高拱坝仓面混凝土平仓振捣工艺研究与实施

水利水电施工２０１０・第４期　总第１２１期　高拱坝仓面混凝土平仓振捣工艺研究与实施　刘山伟　武明芬／（中国水利水电第四工程局有限公司）　【摘要】针对小湾水电站特高拱坝混凝土仓面质量要求高、强度离、仓面大等特点，通过对混凝土仓面平仓　振捣设备配置分析、工艺研究与实施，实现了混凝土工程质量优良，取出１５。６ｍ的常态混凝土芯样，刷新了　“国内第一混凝土长芯”的纪录，对类似的高拱坝施工具有较高的推广和应用价值　【关键词】小湾仓面平仓振捣分析与实施　台五棒振捣臂振捣能力为１２５ｍ３／ｈ，单台八棒振捣臂振　１　工程概述　小湾水电站为混凝土双曲特高拱坝（坝高　２９４．５ｍ），大坝建成后将形成１４９．１４亿ｒｎ　的水库，电　站装机容量４２００ＭＷ（６×７００ＭＷ）。拱坝划分为４３个　捣能力为２００ｍ３／ｈ，２台五棒振捣臂单班（每班按７．５ｈ　计）可完成１８７５ｍ３混凝土振捣任务，４台八棒振捣臂单　班可完成６０００ｍ３混凝土振捣任务，但这只是理论振捣能　力，与实际振捣能力相差较远。　２．２仓内实测振捣能力　２．２．１　配备平仓设备配套浇筑时的振捣能力测算　（１）三级配富浆混凝土振捣能力：五棒振捣臂：每振　次０．９ｍ３，振捣能力为７５．６ｍ３／ｈ，５６７ｍ３／单班；新八棒　振捣臂：每振次１．４４ｍ３，振捣能力为１２０．９６ｍ３／ｈ，　９０７．２ｍ。／单班；ＩｉＥＡ．棒振捣臂：每振次１．４４ｍ３，振捣能　力为９Ｏ．７２ｍ３／ｈ，６８０．４ｍ３／单班。　（２）四级配混凝土振捣能力：五棒振捣臂：每振次　０．９ｍ３，振捣能力为５６．７ｍ＇／ｈ，４２５．２５　／单班；新八棒　振捣臂：每振次１．４４ｍ３，振捣能力为９Ｏ．７２ｍ３／ｈ，　坝段、４２条横缝，大坝最低高程９５３．ＯＯｍ，顶部高程　１２４５．ＯＯｍ。坝体混凝土总量８４５．２７万ｒｎ３。右岸标段主　体工程需进行混凝土浇筑约４４１万ｍ。，金属结构及埋　件安装约８８３３ｔ，钢筋制安约４．２万ｔ，除１～６号仓有　部分（２０万ｍ。）混凝土无法用缆机浇筑外，混凝土浇　筑主要采用缆机吊罐入仓方式。坝体在基础约束区按招　标书温控要求以１．０～１．５ｍ／层进行分层；脱离基础约　束区为３．Ｏｍ／层。　小湾大坝仓面大，大部分仓面在ｌＯ００ｍｚ以上，混凝　土浇筑采用平铺法施工，坯层厚度按３０￣５０ｃｍ控制。第　一坯混凝土浇筑，采用相同等级的二级配混凝土，或采　６８０．４ｍ３／￣－班；旧八棒振捣臂：每振次１．４４ｍ３，振捣能力　为７２．５８ｍ。／ｈ，５４４．３５ｍ３／单班。　２．２．２未配备平仓设备浇筑时的振捣能力测算　用同等级富浆三级配混凝土。控制混凝土垂直下料高度，　采用先平仓后振捣的施工工艺。浇入仓内的混凝土及时　平仓、振捣，加强仓内骨料分离处理。混凝土采用平仓　机平仓，以振捣臂为主，手持式振捣棒为辅配合振捣。　混凝土浇筑过程中仓面采取喷雾降温或遮盖保温被隔热　（１）三级配富浆混凝土振捣能力：五棒振捣臂：每振　次０．９ｍ３，振捣能力为５０．４ｍ３／ｈ，３７８ｍ３／￣－班；新八棒　振捣臂：每振次１．４４ｎ１３，振捣能力为８０．