第3篇第03讲水利水电工程四新技术应用案例3.docx

1、第3篇第03讲水利水电工程四新技术应用案例3第3篇第03讲水利水电工程“四新”技术应用案例（三）三、混凝土温度控制（一）温控标准4.5m升层大体积混凝土施工尚无先例，也无温控成果可供借鉴，且临时船闸2号坝段施工时段在4、5月份，气温较高。为此，设计单位本着从严的原则提出了混凝土温控设计标准：设计允许混凝土坝体最高温度4月份为31、5月份为33；相应地要求混凝土出机口温度14，浇筑温度1618；层间间歇期按7d控制。（二）混凝土施工配合比优化临时船闸2号坝段4.5m升层混凝土设计标号为R90150和R90200。为降低水泥用量，减少水化热温升，施工单位借鉴了二期工程混凝土施工配合比经验，在保证混

2、凝土力学性能满足设计指标的前提下，尽可能地降低水胶比，提高粉煤灰掺量和使用四级配混凝土。施工配合比见表3-8-2。根据三峡二期工程混凝土温控资料统计：水泥每增加10kg，坝体温度升高1，如混凝土浇筑温度控制在18以内，加之120kg左右的水泥约产生的12水化热温升，混凝土最高温升在30左右，可满足设计要求。表3-8-2临时船闸2号坝段混凝土施工配合比浇筑部位标号级配砂率（%）水胶比粉煤灰掺量（%）水（kg/m3）水泥（kg/m3）粉煤灰（kg/m3）ZB-1减水剂（kg/m3）DH9引气剂（kg/m3）坝内R90150D100S8二360.5540114124836.211.45三290.55

3、4094103685.131.2四260.55408492614.591.7基础约束区R90200D150S10二350.535115150816.391.5三280.53595124675.731.24四250.53585111605.131.11水下外部R90200D250S10二350.530116162706.961.39三280.53096134585.761.15四250.53086120525.161.03（三）混凝土浇筑温度控制措施为保证混凝土浇筑温度满足设计要求，采取了以下措施：控制混凝土出机口温度为7。本标段混凝土由98.7拌和楼供应，通过骨料冷却、混凝土加冰，其混凝土出机

4、口平均温度为67。加快混凝土入仓速度，减少混凝土温升。根据混凝土入仓强度要求，配备了16辆32T自卸车（装6m37m3），保证每车下料时间控制在3 min4min；同时加强胎带机维修、保养，基本做到了现场不压料。另外，2003年4、5月份雨水特别多，气温比往年低；加之临时船闸2号坝段与左非8、9号坝段的高差达123.5m，仅在中午时段才有太阳直射，因而环境温度相对较低，一般在20左右，对混凝土入仓温度、浇筑温度控制也比较有利。温度监测资料显示：混凝土入仓温度、浇筑温度控制较好，分别在11和14左右。（四）混凝土初期通水冷却因4.5m升层混凝土难以依靠临空面散发水化热，而是更多地依赖制冷水吸收水

5、化热来降低坝体温度，因而混凝土初期冷却成为混凝土温控的重要环节。设计要求:4.5m升层的冷却水管需布置3层，层间距离为1.5m（5.4m升层为1.8m），水平距离为1.2m1.5m，单根水管长度不超过200m；混凝土覆盖后12h通制冷水，水温为810，流量20L/min，连续通水12d，冷却降温按1/d控制。为此，根据用水量计算，要求施工单位新建了2台共60m3/h的制冷机组，其制冷水出机口温度一般在8左右，到达仓面为9；冷却水管采用32的聚乙烯PVC管，每仓3组，每组长度在180m左右，基本做到混凝土每覆盖一组通一组，其通水流量在25L/min30L/min，并每天交换一次进水方向。通水时间

