肖九庚，趙 毅

(中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007)

1 工程概況

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，采用堤壩式開發(fā)，是瀾滄江上游曲孜卡至苗尾河段水電梯級開發(fā)方案的第六級水電站，以發(fā)電為主。上游與托巴水電站、下游與大華橋水電站相銜接，壩址位于營盤鎮(zhèn)上游。工程樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩身溢流表孔、泄洪放空底孔、左岸折線壩身進(jìn)水口及地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成，如圖1所示。碾壓混凝土重力壩壩頂高程1 625 m，最大壩高203 m，壩頂長464 m。壩體共分20個(gè)壩段，從右至左依次為1號～7號壩段為右岸非溢流壩段；8號～11號壩段為泄洪建筑物壩段，中間布置3個(gè)尺寸為15 m×21 m的溢流表孔，兩側(cè)布置2個(gè)尺寸為5 m×8 m的泄洪放空底孔；12號～15號壩段為左岸非溢流壩段，其中12號壩段布置上壩電梯、14號壩段為轉(zhuǎn)折壩段；16號～19號壩段為進(jìn)水口壩段，布置4臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口；20號壩段為左岸非溢流壩段。壩頂全長464 m。壩體總工程量約為常態(tài)混凝土88.8萬m3、碾壓混凝土261.9萬m3。

圖1 碾壓混凝土重力壩布置示意

2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)

工程布置甸尾和梅沖河兩座混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)。甸尾大壩混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置于大壩下游左岸甸尾附近的進(jìn)廠公路內(nèi)側(cè)，與甸尾導(dǎo)流洞、廠房混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)相鄰，系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為：配置2座HL360-2S6000L型強(qiáng)制式拌和樓，2座樓的常態(tài)、碾壓混凝土銘牌產(chǎn)量分別合計(jì)為720、600 m3/h，預(yù)冷混凝土產(chǎn)量合計(jì)600 m3/h。梅沖河混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置于壩址上游梅沖河出口附近，拌和樓布置于原始地形1 621.50 m高程，配置兩座HL320-2S4500L型強(qiáng)制式拌和樓，常態(tài)混凝土銘牌產(chǎn)量為640 m3/h，預(yù)冷混凝土銘牌產(chǎn)量500 m3/h。

表1 大壩碾壓混凝土分區(qū)入倉特性統(tǒng)計(jì)

3 大壩碾壓混凝土分區(qū)規(guī)劃

3.1 大壩碾壓混凝土入倉方式

黃登水電站碾壓混凝土入倉方式主要有：自卸汽車直接入倉澆筑、自卸汽車運(yùn)輸→滿管溜槽→自卸車倉內(nèi)倒運(yùn)、供料皮帶運(yùn)輸→滿管溜槽→自卸汽車倉內(nèi)倒運(yùn)、自卸汽車運(yùn)輸→滿管溜槽→皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)→滿管溜槽+自卸汽車倉內(nèi)倒運(yùn)、自卸汽車運(yùn)輸→寬溜槽→自卸汽車倉內(nèi)倒運(yùn)、自卸汽車運(yùn)輸→皮帶運(yùn)輸→布料機(jī)等方式。

(1)自卸汽車直接入倉澆筑(見圖2)。在入倉口倉外設(shè)洗車平臺(tái)和脫水路段，入倉口倉內(nèi)采用常態(tài)混凝土提前澆筑入倉道路，自卸汽車載碾壓混凝土依次通過洗車平臺(tái)、脫水路段、入倉路至碾壓倉內(nèi)卸料，自卸汽車入倉口設(shè)置在壩體下游，入倉道路在碾壓倉澆筑完成備倉間歇期間填筑不斷加高至自卸汽車爬坡極限坡度。

圖2 自卸汽車直接入倉澆筑示意(單位：mm)

