高混凝土重力坝筑坝施工关键技术研究.pdf
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1、专家论坛 高混凝土重力坝筑坝施工关键 技术研 究 1 概述 自 2 0世纪 5 O年代 以来 ,我 国 的水 利 水 电工程 建 设 事业取得突飞猛进的发展,其建设项 目之多、规模之大、 速度之快,令世人瞩 目。其中,高混凝土重力坝枢纽工 程在已建和在建的坝高 1 0 0 m 以上的大 中型水 电站中占 5 O 以上,占据主导地位,是我 国水利水电工程建设 中 的一个最重要组成部分。 纵观我国高混凝土重力坝建设的发展历程 ,前 3 O年 在国家计划经济环境条件下,发展速度较慢 ;后 3 O年在 国家改革开放 的新 形势下 ,其施工技 术得 到 了长 足发展 , 工程建设取得 了辉 煌的成就 。
2、尤 其是进 入 2 1世纪 后 ,在 国民经济快速发展的推动下,更是进入了一个前所未有 的高速发展时期 ,这 1 O年来高混凝土重力坝施工领域在 新技术、新工艺、新材料、新设备等方面都取得了突破 性进展,形成了一系列能够满足特大型复杂建筑结构施 工要求的施工工艺和方法。 混凝土重力坝是一种古老坝型 ,其体形简单、便于 布置泄洪建筑物和较能适应地基条件,因而在坝工发展 史上起着重要作用 。 具有代表性 的混 凝土 重力 坝有 刘 家峡 水 电站 、长 江 三峡水利枢纽工程等。长江三峡水利枢纽工程大坝全长 2 3 0 9 5 m,最大坝高 1 8 1 m,混凝土总量 2 8 0 0万 m。 ,装
3、机容量 2 2 5 0万 k W ,是世 界上 最大 的水利 枢纽 工程 ,标 志着 中国大坝建设技术 的巨大进步 。 2 混凝 土重 力坝未来施工技术 突破 的方向 2 1 施工设备 根据不同工程 的施工强度特点 ,选择配套 的拌和系 统进行混凝土 生产 ,凝 土浇 筑可 采取 以塔 带机 及供 料 线 连续浇筑为主的综合施工技术。以塔带机及供料线为主, 辅以高架门机、港机、塔机和缆机的综合施工方案。从 传统常规的吊罐浇筑改变为混凝土生产、运输、浇筑一 条龙连续生产工艺。该浇筑系统 由各混凝土拌 和楼通过 席 浩 ( 中国水利水电第四工程局有限公司) 皮带机将混凝土输送至塔带机直接人仓,集水
4、平和垂直 运输 于一体 ,减少 混凝 土从生产至 浇筑之 间的流 通环节 , 降低混凝土的 自然温升,减少混凝土的不必要的浪费 , 加快混凝 土施 工 。 另外 ,现有的胎带机等设备受场地限制,效率难以 全部发挥,应着力研究其他类型的设备,如大吨位缆机 ( 在现 有 3 0 t 缆机 的基 础上 研究 4 0 5 0 t 缆 机安 装运 行 ) 等设备的可行性。 2 2 全程数字化监控系统 开发研制混凝土生产、运送、浇筑计算机综合监控 系统 ,实 现混凝 土施 工全 过 程 的实时 监控 、动态 调整 和 优化调度 。针对 混凝 土浇 筑 的复 杂状 况 ,对施 工 方案 和 施工计划进行科学
5、的选择和合理安排 ,突破传统的经验 判断模式 ,成 功地 开发 混凝 土施工计算机技术 。 2 3 混凝土原材料及配合比 混凝土原材料及配合 比优化。采用缩小水胶 比、增 加粉煤灰掺量的技术路线,从而更有效地提高混凝土的 耐久性 ;采用有 补偿 收缩 性 能的 中热 大坝 水泥 ,以减 少 混凝 土收缩变 形 ,减小 混凝 土产生裂缝的风险 。 2 3 1 水泥 水 电工程 是 百年 、千 年 大计 ,对 混凝 土 的各种 性 能 有着严 格要 求 ,要 求其 安 全性 高 、耐久 性 好 以 及经 济 、 高效 。针对 重力 坝 ,需要 用 中热 、小 比 表 面积 的水 泥 。 低热硅酸盐