6、按坝体内部早期最高温度低于设计允许坝体混凝土最高温度23后结束，以防混凝土温度回升；同时按设计要求，埋设测温管、温度计及无应力计，观测坝体温度，并根据坝体温升情况，及时调整通水时间。施工单位成立了温控小组，专班负责坝体初期通水。监理机构安排专人，每班检查混凝土通水效果。检查表明：混凝土初期通水到位，冷却效果较好，满足设计要求。（五）混凝土浇筑间歇期按设计要求，基础约束区22.5m层厚间歇期为5d，4.5m层厚间歇期为7d。因临时船闸2号坝段甲块需在50d内完成8仓混凝土浇筑，如按以上混凝土层间歇控制是无法完成计划的。在甲-3混凝土收仓第4d，监理机构召开了业主、设计、施工参加的四方专题会。会议

7、根据混凝土水泥用量和甲-3混凝土温升监测资料分析认为：4.5m升层混凝土温升比较缓慢，其最高温度可能出现在第8d，只要初期通水冷却正常，坝体最高温度是不会超过30的；从而同意暂按间歇期5d控制，并要求在0.5m、1.8m及3.5m处埋设温度计，观测混凝土温升情况。监测成果证明分析是正确的，设计同意只要混凝土备好仓，可不受混凝土间歇期限制。实施过程中，混凝土待强、备仓时间一般要3d5d，因而备仓时间成为混凝土的实际间歇期，这为大体积混凝土快速上升完成创造了条件。（六）温控监测成果临时船闸2号坝段甲、乙块共浇筑4.5m升层混凝土7层，对其中的5仓混凝土温升情况进行了监测，监测成果见表3-8-3。监

8、测成果表明：混凝土最高温度一般出现在第8d9d，其相对于浇筑温度的温升值一般在13，最大为17.9；坝体最高温度一般在26左右，最大为28.0，远小于设计允许的坝体最高温度，温控效果理想。同时，温度监测成果也证明温控设计和混凝土施工配合比设计是科学、合理的，采取的温控措施是十分有效的。表3-8-3临时船闸2号坝段4.5m升层混凝土温度监测成果汇总仓号仓位起迄高程（m）坝体内部混凝土温度（）峰值出现时间初值1d2d3d4d5d6d7d8d9d10d11d12d13d14d15d甲-36670.711.918.621.823.524.925.225.025.225.525.324.624.123.

9、423.222.622.7第8天12.618.021.223.124.224.524.425.125.524.423.623.3终止第8天甲-470.775.318.323.724.725.225.425.124.924.723.823.422.922.923.123.523.523.3第5天甲-575.380.114.718.221.023.625.225.926.526.827272726.92726.626.226.4第8天甲-680.184.616.018.821.623.824.525.125.525.925.826.326.225.925.525.525.225.1第9天乙-366

10、.471.710.116.519.721.122.824.326.226.727.42827.927.326.926.526.526.5第10天四、施工组织与协调管理措施由于采用4.5m升层的大体积混凝土快速施工法，临时船闸2号坝段在43天完成28.5m升层混凝土浇筑。工程开工前，监理机构组织施工单位制定了详细的施工计划和施工方案。但在实施过程中，不可避免地存在这样那样的问题。要保证施工计划完成，施工组织与监理机构的现场协调作用显得十分重要。工程开工前，监理机构就建立了业主、设计、施工、监理方现场联合办公和每天上午9：00四方碰头制度，检查前一天施工计划执行情况，及时解决现场存在的问题，以保证

11、下一步计划的顺利实施。同时，监理机构实施了24小时值班制度，全过程跟踪、指导、检查每道工序的施工质量，避免工序返工，及时协调解决拌和楼生产、运输及混凝土浇筑过程中出现的外部干扰，保证了现场施工的有序进行。通过监理机构的积极协调，临时船闸2号坝段高程90m以下施工进展顺利，工程提前7天完成了计划目标，为大坝135m按时蓄水创造了条件。案例3-8点评本案例所述的混凝土快速施工法，为大体积混凝土快速施工提供了新的思路，创造了大体积混凝土短间歇厚层连续浇筑的范例，为今后大体积混凝土高升层施工提供了经验。主要经验：必须采用诸如皮带机之类的快速入仓手段，保证混凝土连续供料，以满足混凝土高强度入仓的要求；使

