高碾壓混凝土拱壩施工工藝

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　　1前言

　　1.1工程概況

　　沙牌水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣境內(nèi)，是岷江支流草坡河上游的龍頭電站。電站由碾壓混凝土拱壩、泄洪洞、引水系統(tǒng)和地面廠房等組成。大壩壩高132m，比國(guó)外最高的南非伏爾維丹壩（高70m）、國(guó)內(nèi)建成的普定壩（高75m）均高，是目前世界上最高的碾壓混凝土拱壩。壩址處河谷呈“V”形，兩岸谷坡40°～70°，河面寬40～80m.大壩為全碾壓混凝土拱壩，混凝土量36.3萬(wàn)m3，壩型為三心圓單曲拱壩，壩底高程1735.5m，壩頂高程1867.5m，底寬28m，頂寬9.5m。

　　1.2碾壓混凝土拱壩施工現(xiàn)狀

　　1986年我國(guó)建成了第一座碾壓混凝土坑口重力壩，1989年通過論證決定在普定采用碾壓混凝土拱壩，1993年該壩建成。該壩的建成，在碾壓混凝土材料、入倉(cāng)工藝、壩面作業(yè)等方面都取得了高水平的科研成果，為100m以下碾壓混凝土拱壩的設(shè)計(jì)、施工積累了經(jīng)驗(yàn)。在總結(jié)成功建筑100m以下碾壓混凝土拱壩經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)壩高100m以上的薄拱壩采用碾壓混凝土筑壩進(jìn)行了研究，以使我國(guó)在用碾壓混凝土建筑高拱壩的技術(shù)上繼續(xù)居于世界領(lǐng)先地位。

　　碾壓混凝土壩入倉(cāng)及施工工藝，已從初期的自卸汽車、簡(jiǎn)易纜機(jī)和溜槽方式發(fā)展到自卸汽車、真空溜管和高速皮帶機(jī)、塔帶機(jī)、斜坡道等入倉(cāng)方式；在碾壓混凝土使用部位上，從基礎(chǔ)墊層混凝土、上下游面防滲層、建筑物周邊及與岸坡接觸段等部位采用常態(tài)混凝土到現(xiàn)在整個(gè)大壩全部采用碾壓混凝土。在筑壩技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步的同時(shí)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)整個(gè)施工過程進(jìn)行仿真，預(yù)測(cè)任意時(shí)刻大壩的施工面貌和工期情況，亦是大壩施工組織設(shè)計(jì)和施工管理發(fā)展的方向，代表了計(jì)算機(jī)時(shí)代碾壓混凝土壩設(shè)計(jì)和施工管理的趨勢(shì)。本研究從碾壓混凝土入倉(cāng)工藝、改性混凝土使用范圍、冬季施工及計(jì)算機(jī)仿真大壩施工等方面，提出了碾壓混凝土拱壩施工模擬程序及現(xiàn)場(chǎng)大壩混凝土施工工藝。

　　1.3研究?jī)?nèi)容

　　結(jié)合已開工建設(shè)、壩高132m的碾壓混凝土拱壩的快速施工研究，對(duì)100m級(jí)以上高碾壓混凝土拱壩的施工工藝、入倉(cāng)方式、冬季施工措施、施工過程仿真管理系統(tǒng)，解決以下4個(gè)主要問題：

　?。?）研究碾壓混凝土拱壩的入倉(cāng)工藝，著重解決100m以上高差、采用真空溜管輸送碾壓混凝土的入倉(cāng)工藝；

　?。?）研究改性混凝土的使用范圍和施工工藝；

　?。?）大壩冬季施工方案及措施；

　?。?）高碾壓混凝土拱壩施工全過程仿真模擬。

　　2入倉(cāng)方式及施工研究

　　2.1100m級(jí)真空溜管設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究

　　2.1.1概述

　　真空溜管輸送混凝土入倉(cāng)工藝，以投資少、運(yùn)行簡(jiǎn)便、輸送效率高等特點(diǎn)，在諸多混凝土垂直入倉(cāng)方式中獨(dú)樹一幟，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。100m級(jí)真空溜管的研究，是在“八五”科技攻關(guān)的基礎(chǔ)上，為擴(kuò)大真空溜管的使用范圍，完善“八五”攻關(guān)的成果而進(jìn)行的一次積極的嘗試。

　　真空溜管技術(shù)輸送碾壓混凝土，在普定水電站工程50m左右高差情況下，已有較成功的經(jīng)驗(yàn)。但輸送碾壓混凝土高差達(dá)100m級(jí)時(shí)，尚存在如下問題：

