天花板水电站双曲碾压混凝土拱坝施工缪买和

天花板水电站双曲碾压混凝土拱坝施工
缪买和，倪红强，王晓莉
（中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南曲靖　６５５０００）
摘　要：混凝土大坝在国内外越来越普遍，特别是拱坝在材料上更加节省而受到更多的青睐。

拱坝的施工在体形模板、入仓方式、结构缝处理等方面都有更高的要求。

以云南省昭通境内的牛栏江上天花板电站碾压混凝土双曲拱坝的施工为例，总结双曲碾压混凝拱坝在施工过程中采取的施工方案和施工工艺。

主要解决由于拱坝体形和大坝不断上升中带来一系列的模板安装、碾压混凝土如何入仓、质量控制等问题。

关键词：碾压混凝土；拱坝；施工方案；施工工艺
中图分类号：ＴＶ５４４＋．９２１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６－３９５１（２０１２）０６－００５２－０５
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－３９５１．２０１２．０６．０１６
０　引言
世界上应用碾压混凝土筑坝的研究，是从二十世纪六十年代开始。

我国开始碾压混凝土坝研究是从１９７８年开始，分别在四川龚嘴、四川铜街子、福建沙溪口等水电站工程和福建厦门机场跑道进行了一系列试验研究。

１９８６年建成了我国第一座全碾压混凝土坝—福建坑口坝（坝高５７ｍ），形成了具有中国碾压混凝土技术特色—高掺、薄层、通仓连续碾压的施工工艺，大大地推动了碾压混凝土筑坝技术的发展。

到１９９３年我国在普定建成第一座碾压混凝土拱坝。

碾压混凝土坝的发展与研究，经过了国家“七五”、“八五”、“九五”等几次科技攻关研究，积累了丰富的经验，取得了明显的技术进步，成为世界上碾压混凝土坝最多的国家。

同时在坝的高度、施工速度与质量等方面均居世界前列。

碾压混凝土大坝在水电建造行业中越来越多的被采用，随着施工技术的不断提高，大量先进施工设备的使用，快速、有效的施工既满足现代社会对经济效益的要求，又符合对自然环境最小破坏的原则，对促进水电站建设的健康发展有十分重要的意义。

目前大多数水电站大坝多以混凝土坝、土石坝为主，拱坝是水利水电枢纽工程中重要的坝型之一，与其他坝型相比具有工程造价低、大大节省工程量的特点。

碾压混凝土拱坝更具有施工速度快、造价低等明显的经济优势而成为目前水利工程中越来越多采用的主流坝型。

１　工程概况
天花板水电站工程区位于云南高原东北部、乌蒙山脉西侧，山地海拔高程一般为２　０００～３　０００ｍ，最高点为药山山峰，海拔４　０４１ｍ。

牛栏江作为金沙江的一级支流，是本区内最大的河流，河谷海拔５５０～１　５００ｍ，侵蚀下切强烈，两岸山高坡陡，沟谷断面多呈“Ｖ”字形，属构造溶蚀侵蚀高中山峡谷地貌。

坝址区岩性为白云岩，岩层倾向上游左岸，岩体相对完整。

河床覆盖层厚度为１０～２０ｍ。

坝体建基面选在弱风化中部～中下部岩体上。

河谷两岸有卸荷裂隙现象，错落体等不稳定岩体数量较多，存在坝肩高处危石处理问题。

右坝肩构造相对发育，存在坝肩稳定问题，工程中采取多种支护处理措施。

坝肩和坝基岩体中，沿层面溶孔、溶隙发育，岩体为较弱～中等透水，地下水位埋深较大，存在坝基渗漏、绕坝渗漏问题，需作防渗处理。

天花板电站双曲拱坝体形为上下游不同的曲面，坝顶高程１　０７６．８０ｍ，最大坝高１１３．０ｍ，拱端最大厚度２４．２４７ｍ，坝顶最小宽度６．０ｍ，坝顶轴线展开长度１５９．８７ｍ，拱坝厚高比为０．２１５，其中：左岸非溢流坝段４４．８６ｍ，溢流坝段６６．２ｍ，右岸非溢流坝段４８．８１ｍ。