6、水泥 ( 高贝利特水泥,以下简称 HB C )是一 种绿色高性能的环保型节能水泥,国内外对 HB C有着不 同程度的研究和应用。十多年来国内外对 HB C及其混凝 土的研究充分证明,该水泥具有低热、高强、耐久性好、 干缩率低、体积稳定性好的优点,混凝土则具有 良好的 工作性能、力学性能、热学性能和耐久性。我国西南地 区水力资源极为丰富,水 电投资超过万亿元,每年对特 种水泥 的需 求量超 过 3 0 0万 t 。特种水 泥 HB C具 有 良好 的应用前景 。 水工专用水泥的应用,特别是在西南等地区,由于 运输条件限制、建筑市场不成熟等原因,使就近修建水 泥厂,生产水工专用水泥得以实现,从而减
7、少 了运输费 _ 水 利 水 电 施 工 2 0 1 5 第1 期 总 第1 4 8 期 用。水工专用水泥针对水工建 筑物及 当地水文 地质条件 , 生产前期水化热小 、体积 稳定 性高 的水 泥 ,可有 效减 少 二次风冷和混凝土冷却的投入 ,经济效益可观。 2 3 2 外加剂 高效减水剂 ( 又名超塑化剂)是一种重要的混凝土 外加剂,是新型建筑材料支柱产业的重要产品之一。高 效减水剂不仅能大大提高高强混凝土的力学性能,而且 能提供简便易行的施工工艺。由于萘系减水剂在近几十 年的发展中暴露出一些 自身难 以克服的问题 ,如用其配 制的混凝土坍落度损失影响十分明显,不可能有更高的 减水率 ,其
8、生产 主 要 原 料 萘 是炼 焦 工 业 的副 产 品 , 来源受钢铁工业的制约,为此 ,2 O世纪 8 O年代起,国外 就开始积极研发 非萘 系减水剂 ,以丰 富 的石油 化工 产 品 为原料,从而开创出聚羧酸系混凝土减水剂技术和混凝 土施 工技术的新 局面 。聚羧酸 延 时效果 好 ,具 有外 加剂 掺量低、减水率高、收缩小等特点。其高坍落度保持性 能,在 0 5 h内坍落度基本不损失,成为混凝土外加剂的 新宠 。 西南高海拔地区气候寒冷 ,对混凝土的耐久性要求 较高,而引气剂的适当加入,可满足这种特种需求,生 产出高性能混凝土 。 2 3 3 掺合料 近年来,水利、交通、工民建等建设工
9、程规模空前, 我国部分地区优质粉煤灰供应紧缺 ,西南地区这一情况 更为突出,粉煤灰远距离运输将提高混凝土的生产成本。 寻找一种可就近取材、质优价廉的新型系列掺合料迫在 眉睫 。例如 ,石灰 石 粉 因 具有 易 于 粉 磨 、反 应 活 性 低 、 需水量比小、可就近取材 等特点 可作为粉煤灰的补充。 石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的石粉和 石屑为原料,通过进一步粉磨制成的粒径不大于 l O p m的 细粉,在混凝土中具有 良好的减水和填充效应。大量研 究表明,石灰石粉不完全是一种惰性混合材料,一些研 究人员通过研究发 现石 灰石粉 掺入 混凝 土 中对 增大 混凝 土强度是有贡献的
