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1、江垭碾压混凝土大坝施工特点 杜志达 ( 大连理工大学工程力学系) 摘要江垭大坝碾压混凝土施工由辽宁省水利水电工程局在1 9 9 6 至1 9 9 9 年 间完成，施工中充分地借鉴了此前我国碾压混凝土筑坝技术的各种成果，并有所 发展和创新，从而形成了自己的施工特点，其中最为突出的是率先提出和成功应 用了斜层铺筑法。本文对江垭大坝碾压混凝土施工的主要特点和工程完工后最终 统计的碾压混凝土质量检测结果进行了介绍。 1 工程概况 江垭水利枢纽工程位于湖南省张家界市慈利县境内，澧水支流漤水中游，距慈利县城 5 7 k m 。控制流域面积3 7 1 1 k m 2 ，正常高水位2 3 6 m ，总库容1
2、7 4 亿m 3 ，防洪库容7 4 亿m 3 ， 是一个以防洪为主，兼有发电、灌溉、航运、供水和旅游等综合效益的水利水电大( I ) 型 工程。 大坝为碾压混凝土重力坝，位于二迭系栖霞组灰岩上，最大坝高1 3 1 m ，坝顶高程2 4 5 m ， 坝顶全长3 6 9 8 4 m ，分为1 3 个坝段，河床3 个坝段为溢流坝段，坝内设有4 孔宽1 4 m 高 1 5 m 装有弧形闸门的泄流表孔和3 孔宽5 m 高7 m 装有高压弧门的泄水中孔，其余为两岸挡 水坝段。大坝横缝间距2 2 5 3 5 m ，不设纵缝，坝体上游面铅直，下游坝面坡比1 ：0 8 ，坝 顶宽1 2 m ，坝体上游防渗采用3
3、 8 m 厚的二级配富胶凝材料碾压混凝土，强度指标9 0 d 、 C 2 0 、$ 1 2 ，上游面1 9 0 m 高程以下涂抹大于5 m m 厚的S R C M 橡胶乳液改性水泥砂浆作为辅 助防渗层，坝体大体积混凝土在高程1 9 0 m 以下为三级配9 0 d 、C 1 5 、S 8 ，高程1 9 0 m 以上 为三级配9 0 d 、C I O 、s 4 ，坝体混凝土总方量1 3 8 6 万m 3 ，其中碾压混凝土1 1 0 7 万m 3 。 坝址两岸山体陡峻，谷底宽约1 0 0 m ，坝址区气候条件比较优越，多年平均气温1 6 7 ， 暖湿多雨，降雨主要集中在汛期，冬季是施工的黄金季节。
4、2 施工方法及过程概述 碾压混凝土采用人工骨料，岩性主要为白云质灰岩，骨料加工厂采用反击式破碎机干 式生产，处理能力5 0 0 t h ，设有总堆存量为3 5 万t 的成品骨料堆场，距拌和场运距5 k m ， 采用自卸汽车运输。 结合现场地形条件，考虑到混凝土运输方式的需要，拌和场布置在坝址左岸2 2 6 m 高 3 8 8 程，设置两座拌和楼，采用双卧轴强制式拌和机，在标准工况下，总拌和能力4 3 4 m 3 h 。拌 和楼配备了料仓内风冷骨料和加4 冷水拌和的混凝土预冷方式，总制冷容量为1 4 7 G J h 。 碾压混凝土运输采用两种方式，坝体1 4 7 m 高程以下，采用白卸汽车直接入
5、仓，1 4 7 m 高程以上由高速皮带机和负压溜槽进坝，坝内自卸汽车接料倒运入仓。 大坝结构物常态混凝土，如导墙、闸墩、溢流面等由门机栈桥吊卧罐入仓，其余部位 常态混凝土采用类似碾压混凝土的浇筑方法，即自卸汽车运输入仓，推土机、装载机辅助 平仓，振捣器组振捣。大坝溢流面层、中孔钢衬周边、闸墩常态混凝土，留作二期浇筑，其 他部位常态混凝土与碾压混凝土同步上升。 坝体上游面和其他直立面采用3 m 3 2 5 m 桁架式组合钢模板，双层支立，浇筑过程中 循环翻升，下游面采用9 0 c m 高台阶方式，使用混凝土预制块重力模板，同时支立3 4 层 台阶，浇筑过程中循环翻升支立。 碾压混凝土采取3 0
