雙曲拱壩無分縫混凝土施工技術(shù)研究成果報告雙曲拱壩無分縫混凝土施工技術(shù)研究成果報告中鐵五局集團一公司二○○二年四月中鐵五科合同【2001】第1號

一、施工技術(shù)研究工作報告11、研究項目的建立壩體大體積混凝土施工中研究減少水化熱、進行溫度監(jiān)控，縮小砼的溫度應(yīng)力和變形，防止出現(xiàn)裂縫、確保工程質(zhì)量，有著十分重要的意義。特別是一次整體灌注壩體混凝土，無分縫施工，能夠縮短工期、降低成本，又可改善作業(yè)工藝，推動技術(shù)進步。

無分縫混凝土施工技術(shù)國外應(yīng)用較多，而國內(nèi)相對較少。研究掌握這一技術(shù)可進一步在水利工程、某些橋涵工程上加以推廣應(yīng)用，因而該技術(shù)有著極好的市場發(fā)展前景。我集團公司對此立項開展研究，以盡早掌握該技術(shù)，對增強市場競爭力具有較大的現(xiàn)實意義。

22、主要研究內(nèi)容2.1、溫度應(yīng)力補償混凝土的試驗研究：混凝土骨料選用、水泥型號、外加劑、配合比優(yōu)選、溫度監(jiān)測、質(zhì)量控制等。

2.2、水壩大體積混凝土施工技術(shù)研究：工藝優(yōu)化、機械配套等。

2.3、混凝土快速施工的組織及技術(shù)保證措施研究：施工組織、成本控制及工藝保障等。

33、應(yīng)達到的目標、成果形式和技術(shù)經(jīng)濟指標3.1、選定最佳配合比，確保大壩砼施工質(zhì)量，降低工程成本。

3.2、混凝土施工速度達到1.2萬立方米/月，不出現(xiàn)施工裂縫。

3.3、工程高效、優(yōu)質(zhì)、按期竣工。提交研究總結(jié)報告。

44、研究方法與措施4.1、通過試驗加強砼配比研究、施工及檢測工作。優(yōu)化配合比，摻外加劑減少水泥用量。

4.2、實施監(jiān)控量測，了解大壩混凝土溫度應(yīng)力和變形情況，及時反饋信息指導施工。

4.3、人、機、料、法、環(huán)、測各個方面有機的配合及管理。開展QC小組活動，針對問題進行技術(shù)攻關(guān)。

55、研究成果5.1、《貴陽北郊水廠沙老河水庫雙曲拱壩技術(shù)成果總結(jié)》；5.2、《雙曲拱壩混凝土施工質(zhì)量檢測評價報告》；附《沙老河水庫雙曲拱壩無分縫混凝土施工要求》及大壩混凝土試驗配合比。

66、承擔單位、分工及經(jīng)費分配序單位名稱任務(wù)及分工經(jīng)費分配1一公司貴陽北郊水廠經(jīng)理部主持制定和編寫研究大綱，負責現(xiàn)場試驗、施工及管理工作。提供有關(guān)技術(shù)資料。

3.0萬元2一公司技術(shù)開發(fā)部集團公司技術(shù)開發(fā)部參加相關(guān)工作,編寫研究報告,申請成果鑒定。

1.0萬元77、課題組主要成員（表1）

序姓名年齡職稱任務(wù)及分工工作單位1譚光宗36高工組長，主持研究工作一公司總工2智緒新33工程師副組長，施工總體負責北郊水廠經(jīng)理部3趙世新30工程師副組長，制定總體研究方案、技術(shù)總負責北郊水廠經(jīng)理部4夏真榮34高工技術(shù)咨詢、成果鑒定集團公司技開部5唐自平35高工科研管理、成果鑒定一公司技開部6王才高29工程師參加工藝研究、撰寫報告一公司技開部7楊昱剛25助工負責施工監(jiān)測北郊水廠經(jīng)理部8關(guān)一鄂60工程師負責現(xiàn)場試驗工作北郊水廠經(jīng)理部9劉偉28助工負責質(zhì)檢及其它工作北郊水廠經(jīng)理部10鐘曉春30工程師工藝及設(shè)備配套技術(shù)北郊水廠經(jīng)理部二、貴陽北郊水廠沙老河水庫雙曲拱壩技術(shù)成果總結(jié)11、工程概況1.1、、概述貴陽市北郊水廠位于貴陽市城北郊區(qū)，建設(shè)規(guī)模10萬t/d。整個水源工程由沙老河水庫和三江水庫工程、水源至水廠輸水工程、水廠工程和水廠至貓沖輸水工程四部分組成，是為解決貴陽市城區(qū)北郊供水緊張狀況而興建的。