12、用定型键槽、6070cm的围檩间距及花篮螺杆技术，以满足髙升层对模板刚度要求；控制混凝土入仓温度，采用混凝土边浇边埋冷却水管的施工工艺，加强混凝土初期通水对混凝土温控十分有效；温控成果表明：大升层不利于混凝土临空面散热，混凝土水化热主要是通过初期冷却水吸收，弱化了层间间歇期控制，为混凝土温控实践提供了借鉴；加强现场组织协调，及时解决施工中存在的各类问题，特别是拌和楼混凝土的供应问题，从而保证现场施工的正常进行；加强仓面工艺指导，督促并协助施工单位制定作业指导书，组织作业人员进行技能培训，并安排经验丰富的监理工程师对施工过程进行跟踪检查和指导，及时发现问题及时解决，避免施工工序的返工；实施混凝土

13、温控预警机制。工程开工前，组织参建四方对大体积混凝土温控难点进行深入研究，提出混凝土温控预警制度，如检查发现混凝土内部温度接近设计允许的最高温度2时，通知施工单位采取加强表面养护、加大冷却通水流量、延长间歇期等措施，降低混凝土内部最高温度。大体积混凝土快速施工法目前没有完全成熟的经验。因此，在实施过程中，必须本着开始从严、及时总结、稳步推广的原则，研究、优化施工方案，不断改进施工工艺，在实践中总结经验，稳步推广。案例3-9小湾水电工程建设中采用的“四新”技术简介一、概述小湾水电站工程位于我国云南省西部澜沧江中游河段上。坝址区左岸属大理州南涧县辖区，右岸属临沧地区凤庆县辖区。下游有已建成投产的的

14、漫湾电站和正在建设的大朝山电站。水库是澜沧江中、下游河段梯级电站的龙头水库，总库容为149.14108m3，总装机容量4200MW（6700MW），保证出力1847.5MW，多年平均发电量为188.53108kWh。小湾水电站工程枢纽采用集中式布置方式，设有混凝土双曲拱坝工程及水垫塘、二道坝工程、泄洪洞工程和引水发电工程。此外，枢纽区内还布置有导流隧洞和土石围堰、左右岸砂石加工及混凝土系统、缆机等临时设施和工程。浙江华东工程咨询有限公司在2000年底中标小湾工程建设监理任务后，于2001年11月18日正式进驻小湾工地并成立小湾水电站建设监理中心先后承担了导流洞工程、引水发电工程、泄洪洞工程、水

15、垫塘二道坝工程、左右岸抗力岩体工程、右岸砂石加工及混凝土拌和系统等合同项目的施工监理任务。二、大型钢模台车在地下工程混凝土衬砌施工中的使用小湾电站输水隧洞较多，左岸两条导流洞，右岸引水发电系统有六条引水隧洞，六条尾水支洞和两条尾水隧洞，大部分洞径较大；导流洞为16m19m标准城门洞形，两条尾水隧洞为18m直径的圆形。两条导流洞长度为1780m，两条尾水隧洞长度为1680m。导流洞混凝土总方量为79000m3，引水发电系统尾水隧洞混凝土总量为83011m3。2003年6月，导流洞混凝土开始施工，2004年7月份结束，工期13个月。2006年3月24日，引水系统尾水隧洞洞身混凝土开始施工，要求20

16、08年年底完成，时间紧、任务重、垂直高度大，所需材料多、安全问题突出。保质按期完成导流洞和尾水隧洞混凝土施工，施工方法选择尤为重要。采用大型钢模台车浇筑具有成本低，结构可靠，操作方便，施工速度快，成型面好的等优点。钢模台车以电动机驱动行走机构带动台车行走，利用液压油缸和螺旋千斤顶调整模板到位及收模。钢模台车衬砌一个循环的工作长度一般为6m，12m，最长可达15m。（一）钢模台车组成钢模台车模板总成、托架总成、平移机构、门架总成、主从行走机构、侧向液压油缸、侧向支承千斤顶、托架支承千斤顶、门架支承千斤顶等组成。如图3-9-1和图3-9-2。1.模板总成模板由顶模及边模构成横断面、顶模与顶模之间通

