基于天然砂石骨料碾压混凝土在莲花台水电站大坝的应用 4页

38周升舟，董炜．天然砂石骨料碾压混凝土在莲花台水电站大坝的应用●文章编号：1006-2610(2010)o4—0o38—04天然砂石骨料碾压混凝土在莲花台水电站大坝的应用周升舟，董炜(中国安能建设总公司莲花台工程项目部，陕西省商南县726303)摘要：经技术经济比选，陕西省商南县莲花台水电站采用丹江河滩天然砂和河卵石作大坝碾压混凝土骨料。经过前期碾压混凝土配合比试验、碾压混凝土工艺试验以及大坝碾压混凝土浇筑施工，表明丹江河天然砂石骨料用于碾压混凝土浇筑质量较好，碾压后层面全面泛浆，混凝土压实容重、相对密实度符合规范要求，满足碾压混凝土性能各项指标。关键词：丹江；天然砂石骨料；配合比设计；用水量；砂率；值中图分类号：TV642．2文献标识码：AApplicationofnaturalsandaggregateRCCinLianhuataidamZHOUSheng—zhou，DONGWei(LianhuataiProjectDepartment，ChinaAnnenConstructionCompany，Shangnan726303，China)Abstract：TheLianhuataihydropowerprojectislocatedontheDanjiangRiverinShangnanCountyofShannxiProvince．Bytechnicalandeconomiccomparison，naturalsandandgravelsfromDanjiangriverfloodplainareusedasdamRCCaggregates．ThroughRCCmixingtest，processtestandplacementconstruction，itprovesthatthenaturalsandaggregatesusedinRCCplacementisgoodinquality，overalllaitaneeonthesurfaceofRCCliftaftercompaction，andtheRCCcompactionbulkweightandrelativedensitymeetthestandardl~quire-mentsandvariousindexesofRCCproperty．Keywords：DanjiangRiver；naturalsandaggregate；mixdesign；waterconsumption；sandratio；value处丹江干流，坝址附近山脉岩石为白云质灰岩及中0前言厚层虫蚀状灰岩、钠长石绿泥石正片岩，考虑到地势近20a来，中国在建、已建的碾压混凝土坝(包条件不利于爆破开挖岩石生产人工砂石骨料，而且括围堰等临时工程)已达160座之多，筑坝技术越大坝坝址上下游河滩面积较大，天然砂和河卵石可来越成熟，在采用砂石骨料品种选择上，国内在建和开采量远远能满足大坝混凝土需求，综合考虑后在已建的碾压混凝土坝绝大部分是采用灰岩、花岗岩坝址下游布置了砂石筛分系统，为大坝碾压混凝土等岩石生产出的人工砂石骨料。比如棉花滩、沙牌、拌制提供天然砂石骨料。经过前期混凝土室内配合蔺河口、百色、龙滩、光照、金安桥等大中型水电站碾比试验及碾压混凝土工艺试验和大坝主体碾压混凝压混凝土坝以及三峡水电站三期围堰均采用人工砂土浇筑施工，表明丹江河天然砂石骨料用于碾压混石骨料，生产的人工砂中石粉(d≤0．16mm的颗凝土浇筑质量较好，碾压后全面泛浆，混凝土压实容粒)含量较大，可达到18％一22％，满足碾压混凝土重、相对密实度符合规范要求，满足碾压混凝土性能(RCC)的可碾性和层间全面泛浆，有利于大坝的防各项指标。渗效果。