6、c m 薄层连续铺筑，铺筑方式有两种：一种是分区平层铺筑，全坝按 横缝位置分为2 3 个区，控制最大仓面面积6 0 0 0 m 2 ( 2 3 个坝段) ；另一种是全坝面的斜 层铺筑，以整个坝面为一个仓面，沿平行坝轴线方向，从左岸到右岸以不陡于1 ：8 的斜层 连续铺筑。两种方法的一次上升高度均为3 m 。 碾压混凝土搅拌时间7 0 s 左右，使用湿地推土机平仓，双钢轮振动碾碾压，压实厚度 3 0 c m ，碾压遍数6 “ - 8 遍，碾压前V C 值控制在5 8 s ，按9 8 理论容重控制压实质量，横 缝采用振动切缝机切缝，填干砂隔缝，水平施工缝刷毛，铺1 5 c m 厚砂浆，模板、止水周
7、 边和岸坡岩石接触面采用变态混凝土施工。由于气温和度汛的影响，6 、7 、8 三个月为停 工期。 正常条件下，仓面内施工机械配置是：T 8 1 5 白卸汽车1 0 - - 一1 2 台，D 6 5 P 湿地推土机2 台，B W 2 0 2 A D 振动碾3 台，切缝机1 台，振捣器组2 台，其中使用溜槽和皮带作坝外运输 时，仓内配备自卸汽车5 7 台。 大坝混凝土浇筑于1 9 9 6 年4 月6 日开始，汛前完成河床部位垫层浇筑，汛后1 0 月份 开始碾压混凝土浇筑，至1 9 9 7 年汛前，浇筑至1 5 5 1 5 8 m 高程，汛后恢复浇筑，年末达到 1 7 9 m 高程，转入中孔范围施工
8、，在1 9 9 8 年汛前全坝达到2 0 0 m 高程，1 9 9 8 年1 0 月1 8 日 下闸蓄水，至1 9 9 9 年6 月2 4E t 完成坝体全部混凝土浇筑。浇筑过程中，年最大浇筑强度 6 9 4 万m 3 ，月最大浇筑强度1 1 4 万m 3 ，日最大浇筑强度7 1 4 8 m 3 ，小时最大浇筑强度 3 2 0 m 3 。坝体年最大上升高度5 1 m ，月最大上升高度9 m ，最大浇筑仓面面积1 2 7 0 0 m 2 。 3 江垭大坝碾压混凝土施工主要特点 3 1 斜层铺筑方法的应用 碾压混凝土旌工为了保证施工质量，要求层间间隔时间越短越好，为了提高旋工效率， 要求仓面越大越
9、好，对于传统的平层铺筑方法来讲，这是一个难以解决的矛盾，因为任何 工程，其混凝土拌和、运输能力都有一个经济配置的问题。为了解决这一问题，结合高温 多雨环境条件下碾压混凝土施工课题的研究，辽宁省水利水电工程局首先提出了斜层铺筑 3 8 9 法，并通过长期的研究和试验，在江垭大坝率先成功应用。 江垭大坝采用的是平行坝轴线方向的全坝面斜层铺筑法，仓面宽度5 8 6 2 m 左右，仓 面长度2 1 0 m 左右，跨7 个坝段。铺筑坡度为1 ：2 0 ，一次升程高度为3 m ，碾压层厚为3 0 c m ， 其他参数与平层铺筑相同，浇筑层内仍采用逐条带的施工。施工中通过在斜层坡脚处伸出 一个局部水平段，避
10、免了在坡脚处形成薄层尖角，解决了坡脚处骨料被压碎的问题，在铺 砂浆前通过采用高压水( 5 0 M P a ) 冲洗水平施工缝面的措施，解决了二次污染问题。 江垭大坝的斜层铺筑施工，于1 9 9 7 年1 1 月3 日从1 6 4 m 高程正式开始，施工中进行了 不断的总结和改进，使工艺趋于成熟。若至工程结束时，江垭大坝用斜层铺筑法完成的总 方量达到4 5 5 万m 3 ，占碾压混凝土总量的4 1 1 。 采用斜层铺筑法后，碾压混凝土的层间间隔时间大幅度降低，由原来的6 7 h 降到 2 4 h ，钻孔取样检查结果表明，采用斜层铺筑法浇筑的碾压混凝土，与平层铺筑法浇筑的 混凝土质量达到同一等级水
11、平。需要指出的是，江垭大坝在进行平层铺筑施工时，采用了 分仓施工的办法把层间间隔时间基本上都控制在初凝时间以内，并且施工基本上避开了高 温期，绝大部分混凝土在较好的气候条件下完成，所以采用斜层铺筑法施工虽然层间间隔 时间大幅度缩短，但在质量上不会有明显的提高。 江垭大坝采用斜层铺筑法，极大地提高了施工效率。在没有结构物影响部位，按纯浇 筑时间统计两种方式的仓内平均浇筑速度，斜层铺筑法为1 9 5 m 3 h ，而平层铺筑法为 1 5 4 m s h 。在相同的施工条件下，完成一个全坝3 m 的升程( 混凝土方量3 5 万m 3 左右) ， 采用分仓平层铺筑施工，需要1 5 d 左右，而斜层铺筑