６４ｒｎ３／ｈ，　蓄冷及通制冷水冷却等综合措施控制混凝土浇筑温度，　以满足设计要求。　６０４．８　／单班；旧八棒振捣臂：每振次１．４４　，振捣能　力为６５．９８ｒｎ３／ｈ，４９４．８５ｒｎ３／单班。　（２）四级配混凝土振捣能力：五棒振捣臂：每振次　２仓面平仓振捣设备配置分析　２．１设备理论振捣能力　Ｅｌ本生产厂提供的理论振捣能力为单棒２５ｍ３／ｈ，单　１６　・　０．９ｍ３，振捣能力为４１．２ｍ＇／ｈ，３０９ｍ＇／单班；新八棒振捣　臂：每振次１．４４ｍａ，振捣能力为６５．９８ｍ￣／ｈ，４９４．８５　／单　班；旧八棒振捣臂：每振次１．４４ｍ。，振捣能力为　５５．８３ｍ３／ｈ，４１８．７２５　／单班。　・　２．３平仓机振捣臂配置分析　２．３．１　配备平仓设备配套浇筑时的振捣臂配置及单班振　捣能力分析　（１）采用５台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运　１０罐／ｈ，５台缆机单班合计吊运３３７５ｍ。，配置４台八　棒振捣臂进仓振捣（三级富浆及四级配混凝土）的综　合振捣能力为２８１２．３５ｍ。／单班，配置１台五棒振捣臂　的综合振捣能力为４９６．１２５ｍ。／单班，５台振捣臂单班　合计振捣能力３３０８．４７５ｍ３，此种情况剩余６６．５２５ｍ。　混凝土在当班得不到振捣，设备缺口０．１３４台五棒振　捣臂。　（２）采用６台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运１Ｏ　罐／ｈ，６台缆机单班合计吊运４０５０ｍ３，配置４台八棒振　捣臂进仓振捣（三级富浆及四级配混凝土）其综合振捣　能力为２８１２．３５ｍ３／单班，配置２台五棒振捣臂其综合振　捣能力为９９２．２５ｍ３／单班，６台振捣臂单班合计振捣能力　３８０４．６ｍ３，此种情况剩余２４５．４ｍ３混凝土在当班得不到　振捣，设备缺口０．４９５台五棒振捣臂。　（３）采用６台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运　ｌ１罐／ｈ，６台缆机单班合计吊运４４５５ｍ３，配置４台八棒振　捣臂进仓振捣（三级配富浆及四级配混凝土）其综合振捣　能力为２８１２．３５ｍ３／单班，配置２台五棒振捣臂其综合振捣　能力为９９２．２５ｍ３／单班，合计振捣能力３８０４．６ｍ３／单班，　此种情况剩余６５０．４ｍ。混凝土在当班得不到振捣，设　备缺口１．３１台五棒振捣臂或０．９２４８台八棒振捣臂。　２．３．２未配备平仓设备浇筑时的振捣臂配置分析　（１）采用５台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运１Ｏ　罐／ｈ，５台缆机单班合计吊运３３７５ｍ３，配置４台八棒振　捣臂进仓振捣（三级富浆及四级配混凝土）的综合振捣　能力为２０１３ｍ。／单班，配置１台五棒振捣臂的综合振捣能　力为３４３．５ｍ３／单班，合计振捣能力２３５６．５ｍ３／单班，此　种情况剩余１０１８．５ｍ３混凝土在当班得不到振捣，设备缺　口２．９６５台五棒振捣臂或２．０２３台八棒振捣臂。　