乌东德水电站二道坝碾压混凝土施工技术

乌东德水电站二道坝碾压混凝土施工技术
李哲斌
中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司
摘要：本文阐述了乌东德水电站二道坝碾压混凝土施工通过采用新材料、新工艺、新技术,进一步提高了低热水泥碾压混凝土施工功效及质量。

关键词：低热水泥；抑制剂；智能通水；配合比
1引言
金沙江乌东德水电站坝址区为干热河谷，坝址区降雨稀少且蒸发量大,多年平均水面蒸发量2593mm,库区陆面蒸发量698mm,多年平均年降水量825mm,主要集中在4月~10月。

乌东德水电站二道坝河床建基面高程735m,下游坝坡1=0.22,上游坝坡1：0.58,碾压混凝土设计标号C9015,C9025,®体混凝土方量约46.6万n?,全坝段采用低热水泥混凝土，为世界首座低热水泥碾压混凝土重力坝,无先例可循。

工程通过开展试验，应用新材料，研究了基于低热水泥的碾压混凝土施工技术,从配合比设计、模板设计、浇筑工艺至温控措施形成成套施工技术，优质高效完成了世界首座低热水泥碾压混凝土重力坝施工。

2控制重难点
2.1低热水泥新材料应用
乌东德水电站二道坝为世界首座低热水泥碾压混凝土重力坝，主体工程开工前,设计单位仅开展了乌东德水电站主体工程混凝土试验研究工作，进行了全面系统的混凝土配合比和性能研究,并取得一定成果，但低热水泥应用于碾压混凝土施工需要在工程建设过程中试验研究O
2.2模板选型
低热水泥混凝土早期强度低将制约工程的进度，乌东德水电站二道坝工程采用碾压混凝土施工技术，主要原因是该工艺的施工效率高、工期短。

因此碾压施工模板的选型及配置是该工艺的关键,需结合锚筋拉拔等试验成果确定。

2.3混凝土层间处理
金沙江乌东德水电站坝址区为干热河谷，坝址区降雨稀少且蒸发量大,碾压混凝土施工仓面积大，交叉作业多，层间结合质量难以保证，需结合工程特点进一步研究施工工艺O
2.4混凝土温控
乌东德水电站二道坝工程浇筑时，坝体廊道仅布置有竖井通道，通风条件差,不具备廊道内人工通水作业条件，大体积混凝土温控是确保工程不出现裂缝的关键。

3关键技术应用
3.1低热水泥性能研究应用
(1)低热水泥碾压混凝土配合比设计
与中热水泥碾压混凝土415工9。

25相比，同级配同等级低热水泥碾压混凝土水胶比高0.03,减水剂掺量低0.20%，具体配合比设计详见表1、表2。

(2)抗压及劈拉强度
415碾压混凝土90d平均抗压强度约28.9MPa、劈拉强度约2.33MPa；C9025碾压混凝土90d平均抗压强度约35.4MPa,劈拉强度约2.93MPa,90d龄期碾压混凝土抗压、劈拉强度均满
足设计要求。

与中热水泥碾压混凝土心9。

15、425低,90d龄期抗压强度略高。

相比,低热水泥碾压混凝土28d龄期抗压强度略
表1低热水泥碾压混凝土配合比设计参数
设计要求级配
坍落度/
VC值(mm)/s
水胶比
粉煤灰
掺量/%
砂率/%
减水剂
掺量/%
单位用水量/
(kg/m3)
备注
C9015W6FlOO三1-40.5260340.8085
中热C9025W6F150三1-40.4550330.8085
C9015W6F100三1-40.5560350.6085
低热C9025W6F150三1-40.4855340.685
表2二道坝低热水泥碾压混凝土施工配合比表
设计强度
等级级配
水胶
比
砂率
%
材料用量,kg/m3
控制
含气量％水水泥
粉煤
灰
砂小石中石大石
减水
剂
代砂粉
煤灰
C9015W2FlOO三0.55358562937704465944460.9321 3.0-5.0 C9025W8F100二0.48389791111802680680/ 1.21222 3.0-5.0 C9025W8F100三0.4834858097742449598449 1.06220 3.0-5.0
表3低热与中热水泥碾压混凝土抗压强度对比表
序号水胶比
粉煤灰
掺量(％)
设计要求
抗压强度
备注
7d28d90d180d
10.5260
C9015W6F100/17.025.0/中热
20.5560 5.416.828.931.0低热
30.4550
C9Q25W6F150/22.231.0/中热
40.485510.421.635.340.9低热
(3)混凝土全性能
C/15全性能抗压31MPa,200次冻融循环相对动弹模74.9%，质量损失1.65%；180d极拉和轴拉为73,4.16GPa；09(,25抗压36.2MPa、劈拉36.2MPa,200次冻融循环相对动弹模78.1%,质量损失1.36%；180d极拉和轴拉102,4.44GPa,均满足设计要求。