(2)自卸汽車運(yùn)輸→滿管溜槽→自卸車倉內(nèi)倒運(yùn)。滿管溜槽采用矩形和圓形2種截面形式，根據(jù)壩基兩岸施工道路分別布置在左岸高程1 500.00、1 560.00、1 625.00 m平臺(tái)，右岸6壩段高程1 528.00、1 560.00 m平臺(tái)、2壩段高程1 623.00 m平臺(tái)。每個(gè)平臺(tái)布置2組以上滿管溜槽以滿足澆筑強(qiáng)度需求和交替檢修需求。根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，圓形截面滿管溜槽較矩形截面滿管溜槽效率高、故障頻率小。

3.2 大壩碾壓混凝土分區(qū)施工

根據(jù)壩基兩岸施工道路和地形特點(diǎn)，碾壓混凝土按不同高程、不同入倉方式、倉面面積、施工季節(jié)、資源配置等特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)施工，大壩碾壓混凝土分區(qū)特性表見表1。

4 碾壓混凝土工藝指標(biāo)

黃登水電站大壩碾壓混凝土工藝指標(biāo)主要有：

(1)碾壓混凝土鋪筑層以固定方向逐條帶鋪筑，條帶鋪料、平倉、碾壓作業(yè)方向與壩軸線方向平行。

(2)攤鋪厚度按33～35 cm控制，壓實(shí)厚度按30 cm控制。

(3)卸入倉面的混凝土及時(shí)平倉、碾壓，壓條帶作業(yè)時(shí)間不大于2 h。

(4)振動(dòng)碾行走速度控制在1.0～1.5 km/h 范圍內(nèi)，走向偏差在20 cm內(nèi)。

(5)碾壓遍數(shù)2+6+2(靜碾+振動(dòng)碾+靜碾)，碾壓條帶間的搭接寬度為10～20 cm，端頭部位的搭接寬度不小于100 cm。

(6)碾壓條帶作業(yè)結(jié)束后，每層按100～200 m2方格網(wǎng)布置一個(gè)壓實(shí)度檢測點(diǎn)，碾壓混凝土相對密實(shí)度按大于等于98%控制。

(7)混凝土拌和物從拌和到碾壓完畢的時(shí)間最多不得超過2 h，高溫季節(jié)(4月～9月)碾壓混凝土，上一層混凝土覆蓋的時(shí)間間隔不得大于4 h，低溫季節(jié)(10月～翌年3月)碾壓混凝土，上一層混凝土覆蓋時(shí)間不得超過6 h。

(8)當(dāng)倉內(nèi)氣溫高于25 ℃時(shí)，采取噴霧機(jī)進(jìn)行倉面噴霧降溫。

(9)變態(tài)混凝土采用插孔→注漿→振搗法施工。

(10)碾壓混凝土分區(qū)內(nèi)的結(jié)構(gòu)縫采用切縫機(jī)切割。切縫采用“先碾后切”的方式，深度為碾壓層厚度的2/3。縫內(nèi)填充4層彩條布，填充物距壓實(shí)面1～2 cm，切縫完畢后用BW202AD 型振動(dòng)碾碾壓1～2遍。

5 碾壓混凝土施工方法

5.1 施工方法及施工設(shè)備配置

碾壓混凝土平層法施工方法采用通倉、分區(qū)、平層、逐層鋪筑施工。壩體上下游及橫縫采用翻轉(zhuǎn)模板，局部輔以定型鋼模板施工，倉號澆筑前模板、鋼筋、埋件等全部安裝到位，冷卻水管在澆筑過程中鋪設(shè)。倉面按鋪料→平倉→碾壓→檢查的順序交替流水施工。每2～3個(gè)條帶為一個(gè)作業(yè)區(qū)，配置平倉、碾壓設(shè)備1套。條帶寬度根據(jù)作業(yè)時(shí)間確定，以混凝土開始拌和至碾壓完成控制在2 h以內(nèi)為原則。作業(yè)區(qū)劃分以工程量基本相同、完成每項(xiàng)工序的時(shí)間基本相同為原則。每個(gè)作業(yè)區(qū)單獨(dú)配置澆筑資源，由澆筑倉面總指揮統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。碾壓混凝土采用自卸汽車?yán)\(yùn)直接入倉、自卸汽車?yán)\(yùn)+滿管溜槽+自卸汽車倉內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)、自卸汽車?yán)\(yùn)+滿管溜槽+皮帶運(yùn)輸+自卸汽車倉內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)等方式入倉澆筑。切縫作業(yè)單獨(dú)安排作業(yè)班組專人負(fù)責(zé)。大型噴霧機(jī)架設(shè)在相鄰倉號或模板上口，由專人維護(hù)、運(yùn)行。