沙老河水庫是北郊水廠水源工程的一部分，也是北郊水廠的主要水源。水庫座落在南明河左岸一級支流三江河的上游沙老河白云區(qū)下水村河段的下水橋上游約1、7km的沙老河上，距貴陽市19km。壩址以上集水面積68.1km2,每年平均徑流量3780萬m3，每年平均流量1.2m3/s,水庫正常蓄水位1236.0m，興利庫容1432萬m3，總庫容1577萬m3,為不完全多年調(diào)節(jié)的中型水庫，工程等級為三等。

沙老河大壩工程(含溢洪道、底孔及取水口等工程)為Mgo微膨脹砼三心圓拱壩，最大壩高為61.2m，壩頂厚4.0m，壩底厚12.8m，壩頂弧長184.81m，壩頂高程▽1238.20m。溢洪道為壩頂開敞式，設(shè)3孔4×4.5m（寬×高）液壓控制弧形鋼閘門，溢流堰堰頂高程▽1231.5m，溢流頭采用WES型實用堰，挑流消能。在溢洪道右側(cè)壩段處設(shè)置檢修放空底孔及深孔式取水口。底孔進口底板高程▽1189.0m，進口尺寸1.5m×2m（寬×高），出口尺寸1.5×1.5m，進口設(shè)一扇平板事故檢修閘門，出口設(shè)一扇弧形工作閘門。取水口進口底板高程▽1192.0m，進口設(shè)一扇1.5m×1.2m平板事故檢修閘門，壩內(nèi)埋設(shè)φ1200mm鋼管接取水口。

據(jù)資料檢索，沙老河大壩是世界上第二座全面使用外摻氧化鎂微膨脹砼修筑的無橫縫拱壩，是世界上第一座采用該技術(shù)在高溫季節(jié)施工的拱壩。其理論基礎(chǔ)是由氧化鎂摻入砼造成砼的延遲性膨脹來補償砼因降溫造成的收縮。

其特點在于：

①、MgO砼拱壩完全省去了橫縫，而且也不需要設(shè)置誘導縫，因此就壩體砼本身而言，可以完全不設(shè)灌漿系統(tǒng)及取消封拱灌漿這一道工序；②、MgO砼可以在高溫季節(jié)施工（在局部性特高溫度條件下需采用簡易的現(xiàn)場噴霧措施），不需要復

雜的溫控設(shè)施，通常也不必鋪設(shè)冷卻水管；③、MgO砼拱壩可以和碾壓砼拱壩一樣地連續(xù)快速上升。只要砼生產(chǎn)能力及立模速度能夠支持此一速度；④、MgO砼拱壩的施工設(shè)備和技術(shù)與常規(guī)砼相同，不需要專用的碾壓設(shè)備。

⑤、高摻粉煤灰技術(shù)的應(yīng)用大大降低了水泥的用量，從而大大減少水化熱的產(chǎn)生，改善施工條件。與通常大壩C20混凝土水泥用量145～150kg/m3相比，本工程的水泥用量為126～130kg/m3，水泥用量相對較少。