　?。?）輸送高差大，如何保證碾壓混凝土質(zhì)量及保證達(dá)到不飛濺、不堵塞、不分離；

　?。?）碾壓混凝土輸送出口速度的控制；

　?。?）對(duì)工藝、材料、設(shè)備性能等方面都有新的要求。

　　100m級(jí)真空溜管的設(shè)計(jì)研究，主要解決碾壓混凝土壩入倉(cāng)高差在100m情況下的技術(shù)問題。在保證入倉(cāng)強(qiáng)度和質(zhì)量的前提下，入倉(cāng)設(shè)施應(yīng)簡(jiǎn)單實(shí)用，方便施工，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

　　（1）真空溜管輸送混凝土高差達(dá)到100m級(jí)；

　　（2）輸送強(qiáng)度不低于180m3／h；

　?。?）管徑控制在0.4～0.8m，管節(jié)長(zhǎng)4～5m；

　　（4）溜管長(zhǎng)度控制在90～120m；

　?。?）輸送二級(jí)配或三級(jí)配碾壓混凝土，最大骨料粒徑控制在80mm。

　　此外，為使真空溜管使用高差達(dá)100m級(jí)并使輸送強(qiáng)度達(dá)200m3／h左右，還對(duì)真空溜管的制造工藝作了研究，并進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)。

　　2.1.2真空溜管設(shè)計(jì)

　　100m級(jí)真空溜管系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

　　2.1.3真空溜管制造工藝及生產(chǎn)性試驗(yàn)

　　真空溜管制造及生產(chǎn)性試驗(yàn)原定在四川沙牌水電站進(jìn)行，后因種種原因，實(shí)際研究和生產(chǎn)性試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)為云南大朝山水電站C3標(biāo)工地。

　　大朝山水電站利用真空溜管入倉(cāng)澆筑的混凝土大部分為碾壓混凝土，共布置4條溜管。在右岸布置1號(hào)和2號(hào)溜管，受料斗高程均為856.45m；1號(hào)溜管受料斗出口中心在壩下0＋038.00m，2號(hào)溜管在壩下0＋030.00m；1號(hào)溜管的出料口高程為807.2m，2號(hào)溜管為813.00m。兩溜管最大垂直輸送高差58m.

　　在左岸布置3號(hào)和4號(hào)溜管，受料斗高程均為906.00m；3號(hào)溜管的出料口高程為817.00m，4號(hào)溜管出料口高程為820.00m。3號(hào)溜管最大垂直高差89m，4號(hào)溜管最大垂直高差86m。

　　受料斗的上面尺寸為3400mm×3400mm，下面尺寸為600mm×600mm，高度2900mm.受料斗為鋼結(jié)構(gòu)，罐體鋼板材質(zhì)為Q235－A，板厚6mm，在受料斗的外壁上裝有附著式震動(dòng)器（ZF110型）。受料斗通過四支撐柱的地腳螺栓與基礎(chǔ)相連。

　　受料斗下面設(shè)置全封閉的雙開下料弧門，并由弧門轉(zhuǎn)動(dòng)軸端的連桿與氣缸相連，以啟閉下料弧門。下料弧門下面裝有弧門與槽身之間的過渡節(jié)，過渡節(jié)是一可調(diào)整30°左右的活向節(jié)型式，以適應(yīng)溜槽槽身安裝時(shí)角度調(diào)整的需要。

　　在過渡節(jié)下面裝設(shè)“標(biāo)準(zhǔn)”長(zhǎng)度的溜管槽身及湊合節(jié)，在湊合節(jié)下料的出口處，還裝設(shè)了出口彎頭，以防止混凝土下料時(shí)對(duì)裝運(yùn)設(shè)備（自卸車）的沖擊。

　　受料斗安裝在牢固的混凝土并鋼支架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，溜管槽身支撐在鋼排架或鋼管腳手架上。支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)穩(wěn)固可靠，便于維護(hù)人員的行走。

　　研制時(shí)，針對(duì)“八五”攻關(guān)所用弧門存在的密封件磨損大、維修不便及難以形成負(fù)壓等缺點(diǎn)，100m級(jí)溜管的給料裝置采用了全封閉式的弧門——“碟形弧門”。在儲(chǔ)料斗內(nèi)有混凝土的情況下，該弧門的內(nèi)腔與外界幾乎完全隔離，且不依賴橡膠件密封，故具有啟閉力小、工作可靠、不需更換密封件等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)一年多的使用證明，研制是比較成功的。

　　真空溜管槽身的橡膠帶，起著裹夾混凝土及在槽內(nèi)形成負(fù)壓的雙重作用，為達(dá)到這一目的，就要求膠帶應(yīng)盡量柔軟，以增大其與槽內(nèi)混凝土的接觸面積；而為了提高膠帶的使用壽命，又要求其具有良好的耐磨性。為此，與云南雙江橡膠廠聯(lián)合進(jìn)行了柔軟耐磨橡膠帶的研制。研制中將減少芯布的層數(shù)作為提高柔軟性的手段之一，同時(shí)力爭(zhēng)通過優(yōu)化配方及改進(jìn)硫化工藝，進(jìn)一步降低膠體硬度并將試驗(yàn)?zāi)ズ挠蓢?guó)際橡膠輸送帶的0.8％降至0.4％。目前，溜管采用的橡膠帶為兩層膠夾一層尼龍芯布，工作面膠厚3.5mm，非工作面膠厚1mm。

