沙尔布拉克水电站工程碾压混凝土坝施工综述

荣艳群

身份证号 4114021**** 6136414 河南省商丘市 476000

摘要：新疆沙尔布拉克水电站工程位于新疆阿勒泰富蕴县以北60公里。坝址处多年平均气温为2.7℃，极端最高气温41.8℃。极端最低气温－49.8℃，最大冻土深175cm。大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高49.5m，坝顶宽度5m，大坝混凝土设计总量约19.1万m³。工程施工过程中进行了多项设计优化，采取了多项施工技术措施，加快了施工进度。

关键词：高纬度极寒 碾压混凝土 设计优化 施工

1工程概况

沙尔布拉克水电站工程位于喀拉额尔齐斯河下游，为喀拉额尔齐斯河规划的最后一个梯级电站，距富蕴县城约60km，是一座以发电为主，结合水产养殖等综合效益的水利水电工程。

大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程804m，坝顶宽5m，最大坝高59.5m，坝轴线总长213.325m。工程设计混凝土总量19.1万m3，碾压混凝土16.8万m3，常态混凝土2.8万m3。大坝共分11个坝段，由溢流坝及两岸非溢流坝组成。

据304大桥水文站气象观测点实测，多年平均气温为2.7℃，极端最高气温41.8℃。极端最低气温－49.8℃。最大冻土深175cm。根据富蕴县气象站资料统计，多年平均降水量为186.5mm，多年平均相对湿度60%，多年平均最大积雪深75cm。多年平均风速为1.8m/s，历年最大风速25.0m/s,风向多为西北风。富蕴气象站和304大桥站月气温特征值表见表1。

表1 富蕴气象站和304大桥站月气温特征值表 单位：℃

2 施工技术措施

2.1 溢流面异种混凝土同步上升

目前国内大型碾压混凝土重力坝的溢流面施工一般采取坝体碾压混凝土先上，溢流面常态混凝土缓后浇筑的施工方法。基于变态混凝土与常态混凝土振捣工艺相同特点，结合本单位在新疆喀腊塑克水利枢纽在溢流面混凝土施工经验，在新疆沙尔布拉克水电站大坝施工中采用溢流面常态混凝土与碾压混凝土同步浇筑上升的施工工艺。

溢流坝段碾压混凝土卸料时，预留出2.75m宽度的溢流面常态混凝土位置，在碾压混凝土浇筑两层后（约70cm厚），溢流面常态混凝土由自卸车直接入仓，卸料到预留位置。然后使用超频振捣器进行振捣，特别注意常态混凝土与碾压混凝土结合位置的振捣质量。

异种混凝土同步上升施工工艺有着如下优点：

（1）常态混凝土入仓方便：可采用自卸汽车直接入仓；

（2）溢流面常态混凝土与碾压混凝土同步上升之后，可使常态混凝土施工工作面增大，有利于混凝土振捣密实；

（3）减小了污染和施工缝处理等仓面准备工作量；

（4）异种混凝土之间结合良好。

2.2 连续级配天然砂石料在碾压混凝土的使用

本工程所需砂石骨料全部从河床挖取采集进行筛分成品的天然料。需要克服骨料比例不平衡矛盾，减少了骨料二次加工及弃料。本工程进行天然料连续级配（5mm-150mm）碾压混凝土配合比的优化，在节约成本的同时配制出满足现场施工的碾压混凝土。并在大坝3#、4#、5#坝段进行天然级配碾压混凝土施工，其余坝段进行三级配碾压混凝土施工，从施工工艺和经济成本方面对比，连续级配碾压混凝土较原三级配混凝土有以下结论：

（1）在满足规范和设计要求条件下，天然料连续级配碾压混凝土较三级配碾压混凝土胶凝材料用量少，每方混凝土会节约胶凝材料16Kg，节约了材料成本，并减少了水化热温升，适当减轻了温控压力。

（2）克服了砂石系统骨料生产比例不平衡矛盾，减少了弃料量和骨料二次加工。

（3）施工现场按照3m层高分仓，由于大骨料粒径增大，平仓层厚相对增加，碾压层数变少一层，在确保质量前提下，也有利于加快施工速度，更好的体现了碾压混凝土施工快速经济的特性。

（4）连续级配碾压混凝土拌和时间比三级配略有增加10S，对混凝土拌和速度和入仓强度有些间接影响。

（5）仓面人工处理骨料分离工作量稍有增加，通过增加少量人工，可保证总体工序占用时间不增加。

2.3 坝顶备仓方案优化

本工程坝顶宽度仅有5m，按照以往每仓3米的备仓高度，仓块在扣除模板拉筋宽度后，仓面宽度仅剩2m，无法满足自卸汽车直接入仓，需要改变混凝土入仓方式。但对工程施工进度影响较大。