⑥、多級配連續(xù)級配骨料的使用，從另一方面改善了混凝土的施工條件，在確保強度的前提下減少混凝土膠凝材料的使用。如圖為混凝土強度、水泥、粉煤灰三維圖。

強度、水泥、粉煤灰三維圖（①水泥②強度③粉煤灰）1.2、拱壩主要特性表2拱壩主要特性表序名稱單位數(shù)量備注1校核洪水位m1237.312設(shè)計洪水位m1236.123正常蓄水位m1236.004死水位m1197.005大壩型式砼雙曲拱壩6地基特性白云質(zhì)巖夾灰?guī)r7壩頂高程m1238.28最大壩高m61.29壩頂中心弧長m184.8110壩頂厚m4.0011最大壩厚m12.812溢流壩段型式WES型堰，挑流消能13溢流堰頂高程m▽1231.514溢流堰進口凈寬m4.0015溢流堰閘門型式、數(shù)量3孔4×4.5m弧形鋼閘門16底孔進口底高程m1189..017底孔型式及尺寸1.5m×2.0m③②①4065901151300102030

18取水口底高程m1192.019取水口型式及尺寸Ф1.2m鋼管22、施工組織機構(gòu)沙老河雙曲拱壩由貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院設(shè)計及總承包，一公司與廣東水電二局協(xié)作組織施工的無分縫三心圓雙曲拱壩。由于工期等方面原因壩體采用微膨脹混凝土無分縫連續(xù)澆筑，且需跨高溫季節(jié)施工，技術(shù)含量高，安全要求高，施工難度大，也是我公司首次承擔施工的大體積水利混凝土工程。據(jù)初步檢索，其乃世界上第二座全面使用外摻MgO微膨脹砼修筑的無橫縫拱壩。為及時解決工程中的問題和按期優(yōu)質(zhì)地完成任務(wù)，公司成立了貴陽北郊水廠項目經(jīng)理部，組織領(lǐng)導該工程的施工。

由公司總工帶領(lǐng)的有公司技術(shù)開發(fā)部、工程部、貴陽市北郊水廠項目經(jīng)理部參加，并聘請成都水利水電勘測設(shè)計院高級工程師黃緒通為技術(shù)總顧問的課題攻關(guān)組，全面負責施工前期的技術(shù)方案比選及解決施工過程中的技術(shù)問題。項目經(jīng)理部設(shè)經(jīng)理、書記、總工、常務(wù)副經(jīng)理各一名，下設(shè)四部一室，機二隊負責碎石加工及砼運輸。

33、拱壩壩基開挖施工方法壩基開挖垂直高度61.2m，開挖深度2.8～31.5m，壩底拱圈橫向?qū)挾葹?.0～12.8m，開挖上、下游邊坡1：0.3。左右岸同時自上而下開挖，最后進行河床段開挖?；最A留保護層采用光面爆破一次成型。爆破深度超過15m區(qū)段采用梯段爆破，二次爆破到預留層，深度小于15m區(qū)段一次爆破到預留層。主炮孔采用110型潛孔鉆機鉆眼，預留層光爆采用YT28氣腿式風鉆鉆眼。主炮孔網(wǎng)距（2.5～3.0）×（2.0～2.5）m2，預裂孔距為0.8～1.0m，炸藥單耗量0.4～0.55Kg/m3。各層爆破料由PC300清甩至河床，再由PC200挖裝到15t自卸汽車運至棄碴場。

開挖自2000年12月1日開始，2001年2月28日結(jié)束，3月8日順利通過驗收，開挖方量共計45480m3，質(zhì)量評定為優(yōu)良。

44、外摻OMgO微膨脹砼施工方法4.1、砼工程原材料的準備①水：砼拌合、水平表面養(yǎng)護、砼面沖毛均采用可飲用的沙老河河水；②水泥：采用貴州水泥廠專門生產(chǎn)的425＃普通硅酸鹽中熱散裝水泥（低水化熱專用水泥）；③粉煤灰：采用貴陽電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰；④外加劑：采用浙江龍游生產(chǎn)的ZB-1A型外加劑。摻量為膠材的0.7%。該外加劑能有效調(diào)節(jié)砼的初凝與終凝時間，以滿足大壩砼不同氣溫條件下的施工；⑤氧化鎂：采用遼寧海城東方滑美公司生產(chǎn)的輕燒MgO。從復檢結(jié)果看，MgO質(zhì)量穩(wěn)定性欠佳。經(jīng)統(tǒng)計，大壩砼外摻MgO均勻性優(yōu)良占90%，微機計量及投料控制均達優(yōu)良；⑥砂、石料粗、細骨料為壩區(qū)附近的白云質(zhì)灰?guī)r加工而成，原巖飽和抗壓強度達132.4MPa。粗骨料分為5～20mm、20～40mm、40～150mm三級各占20%、20%、60%。其技術(shù)指標均符合《水工砼施工規(guī)范》（SDJ-207-82）和《沙老河水庫曲拱壩無分縫混凝土施工要求》。

