糯扎渡水電站溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土工藝試驗研究

倪坤林, 魯程偉, 徐川珂

(1.中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610081;2.中國華能瀾滄江糯扎渡水電站工程籌建處,云南 普洱 665600)

1 工程概況及設計技術要求

1.1 工程概況

糯扎渡水電站位于云南省思茅市翠云區(qū)和瀾滄縣交界的瀾滄江下游干流上,工程由心墻堆石壩、左岸開敞式溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成。以發(fā)電為主,兼有防洪、灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用效益,電站總裝機容量 5850 MW,水庫庫容為 237.03×108m3,水庫具有多年調(diào)節(jié)性能。

左岸開敞式溢洪道長 1445.183 m(渠首端至消力塘末端),寬 151.5m,由進水渠段、閘室控制段、泄槽段、挑流鼻坎段及出口消力塘段組成。溢洪道進水渠底板高程 775.0m,最大泄洪水頭182m,最大泄流量為 37532m3/s,泄流 功率達66940 MW,泄槽最大流速為 52m/s。

1.2 設計技術要求

抗沖耐磨混凝土根據(jù)需要摻用聚丙烯纖維,其參考技術指標為:抗拉強度≥450 MPa,楊氏彈性模量≥3500 MPa,斷裂伸長率≤25%,分散性能≥Ⅱ級,限裂等級不宜低于Ⅰ級;優(yōu)化混凝土配合比,在保證混凝土強度及流動度條件下應盡量減少水泥用量,降低混凝土水化熱;采取加冰或加制冷水拌和混凝土以降低混凝土出機口溫度,并減少運輸過程中的溫度回升,控制混凝土澆筑溫度不大于 19℃;對于底板混凝土,收倉后倉面及時覆蓋等效熱交換系數(shù) β≤20.0 kJ/(m2·h·℃)的持水保溫材料進行保水養(yǎng)護?；炷吝^水面不允許有垂直升坎和跌坎,不允許存在蜂窩、麻面,不允許殘留砂漿塊和掛簾。溢洪道堰頂溢流面、泄槽及挑流鼻坎段過流面混凝土表面要求光滑,與施工圖紙所示輪廓線的偏差不得大于 3mm/3 m。要求引水道進口段結構的混凝土表面光滑,與施工圖紙所示輪廓線的偏差不得大于3mm/1.5m。

根據(jù)糯扎渡水電工程抗沖耐磨及溫控混凝土技術咨詢會咨詢意見以及糯扎渡水電站抗沖耐磨混凝土施工技術專家咨詢意見等相關會議精神,并經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理、設計和施工各方多次論證后認為,溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土在正式施工之前進行相關工藝試驗非常必要。

2 試驗場地規(guī)劃

2.1 選址原則

(1)所選場地應滿足仿真試驗的目的和要求;(2)地質(zhì)條件應與溢洪道泄槽段相似,具有代表性;(3)試驗場地開挖后的坡降與陡槽段設計坡降應一致,均為 23%;(4)與主體建筑物的施工干擾較小,不影響其它項目施工。根據(jù)以上原則,本次工藝試驗場地選在溢洪道引渠段上游 5-2#道路邊坡及平臺上。場地布置如圖 1所示。

2.2 試驗場地規(guī)劃

圖1 工藝試驗布置示意圖

本次工藝試驗規(guī)劃場地長 ×寬為 63 m×33 m(長度為斜向長),共規(guī)劃四塊。第一塊為泄槽陡槽段底板 +邊墻,試驗編號為Ⅰ號試驗塊,長 ×寬 ×高為 15 m×1m×1.0 m(+1.0 m),混凝土工程量為 46 m3;第二塊同樣為泄槽段陡段底板,試驗編號為Ⅱ號試驗塊,長 ×寬 ×高為 30 m×15 m×1.0m,混凝土工程量為 461.75 m3;第三塊為泄槽陡槽段底板,試驗編號為Ⅲ號試驗塊,長 ×寬×高為 60 m×15 m×1.0 m,混凝土工程量為923.5 m3;第四塊為泄槽陡槽段底板,試驗編號為Ⅳ號試驗塊,長 ×寬 ×高為 15m×15m×1.0m,混凝土工程量為 225 m3。試驗塊除底板錨筋樁和銅止水以外均按設計提供的相關圖紙進行;混凝土為 C18055W 8F100三級配混凝土,塌落度為5～7 cm;Ⅰ號試驗塊的鋼筋按設計的底板與邊墻整體澆筑的鋼筋布置,Ⅱ號試驗塊、Ⅲ號試驗塊的鋼筋布置按設計的底板鋼筋在混凝土表面布置一層,Ⅳ號試驗塊在混凝土表面和基巖面各布置一層鋼筋。仿真試驗塊施工順序為Ⅱ號試驗塊→Ⅰ號試驗塊→Ⅲ號試驗塊→Ⅳ號試驗塊。