12、法仅为8 d 左右。斜层铺筑法的采用大 大地加快了江垭大坝的施工速度，使1 9 9 7 年进度目标在已经严重拖延的情况下以顺利 实现。 3 2 负压溜槽、深槽皮带的使用 江垭水利枢纽工程坝址两岸山势陡峻，自然边坡在4 5 。以上，开挖后左、右坝肩均为 1 2 8 m 的高边坡，综合坡角分别为6 8 3 。和6 7 4 。根据地形条件，大坝中、上部的混凝土运 输采用了负压溜槽和深槽式高速皮带来解决。其中深槽式高速皮带机承担从拌和楼到负压 溜槽进口之间的水平运输，负压溜槽承担从顶部到坝面的垂直运输。系统的综合输送能力 设计为3 5 0 m 3 h 。 深槽皮带机的主要设计参数为：带宽6 5 0 m
13、 m ，带速3 4 m s ，单机额定输送能力2 4 0 m 3 h ， 最大爬坡角度1 3 。，总运距2 5 8 m 。 负压溜槽布置4 条，其中两条中间设转料漏斗，上下两段长度分别为4 4 m 和5 2 m ，总 的垂直输送高差8 3 m ( 从高程2 3 0 一- - 1 4 7 m ) ，另外两条长度为7 1 2 m ，垂直输送高差5 6 1 m ( 从2 3 0 1 7 3 9 m ) 。负压溜槽断面为半圆形，半径3 2 5 m m ，下滑倾角4 7 。，单条输送能力设 计为3 0 0 m 3 h 。 江垭大坝高速深槽式皮带机和负压溜槽联合输送系统1 9 9 7 年4 月开始试运行，
14、1 9 9 7 年1 1 月从1 6 1 m 高程开始独立承担大坝混凝土运输，至1 9 9 8 年1 2 月大坝达到2 2 1 m 高程， 高速深槽式皮带机和负压溜槽联合输送系统完成任务。这套系统共运输混凝土7 2 9 万m 3 ， 其中常态混凝土约占1 5 ，砂浆约占3 。 实际测试表明：单条高速皮带机可达到2 1 0 m 3 h 的运输能力，溜槽的运输能力在 3 9 0 2 5 0 m s h 以上。通过这套系统运输到仓面的混凝土，存在一定程度的骨料分离，但可以接受， 通过推土机的摊铺处理可以满足要求。到达仓面后V C 值变化较小，砂浆基本没有损失。这 项技术的成功运用，解决了江垭大坝的高
15、部位混凝土运输问题，并使江垭大坝能在预定投 标价格下按期完工，取得了良好的经济效果。 负压溜槽在江垭的施工运用表明，这种运输方法是可行的，但在结构上、材料抗磨特 性上、转料抗分离能力上、控制方式上、以及运行中的安全性能上还需要进一步完善。 3 3 人工骨料干式生产 江垭大坝石料场地层由三叠系中统嘉陵江组中厚层砾状灰质白云岩、灰岩、白云质灰 岩及灰质白云岩组成，岩石饱和密度2 6 9 - - - 2 7 6 9 c m 3 ，饱和抗压强度3 6 3 6 6 2 M P a 。骨 料加工采用反击式破碎机干式生产的方式，主要的破碎设备是一台处理能力5 0 0 t h 的反击 式破碎机，最大进料粒径为
16、7 0 0 m m ，另设台1 3 0 t h 和一台8 0 t h 的反击式破碎机进行级 配调节，对主破碎机破碎后的部分2 0 m m 以上材料进行进一步的破碎，增加4 0 m m 以下骨 料和砂的比例。反击式破碎机加工后的料直接进行干式筛分，生产出碾压混凝土所需要的 各级配骨料，对于常态混凝土需要的砂子，通过干式生产的砂水洗获得。 骨料加工厂生产能力为1 0 0 0 0 t d 或5 0 0 t h ，厂内成品骨料堆存为4 d 浇筑用量，采用 两班作业制，每班工作lO h 。在布置上采用平面展开式布置，占地面积2 0 0 0 0 m 2 ，土建工程 量较小，加工厂采用全套意大利进口设备，设备性能比较好，自动化程度较高。 江垭人工骨料系统设计的主导思想是采用先进的设备，通过严格管理，提高设备的时 间利用系数，进行均衡生产以降低设备的备用容量，节省设备投资。所选取的生产方式主 要考虑了碾压混凝土对石粉含量及破碎设备对毛石岩性的要求。 应该指出的