1工程概况笔者参建的陕西省商南县莲花台水电站坝址地莲花台水电站为丹江干流梯级开发的第2级电收稿日期：2010—05—07站，坝址位于陕西省商南县湘河镇莲花台村上游1．0作者简介：周升舟(1985一)，男，江西省九江市人，助理工程师，km处，距西安市270km。水库正常蓄水位294．0主要从事水利水电工程混凝土材料试验工作．in，电站装机容量2×20MW，额定水头38in，最大n西北水电·2010年·第4期39水头48m，最小水头26m，电站引用流量119m／s。级配良好，符合水工混凝土施工规范中砂品质要该工程等别为中型Ⅲ等工程，大坝、泄水、引水及发求。唯一不足的是石粉(d≤0．16mm的颗粒)含量电建筑物均按3级建筑物设计，导流隧洞等临时性少，仅达到7．8％，为此进行室内配合比设计时采用建筑物按4级建筑物设计。了掺3％～5％粉煤灰代砂的方案。丹江天然砂品枢纽建筑物由碾压混凝土重力坝、泄洪坝段、泄质试验结果见表1。洪排沙孔、右岸坝后厂房组成。坝顶高程297．20表1丹江天然砂品质试验结果对比表m，最大坝高70．20m，坝顶宽1O．5m，坝轴线长220．50m。泄洪闸溢流堰面采用WES实用堰，消能方式采用挑流消能。泄洪坝段建筑物为5孑L12m×17．5m泄洪闸和1孔3m×4m泄洪排沙底孔组2．2粗骨料成。坝后厂房利用单管单机的坝身进水口和2台机该工程碾压混凝土设计指标最大级配为三级的坝后式厂房。配，为此经筛分冲洗后的骨料，成品骨料粒径为802丹江天然砂石骨料品质mm，品质检验时其指标按小石(5～20mm)、中石(20～40mm)、大石(40～8Omm)控制，从试验结果2．1细骨料可看出，粗骨料所检项目满足文献[1]品质要求，见坝址上下游河滩毛料经开采运输至砂石筛分系表2。统筛分，通过洗砂机湿法生产出来的砂质地坚硬、清洁、有害杂质含量不超过一定限量、细度适中、颗粒表2丹江天然河卵石品质试验结果对比表(3)混凝土配合比设计计算采用假定密度法；碾3室内配合比设计试验压混凝土二级配按2400kg／m，三级配按2450莲花台水电站主坝工程为碾压混凝土重力坝，kg／m。碾压混凝土设计指标为C啪15W4F50和表3碾压混凝土施工配合比试验参数表C∞20W6F100，根据以往工程大量实践证明，碾压混工程设计蛰配水胶砂率粉煤灰减水剂引气剂值用水量密度部位指标帆阳比／％掺量／％／％／％／s／kl；·m_3／I【g·m-3凝土配合比设计采用的技术路线：选定适宜的水胶比和较小的值；高掺粉煤灰、联掺缓凝高效减水剂和引气剂；利用粉煤灰混凝土后期强度增长幅度较大的优势，提高混凝土含气量，改善和易性，从而备注：粗骨料比例为小石：中石：大石=30％：30％：40％。达到有效地降低混凝土温升，满足碾压混凝土可碾3．1胶凝材料和外加剂选用性、抗骨料分离、层间结合、抗渗性、抗裂性以及耐久该工程采用水泥为中联P．042．5普通硅酸盐性等要求。水泥，粉煤灰采用的是鸭河口的Ⅱ级粉煤灰，外加剂为此确定碾压混凝土施工配合比主要参数：采用红安源HAY一2高效减水剂和HAY一27引气(1)坝体混凝土为C∞15W4F50，三级配碾压剂，特别指出的是外加剂，有效地改善混凝土的和易混凝土，水胶比0．55，掺粉煤灰60％(见表3)；性和施工性能，降低单位用水量，减少胶材用量，有(2)上游面混凝土为Cl8020W6F100，二级配碾利温控和提高耐久性能。陕西省商南县属同时具有压混凝土，水胶比0．47，掺粉煤灰55％；亚热带气候和暖温带气候的特点，多年平均气温1ln40周升舟，董炜．天然砂石骨料碾压混凝土在莲花台水电站大坝的应用一l4clC，极端最高气温37．1～40．8℃，考虑到碾压压混凝土覆盖以前碾压混凝土表面能保持良好塑性，混凝土层间结合时间限制，混凝土初凝时间短，造成以混凝土全面泛浆和具有“弹性”为标准。