大坝中部１　０２０．００ｍ高程布置两个泄洪中孔，１　０２５．００ｍ高程布置一个排沙孔，顶部１　０６２．５ｍ高程布置３个溢流表孔。

坝体设置两条诱导缝，其体形结构复杂。

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云南水力发电
ＹＵＮＮＡＮ　ＷＡＴＥＲ　ＰＯＷＥＲ
第２８卷
第６期
＊收稿日期：２０１２－１０－０８
作者简介：缪买和（１９７２－），男，云南宣威人，工程师，主要从事水利水电工程施工管理工作。

大坝上游侧为二级配Ｃ１８０２０Ｗ８Ｆ１００碾压混凝土，下游侧为三级配Ｃ１８０２０Ｗ８６Ｆ５０碾压混凝土，坝基垫层（０．５ｍ厚）为二级配Ｃ１８０２０Ｗ８Ｆ１００碾压混凝土，在坝体上、下游面０．５ｍ范围内和两坝肩与基岩接触等部位设置变态混凝土、坝体孔洞过流面为ＨＦ高强耐磨常态混凝土。

水库正常蓄水位是１　０７１．００ｍ，总库容０．７８７×１０８　ｍ３，死水位１　０５０．００ｍ。

大坝混凝土总量为３０．７４２　４８×１０４　ｍ３，其中碾压混凝土２１．２４０　７×１０４　ｍ３（含变态混凝土１．１４９　９×１０４ｍ３），常态混凝土９．５０１　８×１０４　ｍ３。

电站装机容量为２×９０ＭＷ。

碾压混凝土坝具有体形美观，造价较低，受力条件良好、较强的承载能力和抗震性强等优点。

但是，坝体几何形状复杂，对模板、入仓方案有较高要求。

天花板水电站碾压混凝土双曲拱坝为抛物线形，在国内也较为少见。

２　施工组织及施工方案
２．１　工程进度
天花板水电站大坝工程于２００７年１２月３０日完成大江截流时坝肩开始开挖，２００９年４月１８日开始大坝基础混凝土浇筑，２０１０年０６月０７日大坝碾压混凝土全部完毕，２０１０年１０月１６日坝体混凝土全部浇筑到坝顶，２０１０年１０月２６日导流洞下闸封堵，水库开始蓄水。

