臺階法澆筑在潛明水庫大壩工程中的應用

萬春華，姜宇強，羅志軍，金永亮

（1.浙江省正邦水電建設有限公司，浙江 杭州 310051；2.縉云縣水利局，浙江 縉云 321400）

1 工程概況

潛明水庫一期工程位于浙江省縉云縣和磐安縣境內，壩址位于甌江流域好溪縉云縣境內左庫水庫附近，壩址以上集水面積304.8 km2，總庫容3 413 萬m3，電站裝機3.2 MW。工程規模為中型，工程等別為Ⅲ等。主要建筑物攔河壩、泄水建筑物、發電引水進水口等級別為3 級，最大壩高42.5 m。工程的主要任務是以防洪、供水為主，結合灌溉和發電，兼顧改善河道水環境等綜合利用。

攔河壩為常態混凝土重力壩，共分19 個壩段，由溢流壩段和非溢流壩段組成，壩體混凝土設計方量為22 萬m3。在大壩混凝土澆筑前，應明確詳實可行的澆筑方法、倉面設計、施工注意事項等，以此加快倉面周轉次數，在保證施工質量的前提下加快工程進度。同時有效控制壩體溫度，最大程度地限制施工期溫度應力引起的裂縫。本文對潛明水庫大壩施工中的關鍵澆筑技術和施工工藝進行總結。

2 混凝土澆筑方案

2.1 混凝土入倉方法

水工大體積混凝土澆筑主要采用平鋪法和臺階法[1]。2 種方法適用條件不同，針對不同工程、不同需求合理選擇入倉方法，平鋪法和臺階法的主要優缺點比較見表1。

表1 平鋪法和臺階法的主要優缺點比較表

一般情況下應優先采用平鋪法，但是在倉面面積較大、結構復雜，且混凝土溫控要求嚴格的情況下[2]，應合理選用澆筑倉面方法，可考慮使用臺階法。事實上，臺階法已廣泛應用于我國混凝土大壩的建設中[3-4]。

2.2 澆筑方案比選

2.2.1 施工條件

（1）設備選型。拌和設備選型，根據總體施工進度要求，壩體混凝土澆筑最大強度為1.86 萬m3/月，混凝土拌合系統小時生產能力：

式中：Qh為小時生產能力（m3/h）；Kh為小時不均勻系數，可取1.3～1.5；Qm為混凝土高峰澆筑強度（m3/月）；m為每月工作天數，一般取25 d；n為每天工作小時數，一般取20 h。

拌和系統選型項目部從拌和能力和經濟性2方面考慮，選用 HZ90-2F1500 型，理論生產能力90.0 m3/h。

垂直運輸設備選型。本工程大壩壩頂長325 m，底部長約260 m，壩基面總體平整，經綜合考慮，垂直運輸采用在壩體下游側設置1 臺TC7052 移動式塔吊。

（2）澆筑塊尺寸。重力壩每個壩段長18 m，最大澆筑塊倉面壩軸線方向長18 m，上下游寬40.5 m，最大倉面面積為729 m2。

（3）混凝土初凝時間。根據本工程試驗的施工配合比，混凝土初凝時間為180～240 min。

（4）設備入倉強度。

混凝土拌和能力?；炷涟韬拖到y為HZ90-2F1500 型，理論生產能力90.0 m3/h，實際生產能力按系數0.7 計算，即63.0 m3/h。

混凝土水平運輸能力。采用3 輛10 t 自卸汽車（2 輛作業，1 輛備用），每車可運輸3.0 m3，最大運輸距離約200 m，車速控制在10 km/h，往返時間為143 s，裝卸料時間按120 s 計，每趟運輸時間為263 s。單車運輸能力為3.0×60×60/263=41.1 m3/h，則水平運輸能力為41.1×2=82.2 m3/h。

混凝土垂直運輸能力?；炷链怪边\輸采用TC7052 移動式塔吊，吊罐容積為3.0 m3，最大起吊高度32 m，提升速度取25 m/min，提升時間為1.28 min，裝卸料時間取2.00 min，垂直運輸能力為3.0×60/（1.28+2.00）=54.9 m3/h。