大壩碾壓混凝土施工主要設(shè)備配置見表2。

表2 碾壓混凝土主要施工設(shè)備配置

5.2 典型碾壓混凝土倉面設(shè)計(jì)

碾壓混凝土倉面設(shè)計(jì)內(nèi)容包括施工分區(qū)、條帶劃分、澆筑資源配置、澆筑方法、應(yīng)急措施等內(nèi)容，黃登大壩碾壓混凝土施工典型倉面設(shè)計(jì)見圖3。

在施工資源充分，混凝土入倉強(qiáng)度有一定富余度的情況下采用平層法施工。碾壓混凝土平層法施工澆筑倉號歷史短，有利于整體施工進(jìn)度控制，混凝土從拌合到碾壓完成控制在2 h內(nèi)，混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑各環(huán)節(jié)運(yùn)行緊湊，對整體施工組織水平要求高，各環(huán)節(jié)必須保證高效運(yùn)行。

澆筑倉號資源投入集中，對施工組織和專業(yè)化水平要求高，澆筑倉號要做到分區(qū)、分專業(yè)施工，避免施工資源跨區(qū)、跨專業(yè)施工造成顧此失彼；澆筑倉號施工機(jī)械密集，自卸汽車、平倉機(jī)、振動(dòng)碾、振搗臂、切縫機(jī)等大型設(shè)備同倉作業(yè)，倉號協(xié)調(diào)指揮工作尤為重要，施工人員專業(yè)及崗位分工要具體、詳細(xì)、單一。指揮協(xié)調(diào)按照指揮長→區(qū)長→班長→施工人員的程序下達(dá)落實(shí)指令，避免多個(gè)信息來源造成矛盾指令、施工不暢?；炷龄伭享樞蚋鶕?jù)來料點(diǎn)，采取由遠(yuǎn)而近、上游防滲區(qū)優(yōu)先的原則。平層法澆筑倉面面積大、混凝土種類多，不同標(biāo)號混凝土同時(shí)入倉澆筑，若管理不善易造成混亂。為確保澆筑倉面運(yùn)輸流暢、卸料位置準(zhǔn)確采取了以下管理措施：在倉面與拌和樓設(shè)置專人要料、所有拉運(yùn)混凝土車輛均在明顯位置掛混凝土標(biāo)識牌、在入倉口和每個(gè)作業(yè)區(qū)安排車輛指揮專員與倉面要料員對接。冷卻水管鋪設(shè)比較集中且大面占據(jù)作業(yè)面積，對澆筑影響較大，需安排專人負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作，提前籌劃，協(xié)調(diào)好作業(yè)區(qū)域，避免澆筑倉面交通不暢造成無法及時(shí)覆蓋影響混凝土施工質(zhì)量。變態(tài)混凝土是施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)，工程采用插孔、注漿、振搗的施工工藝，為確保施工質(zhì)量，制作了插孔器、限位器、定量量杯等專用工具，有效的控制了變態(tài)混凝土的施工質(zhì)量。

圖3 12號～15號壩段 自卸汽車直接入倉+滿管溜槽入倉澆筑典型碾壓倉面設(shè)計(jì)(單位：mm)

6 混凝土溫度控制

混凝土溫度控制包括拌和樓出機(jī)口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、混凝土內(nèi)部最高溫度控制、表面養(yǎng)護(hù)保溫等。