２．２　砂石拌和系统配置方案
砂石骨料选址在大坝下游１．５ｋｍ处的清水河料场开采，骨料岩性为白云岩。

砂石骨料生产系统布置于清水河河口与牛栏江交汇处，离料源地不到１．０ｋｍ距离。

混凝土拌和系统与砂石骨料系统相邻布置，骨料通过成品料仓地弄皮带机直接输送到拌和楼用于生产。

采用后卸式１５ｔ自卸汽车运输碾压混凝土，高峰时期配置有１２部斯太尔用于碾压混凝土运输；用８ｍ３混凝土罐车运输常态混凝土，高峰时期配置８部运输罐车。

２．２．１　砂石系统
砂石系统的生产能力按工程需要：设计处理能力为３００ｔ／ｈ，成品料生产能力为２６０ｔ／ｈ。

生产工艺采用半干法和干法生产相结合，在确保碾压砂石粉含量达到１８％左右的前提下，对粗骨料进行冲洗。

在一筛处形成闭路循环生产，调节砂与粗骨料的级配量。

施工阶段牛栏江天花板首部枢纽工程人工砂石
料加工系统粗碎处理能力为５００ｔ／ｈ，成品生产能力为４００ｔ／ｈ，完全满足施工要求。

人工砂石料加工系统土建结构工程施工主要包括：粗碎车间、半成品料仓、一筛车间、中碎车间、二筛车间、制砂调节料仓、细碎制砂车间、成品堆场及胶带机结构等构筑物。

各车间共安装破碎机、筛分机、洗石机、给料机等３２台；胶带机３０台套。

２．２．２　拌和系统
根据本标施工总进度安排，本标高峰期混凝土强度约为２．８３３×１０４　ｍ３／月（已考虑不均匀系数）及碾压混凝土入仓强度１１５ｍ３／ｈ，系统单位供应量１８２ｍ３／ｈ，故本混凝土系统按一座ＨＬＳ１２０－２Ｓ２０００Ｌ混凝土拌和楼和一座ＤＷＤ１６０连续式拌和站进行设计，系统铭牌生产能力为２８０ｍ３／ｈ，预冷混凝土铭牌生产能力为９０ｍ３／ｈ，满足生产强度要求。

两座拌和系统均为强制式拌制，微电脑控制分别可独立运行。

相应配置有８００ｔ粉料罐５个，可预储存４　０００ｔ水泥、粉煤灰。

水泥、粉煤灰由昭通市华新水泥厂供应，粉料运输车到工地约３．５ｈ。

同时配置有外加剂车间、制冷车间、配电车间等。

制冷车间配置４台螺杆式压缩机及各种相关制冷设备共计配置３６台套，制冷容量达１７５×１０４　ｋｃａｌ。

２．３　主要施工方案
２．３．１　塔机方案
根据双曲拱坝的特点，在大坝下游紧靠集水井处，安装１台７０５０型塔机，安装高程９７３．０ｍ。

最大起吊２０ｔ／２２．４ｍ，臂长６０ｍ；塔机第１次安装高度９１．１ｍ，使用中有１次升节，附着安装在集水井边墙１　０３３．０ｍ高程的混凝土墙中，升节高度２８．９ｍ，最终达到１２０ｍ度；最高起吊高程到１　０９３．０ｍ。

塔机主要用于大坝的钢筋垂直运输、启闭机闸门金属结构安装件、仓内大模板的吊装、仓内小型设备、预埋件、冷却水管以及碾压混凝土变态浆液等材料的吊运。

同时，随塔机配置有６ｍ３、３ｍ３的卧罐各１个，用于浇筑特殊需要的坝体块混凝土。

２．３．２　混凝土入仓方案
大坝混凝土分碾压和常态两种，入仓方式都离不开水平运输与垂直运输相结合的方式。

碾压混凝土要求有连续性，速度快。

主要的施工方法是采用自卸汽车、胶带机、满管溜管运输混凝土入仓。

自卸汽车直接入仓是最直接简单的入仓方式，但随着坝体上升，入仓道路需要不停的加高、改建入仓道路等。

同时，在入仓道路前５０ｍ范围内加装
３
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缪买和，倪红强，王晓莉　天花板水电站双曲碾压混凝土拱坝施工
轮胎冲洗槽防止仓面污染；另外，与坝面相接的入仓口埋设８．０ｍ宽的混凝土预制块随仓面碾压同步上升，单仓碾压完成后取出预制块，回填常态混凝土补缺。

自卸汽车直接入仓应快铺快碾，保证仓面汽车出入的通道正常有序；加强ＶＣ值的跟踪调整，防止重载汽车陷入碾压层面中。

胶带机入仓方式采用８００ｍｍ带宽、２．５ｍ／ｓ的胶带机，从坝体外架设伸入碾压仓面；坝体外胶带
机尾部设有１３ｍ
３
的集料斗，仓内留有１～２部自卸汽车从胶带机头轮卸料口接料转运到仓面各碾压区域。