10、,它参与混凝土的水化反应,后期可 以生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。至今 ,随着 高细粉磨技术 的进步 ,利 用石灰 石粉 作 为混凝 土矿 物掺 合料已具备实施条件。另外,火山灰替代粉煤灰也在龙 江水 电站得到成功应用 。 2 4 混凝土温控及 防裂技术 目前,我国的温控技术已达到国际先进水平,未来 需要通过各种组合来做减法,实现节能减排、提高效率 的温控理论体系 。 采用选择优质原材料 、优化混凝土配合比、控制混 凝土出机口和浇筑温度、通水冷却 、表面保温和流水养 护等一整套温控措施 。针对 已浇筑 坝段 的温度监测情 况 , 实施个性化通水冷却措施,确保坝体温度达到设计要求。 个性化
11、、数字化的温控理念体系,包括从骨料的温 控 、出机 口温控 、运 输温 控 、仓号 温控 、混凝 土 内部通 水冷却、外层温控等一系列的有机组合。 2 2 4 1 混凝土骨料预 冷 预热 针对 工程 的特 殊性及 混凝 土预冷 预热 工艺 的要求 , 可采用骨料二次风冷 热 、加冰 、加 制冷水 ( 热 水 )拌 和 等措施,使混凝土出机 口温度尽量达到预冷 预热混凝土 的最低温度限值。 2 4 2 出机 口温控 高温季节采取加冰、加制冷水拌和等措施 ,使混凝 土 出机 口温度 尽量 达到 预冷混 凝土 的最 低温 度 限值 。根 据不 同季节 ,生产 7 、1 4 预冷混凝土 。 2 4 3
12、 运输温控 ( 1 )在运输混凝土的 自卸车等容器侧壁用隔热材料进 行保温,车厢顶部加盖遮阳棚,防止太阳直射,缩短混 凝土暴晒时间,减少混凝土运输的温度回升。常态混凝 土从加水拌和到振捣完毕必须在 2 h以内完成,以减少外 界温度 的影 响。 ( 2 )塔带机及供料线运输温度控制。 2 4 4 仓面温控 尽量 避免在高 温时段 浇筑 混凝 土 ,充 分利 用低 温季 节和早晚及夜间气温低的时段浇筑。现场浇筑仓面喷雾 , 可降低周围环境温度 3 6 C;高温时段在浇筑仓号周边 配置 一定数 量的移 动式 喷雾机 喷水 雾 ,可 以有效 降 低浇 筑部位的局部环境温度,减少热量倒灌。喷雾时水分不
13、应过量,要求雾滴直径达到 4 0 8 0 p m,以防止混凝土表 面泛 出水 泥浆 液。 2 4 5 混凝土 内部通水冷却 混凝土根据要求在接缝灌浆坝段相应部位埋设冷却 水管通水冷却,确保达到接缝灌浆 的温度要求;对大体 积混凝土埋设冷却水管进行中期通水,以削减内外温差; 对其他需要进行初期通水冷却的部位埋设冷却水管。 ( 1 )初期通水冷却。无论何时浇筑混凝土,采用预冷 混凝土浇筑坝体混凝土的最高温度仍可能超过设计允许 最高温度时 ,采取初 期通水 冷却 的方 式 消减混 凝土 的最 高温度。初期通水冷却实行 “ 个性化”通水,动态控制 通水时间及流量 。 ( 2 )中期通水冷却。对当年 4
14、 9月浇筑的大体积混 凝土块体进行中期通水冷却;1 1 月初开始对当年 1 0月浇 筑的大体积混凝土块体进行中期通水冷却。中期通水时 间一般为 】 5 2 5个月,以混凝土块体温度达到 2 O 2 2 为准,水管通水流量达到 3 0 L rai n 。 ( 3 ) 后期通水冷却。需进行坝体接缝灌浆及岸坡接触 灌浆部位,灌浆前必须进行后期通水冷却。 2 4 6 外层温控 ( 1 )表面流水养护,通过在已浇筑好的混凝土表面及 侧面挂花管流水养护,可使混凝土表面温度高于气温的 差值减小,并使混凝土早期最高温度降低 1 5 C 左右。 ( 2 )保持设计要求的合理的层间间歇时间,利用较多 的散热面进行
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