6.1 混凝土出機(jī)口溫度控制措施

對成品料倉設(shè)置涼棚，成品料倉堆料高度不低于8 m，確保骨料溫度少受日氣變化的影響；出料皮帶及骨料罐要設(shè)涼棚防雨防曬等。對混凝土骨料采用一、二次風(fēng)冷等措施進(jìn)行預(yù)冷，并采取加片冰、加制冷水拌和等措施以降低混凝土出機(jī)口溫度。按骨料的實(shí)際含水量變化情況及時(shí)調(diào)整混凝土用水量和加冰量，確?；炷脸鰴C(jī)口溫度及坍落度(或VC值)滿足要求。

6.2 混凝土入倉溫度控制

加強(qiáng)施工管理，盡量減少轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)這縮短運(yùn)輸時(shí)間，避免混凝土運(yùn)輸車輛在運(yùn)輸途中長時(shí)間等候。禁止采用尾氣設(shè)于車廂的汽車運(yùn)輸混凝土，并要求運(yùn)輸車輛車廂沖洗時(shí)間間隔不大于2 h?；炷吝\(yùn)輸車必須設(shè)置防曬、防雨設(shè)施。高溫季節(jié)(4月～9月)運(yùn)輸混凝土?xí)r，應(yīng)對運(yùn)輸車輛采取保溫措施，以減少運(yùn)輸過程中溫度回升。

6.3 混凝土澆筑溫度控制措施

及時(shí)平倉、振搗或碾壓，碾壓混凝土碾壓條帶作業(yè)時(shí)間應(yīng)不大于2 h。高溫季節(jié)(4月～9月)澆筑過程中在混凝土振搗或碾壓密實(shí)后立即覆蓋保溫材料進(jìn)行保溫，控制混凝土坯間層間隔時(shí)間：4月～9月不大于4 h；10月～翌年3月不大于6 h。當(dāng)倉內(nèi)氣溫高于25 ℃時(shí)，采取噴霧機(jī)進(jìn)行倉面噴霧，噴霧應(yīng)能覆蓋整個(gè)倉面。噴霧時(shí)水分不應(yīng)過量，噴霧后澆筑倉內(nèi)氣溫較外界氣溫應(yīng)至少降低3 ℃。

6.4 混凝土內(nèi)部溫度控制措施

大壩混凝土內(nèi)部采用預(yù)埋冷卻水管通水冷卻控制大壩混凝土內(nèi)部溫度。冷卻水管管材采用內(nèi)徑28 mm、外徑32 mm的HDPE塑料水管。冷卻水管垂直水流方向鋪設(shè)，水管間距1～1.5 m、層距1.5～3 m，澆筑過程中鋪設(shè)。冷卻水管鋪設(shè)完成后即開始通水冷卻，大壩混凝土通水冷卻分一期通水冷卻、補(bǔ)充通水冷卻和中期通水冷卻3個(gè)階段。一期通水冷卻的主要目的是消減澆筑層初期水化熱溫升，控制混凝土最高溫度不超過容許范圍，并減少內(nèi)外溫差。補(bǔ)充通水冷卻的目的是控制一期冷卻悶溫結(jié)束后的混凝土內(nèi)部溫度回升，溫度回升值應(yīng)控制在不超過一期冷卻結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)2.0 ℃。中期通水冷卻的主要目的是削減混凝土內(nèi)外溫差，預(yù)防混凝土在冬季出現(xiàn)裂縫。每年10月初開始對當(dāng)年4月～9月澆筑的壩體混凝土進(jìn)行中期通水冷卻，將混凝土內(nèi)部溫度降至20～22 ℃。

7 碾壓混凝土數(shù)字化應(yīng)用

數(shù)字黃登·大壩施工管理信息化系統(tǒng)是以黃登水電站工程為依托，聯(lián)合國內(nèi)高校與科研單位共同進(jìn)行，綜合運(yùn)用工程技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、手持式數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)傳感技術(shù)(物聯(lián)網(wǎng))、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多方面技術(shù)，開發(fā)出一套基于windows平臺(tái)的混凝土重力壩施工質(zhì)量智能控制及管理信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大壩混凝土從原材料、生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑到運(yùn)行的全面質(zhì)量監(jiān)控。