胶带机头轮卸料口挂接溜桶，减少骨料的分离。

满管溜管的溜料原理为满管流水原理，在管中始终保持充满料并连续输送，满管溜管出料口采用
弧形门控制管中料的出料速度。

满管溜管入仓采用６００ｍｍ管径的钢管，
分别在两岸坝体拱肩槽部位各安装一组，贴岩面安装到仓面。

溜管接料口采用
１３ｍ
３
的集料斗，料斗下部加装气动弧门控制碾压混凝土进入溜管的速度和数量，
防止堵管的发生；溜管出料口同样加装气动弧门控制，保证碾压混凝土在管内形成满管料自由下滑，
减少骨料的分离。

出料口安装胶带机或溜桶，溜桶随碾压仓面的上升而逐个拆除。

仓内同样留有１～２部自卸汽车从出料口接料转运到仓面各碾压区域。

满管溜管布置见图１。

大坝在９７９．０ｍ高程、１　０２７．０ｍ高程两岸各有灌浆廊道延伸到坝体碾压混凝土仓面，
廊道采用
预埋件
９７０～９９５右岸下游公路汽车直接入仓汽车运输９９５～１　０１２左岸上游公路汽车直接入仓汽车运输１　０１２～１　０２３左岸上游公路汽车＋胶带机塔吊运输１　０２３～１　０５４左右岸
拱肩交通洞汽车＋胶带机＋
满管溜管塔吊运输１　０５４～１　
０７６．８左右岸拱肩交通洞
汽车＋满管溜管
塔吊运输
常态混凝土采用泵送、吊罐二种基本方式入仓。

在坝前１　
０２３．０ｍ平台布置４台６０ｍ３
／ｈ的拖泵，分别泵送大坝表孔、中孔、排砂孔等部位１　０５４．０ｍ以下的常态混凝土；在左右岸１　０５４．０ｍ以上的碾压混凝土仓面内，
分别布置２台拖泵，常态混凝土从１　
０７６．８ｍ交通洞平台采用溜管溜入拖泵内，然后泵送到各仓面，
拖泵随碾压仓面同步上升；部分常态仓面由塔吊采用３ｍ３、６ｍ
３
卧罐垂直吊送入仓。

２．３．３　模板施工方案
坝体上下游模板主要采用３．０ｍ×１．８ｍ（宽×高）翻转模板，模板单重９００．０ｋｇ。

由于坝体为双曲面，部分相邻模板之间安装出现的“Ｖ”型缝用０．２ｍ×１．８ｍ（
宽×高）的特制拼缝小钢模拼接。

模板吊装配置１台８ｔ吊车，２台６ｔ吊车在仓内完成模板的翻升，
部分区域塔吊配合。

翻转模板安装示意４
５ 云南水力发电 ２
０１２年第６期
图见图２。

２．４　碾压混凝土的施工２．４．１　施工工艺
大坝碾压凝土由于连续作业，施工时间长，有时
在碾压过程中如碾压层面由于水分蒸发而导致混凝土ＶＣ值偏大时，结合仓面喷雾补偿混凝土水分，以确保混凝土碾压质量。

６）压实度检测。

每层碾压作业结束后，及时布点检测混凝土压实度，采用双管核子密度仪检测混凝土压实容重。

检测点数按每１００～２００ｍ２至少取１个检测点，每个仓面布设的检测点数不少于３点的原则进行控制。

７）碾压混凝土压实度的质量控制标准。

坝体混凝土的相对压实度不小于９８．５％。

所测容重低于规定指标时，立即进行补碾，直至达到密实度要求为止。

２．４．２　碾压混凝土配合比
大坝碾压混凝土配合比，根据现场料源岩性、各种外加剂、水泥煤灰，经过多组试验对比最终确认的配合比见表２。

表２　大坝碾压混凝土配合比表
级配水
胶
比
胶材用
／（ｋｇ／ｍ３）
粉煤灰
／％
砂率
／％
减水剂
／％
引气剂
／１０４
１混凝土材料用量／（ｋｇ／ｍ３）
水水泥粉煤灰砂小石中石大石减水剂引气剂
ＶＣ值
／ｓ
含气量
／％
容重
／（ｋｇ／ｍ３）
二０．４６７　１８２　５５　３８　０．７　４　８５　８２　１００　８７４　７８５　６４２－１．２７４　０．０７３　３～５　２．５～４　２　５６８三０．４６３　１６２　６５　３４　０．７　４　７５　５７　１０５　８１５　６３３　４７５　４７５　１．１３４　０．０６５　３～５　２．５～４　２　６３５
在施工过程中，根据现场入仓后的可碾性效果，
采取调整砂率或适当添加５～１０ｋｇ粉煤灰来增加
碾压砂含粉不足的情况。