　　溜管弧門啟閉的動(dòng)力采用了氣動(dòng)及液動(dòng)兩套方案。供氣較方便的右岸1號(hào)、2號(hào)溜管，采用氣力驅(qū)動(dòng)，而對(duì)遠(yuǎn)離氣源的左岸3號(hào)、4號(hào)溜管，則采用了液壓驅(qū)動(dòng)。兩種驅(qū)動(dòng)方式的開關(guān)時(shí)間均由設(shè)置在操作室內(nèi)的時(shí)間繼電控制。根據(jù)目前倉(cāng)內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)車輛載重量為15t的情況，弧門每一工作循環(huán)的開關(guān)時(shí)間設(shè)定為：開9s→關(guān)3s→開9s→關(guān)。

　　從大朝山水電站100m級(jí)真空溜管的生產(chǎn)性試驗(yàn)和大壩混凝土入倉(cāng)運(yùn)行情況看，用100m級(jí)高差真空溜管輸送碾壓混凝土入倉(cāng)是完全可行的，質(zhì)量和施工強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)和施工要求。至2000年4月，大朝山水電站共利用真空溜管輸送混凝土42.6萬(wàn)m3，與利用纜機(jī)吊運(yùn)比較，節(jié)約成本約80萬(wàn)元。

　　大朝山100m級(jí)真空溜管試驗(yàn)研究成果已應(yīng)用于沙牌大壩真空溜管的設(shè)計(jì)及制造，為沙牌大壩上部混凝土采用真空溜管入倉(cāng)及保證混凝土質(zhì)量創(chuàng)造了條件。

　　2.2壩面作業(yè)工藝研究

　　2.2.1施工工藝研究

　　2.2.1.1混凝土入倉(cāng)布置方案

　　根據(jù)沙牌RCC拱壩壩址處兩岸山坡陡峭，河谷深切，加之右岸又無(wú)交通道路的情況，經(jīng)方案比較后，決定采用低線公路汽車直接入倉(cāng)和高線公路左岸真空溜管入倉(cāng)方案?；訅|座根據(jù)開挖后揭露的良好地質(zhì)狀況，抬高至1738.0m，墊座混凝土入倉(cāng)采用低線公路基坑出渣道路，在壩踵處搭設(shè)斜溜槽，倉(cāng)面由裝載機(jī)和自卸車接料，由平倉(cāng)機(jī)攤鋪澆筑混凝土；在1738.0m～1800.0m利用壩下游入倉(cāng)道路汽車直接入倉(cāng)；在1800.0m～1860.0m為左岸兩條真空溜管入倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)由自卸車接料運(yùn)至碾壓條帶攤鋪；在1860.0m～1867.5m為左岸壩頂斜溜槽＋纜機(jī)和汽車直接組合入倉(cāng)方案。

　?。?）低線公路＋自卸汽車直接入倉(cāng)。由低線公路經(jīng)汽車直接入倉(cāng)澆筑壩體混凝土的總量為140517m3，占?jí)误w混凝土總量的38.6％；澆筑壩體高度為62.0m，占?jí)误w總高度的48.0％。入倉(cāng)道路填筑石渣總量約4.7萬(wàn)m3。

　?。?）高線公路＋真空溜管入倉(cāng)。高線公路入倉(cāng)的碾壓混凝土總量為216347m3，占混凝土總量的59.5％。真空溜管澆筑壩體高度60m。

　?。?）20t纜機(jī)＋汽車和溜槽聯(lián)合入倉(cāng)方案。由于在高程1860.0m以上真空溜管已失去作用，故改用20t纜機(jī)在入倉(cāng)公路1800.0m吊進(jìn)倉(cāng)面，同時(shí)在高線公路左壩肩搭設(shè)混凝土斜溜槽，倉(cāng)面由自卸車接料聯(lián)合入倉(cāng)。在離壩頂部2m高的碾壓混凝土采用高線公路汽車直接入倉(cāng)方案進(jìn)行。

　　2.2.1.2碾壓層厚及升層高度確定

　　（1）碾壓層厚的確定。根據(jù)大壩RCC澆筑的入倉(cāng)方案、拌合運(yùn)輸能力、倉(cāng)面面積以及碾壓混凝土的凝結(jié)時(shí)間，綜合考慮RCC施工中的碾壓層厚度及升層高度。當(dāng)倉(cāng)面面積小于2000m2時(shí)，碾壓層厚度為30cm；倉(cāng)面大于2000m2時(shí)，碾壓層厚度為25cm.在1742m～1760m，為30cm一層，共60層；在1760m～1867.5m為25cm一層，共計(jì)430層。