17、过螺栓联成整体，边模与顶模通过铰耳轴联接。每节模板一般做成2.0m宽，由多节组合而成，纵向可由3节、6节组合成6m、12m衬砌长度，模板节之间皆由螺栓联接。模板上开有品字型排列的工作窗口，顶部安装有与混凝土输送泵接口的封孔装置。2.托架总成托架主要承受浇筑时上部混凝土及模板的自重。混凝土重量通过模板传于液压油缸和支承千斤顶，再通过液压油缸和支承千斤顶传力于门架。托架由两根纵梁、两根边横梁、多根中横梁及立柱组成。3.平移机构钢模台车前后各配置一套平移机构，它支承在门架边横梁上。平移小车上的液压油缸上与托架纵梁相连，通过油缸的收缩来调整模板的竖向定位及脱模，其调整行程为200300mm，而水平方向

18、上的油缸用来调整模板的衬砌中心与隧洞中心是否对中，左右可调行程为10150mm。4.门架总成门架是整个台车的主要承重构件，它由横梁、立柱及纵梁通过螺栓联接而成，各横梁及立柱间通过联接梁及斜拉杆联接。钢模台车的门架由钢板焊接，而机械台车门架则采用型钢制造，以保证整个门架有足够的强度、刚度和稳定性。5.主从行走机构钢模台车主从行走机构各两套，它们铰接在门架纵梁上。主行走机构由Y型电机驱动一级齿轮减速后，再通过两级链条减速，其行走速度为8m/min，行走轮直径为300m。6.侧向液压油缸侧向液压油缸主要是为模板脱模，同时起着支承模板的作用，侧向液压油缸（GE100/63）工作油压为140kg/cm2

19、，最大推力为11t，最大拉力为6t，根据衬砌长度一般选用4个，6个或8个油缸。7.侧向螺旋千斤顶安装在门架上的螺旋千斤顶用来支承、调节模板位置，承受浇筑混凝土时产生的重量。8.托架支承千斤顶它主要是改善浇筑混凝土时托架纵梁的受力条件，保证托架的可靠和稳定。9.门架支承千斤顶它联接在门架纵梁下面，台车工作时，它顶在轨道面上承受台车和混凝土的重量，改善门架纵梁的受力条件，保证台车工作时门架的稳定。（二）钢模台车的机、液、电系统1机械系统钢模台车行走采用两套机械传动装置，通过一级齿轮减速器和两级链条减速后驱动台车行走。为实现两套驱动装置同步，采用两台电机同时起动；为满足工况要求，电机可进行正、反转运

20、行。2液压系统由液压控制台和油路系统组成，用于操作千斤顶的运转并供给千斤顶油压。液压控制台主要由电动机、油泵、换向阀、溢流阀、压力表、开关等组成。油路系统是连接控制台至千斤顶使油液通行的通路，主要由油管、管接头、分液器、针阀等器件组成。台车液压系统采用三位四通手动换向阀进行换向，来实现油缸的伸缩。左右侧向油缸各采用一个换向阀控制两侧水平油缸的动作；四个竖向油缸各用一个换向阀控制其动作；两个小车平移油缸各用一个换向阀操作；利用比向液控单向阀对四个竖向油缸进行锁闭，保证模板不致下降，采用单向节流阀调节油缸的动速度。当换向阀处于中位时，系统卸荷，防止系统发热；直回式回油滤清器和集成阀块简化了系统管路

21、。3电气系统电气系统主要对油泵电机的起停及行走电机的正反向运动进行控制。行走电机设有正反转控制及过载保护。（三）主要技术参数一个工作循环的理论衬砌长度12m、6m，衬砌厚度（包括超挖回填厚度）2m，轨距9.4m，成拱半径R=9m，台车行走速度8m/min，液压系统工作压力140kg/cm2。（四）大型钢模台车几个关键部位的制作工艺1.环向缝接头处理环向施工缝的处理主要采用柔性搭接模板及柔性介质进行处理。设置柔性搭接模板的目的主要由于钢模台车的模板在混凝土浇筑过程中，两个端头模板组的变形（模板在受混凝土重力及侧压力时所产生的正常变形，均在规范允许范围之内）不一样，若采用刚性的模板与老混凝土接触则