7.1 碾壓混凝土數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

黃登水電站大壩混凝土采用全過程數(shù)字化監(jiān)控，施工質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)主要由碾壓施工實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和熱升層時(shí)間間隔實(shí)時(shí)監(jiān)控2個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。

7.1.1碾壓施工實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

碾壓施工實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)工作原理是通過在碾壓機(jī)安裝GPS流動(dòng)站，實(shí)時(shí)接受GPS基準(zhǔn)站差分信號，并將碾壓機(jī)位置信息、振動(dòng)狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送到施工工藝監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器，通過對比預(yù)先設(shè)定的施工工藝參數(shù)建立了一套“監(jiān)測-分析-反饋-處理”的碾壓混凝土壩施工工藝監(jiān)控體系，如圖4所示。

圖4 碾壓施工監(jiān)控操作流程

施工過程中，對于超過工藝規(guī)定的施工參數(shù)進(jìn)行報(bào)警，如圖5所示。

圖5 碾壓機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控

倉面施工完成后，可生成最終碾壓遍數(shù)、高程、厚度等圖形報(bào)告，作為單元驗(yàn)收輔助材料。

7.1.2碾壓混凝土熱升層實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

施工前根據(jù)倉面設(shè)計(jì)樁號范圍，將施工倉面位置信息輸入監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)將倉面均勻劃分為2 m×2 m網(wǎng)格，實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示倉面任意位置熱升層時(shí)間，如圖6所示。

圖6 碾壓施工熱升層實(shí)時(shí)監(jiān)控桌面及報(bào)警

7.2 碾壓混凝土智能溫控系統(tǒng)應(yīng)用

黃登水電站在傳統(tǒng)混凝土溫控施工工藝的基礎(chǔ)使用混凝土溫控智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過使用“混凝土溫控智能監(jiān)控系統(tǒng)”，對骨料溫度、出機(jī)口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、混凝土內(nèi)部溫度及進(jìn)水水溫、出水水溫、通水流量等溫控要素的全過程實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測，可以直接獲取大壩每一倉混凝土的溫控狀況。

圖7 混凝土智能通水原理

智能通水冷卻是根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)采集的溫度信息，利用黃登大壩混凝土智能通水冷卻參數(shù)預(yù)測模型，自動(dòng)評估計(jì)算出第二天將要采用的通水冷卻指令，并自動(dòng)將此通水指令發(fā)送到每一個(gè)測控裝置。大壩冷卻水智能通水測控箱，集自動(dòng)水溫測量、換向、流量調(diào)控一體，能及時(shí)自動(dòng)調(diào)整每一根水管的通水流量，達(dá)到精確、及時(shí)、無人工干預(yù)的自動(dòng)控制大壩每一倉混凝土的通水冷卻。

8 結(jié) 語

黃登水電站是目前國內(nèi)已建最高碾壓混凝土重力壩，工程施工中克服了氣候特殊、工期緊、工程量大、施工機(jī)械布置困難等難題，在3年時(shí)間完成了大壩混凝土工程施工，大壩平均年施工高度達(dá)68.3 m，為目前國內(nèi)領(lǐng)先水平。

自卸汽車直接入倉、滿管溜槽、皮帶、布料機(jī)、寬溜槽以及相互組合的碾壓混凝土入倉措施的研究、應(yīng)用和技術(shù)總結(jié)為今后碾壓混凝土筑壩施工提供可借鑒的施工經(jīng)驗(yàn)。大壩碾壓混凝土平層法施工技術(shù)、碾壓混凝土數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)和智能溫控系統(tǒng)在大壩混凝土施工過程的全面應(yīng)用，確保了混凝土施工質(zhì)量、大幅度提高了生產(chǎn)效率，為今后碾壓混凝土筑壩施工開創(chuàng)了嶄新的局面。