层间结合较差和防渗效果下降，采用缓凝高效减水4天然骨料碾压混凝土施工应用剂和引气剂可以明显的延缓RCC凝结时间，提高RCC液化泛浆、可碾性及层间结合，有利加快施工4．1碾压混凝土拌合速度，经试验拌合混凝土和易性较好，含气量达到要莲花台水电站碾压混凝土拌合系统采用三一重求，室内试验初凝时间控制在12—15h，满足混凝土工HZS180型强制搅拌机，根据监理批复的室内配的层问结合时间要求。合比试验报告和碾压混凝土工艺试验成果，拌合楼3．2用水量投料顺序为：天然砂一小石一中石一大石一水一外单位用水量的选定与混凝土的可碾性及经济性加剂一水泥一粉煤灰。该工程拌合系统碾压混凝土直接相关。RCC的单位用水量三级配在75～106拌合时间为75s，出机值控制在3—5s，仓面kg／m、二级配在83～110kg／m范围。莲花台水电值控制在5—7s。变态混凝土掺入的灰浆在集中制站RCC的单位用水量三级配选定88kg／m，二级配浆站配置。选定95kg／m。天然砂石骨料混凝土拌制质量控制其中重要的3．3砂率一个因素就是河砂的含水率，砂子经洗砂机水洗后含水率较大，约为16％一20％，无法进行碾压混凝土拌影响砂率的主要因素是骨料的品质，砂的颗粒级配、粒型、石粉含量。砂率大小直接影响RCC的制，为此刚生产出来的河砂必须经脱水5—7d，含水施工性能、强度及耐久性。根据多年工程实例表明：率降至3％一5％后，方可进行拌制。同时拌制过程中实验员每2h测一次砂子含水率以调整用水量。人工骨料三级配砂率在32％一34％范围，二级配砂4．2入仓摊铺碾压率在36％～38％范围。由于莲花台水电站采用了混凝土经自卸车运送至仓位后，垂直于水流方丹江河天然骨料，天然骨料表面光滑，比表面积小，向摊铺碾压，采取后退法两点依次卸料，边卸料边平大量降低了砂浆需求量。莲花台水电站选取三级配仓，仓面值按5～7s控制，仓面松铺厚度为34～砂率为30％，二级配砂率为34％，采用天然骨料比35cm，压实厚度为30cm，碾压遍数采用无振碾压2人工骨料砂率降低了3％。大量工程实践证明，砂遍加有振碾压8遍、再无振2遍。实际施工表明：天中的石粉含量对RCC性能影响显著。丹江河砂石然砂石骨料拌制混凝土在卸料及平仓过程中骨料分粉含量低，约为7．8％，为改变碾压混凝土可碾性、离较少，碾压后全面泛浆，层间结合较好，混凝土压液化泛浆和层间结合质量。采用掺3％～5％粉煤实容重、相对密实度符合规范要求(设计要求压实灰代砂方案，显著改善碾压混凝土性能。度不小于98％)，满足碾压混凝土施工技术要求。新拌混凝土质量控制。碾压混凝土值每增4．3喷雾保湿温控减1s，用水量相应减增1．5kg／m；砂细度模数FM莲花台水电站多年平均气温11～14℃，极端最每增减0．2，砂率相应增减1％。高气温37．1—40．8oC，混凝土仓面值按5～7s3．4If，，值控制控制。常温季节不需喷雾保湿，当温度在25℃以碾压混凝土现场控制的重点是拌合物值和初上，或出现强烈日照或者大风气候现象，为防止凝时间，值控制是碾压混凝土可碾性和层间结合损失较大混凝土发白变硬导致碾压无法泛浆，密实的关键，根据气温的条件变化应及时调整出机值。度达不到要求，影响层间结合质量，首先在自卸车车莲花台多年平均气温11～14℃，为此出机值按3厢加装活动顶棚，并在混凝土仓面利用冲毛机朝天～5s动态控制，仓面控制在3～7s以满足仓面可碾空进行仓位喷雾保湿，喷水量控制在2～3mm／h，形性、液化泛浆及层间结合的设计和施工要求。夏季气成仓面小气候，有利于碾压泛浆及层间结合。温较高超过25℃时，出机值采用1—3s，由于采4．4质量控制用远低于规范规定的值5—12s要求，使碾压混凝天然砂石骨料碾压混凝土施工过程质量控制特土人仓至碾压完毕有良好的可碾性，并且在下一层碾别应注重以下几个方面：①混凝土拌合质量控制，n西北水电·2010年·第4期41主要是天然砂的含水量控制，直接影响到仓位混凝输至仓位卸料骨料分离较少，碾压后全面泛浆，满足土摊铺碾压，值小了自卸车无法在未碾压的混凝层问结合要求，压实容重及相对密实度符合设计要土面上行走，振动碾陷入混凝土无法碾压；Vc值大求。