人员进行安全、质量管理教育,培养和加强员工的安全、质量意识。
2)开仓前,不仅对浇筑仓面进行验收,而且要对混凝土原材料的准备、施工机械状况和人员的组织安排进行验收,保证在混凝土浇筑过程中不出现意外停仓事故。
3)用罐车进行混凝土运输,保证混凝土在运输过程中不分层离析。
4)在运输、浇筑过程中,严禁施工人员私自往混凝土罐车和仓内加水。
5)开仓前,在调度会上规定罐车行走路线,浇筑过程中保证路线的畅通。
4.1.5 混凝土养护
加强混凝土的养护工作,保证混凝土表面潮湿,以防混凝土水分蒸发影响强度。
4.2 混凝土抗裂控制
4.2.1 水泥品种的选择
水泥品种原则上选用低水化热水泥。本工程选用P.O42.5水泥后,考虑掺用15.1%的粉煤灰以减少水泥用量,从而降低水化热,改善混凝土的和易性。
4.2.2 水灰比及坍落度控制
水灰比的大小是影响混凝土抗渗、抗冻、及力学性能的主要因素之一,坍落度是影响混凝土抗裂性能的因素之一。因此必须保证混凝土使用较小的水灰比和合适的坍落度。本工程混凝土水灰比控制为0.35,入仓坍落度控制在3~8cm范围。趾0+288~趾0+308段和趾0+427~趾0+449段坍落度大于12cm处均出现裂缝,再次说明坍落度控制的重要性。
4.2.3 外加剂及新型材料的选择本工程除采用掺减水剂和引气剂以提高混凝土性能外,还掺用聚丙烯纤维来提高混凝土的抗裂性能。聚丙烯纤维掺量为每方混凝土0.9kg,经试验,混凝土28天抗拉强度增加10%。
4.2.4 温度控制
混凝土的浇筑温度高低对其抗裂性能影响不大,但是混凝土浇筑温差过大,使混凝土产生不同温度应力,必然会产生温度裂缝。由于工程处于新疆特有的复杂多变的气候环境,昼夜温差为10~20℃,为了保证混凝土入仓温度和环境温差变化不大,白天施工的温度应该按夜间温度进行控制。采取的主要措施有:
1)降低出机口温度。骨料储存仓用遮阳布,骨料、水泥、粉煤灰储存罐表面喷洒水进行降温;水泥、粉煤灰储存罐和罐车涂刷白色防锈漆,减少罐体对阳光热量的吸收。
2)减少混凝土在运输过程中的热量吸收。混凝土在运输过程中搅拌不宜过多过快,尽量减少在罐内的储存时间;混凝土入仓溜槽搭设遮阳布,避免阳光直射,以减少流态混凝土水分损失的同时降低对阳光热量的吸收。
3)仓内基岩面温度在浇筑过程中变化不宜过大。晴天浇筑仓面提前用遮阳布搭在钢筋上遮盖,混凝土入仓前应洒水湿润基岩面。7月初开始用滑模浇筑趾0+265~趾0+320段,昼夜温差为19℃,在昼夜施工交替位置均出现裂缝,证明基岩面降温是必要的。
4.2.5 趾板基础
趾板座落的基岩面要保持平整,基础的密实度要均一。基础在开挖过程中造成的超挖应当先回填低标号混凝土,以防混凝土浇筑后发生不均匀干缩、沉降变形而导致裂缝发生。
4.3 滑模浇筑外观质量控制
除加工、安装时要严格要求,保证滑模精度外,在混凝土浇筑时还要从以下几方面控制质量。
4.3.1 混凝土入仓、平仓振捣
流态混凝土靠基岩面入仓,用电瓶振捣器平仓。当混凝土自流盖过钢筋后改用软轴振捣器从滑模上口下部往上进行振捣,使滑模面充分接触混凝土的表面泛浆,同时需防止滑模上口堆积混凝土超过上缘豁口。否则当滑模配重大时,提升的滑模对混凝土骨料进行切割,造成出模的混凝土表面产生麻面和缺浆而不易收光;当配重小时,滑模在拉升时将出现滑模“爬坡”现象。严禁将振捣棒插入滑模底部振捣,否则混凝土会从滑模底部暴出,造成质量事故。
4.3.2 滑模提升
滑模提升速度是由混凝土入仓速度、入仓坍落度和混凝土坍落度历时损失速度决定的。混凝土入仓每30cm一层,在坍落度控制较稳定的情况下,滑模提升速度不宜过大,控制每次提升20~40cm,标准为出模混凝土无光泽,用手轻按有指印,手上不粘混凝土。若出模过早,混凝土会产生波纹状表面;若出模过晚,将影响收光工作,增大混凝土对滑模的粘结力,要求每小时提升不小于0.3m。混凝土配料时严格按配合比进行配料,尤其要控制好水灰比和塌落度,保证混凝土入仓速度稳定。
4.3.3 滑模提升机械选型
滑模要求在提升过程中速度平稳,不出现跑偏现象。提升设备用液压系统、卷扬机或手动葫芦均可。本工程用手动葫芦和提升速度为6m/min的卷扬机。经多次试验可见,用手动葫芦提升速度平稳,但费工费力,不能满足快速施工要求;用动滑轮将卷扬机提升速度减为2m/min后,滑模提升比较平稳,因此,卷扬机提升速度应该控制在3m/min以下。安装时注意控制提升钢丝绳与趾板的X线在立面上平行,以减少导向轮侧向受力,防止在滑升的过程中滑模跑偏。
5 结束语
趾板异型滑模在该工程中的成功使用是趾板混凝土浇筑按计划完成的物质和技术保障,同时为大坝在2003年度完成300万m³填筑任务创造了条件,为实现2004年下闸蓄水发电目标打下了坚实基础。同时,在新疆恶劣气候条件下,采用上述质量控制措施经证明是正确的,值得同行们借鉴和研究。
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