高碾压混凝土拱坝施工工艺及模拟仿真研究

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1、前 言

    1．1　工程概况
    沙牌水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县境内，是岷江支流草坡河上游的龙头电站。电站由碾压混凝土拱坝、泄洪洞、引水系统和地面厂房等组成。大坝坝高132m，比国外最高的南非伏尔维丹坝（高70m）、国内建成的普定坝（高75m）均高，是目前世界上最高的碾压混凝土拱坝。坝址处河谷呈“V”形，两岸谷坡40°～70°，河面宽40～80m。大坝为全碾压混凝土拱坝，混凝土量36．3万m3，坝型为三心圆单曲拱坝，坝底高程1735．5m，坝顶高程1867．5m，底宽28m，顶宽9．5m。
    1．2　碾压混凝土拱坝施工现状
    1986年我国建成了第一座碾压混凝土坑口重力坝，1989年通过论证决定在普定采用碾压混凝土拱坝，1993年该坝建成。该坝的建成，在碾压混凝土材料、入仓工艺、坝面作业等方面都取得了高水平的科研成果，为100m以下碾压混凝土拱坝的设计、施工积累了经验。在总结成功建筑100m以下碾压混凝土拱坝经验的基础上，对坝高100m以上的薄拱坝采用碾压混凝土筑坝进行了研究，以使我国在用碾压混凝土建筑高拱坝的技术上继续居于世界领先地位。
    碾压混凝土坝入仓及施工工艺，已从初期的自卸汽车、简易缆机和溜槽方式发展到自卸汽车、真空溜管和高速皮带机、塔带机、斜坡道等入仓方式；在碾压混凝土使用部位上，从基础垫层混凝土、上下游面防渗层、建筑物周边及与岸坡接触段等部位采用常态混凝土到现在整个大坝全部采用碾压混凝土。在筑坝技术有了长足进步的同时，应用计算机模拟技术对整个施工过程进行仿真，预测任意时刻大坝的施工面貌和工期情况，亦是大坝施工组织设计和施工管理发展的方向，代表了计算机时代碾压混凝土坝设计和施工管理的趋势。本研究从碾压混凝土入仓工艺、改性混凝土使用范围、冬季施工及计算机仿真大坝施工等方面，提出了碾压混凝土拱坝施工模拟程序及现场大坝混凝土施工工艺。
    1．3　研究内容
    结合已开工建设、坝高132m的碾压混凝土拱坝的快速施工研究，对100m级以上高碾压混凝土拱坝的施工工艺、入仓方式、冬季施工措施、施工过程仿真管理系统，解决以下4个主要问题：
    （1）研究碾压混凝土拱坝的入仓工艺，着重解决100m以上高差、采用真空溜管输送碾压混凝土的入仓工艺；
    （2）研究改性混凝土的使用范围和施工工艺；
    （3）大坝冬季施工方案及措施；
    （4）高碾压混凝土拱坝施工全过程仿真模拟。
    2、入仓方式及施工研究
    2．1　100m级真空溜管设计和试验研究
    2．1．1　概 述
    真空溜管输送混凝土入仓工艺，以投资少、运行简便、输送效率高等特点，在诸多混凝土垂直入仓方式中独树一帜，得到了越来越广泛的应用。100m级真空溜管的研究，是在“八五”科技攻关的基础上，为扩大真空溜管的使用范围，完善“八五”攻关的成果而进行的一次积极的尝试。
    真空溜管技术输送碾压混凝土，在普定水电站工程50m左右高差情况下，已有较成功的经验。但输送碾压混凝土高差达100m级时，尚存在如下问题：
    （1）输送高差大，如何保证碾压混凝土质量及保证达到不飞溅、不堵塞、不分离；
    （2）碾压混凝土输送出口速度的控制；
    （3）对工艺、材料、设备性能等方面都有新的要求。
    100m级真空溜管的设计研究，主要解决碾压混凝土坝入仓高差在100m情况下的技术问题。在保证入仓强度和质量的前提下，入仓设施应简单实用，方便施工，具有明显的经济效益。主要技术经济指标如下：
    （1）真空溜管输送混凝土高差达到100 m级；
    （2）输送强度不低于180m3／h；
    （3）管径控制在0．4～0．8m，管节长4～5m；
    （4）溜管长度控制在90～120m；
    （5）输送二级配或三级配碾压混凝土，最大骨料粒径控制在80mm。
    此外，为使真空溜管使用高差达100m级并使输送强度达200m3／h左右，还对真空溜管的制造工艺作了研究，并进行了生产性试验。
    2．1．2　真空溜管设计
    100m级真空溜管系统的主要设计参数见表1。     2．1．3　真空溜管制造工艺及生产性试验
    真空溜管制造及生产性试验原定在四川沙牌水电站进行，后因种种原因，实际研究和生产性试验的现场为云南大朝山水电站C3标工地。
    大朝山水电站利用真空溜管入仓浇筑的混凝土大部分为碾压混凝土，共布置4条溜管。在右岸布置1号和2号溜管，受料斗高程均为856．45m；1号溜管受料斗出口中心在坝下0＋038．00 m，2号溜管在坝下0＋030．00 m；1号溜管的出料口高程为807．2m，2号溜管为813．00m。两溜管最大垂直输送高差58m。
    在左岸布置3号和4号溜管，受料斗高程均为906．00m；3号溜管的出料口高程为817．00m，4号溜管出料口高程为820．00m。3号溜管最大垂直高差89m，4号溜管最大垂直高差86m。