22、会产生缝隙，会导致漏浆和错台等现象。柔性介质在楔子作用于柔性搭接模板时挤压介质，使接缝缝隙严密充填，达到防止漏浆的效果，见图3-9-3。2.水平缝面接头处理水平施工缝的处理主要采用柔性搭接模板及橡胶垫进行处理。设置柔性搭接模板的目的主要由于底拱或底板混凝土浇筑过程中，产生变形或体型控制不严，造成施工缝模板相接部位不平整，模板上浮或下沉，造成与设计体型产生一定的偏差；若采用刚性的模板与老混凝土接触则会产生缝隙，会导致漏浆和错台等现象。橡胶垫在楔子作用于柔性搭接模板时挤压介质，使接缝缝隙严密充填，达到防止漏浆的效果，见图3-9-4。3.各浇筑阶段进料方式的布置及振捣设备的选用1） 钢模台车混凝土浇

23、筑采用泵送入仓。底拱混凝土面至腰线范围，用泵管接至腰线下料窗口，窗口每侧各设置两个，上游侧距老混凝土2m，下游侧距堵头2m，仓内用铁溜筒或胶皮溜筒入仓，通过换接导管和人工用安全绳拉动溜筒布料。振捣设备采用70软轴式振捣器人工振捣，每边均匀布置35台振捣器。2） 腰线至顶拱120范围混凝土，在顶拱120位置每边各设置2个导管口，导管口距上下游面的距离与上同，用短导管（软管）和溜槽及溜筒入仓。手持软轴振捣器配合附着式振捣器振捣，附着式振捣器布置间排距为3m1.5m。3） 顶拱120范围采用冲天管封顶，冲天管沿正顶布置第一根，距老混凝土1.5m，最后一根距堵头模板1.5m，中间间距3m，共布置4根。

24、振捣主要靠附着式振捣器振捣，局部地方辅于软轴振捣器振捣，附着式振捣器布置间排距为1.5m1.5m，共布置4排，每排8个。（五）效果分析小湾水电工程导流洞工程、引水发电系统尾水隧洞工程采用大型钢模台车进行混凝土衬砌施工，由于钢模台车模板用材刚度及平整度好，混凝土成型体形理想；单块混凝土衬砌施工时间缩短至3.5天完成，大大加快了施工进度；取得了理想的使用效果。三、水平建基面开挖聚能预裂爆破工艺（一）聚能预裂爆破技术聚能预裂爆破是经试验研究出来的一种利用炸药的聚能效应进行宽孔距预裂爆破的新技术，具有增大预裂孔孔距，加快施工进度，降低工程成本，设备资源配置低等优点。根据小湾电站水垫塘、二道坝基岩特性，

25、结合以往的工程经验，采用常规预裂爆破时，预裂孔孔径D=89mm，孔距a（6231068）mm，强风化岩石取较大值1000mm；微新岩石取较小值800mm。采用聚能预裂爆破时，由于聚能预裂爆破是利用炸药爆炸的聚能效应，在药包爆炸后，靠近聚能穴的炸药所产生的爆炸能量会朝向穴的轴线方向会聚，形成一股密度大、速度高的细长气体射流，在局部产生超常规的爆破能量，能大大提高炸药爆炸的有效利用能量，从而能增大预裂孔孔距，降低预裂爆破的单位面积装药量，减小对保留岩体的破坏作用。在进行孔距a的选择时，参照本单位承建的其它工程开挖经验，结合小湾电站水垫塘、二道坝基岩特性，在同一预裂面依次分别按照0.8m、2.0m、