该工程采用的碾压型外加剂，碾压混凝土终凝
时间２２ｈ左右。

夏季高温时段，仓面初凝时间还会
缩短。

但在进入冬季，仓面夜间温度在４～５℃的状
况下，初凝时间与夏季相比相对延长了。

初凝时间
相对延长后，对升层的要求将不能按夏季时段来控
制，否则，模板在碾压过程中出现变形的机率会大大
增加。

因此，以碾压型高效缓凝减水剂和常态型缓
凝型减水剂配合使用来满足施工现场的要求。

经过
配型试验，在试验温度２１度下，检测结果见表３。

表３　大坝碾压混凝土外加剂调整表
碾压型：常态型常态型１∶２　１∶１．５　１∶１碾压型
凝结时间初凝／ｈ：ｍｉｎ　１１：３７　１３：１８　１３：５４　１４：５５　２２：３５终凝／ｈ：ｍｉｎ　１４：４０　１６：２８　１７：０６　１８：１０　２６：１０
根据以上情况，在中孔及排沙孔洞分割的大坝碾压混凝土仓面，仓面单层铺筑量在７０～１００ｍ３范围的小仓面采用常态型高效缓凝减水剂拌制碾压混凝土，加快碾压层面的凝结时间，降低了由于仓面小、上升快对模板的侧压力，解决了模板变形的问题。

２．５　施工质量控制措施
针对大坝结构使用的原材料，包括人工砂石骨料、钢筋、止水、外加剂、水泥、粉煤灰等，除按规范和技术要求进行抽样检测外，特别对碾压砂的含粉量、粗骨料的超逊径在生产过程中加频次检测。

在本工程中，特别对碾压砂的含粉量有特别要求，要求含粉
量在１８％～２２％之间。

当检测含粉量偏低后，对加工系统进行检查；采取更换筛网，增加闭路生产等方式提高含粉量。

当已浇混凝土内温最高温度距设计允许值２～３℃时，采取加大通水流量、仓面流水养护等措施确保不超过设计最高要求温度。

碾压混凝土施工中最关键的就是上下层的碾压时间不得超过现场的初凝时间；根据气温条件，由试验人员推算出现场入仓碾压混凝土的初凝时间，现场管理人员记录每层碾压完成时间，当接近初凝时间还没有完成覆盖时，发出预警加快入仓速度防止层间初凝发生。

３　结论
从总体上讲，碾压混凝土拱坝结构体形复杂，技术要求较高；但相对而言整体施工材料较少，投资成本低，建设速度快，这对碾压混凝土拱坝提供了较好的生存环境。

从施工方面来讲，对碾压混凝土拱坝的施工，首先必须配置有先进的从生产到运输的混凝土设备，其次要有高素质的技术人才，科学合理的施工方案，统一完整的施工组织计划；才能达到快速施工，创造质量优良的工程。

参考文献：
［１］　李春敏．我国碾压混凝土拱坝发展概述［Ｃ］．全国ＲＣＣＤ筑坝技术交流会议论文集，２００４．
［２］　弗骥鸣．碾压混凝土筑坝技术在我国的推广与应用［Ｃ］．中国水利学会学术年会论文集，２００１．
［３］　林禄文．东江水电站混凝土双曲拱坝施工组织设计浅析［Ｊ］．水利水电技术，１９９０（５）．
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５ 云南水力发电 ２０１２年第６期。