3 工藝試驗的目的和內(nèi)容

試驗場地選擇與設計相同坡比的新鮮巖石建基面,混凝土采用勘界河混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)強制式拌和樓(兩座 2×1.5 m3)生產(chǎn);混凝土拌和原材料采用與溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土施工相同的材料(人工砂石料、水泥、煤灰和外加劑);采用10 t自卸汽車水平運輸,以長臂反鏟為主(其它機械輔助)的垂直運輸設備配置;抗沖耐磨防空蝕混凝土倉內(nèi)施工(平倉、振搗)設備與計劃用于泄槽段抗沖耐磨防空蝕混凝土倉面施工的設備相同;過流面采用廂型滑模。

為尋求適合糯扎渡水電工程抗沖耐磨防空蝕混凝土施工方法和技術參數(shù),并對施工中可能出現(xiàn)的特殊情況的處理方法進行探討,在溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土正式施工前進行了抗沖耐磨防空蝕混凝土工藝試驗。通過抗沖耐磨防空蝕混凝土工藝試驗達到以下預期目的:驗證抗沖耐磨防空蝕混凝土施工配合比及材料的適應性;驗證了抗沖耐磨防空蝕混凝土的施工工藝和方法;探索了抗沖耐磨防空蝕混凝土溫度和防裂的關系;驗證了施工分層分塊與防裂的關系;23%坡比滑模施工工藝;抗沖耐磨防空蝕混凝土平整度控制工藝;培訓了施工隊伍。

通過大量的信息資料收集、整理及調(diào)查分析,在借鑒國內(nèi)外類似工程經(jīng)驗的基礎上,初步擬定了下列工藝試驗內(nèi)容。

3.1 原材料試驗

抗沖耐磨防空蝕混凝土原材料、施工配合比性能試驗:分別對混凝土配制使用的水泥(PⅠ型硅酸鹽水泥和中熱水泥)、摻和料(粉煤灰不同摻量)、外加劑、砂石骨料等原材料性能進行檢測;依照《水工混凝土試驗規(guī)程》,在室內(nèi)狀態(tài)下進行抗沖耐磨防空蝕混凝土各項性能研究,提出溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土施工用配合比;將室內(nèi)試驗成果用于現(xiàn)場生產(chǎn)性工藝試驗,進一步驗證配合比的合理性和原材料的相互適應性。

3.2 混凝土拌制時間及投料順序

拌制時間分別按照 60 s、90 s、120 s、120 s進行試驗。投料順序選擇兩種方式進行,第一組順序為砂 +水(維纖維)→膠凝材料→骨料,第二組順序為砂(維纖維)+小石 +水→膠凝材料→骨料。分別取罐前罐后砂漿進行均勻性試驗,以最終確定抗沖耐磨防空蝕的拌和時間的投料順序。

3.3 混凝土最佳塌落度和級配試驗

選擇兩種混凝土塌落度進行試驗,塌落度 3～5 cm每倉澆筑量不少于總量的 1/3,塌落度 5～7 cm每倉澆筑量不少于總量的 1/3;選擇兩種混凝土級配,三級配混凝土不少于單倉總量的 1/3,二級配混凝土不少于單倉總量的 1/3。

3.4 滑模配重及提升速度試驗

滑模操作平臺偏移調(diào)整控制:通過監(jiān)測不同塌落度混凝土澆筑過程中滑膜的浮托情況、加減配重對滑模的影響,確定滑模施工的最小配重;滑升速度初擬為 50 cm/h、75 cm/h、100 cm/h、130 cm/h,對脫模后混凝土流態(tài)情況、收面的難易程度、收面的結果進行對比分析,以確定滑模的理想滑升速度;通過觀察每個澆筑層操作平臺偏移情況,確定操作平臺,調(diào)整工藝措施。

3.5 溫控措施、內(nèi)外溫度控制及溫度監(jiān)測試驗

通過對通冷卻水與不通冷卻水、不同通水溫度、不同通水時間狀況下混凝土內(nèi)部溫度情況進行對比,最終確定溢洪道抗沖耐磨防空蝕混凝土施工通水冷卻工藝的相關技術參數(shù);在工藝試驗中,通過對不同冷卻水管布置方式(水管直徑、單管長度、布置的間排距和繞行方式)所產(chǎn)生的通水冷卻效果進行對比,以最終確定溢洪道底板施工冷卻水管的布置方式。