针对此种情况，通过查阅资料，组织召开专题会，提出了备仓仍然按照3米进行，只在钢模板中下部布置两道拉筋，确保仓面宽度在扣除拉筋后仍有3米，满足自卸汽车直接入仓要求。混凝土浇筑至钢模板中部后，在钢模板中上部布置一道螺旋拉杆，以满足加固模板要求。

坝顶仓面备仓示意图

2.4 碾压混凝土浇筑后温度控制措施

碾压混凝土坝与常态混凝土坝一样，混凝土在凝结硬化过程中会产生大量的水化热，为防止坝体产生温度裂缝。施工中需要采取相应的温控措施。本工程设计要求坝体内部强约束区温度不高于23℃，弱约束区温度不高于32℃。

本工程位于高纬度极寒地区，坝址河流河水常年水温低于18℃。利用河水这一特性，通过通河水冷却作为坝体混凝土温控措施。施工中按照设计要求进行了冷却水管埋设，施工情况如下：

（1）坝体内的冷却水管采用高强度聚乙烯塑料管，支管的内径28mm，外径32mm。导热系数≧1.0KJ/（m·h·℃），拉伸屈服应力≧20 MPa，纵向尺寸收缩率＜3%，破坏内水静压力≧2.0 MPa。在温度20℃，时间100h，水管水压力3MPa作用下，水管不破裂、不渗流。

（2）冷却水管按“S”形布置，在基础约束区水管间距为1.5m×3.0m（水平×垂直），非基础约束区按3.0m×3.0m（水平×垂直）布置，同时控制单根支管长度不大于250m。同一仓内需要布置多根支管时，支管长度基本一致。支管距离上下游坝面以及横缝面的最短距离不小于0.8m。

（3）冷却水管仓面固定：施工时，冷却水管采用自制φ6.5圆钢U形卡扣固定，卡扣内宽4cm，插入混凝土10cm，冷却水管直线段按3m间距布置卡扣，半圆段布置3个卡扣。

（4）混凝土浇筑完成12h以后开始通河水，24小时不间断，通水流量不小于20L/min，通水天数20天。同时根据埋设的混凝土温度计检测数据，在混凝土温度即将超过允许最高温度时加大通水流量；在混凝土开始降温时，适当减少日通水时长，减小流量，以避免温度下降过快。初期通水结束后，如混凝土的温度出现较大的回升，恢复通水冷却避免大幅度的混凝土温度回升现象。

3方案优化措施

沙尔布拉克水电站工程建设过程中，进行了多项设计优化，主要有以下几个方面：

3.1 大坝建基面基础整体抬高2米

大坝基坑原设计开挖高程为EL744.5m，基坑岩石原始地面高程为EL746.5m，需要开挖2m深度。大坝基坑覆盖层清理完毕后，基坑岩石面露出，岩石完整、属于弱风化。经专家现场观察并讨论，最终决定将大坝基础整体抬高2m，只进行基坑上游侧齿槽开挖和局部处理。设计优化后，既避免了爆破对基坑岩石的破坏，保持了岩石的完整性，由极大的加快了施工进度，工期整体提前1个月左右。

3.2 大坝垫层混凝土优化

根据《大坝坝体材料分区设计图》，本工程坝基垫层混凝土量较大，约3000m³，厚度达1m，对施工进度影响较大。承包人建议减小垫层常态混凝土厚度，或者改为同等级的碾压混凝土，施工时用机拌变态混凝土找平，其后紧跟碾压混凝土施工。经组织召开专题会议谈论，垫层混凝土由1m调整为20cm。此修改主要意义有：大量减少分块数量，充分发挥碾压混凝土快速施工的优势，为固结灌浆早日提供大面积工作面，加快总体施工进度；垫层在混凝土等级不变的情况下，碾压混凝土的温升较低，有利于垫层混凝土的温控；降低汛前混凝土施工强度，确保2012年工程安全度汛。

3.3 大坝EL783.5m高程观测廊道优化

根据原设计，本工程在EL783.5高程坝轴线位置布置了一条观测廊道，廊道尺寸为3m×3.5m，大坝在EL783.5高程坝宽14.38m，扣除廊道结构尺寸，廊道上下游侧宽度均不能满足碾压混凝土施工要求。结合此种情况，承包人建议取消观测廊道，经召开专题会议谈论，业主、设计、监理各方的均一致同意此项建议，实践证明此项建议节约了工期，加快了总体施工进度，并解决了无法进行该部位碾压混凝土施工的难题，有效的保证了该部位工程施工质量。

4总结

新疆沙尔布拉克水电站大坝碾压混凝土工程于2012年7月18日开工，2013年11月1日1#机组投产发电，实际施工工期不足11个月，期间，顺利完成各项节点目标。本工程施工过程中采取了多项设计优化方案，采用了多项施工技术措施，在保证工程质量的前提下，既极大地加快了施工进度，可供以后类似水电站工程建设借鉴。