混凝土入倉澆筑強度。綜合混凝土拌和能力、水平運輸能力以及垂直運輸能力，混凝土入倉澆筑強度為min{63.0，82.2，54.9}=54.9 m3/h。

2.2.2 鋪料方法選擇

（1）平鋪法。平鋪法鋪料厚度計算式為[5]：

式中：δ為鋪料厚度（m）；q為混凝土實際入倉強度（m3/h）；t為鋪料層的允許間隔時間（h）；S為澆筑倉的面積（m2）。

混凝土實際入倉強度q為54.9 m3/h，允許間隔時間t為3 h，澆筑倉面面積S為729 m2。經計算，鋪料厚度δ=0.23 m。

（2）臺階法。將所有臺階覆蓋一層混凝土方量，可推算出需要的混凝土入倉強度，計算公式為：

式中：V為臺階法澆筑每鋪筑1 次的混凝土量（m3）；δ為鋪料厚度（m）；n為臺階數；L為澆筑塊短邊長度（m）；v為吊罐容積（m3）。

澆筑塊短邊長度L為18 m，吊罐容積v為3 m3，鋪料厚度δ一般可取0.5 m[6]，臺階數n為4。經計算，鋪料方量V=88.2 m3。

（3）方案比選。水工混凝土澆筑單層鋪料厚度一般采用30～50 cm，平鋪法鋪料厚度δ=23 cm，小于下限30 cm，故本工程不適合選用平鋪法鋪料；本次施工混凝土初凝時間偏保守取值為3 h，臺階法鋪料澆筑一層方量V=88.2m3＜54.9×3=164.7 m3，入倉能力滿足混凝土澆筑要求。

經比選，本工程大壩混凝土澆筑選用臺階法鋪料施工。

3 倉面工藝設計

3.1 澆筑要求

（1）臺階法澆筑時，必須注意保持老混凝土面的濕潤和清潔，保證水平施工縫逐步覆蓋。

（2）在澆筑過程中，臺階層次分明，鋪料厚度控制在40～50 cm，澆筑層厚度一般為1.6～2.0 m，臺階寬度不小于2.0 m，坡度不大于1:2。

（3）在澆筑中如因機械和停電等故障而中止工作時，做好停倉準備，必須在混凝土初凝之前，把接頭處的混凝土振搗密實，特別是鋼筋網附近。

（4）用臺階法澆筑起始端的混凝土上升速度快，對模板的側向壓力較大，在加固模板時，必須考慮這一因素。

（5）現場技術人員需根據倉面情況準確選擇最優卸料方向及卸料寬度，確保形成臺階鋪料，避免產生冷縫而形成壩體滲漏。

（6）現場技術人員需判斷入倉混凝土的坍落度，對不符合臺階澆筑要求的混凝土料，作廢料處理，并及時告知拌合樓進行調整。

（7）現場振搗工人能準確把握振搗距離，防止漏振或者振搗原因導致無法形成臺階。

3.2 澆筑質量控制

為確?；炷僚_階法澆筑質量，本工程針對性采取控制坍落度、防止冷縫、混凝土鋪料厚度及振搗控制等措施。

3.2.1 控制坍落度

嚴格控制混凝土坍落度在3～5 cm 范圍內，控制方法主要有：

（1）混凝土拌和前，檢測砂、骨料的含水率，對照配比試驗所用數據，折算出實際拌和所需砂、石料及用水量。

（2）在出料口和澆筑現場均對混凝土進行坍落度檢測，對坍落度不在規定范圍內的混凝土作廢料處理。

3.2.2 防止冷縫

為盡可能防止產生冷縫，或者最大程度降低冷縫帶來的危害，在臺階法澆筑中主要采取以下措施：

（1）添加緩凝劑，延長混凝土的初凝時間。試驗表明，通過添加緩凝劑，混凝土的初凝時間從原來的2 h 增加到3～4 h。

（2）增加備用車輛和備用柴油發電機。一旦運輸車輛故障或系統斷電，立即啟用備用車輛或柴油發電機。

（3）合理布置臺階延展方向。保持臺階延展方向始終與潛在滲水方向垂直，壩體為檔水建筑物，宜從下游往上游澆筑，即使出現冷縫，由于冷縫與滲水方向垂直，滲水將不會貫穿混凝土結構產生滲漏通道。