3.6 混凝土分塊試驗及結構縫平整度控制

主要試驗底板分塊長度分別按 15 m、30m、60 m分塊長度進行試驗,通過內(nèi)部埋設溫度計所監(jiān)測的混凝土內(nèi)部溫度情況、混凝土裂縫發(fā)展情況,結合抗沖耐磨防空蝕混凝土溫度仿真計算的結果確定泄槽底板澆筑的分塊長度;同時,對不同澆筑塊間結構縫開展情況和塊間不平整度,通過對澆筑工藝的不斷改進,以控制塊間不平整度滿足設計要求的 3mm/3m,根據(jù)結構縫開展情況,為后期處理提供事實依據(jù)。

3.7 混凝土澆筑間歇期試驗

通過監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫升規(guī)律,找出最大溫差時段,從而確定最短澆筑間歇時間,為后期泄槽底板澆筑控制間隙時間提供依據(jù)。

3.8 混凝土表面平整度控制工藝試驗

通過對真空吸水機可操作性和適用性、人工抹面與機械抹面的結果以及不同抹面時間的結果進行對比,主要對比混凝土表面平整度、光潔度以及抹面的可操作性,為泄槽底板混凝土澆筑提煉適當?shù)膾{面施工工藝。

3.9 混凝土養(yǎng)護試驗

工藝試驗混凝土 C18055W8F100抗沖耐磨防空蝕混凝土強度等級高,對混凝土的養(yǎng)護是非常關鍵的工藝環(huán)節(jié)。在工藝試驗中,采用自然流水養(yǎng)護、混凝土表面覆蓋土工布 +灑水養(yǎng)護、在混凝土表面涂養(yǎng)護劑養(yǎng)護、混凝土表面覆蓋塑料薄膜+聚乙烯卷材、混凝土表面涂養(yǎng)護劑 +聚乙烯卷材等五種不同的養(yǎng)護措施,通過混凝土表層埋設的電子溫度計的監(jiān)測結果、混凝土表面的實際養(yǎng)護情況,最后確定泄槽底板的養(yǎng)護工藝。

抗沖耐磨防空蝕混凝土底板施工需要確定的工藝參數(shù)很多,有一些參數(shù)是需要在工藝試驗中加以驗證的。但是,工藝試驗的的規(guī)模又不可能無限制的擴大,很多工藝試驗都需要集中來做。為此,將工藝試驗Ⅱ號塊做了進一步的規(guī)劃:試驗塊長 30.0m,寬 15.0 m,高 1.0 m。垂直水流方向分三塊,自下而上分別為 1、2、3,順水流方向分三個條帶,從左向右分別為①、②、③,這樣就將Ⅱ號試驗塊切分成 9小塊。將仿真試驗滑模不同的滑升速度(分別按每小時 0.75m、1.0m、1.5m)、混凝土的養(yǎng)護(流水養(yǎng)護、覆蓋 +灑水養(yǎng)護、養(yǎng)護膜 +覆蓋養(yǎng)護)、混凝土過流面施工工藝(人工直接抹面、收面機 +拋光機、真空吸盤 +人工壓光抹面)、基礎面的處理方式(鋪砂漿、鋪低一級配混凝土、直接鋪三級配混凝土)以及通水冷卻等各項工藝措施分別規(guī)劃到各個塊內(nèi)。每一塊的試驗項目如表 1所示。

表1 試驗項目表

4 結 語

糯扎渡水電站溢洪道工程規(guī)模巨大,不論是泄洪量、單寬流量、泄洪功率還是設計流速均位居世界前列;設計為摻聚丙烯纖維(摻量為 0.9 kg/m3)的 C18055W 8F100抗沖耐磨防空蝕混凝土;陡槽段摻氣坎之間的最大距離為 130余 m,且混凝土厚度為 1.0m。溢洪道底板抗沖耐磨防空蝕混凝土為高強度、高彈模的薄壁結構,混凝土表面平整度、溫控防裂以及基礎處理是其重點控制內(nèi)容,施工所涉足的工藝措施繁多且較為復雜,進行抗沖耐磨防空蝕混凝土施工工藝試驗是檢驗擬采用的工藝措施是否科學合理、行之有效的手段。

抗沖耐磨防空蝕混凝土工藝試驗規(guī)劃是一個綱領性的技術文件,它使得我們的工藝試驗有的放矢,通過后期的一系列工藝說明該工藝試驗規(guī)劃是科學、合理的,并且在試驗過程中起到了很好的指導作用。