　　（2）大壩碾壓升層高度的確定。根據(jù)入倉(cāng)道路及大壩細(xì)部結(jié)構(gòu)如灌漿廊道、電梯井、觀測(cè)廊道、誘導(dǎo)縫布置等確定RCC的升層高度，整個(gè)大壩共設(shè)18個(gè)升層。

　　2.2.1.3施工機(jī)械配置

　　（1）碾壓設(shè)備。碾壓機(jī)采用從德國(guó)進(jìn)口的BW-202AD、BW201AD與BW75S，根據(jù)實(shí)測(cè)，大碾平均行走速度為1.25km／h。按照工藝試驗(yàn)及大壩施工碾壓檢測(cè)結(jié)果，25～30cm碾壓層碾壓遍數(shù)為：無(wú)振碾壓2遍，有振碾壓6～8遍，再無(wú)振碾壓1～2遍。

　?。?）平倉(cāng)設(shè)備。根據(jù)施工倉(cāng)面及施工堆料情況，倉(cāng)面配置2臺(tái)平倉(cāng)機(jī)，其中一臺(tái)為日本小松D31P濕地推土機(jī)，另一臺(tái)為美國(guó)D3CLGP平倉(cāng)機(jī)。

　　2.2.1.4模板設(shè)計(jì)

　　根據(jù)沙牌拱壩的結(jié)構(gòu)，參照普定RCC施工模板、二灘拱壩常態(tài)混凝土施工模板，該工程使用的施工大模板，其面板尺寸設(shè)計(jì)為上游3m×3.1m，下游3m×3.2m（寬×高）。面板采用4mm厚鋼板，鋼板與次梁之間用螺栓連接，支撐桁架由〔18、〔12、〔10槽鋼組成，整塊模板重1.5t.該套模板有如下特點(diǎn)：

　?。?）上下模板吊裝就位時(shí)的連接不用螺栓，改為“Y”式承插對(duì)位，可縮短立模時(shí)間；

　?。?）拉模裝置采用固定式錐頭螺栓與拉模埋筋連接，脫模時(shí)拉模筋與大模板分開，使大模板退位迅速，拉模桿不易丟失；

　?。?）大模板各部件之間全采用螺栓連接，維護(hù)、拆裝運(yùn)輸方便。

　　2.2.1.5壩面作業(yè)工藝

　?。?）鋪料與平倉(cāng)?；炷亮显趥}(cāng)面上采用自卸車兩點(diǎn)疊壓式卸料串聯(lián)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)法，鋪料條帶從上游向下游垂直于水流向（或平行于壩軸線）布置。

　　（2）倉(cāng)面的碾壓。沙牌大壩為全斷面碾壓混凝土的高拱壩，根據(jù)工藝性試驗(yàn)結(jié)果及大壩實(shí)際施工情況確定：大碾作業(yè)時(shí)碾壓遍數(shù)為無(wú)振2遍，有振6～8遍，無(wú)振1～2遍。實(shí)測(cè)表明，最后無(wú)振碾壓1～2遍不影響碾壓混凝土的密實(shí)，僅影響倉(cāng)面的感觀；BW75S小振為無(wú)振2遍，有振28～30遍，無(wú)振1～2遍。最終以核子密度儀檢測(cè)碾壓混凝土容重，結(jié)果表明，達(dá)到規(guī)定要求。

　　2.3改性混凝土擴(kuò)大使用范圍研究

　　2.3.1改性混凝土定義

　　改性混凝土是在碾壓混凝土拌和物中鋪灑一定數(shù)量的水泥粉煤灰凈漿，使碾壓混凝土改性。可用變頻振搗器振實(shí)。

　　在收集分析普定碾壓混凝土拱壩有關(guān)改性混凝土施工及其漿液配制等的基礎(chǔ)上，針對(duì)普定碾壓混凝土與常態(tài)混凝土結(jié)合部施工互相制約，拌和樓因改換混凝土品種而造成相互干擾、影響碾壓混凝土施工進(jìn)度等原因，設(shè)想通過改進(jìn)改性混凝土施工的工藝措施，擴(kuò)大其使用范圍，即將原基巖面與碾壓混凝土結(jié)合部的常態(tài)混凝土改為改性混凝土，避免倉(cāng)面因多品種混凝土施工而相互制約，以及拌合樓拌多種混凝土而相互干擾，以提高碾壓混凝土施工速度，進(jìn)一步降低筑壩成本。為此，結(jié)合沙牌工程進(jìn)行了一系列有關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，以解決漿體設(shè)計(jì)、漿體量控制、施工工藝、質(zhì)量控制等問題。

　　2.3.2改性混凝土室內(nèi)試驗(yàn)和性能試驗(yàn)