（4）合理設置塔吊起吊點。盡可能地減少垂直吊運時間，加快混凝土入倉速度。

3.2.3 臺階寬度及厚度控制

壩體澆筑采用跳倉澆筑，開倉前，根據混凝土澆筑塊倉面面積及層厚，在側模上畫好臺階分層澆筑次序施工草圖（相臨低倉位澆筑時，直接劃在橫縫分縫板上），臺階厚度控制在50 cm 以內，臺階寬度不小于2.0 m。

3.2.4 振 搗

（1）振搗采用ZDN100 型高頻振搗器，作用半徑為50 cm，振搗器插入點整齊排列，插入距不大于振搗器作用半徑的1.5 倍，并插入下層混凝土5～10 cm。

（2）振搗時間以混凝土不再顯著下沉、氣泡不再冒出、開始泛漿時為準。

（3）在模板、鋼筋及預埋件附近振搗時，其插入距離不大于有效作用半徑的0.5 倍，且不使模板、鋼筋、預埋件變形移位。

（4）振搗作業依序進行，插入方向、角度一致，防止漏振。

（5）振搗棒盡可能直插入混凝土中，快插慢拔。

（6）振搗中的泌水及時排除，嚴禁在模板上開洞引水自流。

4 大壩混凝土實測溫度

本工程所在地夏季期長，氣溫高，高溫施工不可避免。另外，浙江省內沒有用于大壩工程的低熱水泥生產廠家，建設過程中只能就近選擇普通硅酸鹽水泥，而普通硅酸鹽水泥比表面積較大，早期強度往往較高，水化熱集中在早期釋放，對大壩混凝土澆筑溫度的控制十分不利。

臺階法澆筑有利于混凝土的溫度控制，潛明水庫大壩澆筑過程中，在大壩部分壩段、不同高程的上游面板、下游面板和壩體內部埋入溫度傳感器以測試混凝土澆筑后內部溫度歷程。溫度計安裝示意見圖1。選取典型壩段實測溫度歷程，繪制曲線見圖2（包含夏季和冬季入倉的混凝土溫度歷程）。

圖1 溫度計安裝位置示意圖

圖2 典型壩段實測溫度歷程圖

由圖2 可知，壩體內部溫度在混凝土澆筑后急劇上升，在澆筑后30～60 h 達最高值，隨后開始緩慢下降。根據各壩段統計數據可知，大壩混凝土澆筑后最高升溫約為30 ℃。大壩混凝土的溫度歷程符合一般大體積混凝土溫度變化規律，并且由于采用臺階法澆筑，混凝土溫度控制較好，有利于控制大壩溫度應力。

升溫階段，壩體上下游面板和壩體內部溫度并無太大差異，因為升溫階段時間較短，散失熱量少，不同部位的散熱環境不會對溫度造成太大影響，溫度的差異主要由配合比中水泥含量引起。

降溫階段，不同部位降溫趨勢基本相同，但相同時間點不同部位溫度之間的關系大致服從內部溫度高于上下游面板的規律。主要原因是不同部位的散熱環境不同，大壩內部散熱環境最差，因此其溫度高于上下游面板。

5 結 語

（1）潛明水庫大壩施工中采用臺階法澆筑，減少壩體水平施工縫，增加壩體美觀度。

（2）臺階法澆筑降低施工成本，臺階法鋪料1 倉可澆筑4 個臺階，只需進行1 次施工縫處理，1 次模板吊裝。

（3）臺階法澆筑有利于溫度控制，高溫及嚴寒季節，臺階法鋪料可以減少接頭覆蓋面積，減少散熱和溫度倒灌。

潛明水庫在使用臺階法澆筑時，認真遵守施工程序，采取合理的倉面工藝，保證工程質量，并且達到良好的溫度控制效果。