黄登水电站大坝碾压混凝土施工技术研究

肖九庚，赵 毅

(中国水利水电第四工程局有限公司，青海 西宁 810007)

1 工程概况

黄登水电站位于云南省兰坪县境内，采用堤坝式开发，是澜沧江上游曲孜卡至苗尾河段水电梯级开发方案的第六级水电站，以发电为主。上游与托巴水电站、下游与大华桥水电站相衔接，坝址位于营盘镇上游。工程枢纽主要由碾压混凝土重力坝、坝身溢流表孔、泄洪放空底孔、左岸折线坝身进水口及地下引水发电系统组成，如图1所示。碾压混凝土重力坝坝顶高程1 625 m，最大坝高203 m，坝顶长464 m。坝体共分20个坝段，从右至左依次为1号～7号坝段为右岸非溢流坝段；8号～11号坝段为泄洪建筑物坝段，中间布置3个尺寸为15 m×21 m的溢流表孔，两侧布置2个尺寸为5 m×8 m的泄洪放空底孔；12号～15号坝段为左岸非溢流坝段，其中12号坝段布置上坝电梯、14号坝段为转折坝段；16号～19号坝段为进水口坝段，布置4台机组进水口；20号坝段为左岸非溢流坝段。坝顶全长464 m。坝体总工程量约为常态混凝土88.8万m3、碾压混凝土261.9万m3。

图1 碾压混凝土重力坝布置示意

2 混凝土生产系统

工程布置甸尾和梅冲河两座混凝土生产系统。甸尾大坝混凝土生产系统布置于大坝下游左岸甸尾附近的进厂公路内侧，与甸尾导流洞、厂房混凝土生产系统相邻，系统设计规模为：配置2座HL360-2S6000L型强制式拌和楼，2座楼的常态、碾压混凝土铭牌产量分别合计为720、600 m3/h，预冷混凝土产量合计600 m3/h。梅冲河混凝土生产系统布置于坝址上游梅冲河出口附近，拌和楼布置于原始地形1 621.50 m高程，配置两座HL320-2S4500L型强制式拌和楼，常态混凝土铭牌产量为640 m3/h，预冷混凝土铭牌产量500 m3/h。

表1 大坝碾压混凝土分区入仓特性统计

3 大坝碾压混凝土分区规划

3.1 大坝碾压混凝土入仓方式

黄登水电站碾压混凝土入仓方式主要有：自卸汽车直接入仓浇筑、自卸汽车运输→满管溜槽→自卸车仓内倒运、供料皮带运输→满管溜槽→自卸汽车仓内倒运、自卸汽车运输→满管溜槽→皮带转运→满管溜槽+自卸汽车仓内倒运、自卸汽车运输→宽溜槽→自卸汽车仓内倒运、自卸汽车运输→皮带运输→布料机等方式。

(1)自卸汽车直接入仓浇筑(见图2)。在入仓口仓外设洗车平台和脱水路段，入仓口仓内采用常态混凝土提前浇筑入仓道路，自卸汽车载碾压混凝土依次通过洗车平台、脱水路段、入仓路至碾压仓内卸料，自卸汽车入仓口设置在坝体下游，入仓道路在碾压仓浇筑完成备仓间歇期间填筑不断加高至自卸汽车爬坡极限坡度。

图2 自卸汽车直接入仓浇筑示意(单位：mm)

(2)自卸汽车运输→满管溜槽→自卸车仓内倒运。满管溜槽采用矩形和圆形2种截面形式，根据坝基两岸施工道路分别布置在左岸高程1 500.00、1 560.00、1 625.00 m平台，右岸6坝段高程1 528.00、1 560.00 m平台、2坝段高程1 623.00 m平台。每个平台布置2组以上满管溜槽以满足浇筑强度需求和交替检修需求。根据实际使用经验，圆形截面满管溜槽较矩形截面满管溜槽效率高、故障频率小。

3.2 大坝碾压混凝土分区施工

根据坝基两岸施工道路和地形特点，碾压混凝土按不同高程、不同入仓方式、仓面面积、施工季节、资源配置等特点进行分区施工，大坝碾压混凝土分区特性表见表1。

4 碾压混凝土工艺指标

黄登水电站大坝碾压混凝土工艺指标主要有：

(1)碾压混凝土铺筑层以固定方向逐条带铺筑，条带铺料、平仓、碾压作业方向与坝轴线方向平行。

(2)摊铺厚度按33～35 cm控制，压实厚度按30 cm控制。

(3)卸入仓面的混凝土及时平仓、碾压，压条带作业时间不大于2 h。

(4)振动碾行走速度控制在1.0～1.5 km/h 范围内，走向偏差在20 cm内。

(5)碾压遍数2+6+2(静碾+振动碾+静碾)，碾压条带间的搭接宽度为10～20 cm，端头部位的搭接宽度不小于100 cm。

(6)碾压条带作业结束后，每层按100～200 m2方格网布置一个压实度检测点，碾压混凝土相对密实度按大于等于98%控制。

(7)混凝土拌和物从拌和到碾压完毕的时间最多不得超过2 h，高温季节(4月～9月)碾压混凝土，上一层混凝土覆盖的时间间隔不得大于4 h，低温季节(10月～翌年3月)碾压混凝土，上一层混凝土覆盖时间不得超过6 h。