　　2.3.2.1加漿量選擇

　　加漿量以漿體體積與密實(shí)的碾壓混凝土體積之比表示。在室內(nèi)對(duì)改性混凝土加漿量的現(xiàn)場(chǎng)施工工況進(jìn)行了模擬：先灑一定量的漿液，然后鋪上一定量的碾壓混凝土拌和物，用震搗棒振實(shí)，測(cè)試不同加漿量對(duì)改性混凝土振實(shí)時(shí)間和強(qiáng)度的影響，以選擇施工時(shí)改性混凝土的加漿量，試驗(yàn)成果見表2、3。

　　由表2可知：隨著加漿量的增加，改性混凝土的泛漿時(shí)間大幅度下降，加漿量由2％增至10％時(shí)，泛漿時(shí)間下降了104s。由表3可知：當(dāng)加漿量為4％時(shí)改性混凝土的容重為2516kg／m3，在不同加漿量的改性混凝土中最大；90天抗壓強(qiáng)度26.3MPa，為碾壓混凝土的102％；90天抗折強(qiáng)度2.05MPa，為碾壓混凝土的117％。綜合室內(nèi)試驗(yàn)成果，沙牌碾壓混凝土改性加漿量以4％為宜。

　　2.3.2.2改性混凝土的性能試驗(yàn)

　　為了檢測(cè)改性混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否達(dá)到沙牌工程的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)上面的試驗(yàn)成果選用4％的加漿量對(duì)其各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)。

　　當(dāng)加漿量為4％時(shí)改性混凝土的90天劈拉強(qiáng)度2.05MPa，抗?jié)B大于S8，90天極限拉伸值1.29×10-4，彈性模量為15.91GPa，全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，與碾壓混凝土一樣反映出了高拉伸低彈模的特性。根據(jù)試驗(yàn)成果，確定現(xiàn)場(chǎng)施工的加漿量為4％。

　　2.3.3現(xiàn)場(chǎng)施工工藝試驗(yàn)

　　不同的鋪漿方法對(duì)改性混凝土的施工速度和施工質(zhì)量有很大影響。在沙牌工程對(duì)表面灑鋪法、溝槽鋪漿法和打孔注漿法三種鋪漿工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。沙牌工程選用加漿量4％和溝槽鋪漿法作為改性混凝土的鋪漿施工工藝。計(jì)量方法采用計(jì)時(shí)法。經(jīng)比較，溝槽鋪漿法的振實(shí)時(shí)間適合現(xiàn)場(chǎng)施工。

　　2.3.4改性混凝土的應(yīng)用范圍

　　在“八五”攻關(guān)的普定RCC施工中，已成功地將改性混凝土應(yīng)用于振動(dòng)碾碾壓不到的死角及電梯井、廊道周邊鋼筋混凝土區(qū)域。為了更快地提高RCC的施工速度，沙牌電站在普定工程改性混凝土應(yīng)用的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大了使用范圍，將與兩岸坡基巖面接觸的墊層常態(tài)混凝土、壩面上游防滲區(qū)混凝土、下游斜面混凝土均用改性混凝土代替，整個(gè)施工倉(cāng)面未澆1m3常態(tài)混凝土，壩面上除了碾壓混凝土外就是改性混凝土。施工完后混凝土面層光滑、內(nèi)部密實(shí)未發(fā)生裂縫和其它缺陷。通過對(duì)改性混凝土、碾壓混凝土和基巖面結(jié)合部的取芯檢查，芯樣致密光滑，改性混凝土和碾壓混凝土結(jié)合部無(wú)法區(qū)分辯認(rèn)，從而證明了在基巖面上用改性混凝土代替常態(tài)混凝土施工，技術(shù)上是可靠的。

　　2.4冬季施工研究

　　沙牌碾壓混凝土拱壩采用全斷面通倉(cāng)碾壓、連續(xù)上升施工工藝，由于施工期將跨越1999年、2000年及2001年冬季（12月至次年2月），而壩區(qū)在12月至次年2月月平均氣溫分別為0.7℃、－1.6℃、0.2℃，極端最低氣溫為－10.6℃，冬季氣候較為寒冷。為了確保碾壓混凝土拱壩冬季亦能正常施工，需在總結(jié)國(guó)內(nèi)外低溫季節(jié)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究沙牌大壩在冬季施工時(shí)段特別是在負(fù)溫情況下的碾壓混凝土施工工藝和防凍保溫措施。