筑坝材料不论采用人工砂石骨料还是天然砂河了碾压不出浆，影响层间结合。②仓位施工工序质卵石，只有以科学的态度，大胆创新、探索、总结提量控制，卸料方式必须采取两点法卸料，边卸料边平炼，才能使碾压混凝土这项筑坝技术更具生命力，更仓，否则出现严重骨料分离，形成结合面薄弱环节。趋完美，技术经济效益更加显著，质量安全更加可碾压过程中配备专人对碾压面局部不泛浆进行撒浆靠。补碾，并对粗骨料集中部位人工处理。参考文献：5结语[1]DL／T5114-2001，水工碾压混凝土施工规范[S]．北京：中国水利水电出版社，2001．笔者翻阅了中国其他天然砂石骨料作为筑坝材[2]DL／T5330-2005，水工混凝土配合比设计规程[S]．北京：中料的施工经验材料，比如龙首、景洪水电站，再结和国电力出版社，2006．莲花台水电站碾压混凝土坝，从室内配合比设计到[3]SL352-2006，水工混凝土试验规程[s]．北京：中国水力水电主体碾压混凝土实际施工情况，表明采用丹江河天出版社，2006．然砂石骨料拌制的碾压混凝土满足各项施工技术要[4]中国碾压混凝土坝20年[M]．北京：中国水力水电出版社，2006求及设计指标，混凝土拌制出机值控制稳定，运(上接第33页)表4中个别位置的动态分布系数与表2有差的。从地震反应上看，也使得墙体的变形加大从而异，但是总体的趋势相同。差异主要是由于采用公不利于结构物的抗震。因此，对水电站厂房端部的式计算时，需要计算更高阶模态的影响；也就是说山这种有上、下游墙体和山墙组成槽形平面的安装间墙一侧及下部墙体由于刚度很大，相应的模态阶数结构进行拟静力计算时，应注意到与一般中间机组也较高，要考虑这些模态参与影响，需要计算更高的段厂房的差异，有必要进行专项的研究工作。模态阶数。参考文献：[I]SL226-2001，水电站厂房设计规范[s]．北京：中国水利水电6结论出版社，2001．[2]DL5073-2000，水工建筑物抗震设计规范[S]．北京：中国电安装问厂房段，由上、下游墙体和山墙组成槽形力出版社，2001．平面，顺河方向不存在对称轴，地震作用下会发生显[3]R．w．克拉夫J．彭津，著．王光远，等译．结构动力学[M]．北京：科学出版社，1981．著的扭转振动。安装间段厂房在墙体面内沿平面分[4]SDJ10—78，水工建筑物抗震设计规范(试行)[S]．北京：电力布的动态分布系数总体上呈现出上部大、下部小、与工业出版社，1981．远离山墙侧大、靠近山墙侧小的趋势。远离山墙侧[5]N．N．戈里坚布拉特．水工道路与特种结构抗震设计[M]．北京：地震出版社，1981：1一l2，25—71．结构由于其刚度小，对于动力作用的放大效应较大，[6]中国水利水电科学研究院抗震所．赛格水电站地震安全性评尤其在上、下游墙体顶部远离山墙一侧的动态分布价报告[R]．北京：中国水利水电科学研究院抗震所，2006．[7]欧阳金惠，陈厚群，张超然，李德玉．三峡电站15号机组厂房系数增加很快，具有明显的鞭梢效应。可以看出，自结构动力分析[J]．中国水利水电科学研究院学报，2007，05振特性及地震反应特点与仅有上、下游墙体的中间(2)：137—142．机组段厂房明显不同。[8]刘云贺，宋兴君，李守义．溢流式水电站厂房结构动力特性研究[J]．水力发电学报，2007，26(3)：39—43．结构物的动力特性及加速度分布规律主要依赖[9]李锦成，于丽伟．河床式水电站厂房荷载分布规律研究[J]．中于结构物的刚度分布。厂房安装间段墙体产生不协国农村水利水电，2007，(3)：75—78．调的位移分布和扭转效应正是刚度不对称分布造成