(4)热学性能
低热水泥比表面积、凝结时间平均值高于中热水泥；7d、28d龄期强度和3d、7d水化热平均值均低于中热水泥，具体详见表4。

表4低热水泥水化热特性表
水泥品种
比表
面积
m2/kg
标准
稠度
%
安定性
凝结时间min抗压强度MPa水化热kj/kg
初凝终凝3d7(128d3d7d28d
嘉华低热42.532426.8合格20827118.720.847.0187220271华新低热42.532226.3合格26633119.121.547.9191227283利森中热42.531626.5合格19926223.033.252.1230275/华新中热42.531223.4合格20126622.932.649.3229274/
低热水泥水化规律与强度发展规律相匹配,前90d水化和抗压强度增长较快,180d龄期后水化、抗压强度仍在增长,根据大坝低热水泥混凝土应用成果，与中热水泥相比,低热水泥混凝土绝热温升低2七~5T,导温系数、导热系数、比热、线膨胀系数与中热水泥的基本相当。

按照低热水泥碾压混凝土施工配合比,C%15 (三)、(^25(三)水泥用量每方分别为62kg及
80kg,二道坝低热水泥绝热温升式分别为T=12t/绝热温升分别为11.66T,12.6°C。

(2.6+t)、T=13t/(2.6+t)，按此计算,90d龄期
表5低热水泥混凝土热学性能表
水泥设计要求导温系数ax
103m2/h
比热c
KJ/(kg・K)
导热系数k
KJ/(m・h・K)
线膨胀系数a
东川中热
(18()303.6790.8407.847.0
嘉华低热 3.6560.8397.707.1
东川中热
Ci8()353.5500.8517.647.2
嘉华低热 3.5400.8487.587.2
3.2低热水泥碾压混凝土模板设计
根据低热水泥碾压混凝土性能,结合坝体结构特点,通过开展相关工艺试验成果，研发了低热水泥碾压混凝土模板施工技术，设计了上下游面翻转模板及廊道、吊物井、抽水井等模板。

⑴翻转模板设计
二道坝上下游面均设计为斜面，其中下游坡比1：0.22,上游坡比1:0.58,上下游面及横缝面均采用翻转模板施工,翻转模板单块面板长3m、高2.1m,重约l.Ot,通过4根锚筋固定。

碾压混凝土上升分连续浇筑和间歇上升两种方式，连续浇筑上升时采用3块连续翻转交替上升施工，锚筋按照龄期对应两种最不利受力工况;采用间歇上升时, 3块翻转模板一次架立,根据设计坡比浇筑高度可达4m~6m,锚筋只有一种最不利受力工况，两种上升方式下锚筋早龄期拉拔试验成果见表6，依据试验成果,最大拉拔力均满足设计要求,且有一定安全系数。

表6二道坝低热水泥碾压混凝土锚筋拉拔试验成果表
序号龄期(间歇期)施工方式设计拉拔力(kN)最大拉拔力(kN)安全系数
142h
连续浇筑上升50.2102.2M2.0
278h81.6131.7Ml.6
37d
间歇上升81.6141.6>1.74
4lOd81.6151.4>1.86
因此，结合施工总体规划，二道坝上下游面翻转模板配置原则为:连续上升时配置3套,正常翻转。

间歇上升时，一次浇筑4m高，配置3套;一次浇筑6m高，配置4套,间歇期不少于7d o
⑵预制模板设计
乌东德水电站二道坝内共布置有两层廊道,高程分别为753m、810m,两层廊道之间设置有吊物井、楼梯井、抽水井等结构。

廊道为城门洞型,高程753m廊道尺寸为3m x3.5m,高程810m廊道尺寸为2.5mx3m,吊物井为直径2m圆形结构，抽水井为lmx4m矩形结构。

碾压混凝土采用汽车直接入仓浇筑，低热碾压混凝土早期强度较低，廊道、抽水井、吊物井均采用预制模板施工。

⑶泵房、楼梯井及集水井模板设计
泵房、楼梯井及集水井部位模板均设计为整体大模板施工，顶拱采用散装模板、四管柱支撑,低热水泥碾压混凝土强度较低，承重模板拆除时间按照不少于2个月龄期要求。

3.3水分蒸发抑制剂使用
(1)水分蒸发抑制剂简介
水分蒸发抑制剂采用江苏苏博特新材料股份有限公司研制并生产的Ereducer®-101塑性混凝土高效水分蒸发抑制剂。