　　2.4.1熱工計(jì)算分析

　　2.4.1.1計(jì)算條件

　　（1）計(jì)算前提：選取全年最冷月元月份進(jìn)行熱工計(jì)算。

　?。?）砂石骨料溫度：取高于元月平均氣溫1.6～1.8℃作為砂石料的計(jì)算溫度值。

　　（3）拌和水溫度：在科研樓配水箱內(nèi)配置140kW電熱管，改裝成為熱水箱，并在水箱外包裹隔熱材料，要求能提供45℃左右的熱水。

　　（4）運(yùn)輸條件：考慮從拌和樓裝料到倉(cāng)內(nèi)卸料，整個(gè)過程共歷時(shí)30分鐘，對(duì)自卸汽車車箱采取保溫隔熱措施。

　　（5）倉(cāng)內(nèi)施工：采用自卸汽車直接入倉(cāng)，采取退鋪法依次卸料以及邊攤鋪邊碾壓的施工措施。

　　2.4.1.2混凝土出機(jī)口溫度、入倉(cāng)溫度及澆筑溫度

　　根據(jù)上述計(jì)算條件，計(jì)算混凝土的出機(jī)溫度、入倉(cāng)溫度及澆筑溫度。由計(jì)算成果可知：在環(huán)境氣溫為－3℃～－5℃的低溫情況下，能控制混凝土的出機(jī)溫度在5℃以上，澆筑溫度在3℃左右，滿足低溫季節(jié)混凝土的施工要求。但隨著施工工序時(shí)間的延長(zhǎng)，澆筑溫度下降，因此必須制訂相應(yīng)的施工技術(shù)措施，保證各道施工工序滿足時(shí)間控制要求。

　　2.4.2冬季施工的技術(shù)措施

　　綜合上述基本資料分析以及熱工計(jì)算成果，按規(guī)范要求，制訂沙牌工程冬季施工技術(shù)保證措施，主要有以下內(nèi)容：

　?。?）骨料儲(chǔ)存及保溫。成品料倉(cāng)必須有足夠的堆料高度，堆料高度以不小于6m為宜。

　　（2）混凝土拌和。采用45℃左右的熱水拌和，熱水由科研樓配水箱改裝成的熱水箱供應(yīng)。

　?。?）混凝土運(yùn)輸。自卸汽車車廂左右兩側(cè)擋板外側(cè)貼4cm厚的泡沫塑料，底板上密鋪3cm厚的木墊板，車廂上覆蓋保溫被，被上縫鐵環(huán)后套在與車廂板焊接的鋼筋上。

　　（4）混凝土施工與保溫。沙牌工程采用蓄熱保溫法在露天進(jìn)行混凝土碾壓施工。但沙牌壩區(qū)的元月份月平均氣溫較低，結(jié)合具體施工條件，采取如下措施：

　　a.選擇合適時(shí)段進(jìn)行施工。當(dāng)日氣溫低于－3℃～－5℃時(shí)，在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和管理的同時(shí)，做好停止施工的準(zhǔn)備。在大雨、大雪天停止施工。

　　b.利用保溫被對(duì)外露混凝土面進(jìn)行保溫，倉(cāng)內(nèi)所有孔洞均應(yīng)進(jìn)行封堵，并保證其嚴(yán)實(shí)性。

　　c.在上游壩面模板內(nèi)側(cè)緊貼2～3cm厚泡沫塑料板或雙層氣墊薄膜保溫層，在下游壩面模板外側(cè)懸掛稻草簾，要求搭接牢靠。

　　d.采取退鋪法依次卸料，攤鋪時(shí)輔以人工鏟料，做到邊攤鋪邊碾壓。澆筑倉(cāng)內(nèi)小范圍的平倉(cāng)攤鋪未及碾壓部位，用保溫被隨時(shí)覆蓋，碾壓時(shí)揭開保溫被，碾壓完畢又立即恢復(fù)覆蓋。

　　e.澆筑改性混凝土?xí)r，在壩區(qū)設(shè)置制漿站和熱水箱，現(xiàn)場(chǎng)配制水泥粉煤灰凈漿?；炷翑備伜蠹皶r(shí)灑鋪凈漿，然后馬上振搗，振搗后及時(shí)覆蓋保溫被進(jìn)行保溫。

　?。?）養(yǎng)護(hù)與拆模?；炷翝仓旰箴B(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28天（或至上一層混凝土覆蓋前）。

　　上、下壩面模板要盡量晚拆，特別避免在夜間或氣溫驟降期間進(jìn)行拆模，拆模時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度實(shí)際上升情況確定。拆模后，表面及時(shí)保溫。