(8)当仓内气温高于25 ℃时，采取喷雾机进行仓面喷雾降温。

(9)变态混凝土采用插孔→注浆→振捣法施工。

(10)碾压混凝土分区内的结构缝采用切缝机切割。切缝采用“先碾后切”的方式，深度为碾压层厚度的2/3。缝内填充4层彩条布，填充物距压实面1～2 cm，切缝完毕后用BW202AD 型振动碾碾压1～2遍。

5 碾压混凝土施工方法

5.1 施工方法及施工设备配置

碾压混凝土平层法施工方法采用通仓、分区、平层、逐层铺筑施工。坝体上下游及横缝采用翻转模板，局部辅以定型钢模板施工，仓号浇筑前模板、钢筋、埋件等全部安装到位，冷却水管在浇筑过程中铺设。仓面按铺料→平仓→碾压→检查的顺序交替流水施工。每2～3个条带为一个作业区，配置平仓、碾压设备1套。条带宽度根据作业时间确定，以混凝土开始拌和至碾压完成控制在2 h以内为原则。作业区划分以工程量基本相同、完成每项工序的时间基本相同为原则。每个作业区单独配置浇筑资源，由浇筑仓面总指挥统一协调指挥。碾压混凝土采用自卸汽车拉运直接入仓、自卸汽车拉运+满管溜槽+自卸汽车仓内转运、自卸汽车拉运+满管溜槽+皮带运输+自卸汽车仓内转运等方式入仓浇筑。切缝作业单独安排作业班组专人负责。大型喷雾机架设在相邻仓号或模板上口，由专人维护、运行。

大坝碾压混凝土施工主要设备配置见表2。

表2 碾压混凝土主要施工设备配置

5.2 典型碾压混凝土仓面设计

碾压混凝土仓面设计内容包括施工分区、条带划分、浇筑资源配置、浇筑方法、应急措施等内容，黄登大坝碾压混凝土施工典型仓面设计见图3。

在施工资源充分，混凝土入仓强度有一定富余度的情况下采用平层法施工。碾压混凝土平层法施工浇筑仓号历史短，有利于整体施工进度控制，混凝土从拌合到碾压完成控制在2 h内，混凝土生产、运输、浇筑各环节运行紧凑，对整体施工组织水平要求高，各环节必须保证高效运行。

浇筑仓号资源投入集中，对施工组织和专业化水平要求高，浇筑仓号要做到分区、分专业施工，避免施工资源跨区、跨专业施工造成顾此失彼；浇筑仓号施工机械密集，自卸汽车、平仓机、振动碾、振捣臂、切缝机等大型设备同仓作业，仓号协调指挥工作尤为重要，施工人员专业及岗位分工要具体、详细、单一。指挥协调按照指挥长→区长→班长→施工人员的程序下达落实指令，避免多个信息来源造成矛盾指令、施工不畅。混凝土铺料顺序根据来料点，采取由远而近、上游防渗区优先的原则。平层法浇筑仓面面积大、混凝土种类多，不同标号混凝土同时入仓浇筑，若管理不善易造成混乱。为确保浇筑仓面运输流畅、卸料位置准确采取了以下管理措施：在仓面与拌和楼设置专人要料、所有拉运混凝土车辆均在明显位置挂混凝土标识牌、在入仓口和每个作业区安排车辆指挥专员与仓面要料员对接。冷却水管铺设比较集中且大面占据作业面积，对浇筑影响较大，需安排专人负责此项工作，提前筹划，协调好作业区域，避免浇筑仓面交通不畅造成无法及时覆盖影响混凝土施工质量。变态混凝土是施工质量控制的重点，工程采用插孔、注浆、振捣的施工工艺，为确保施工质量，制作了插孔器、限位器、定量量杯等专用工具，有效的控制了变态混凝土的施工质量。

图3 12号～15号坝段 自卸汽车直接入仓+满管溜槽入仓浇筑典型碾压仓面设计(单位：mm)

6 混凝土温度控制

混凝土温度控制包括拌和楼出机口温度、入仓温度、浇筑温度、混凝土内部最高温度控制、表面养护保温等。

6.1 混凝土出机口温度控制措施

对成品料仓设置凉棚，成品料仓堆料高度不低于8 m，确保骨料温度少受日气变化的影响；出料皮带及骨料罐要设凉棚防雨防晒等。对混凝土骨料采用一、二次风冷等措施进行预冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出机口温度。按骨料的实际含水量变化情况及时调整混凝土用水量和加冰量，确保混凝土出机口温度及坍落度(或VC值)满足要求。

6.2 混凝土入仓温度控制

加强施工管理，尽量减少转运次数这缩短运输时间，避免混凝土运输车辆在运输途中长时间等候。禁止采用尾气设于车厢的汽车运输混凝土，并要求运输车辆车厢冲洗时间间隔不大于2 h。混凝土运输车必须设置防晒、防雨设施。高温季节(4月～9月)运输混凝土时，应对运输车辆采取保温措施，以减少运输过程中温度回升。