该水分蒸发抑制剂的VOC(可挥发性有机物含量)含量为0,对人体无害，不与混凝土反应，不产生气泡，对混凝土不会产生不良影响。

单分子层水分蒸发抑制技术是在纳米尺度的组装过程实现的，具有喷洒量低，效果优异的特点。

该技术采取的纳米粒子是惰性不具有反应活性的材料,不会给混凝土带来引气和耐久性下降等问题(产
品指标均符合GB8076-2008《混凝土外加剂》要求）。

因此在水工混凝土分层浇筑的条件下,不会对混凝土性能产生副作用,不存在安全隐患。

在高温、大风和低湿环境下,水分蒸发抑制剂能够显著抑制水工混凝土表层水分蒸发,可显著改善水工混凝土塑性阶段的表面保湿、外观形貌及防裂性能,其有效保湿效果一般为2h~3h o喷洒两次工艺2h后的水分蒸发抑制率一般能达到60%以上;基本消除水工混凝土表面结壳和起皮现象,大幅降低水工混凝土表面塑性开裂风险,一般可减少开裂面积75%以上。

（2）水分蒸发抑制剂使用时间
水分蒸发抑制剂的使用时间如下：
1）每年10月至次年5月全部时段；
2）每年汛期（6月~9月）高温（TM35P）且低湿（相对湿度W40%）时段；
这两个时段浇筑的混凝土，采用水分蒸发抑制作为表面保湿的补充手段。

（3）水分蒸发抑制剂使用方法与施工工艺
水分蒸发抑制剂应用水稀释后使用，稀释比例为1：4;稀释液应充分搅拌确保均匀;稀释液推荐用量为200g/m2,即5m2/kg,根据混凝土表面平整度情况可以适当提高用量。

施工时推荐使用高压喷雾设备,将稀释液雾化后均匀的喷涂在收平后的混凝土表面,喷涂时间越早越好。

根据水工大坝混凝土浇筑特点,推荐同时采用高压喷雾（可雾化）设备及便携式背负式喷雾器。

3.4智能通水
⑴温控要求
1）初期通水:对高温季节浇筑的碾压混凝土及基础约束混凝土应进行初期通水冷却,在埋设水管上一层混凝土碾压后24h内开始通水,通水水温10T~12T，通水历时15d左右。

2）中期通水:每年10月初开始对当年4月~9月浇筑的碾压混凝土、11月初开始对当年3月及10月浇筑的碾压混凝土、12月初开始对当年11月浇筑的碾压混凝土进行中期通水冷却，削减混凝土内外温差。

中期通水采用江水进行，通水时间1 ~2个月，以混凝土坝体温度达到26±1咒为准，水管通水流量1.2m3/h~1.5m3/h o
3）后期通水:二道坝①、②坝段和⑥、⑦坝段设有陡坡接触灌浆，高程775m以下接触灌浆温度为21±1弋，高程775m以上接触灌浆温度为22土1^0后期通水采用10七~12七的制冷水,通水流量1.2m3/h~1.5m3/h，通水时间20d~30d,以混凝土温度达到接触灌浆温度为准。

（2）智能通水原理
智能通水系统包括硬件系统和软件系统两部分,硬件系统包括:热交换装置、热交换辅助装置、控制装置和数据采集装置。

硬件系统主要为控制柜和通水柜，通水柜上连接冷却水管，内置双向智能控制阀、流量计和温度计，通过电缆与控制柜连接，控制柜通过内部智能控制系统根据仓面混凝土的温度、冷却水的温度对冷却水管的流量进行智能控制。

软件系统主要为通水换热智能温度控制WEB 软件平台（以下简称“智能温控WEB平台”），智能温控WEB平台可实时对相关施工信息、温度、冷却通水等信息的采集、分析和评价，结合仿真分析可实时对温度智能控制及监控效果进行评价等功能。

智能通水WEB软件平台，包括系统管理，数据管理，单仓分析,多仓分析功能模块。

其中系统管理实现用户管理，权限管理。

数据管理实现数据导入，导出，备份功能。

单仓分析实现单仓流量、混凝土温度及进出口水温控制。

多仓分析实现灌区温度和流量分析查看等。

4总结
乌东德水电站二道坝工程施工过程中，三峡建设工程有限公司成功摸索出低热水泥碾压混凝土特性，研究了低热水泥混凝土条件下模板工艺及碾压工艺,通过采用水分蒸发抑制剂新型材料及智能通水技术,应用适合的通水策略，顺利、高效、高质量完成二道坝工程施工任务，成功积累了低热水泥碾压混凝土施工工艺、混凝土性能、温控策略等一系列经验。

［作者简介］
李哲斌男中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司工程师湖北宜昌281070922@。