　　3施工過程的計(jì)算機(jī)模擬

　　3.1概述

　　我國(guó)在水電工程混凝土壩施工中應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初。1984年，我院與天津大學(xué)聯(lián)合對(duì)二灘水電站雙曲拱壩混凝土柱狀分塊澆筑進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬研究，后經(jīng)過多年的開發(fā)、完善并隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬程序走過了數(shù)字、平面圖形、三維圖形直至全過程仿真的發(fā)展歷程。在二灘工程的施工應(yīng)用中，通過多方案模擬和計(jì)算分析，提出了大壩施工的最優(yōu)方案，并對(duì)施工單位所報(bào)施工進(jìn)度按模擬進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，并要求按此進(jìn)度施工。通過多方面的努力，將開挖拖后了5個(gè)月的工期搶了回來(lái)，使二灘大壩按原計(jì)劃完成了混凝土澆筑，第一臺(tái)機(jī)組按時(shí)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益37億元，受到業(yè)主和有關(guān)單位的一致好評(píng)，并獲國(guó)際工程咨詢協(xié)會(huì)1997年度一等獎(jiǎng)。之后又開發(fā)了三峽二期工程大壩混凝土和永久船閘混凝土澆筑模擬系統(tǒng)，在三峽工程施工管理中完成三峽公司向國(guó)務(wù)院年度和季度澆筑計(jì)劃的預(yù)測(cè)編報(bào)工作，1999年和2000年完成的澆筑量與預(yù)測(cè)計(jì)劃量有驚人的吻合，獲得了成功。

　　經(jīng)過國(guó)內(nèi)科研院所、大專院校十多年的艱苦努力，模擬技術(shù)已成功運(yùn)用于水電行業(yè)的各個(gè)方面，除混凝土壩（重力壩、拱壩）外，碾壓混凝土壩、土石壩（心墻壩、面板堆石壩）、超大型地下洞室施工等建筑物的施工模擬研究也有所突破，在國(guó)內(nèi)水電工程的輔助設(shè)計(jì)和施工中得到了不同程度的應(yīng)用。

　　3.2高碾壓混凝土拱壩施工系統(tǒng)

　　碾壓混凝土壩施工作業(yè)，按施工過程可分為兩個(gè)子系統(tǒng)，即壩面作業(yè)系統(tǒng)和混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)?；炷凉┝蠌?qiáng)度為聯(lián)系兩個(gè)子系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)。碾壓混凝土壩施工受許多外界條件的影響，除了壩體結(jié)構(gòu)、施工機(jī)械、施工工藝等對(duì)壩面施工有直接影響外，混凝土料的生產(chǎn)和運(yùn)輸也是制約碾壓混凝土壩施工的重要因素。因此，在認(rèn)真做好壩面施工過程研究的同時(shí)，也必須研究混凝土的生產(chǎn)和運(yùn)輸，將兩者協(xié)調(diào)起來(lái)考慮，找出其中的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性地進(jìn)行施工過程分析，提出解決的措施，以及工期和進(jìn)度。

　　本研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和Windows編程技術(shù)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)混凝土運(yùn)輸和大壩澆筑過程進(jìn)行仿真模型處理，編制了相應(yīng)的模擬程序，對(duì)大壩施工全過程進(jìn)行模擬澆筑，以實(shí)現(xiàn)快速、多方案和定量化分析。

　　3.3工程應(yīng)用及分析

　　3.3.1模擬計(jì)算基本參數(shù)（見表4）

　　3.3.2模擬計(jì)算及分析

　　沙牌水電站碾壓混凝土拱壩施工于1997年初開始招標(biāo)，同年4月21日華西沙牌發(fā)電有限責(zé)任公司與水電八局簽訂了施工合同。由于受各種因素的影響，開挖的實(shí)際施工進(jìn)度較合同工程計(jì)劃滯后，壩肩、壩基開挖于1999年2月底基本完成。鑒于此情況，1999年底第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電的總目標(biāo)肯定不能實(shí)現(xiàn)，那么要完成大壩混凝土澆筑，到底需要多長(zhǎng)時(shí)間？工程施工期間冬、夏季停工與否對(duì)工期影響如何？模擬系統(tǒng)將圍繞工程施工的具體問題進(jìn)行方案研究。

　　3.3.2.1方案擬定

　?。?）大壩混凝土運(yùn)輸模擬。大壩混凝土運(yùn)輸方式低線采用自卸汽車直接入倉(cāng)，高線采用自卸汽車轉(zhuǎn)真空溜管入倉(cāng)。根據(jù)道路布置及車輛配置情況，進(jìn)行大壩混凝土運(yùn)輸模擬計(jì)算。

　　從計(jì)算結(jié)果看，僅考慮大壩混凝土運(yùn)輸車，其車流量?jī)H22～25車次／h，且行車間距均在200m以上，低線和高線道路行車狀況均較閑。低線公路運(yùn)輸在入倉(cāng)前由于填筑道路較窄及沖洗汽車輪胎，出現(xiàn)2～3輛車排隊(duì)，但等待時(shí)間較短，排隊(duì)概率較小。高線運(yùn)輸系統(tǒng)由于需經(jīng)過3km長(zhǎng)的交通洞，洞內(nèi)行車速度按10～15km／h考慮，在交通洞進(jìn)出口均出現(xiàn)不同程度的排隊(duì)等待現(xiàn)象。尤其在交通洞進(jìn)口大壩真空溜管卸料處，最長(zhǎng)出現(xiàn)5輛車排隊(duì)等待卸料的情況，但出現(xiàn)2輛車排隊(duì)情況概率較大。因此，工程實(shí)施時(shí)采取了交通洞進(jìn)出口的交通管理、進(jìn)口重車卸料道路和空車返回道路單向行駛、縮短卸料時(shí)間等措施。總體看來(lái)，沙牌大壩混凝土供料運(yùn)輸相對(duì)較簡(jiǎn)單，僅需加強(qiáng)道路管理即可。