本工程砂、石均采用一級破碎。首先，對附近兩座山頭采用硐室松動爆破，一次性開挖9萬m3左右毛石，毛石經(jīng)二次破碎后用自卸汽車倒入PE400×600碎石機進行破碎，碎石再由滾動篩進行篩分歸類，用裝載機倒運至堆料場。當碎石級配比例不當時，則調(diào)整碎石機口徑。此種方法生產(chǎn)骨料，規(guī)模大、速度快、骨料分類較好，能滿足砼施工進度的要求。缺點是硐室爆破前未將覆蓋層清除，石料污染較大；二次破碎費用大且不安全。

4.2、砼配合比試驗及施工配合比①、砼配合比試驗匯總見附錄。從試驗結(jié)果可以看出：（1）當石粉含量為26.4%，砂率為20%時，冬季施工粉煤灰摻量以30%為宜；（2）砂細度模數(shù)控制在2.6左右，石粉含量控制在19%左右為宜；（3）外加劑摻量以0.7%為宜；（4）40～150mm碎石摻量以60%為宜；（5）石碴摻量不宜大于15%；（6）砼28d抗壓強度全部達到設(shè)計齡期90d砼抗壓要求。試配砼強度超標過大，施工配合比相應(yīng)調(diào)整。

②、根據(jù)砼配合比試驗結(jié)果，按照設(shè)計砼強度等級的要求，根據(jù)專家組意見，在設(shè)計配合比時適當降低了膠材用量及氧化鎂摻量，大壩砼施工配合比見附錄。

4.3、砼施工方法壩體砼采用自下而上分層澆筑，2.5m高度為一層，實行臺階法通倉澆筑，臺階高度50cm。各層間設(shè)水平施工縫(縫內(nèi)無鋼筋等構(gòu)造)，縫面作砼高壓水沖毛（h＝25m,P≈0.25Mpa，以骨料無松動為準），清洗施工縫處理，老砼表面鋪一層1.5cm厚摻MgOR250的水泥砂漿，模板由1.5×0.5m2、1.5×0.1m2鋼模板組合而成，3m長度以弦代弧。取水塔分層高度3.1m。

由拌合樓拌制好的砼卸至自卸汽車上，壩體砼1177.0～1194.5m段由15t汽車直接進倉（進倉前先用水洗干凈車輪上泥土），PC200挖掘機平倉，ZDN100型電機內(nèi)裝插入式高頻振搗器振搗，1194.5～1238.2m段由汽車卸入門機3m3臥罐，再由門機吊裝入倉（門機覆蓋不到的地方，采用預埋四方柱，上鋪輕軌，“U”形斗車運輸?shù)姆桨福?，人工平倉，高頻振搗。砼表面涂養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護。為了大壩能安全過冬，壩體采用鋪設(shè)2.5cm厚的聚乙烯泡沫板的方法對其進行保溫。通過監(jiān)測，效果很好，得到了預期的效果。

2001年3月13日開始澆筑砼，正常情況下每天澆筑砼500～600m3。壩體砼于2001年10月19日完工，共完成砼方量54000m3左右。

1)、Mgo微膨脹砼生產(chǎn)工藝流程，見圖1。

圖圖11oMgo微膨脹砼生產(chǎn)工藝流程圖粉煤灰儲罐外加劑水箱砂石料堆場水泥儲罐水泵裝載機螺旋輸送機粗細料倉計量器螺旋輸送機氧化鎂外加劑泵計量器計量器計量器計量器計量器集中斗攪拌機拌和出砼拌和物隨機取樣作均勻性檢查制作砼試件運輸至現(xiàn)場進倉澆搗測塌落度、溫度倉面均勻性檢查、測溫度

2)、砼施工工藝流程圖（圖2）。

3)、砼原材料投放