6.3 混凝土浇筑温度控制措施

及时平仓、振捣或碾压，碾压混凝土碾压条带作业时间应不大于2 h。高温季节(4月～9月)浇筑过程中在混凝土振捣或碾压密实后立即覆盖保温材料进行保温，控制混凝土坯间层间隔时间：4月～9月不大于4 h；10月～翌年3月不大于6 h。当仓内气温高于25 ℃时，采取喷雾机进行仓面喷雾，喷雾应能覆盖整个仓面。喷雾时水分不应过量，喷雾后浇筑仓内气温较外界气温应至少降低3 ℃。

6.4 混凝土内部温度控制措施

大坝混凝土内部采用预埋冷却水管通水冷却控制大坝混凝土内部温度。冷却水管管材采用内径28 mm、外径32 mm的HDPE塑料水管。冷却水管垂直水流方向铺设，水管间距1～1.5 m、层距1.5～3 m，浇筑过程中铺设。冷却水管铺设完成后即开始通水冷却，大坝混凝土通水冷却分一期通水冷却、补充通水冷却和中期通水冷却3个阶段。一期通水冷却的主要目的是消减浇筑层初期水化热温升，控制混凝土最高温度不超过容许范围，并减少内外温差。补充通水冷却的目的是控制一期冷却闷温结束后的混凝土内部温度回升，温度回升值应控制在不超过一期冷却结束标准2.0 ℃。中期通水冷却的主要目的是削减混凝土内外温差，预防混凝土在冬季出现裂缝。每年10月初开始对当年4月～9月浇筑的坝体混凝土进行中期通水冷却，将混凝土内部温度降至20～22 ℃。

7 碾压混凝土数字化应用

数字黄登·大坝施工管理信息化系统是以黄登水电站工程为依托，联合国内高校与科研单位共同进行，综合运用工程技术、计算机技术、无线网络技术、手持式数据采集技术、数据传感技术(物联网)、数据库技术等多方面技术，开发出一套基于windows平台的混凝土重力坝施工质量智能控制及管理信息化系统，实现大坝混凝土从原材料、生产、运输、浇筑到运行的全面质量监控。

7.1 碾压混凝土数字化监控系统应用

黄登水电站大坝混凝土采用全过程数字化监控，施工质量监控系统主要由碾压施工实时监控系统和热升层时间间隔实时监控2个子系统构成。

7.1.1碾压施工实时监控系统的应用

碾压施工实施监控系统工作原理是通过在碾压机安装GPS流动站，实时接受GPS基准站差分信号，并将碾压机位置信息、振动状态实时发送到施工工艺监控系统服务器，通过对比预先设定的施工工艺参数建立了一套“监测-分析-反馈-处理”的碾压混凝土坝施工工艺监控体系，如图4所示。

图4 碾压施工监控操作流程

施工过程中，对于超过工艺规定的施工参数进行报警，如图5所示。

图5 碾压机工作状态监控

仓面施工完成后，可生成最终碾压遍数、高程、厚度等图形报告，作为单元验收辅助材料。

7.1.2碾压混凝土热升层实时监控系统的应用

施工前根据仓面设计桩号范围，将施工仓面位置信息输入监控系统，监控系统自动将仓面均匀划分为2 m×2 m网格，实时监控、显示仓面任意位置热升层时间，如图6所示。

图6 碾压施工热升层实时监控桌面及报警

7.2 碾压混凝土智能温控系统应用

黄登水电站在传统混凝土温控施工工艺的基础使用混凝土温控智能监控系统。通过使用“混凝土温控智能监控系统”，对骨料温度、出机口温度、入仓温度、浇筑温度、混凝土内部温度及进水水温、出水水温、通水流量等温控要素的全过程实时采集、监测，可以直接获取大坝每一仓混凝土的温控状况。

图7 混凝土智能通水原理

智能通水冷却是根据智能监控系统自动采集的温度信息，利用黄登大坝混凝土智能通水冷却参数预测模型，自动评估计算出第二天将要采用的通水冷却指令，并自动将此通水指令发送到每一个测控装置。大坝冷却水智能通水测控箱，集自动水温测量、换向、流量调控一体，能及时自动调整每一根水管的通水流量，达到精确、及时、无人工干预的自动控制大坝每一仓混凝土的通水冷却。

8 结 语

黄登水电站是目前国内已建最高碾压混凝土重力坝，工程施工中克服了气候特殊、工期紧、工程量大、施工机械布置困难等难题，在3年时间完成了大坝混凝土工程施工，大坝平均年施工高度达68.3 m，为目前国内领先水平。

自卸汽车直接入仓、满管溜槽、皮带、布料机、宽溜槽以及相互组合的碾压混凝土入仓措施的研究、应用和技术总结为今后碾压混凝土筑坝施工提供可借鉴的施工经验。大坝碾压混凝土平层法施工技术、碾压混凝土数字化监控系统和智能温控系统在大坝混凝土施工过程的全面应用，确保了混凝土施工质量、大幅度提高了生产效率，为今后碾压混凝土筑坝施工开创了崭新的局面。