　?。?）大壩施工過程模擬。經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理工程師和沙牌施工局的共同努力，大壩壩基開挖施工于1999年2月底基本完成，同年3月9日開始大壩混凝土澆筑，4月21日壩體澆筑至1754m高程（墊座以上4m，1750m廊道施工完成）。后進(jìn)行鉆孔取芯和試驗(yàn)，至1999年9月18日壩體開始復(fù)工澆筑，11月4日壩體澆筑至1768m高程，因資金周轉(zhuǎn)問題，壩體澆筑被迫停止，至1999年12月底仍無(wú)復(fù)工跡象。

　　針對(duì)沙牌電站的情況，壩體混凝土澆筑何時(shí)復(fù)工難以確定，且此時(shí)沙牌工區(qū)日平均氣溫在0℃左右，尤其夜晚氣溫均在0℃以下，施工條件較差，因此為了對(duì)未來(lái)的壩體施工進(jìn)行預(yù)測(cè)，按冬季不施工，擬定了兩個(gè)2000年3月復(fù)工的方案。

　　方案2001：2000年3月復(fù)工，冬、夏季均不停工，按擬定澆筑參數(shù)預(yù)測(cè)大壩后續(xù)工期。

　　方案2002：2000年3月復(fù)工，夏季白天停工，冬季晚上停工，按擬定澆筑參數(shù)預(yù)測(cè)大壩后續(xù)工期。

　　3.3.2.2模擬計(jì)算及分析

　　按擬定的方案及施工邊界條件，對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行了模擬計(jì)算。從兩個(gè)方案預(yù)測(cè)情況看，二個(gè)方案施工強(qiáng)度和月上升高度均基本一致，不同之處在于冬、夏季停工與否將直接影響發(fā)電工期1.5個(gè)月。由此可見，在冬、夏季采取一些有效的溫控措施，花較少的代價(jià)使壩體連續(xù)施工，可獲得1.5個(gè)月工期，直接經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。

　　因篇幅原因，現(xiàn)僅列出2001方案的主要模擬成果，詳見表5.施工強(qiáng)度柱狀圖見圖1。

　　模擬施工進(jìn)度：1999年4月9日大壩澆筑至1750m高程，設(shè)置廊道，大壩停止施工10天后繼續(xù)施工，至1999年4月25日澆至1754m高程，日澆筑大壩3層，單層施工時(shí)間7～8h.工程實(shí)施進(jìn)度：大壩于1999年3月9日開始澆筑混凝土，待基礎(chǔ)常態(tài)混凝土達(dá)到75％設(shè)計(jì)強(qiáng)度后開始進(jìn)行碾壓混凝土施工，至1999年4月8日，大壩澆筑至1748m高程，同年4月24日大壩澆筑至1754m高程，大壩停工鉆孔取芯。對(duì)比分析，大壩實(shí)際澆筑進(jìn)度、日上升層數(shù)與模擬軟件預(yù)測(cè)進(jìn)度幾乎完全一致，說明所取施工參數(shù)和邊界條件是符合沙牌大壩施工實(shí)際的，模擬系統(tǒng)能用于指導(dǎo)后續(xù)大壩施工，并能進(jìn)行合理、準(zhǔn)確的進(jìn)度預(yù)測(cè)。

　　3.4大壩施工真三維圖

　　運(yùn)用深度緩沖區(qū)消隱技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了大壩施工過程的三維仿真模擬，能從任意視角直觀反映壩體的施工過程。運(yùn)用矩形網(wǎng)格技術(shù)對(duì)壩區(qū)周邊地形和壩肩開挖情況進(jìn)行三維化處理，建立壩區(qū)地形數(shù)字模型，生成壩肩及壩基開挖三維圖，使壩體與周圍地形緊密結(jié)合，真實(shí)地反映工程所在地的開挖面貌和壩體施工過程。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　結(jié)合已開工建設(shè)、壩高132m的碾壓混凝土拱壩的施工，對(duì)施工工藝、入倉(cāng)方式、施工過程仿真管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出了碾壓混凝土的入倉(cāng)工藝、冬夏季施工及溫控措施、改性混凝土使用范圍及施工方法和工藝，試驗(yàn)和研究提出的方法滿足了大壩混凝土的施工要求，使碾壓混凝土施工工藝及筑壩技術(shù)得到進(jìn)一步的落實(shí)和提高。提出的大壩計(jì)算機(jī)模擬程序，為直觀地反映大壩施工過程及大壩體型研究提供了強(qiáng)有力的分析工具。