26、2.5m孔距布置预裂孔，通过试验对比分析爆破效果后，a2000mm为最佳。（二）装药结构与装药方法聚能预裂爆破采用的是特制的异形药管（装满粉状铵梯炸药的双聚能槽药管），截面形状如图3-9-5：聚能预裂爆破与常规预裂爆破在装药结构上有明显的不同。常规预裂爆破一般是采用乳化炸药进行间隔装药，而聚能预裂爆破是采用特制的异形管（管内装满粉状铵梯炸药）连续装药。底部采用45支32mm乳化药卷绑在异形管的外部以作为加强装药；为保证爆破聚能效果，确保异形管两端聚能槽方向与预裂面一致，在装药施工时，采用特制的孔口、孔内对中环进行孔口、孔内的对中，非常有必要。装药时先将导爆索装入双聚能槽药管内，两端超出双聚能槽

27、药管各10cm，一端用乳化炸药封堵15cm，拉直导爆索，然后将铵梯炸药装入管内，装满后（线装药密度为430450g/m，可事先称好）另一端也用乳化炸药封堵15cm。把装好的双聚能槽药管用15cm长连接套管套在一起时，应注意将各自伸出双聚能槽药管的10cm长导爆索，小心的插入相邻药管封堵端乳化炸药内，保证传爆安全。（三）预裂爆破效果爆后对建基面进行预裂爆破效果检查与统计分析得出，在微新岩体中其半孔保存率一般为9398%，平均半孔保存率大于95%。在局部地质缺陷部位，其半孔保存率均在80%以上；残留的半孔未见纵向再生裂隙；相邻炮孔间的平整度最大20cm，最小4cm，一般控制在815cm，基本满足平

28、整度不大于15cm设计要求。除局部存在地质缺陷处，其实大面均满足超欠挖控制在20cm的标准。建基面岩体弹性波测试得出：爆破前其波速最大达5690m/s以上，最小为5120m/s。平均波速值均在5380m/s以上；爆破后最大波速为5660m/s，最小为4580m/s。声波最大衰减率为1.69%，最小衰减率为1.09%。均满足声波衰减率不大于10%的要求。小湾水电站水垫塘、二道坝工程（XW/C3-A标）开挖工程进度控制性关键工序为水垫塘保护层水平预裂造孔，采用聚能预裂爆破技术后，孔距由原来的0.8m调整到现在的2.0m，按实际施工的一个标准块计，原来需造30个常规预裂孔，现在只需造12个聚能预裂孔

29、，造孔时间缩短了60%，相应的一个标准块爆破时间缩短45%。整个开挖施工工期将缩短45%，施工进度明显加快。从每爆破一方岩石所发生的费用比较分析可知，采用聚能预裂爆破比采用常规预裂爆破每方岩石可以节约17.69元，经计算目前水垫塘、二道坝保护层及下游护岸边坡开挖可采用聚能预裂爆破进行开挖的岩石爆破方量约为13万 m3，可以直接创造200余万元的经济效益。聚能预裂爆破较常规预裂爆破造孔总耗时明显缩短，机械设备配置大为减少，工程成本大大降低，爆破开挖质量显著提高。四、高标号抗冲磨混凝土配合比与施工工艺（一）水垫塘与二道坝布置小湾水电站水垫塘总长度约450m（包括二道坝及其后护坦长度），底板高程EL.965m，最小底宽70m。水垫塘断面为复式梯形断面，采用全断面钢筋混凝土衬护，并在衬砌顶部设置一层0.5m厚的抗冲耐磨混凝土，衬砌底部采用锚筋桩与基岩锚固。衬砌厚度EL.1004m以下为3m，EL.1004m以上为1.5m。水垫塘底板设置主、副排水廊道，结合岸坡内抽排系统形成封闭式抽排水系统，并在廊道内设置排水孔幕。二道坝轴线垂直于溢流中心线布置，距拱坝轴线394m。坝顶高程EL.1004m，顶宽8m；建基面高程EL.960.000m，最大坝高44m。为上游坝坡1:0.3，下游坝坡1:0.5的实体混凝土重力坝。河床坝段坝踵