（２）采用６台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运１Ｏ　罐／ｈ，６台缆机单班合计吊运４０５０ｍａ，配置４台八棒振　捣臂进仓振捣（三级配富浆及四级配混凝土）其综合振　捣能力为２０１３ｍ３／单班，配置２台五棒振捣臂其综合振捣　能力为６８７ｍ３／单班，合计振捣能力２７００ｍ３／单班，此种　情况剩余１３５０ｍ。混凝土在当班得不到振捣，设备缺口　２．６８台八棒振捣臂。　（３）采用６台缆机进仓浇筑方式，单台缆机吊运　１１罐／ｈ，６台缆机单班合计吊运４４５５ｍ３，配置４台八棒　振捣臂进仓振捣（三级配富浆及四级配混凝土）其综合　振捣能力为２０１３ｍ３／单班，配置２台五棒振捣臂其综合振　捣能力为６８７ｍ３／单班，合计振捣能力２７００ｍ３／单班，此　种情况剩余１７５５ｍ。混凝土在当班得不到振捣，设备缺口　混凝土工程　５．１台五棒振捣臂或３．４８７台八棒振捣臂。　２．４平仓机振捣臂配置结果　测算分析结果显示，仓面浇筑时不配备平仓设备　配套浇筑将延长振捣臂的纯振捣时间，振捣能力相应　降低。按现有振捣臂数量不能满足施工要求，且需增　加数量较大。配备平仓设备配套浇筑时振捣臂的需用　量为：　（１）第一种情况：采用５台缆机进仓浇筑方式，单台　缆机吊运１０罐／ｈ，配置４台八棒、１台五棒振捣臂进仓　振捣，单班可完成３３７５ｍ３混凝土的振捣任务，５台振捣　臂基本可以满足施工要求。　（２）第二种情况：采用６台缆机进仓浇筑方式，单台　缆机吊运１０罐／ｈ，单班浇筑３３７５ｍ３，配置４台八棒和２　台五棒振捣臂进仓振捣，单班可完成３８０４．６ｍ３混凝土的　振捣任务，６台振捣臂捣臂不能满足施工要求，设备缺口　ｏ．４９５台五棒振捣臂。　（３）第三种情况：采用６台缆机进仓浇筑方式，单台　缆机吊运１１罐／ｈ，单班浇筑４４５５ｍ３，配置４台八棒、２　台五棒振捣臂进仓振捣，单班可完成３８０４．６ｍ３混凝土的　振捣任务，６台振捣臂不能满足施工要求，设备缺口设备　缺口１．３１台五棒振捣臂或０．９２４８台八棒振捣臂。　根据以上测算结果分析，考虑设备日常保养和检修，　仓号混凝土浇筑应配置的设备为：６台平仓机、６台振捣　臂在确保完好率９５　以上的情况下基本满足施工要求；７　台平仓机、７台振捣臂完全满足持续高强度施工的需要。　３平仓振捣工艺研究　由于小湾大坝单仓面积大（最大面积达２０００ｍ２），　需多台缆机进行联合浇筑，仓号浇筑主要以机械平仓振　捣为主，人工平仓、振捣为辅，仓内机械设备较多，相　互之间存在干扰和影响。为充分发挥现有设备的作用，　对多台缆机吊运、平仓振捣设备联合浇筑工艺进行了研　究分析，通过实践，总结出一套完整、科学的施工工艺，　成功地应用在小湾大坝主体混凝土施工中。　３．１　浇筑仓面施工工艺设计应用　仓面施工工艺设计主要是根据不同坝段结构体形、　仓号特点将每一仓号的结构变化、资源投入、仓面面积、　浇筑方量、缆机覆盖范围、设备布置、混凝土浇筑级　配、开仓时间、收仓时间、浇筑历时、入仓强度、温控　标准、相关的质量技术要求、施工重点、难点及注意事　项等整个施工流程完整、详尽地设计出来，用于混凝土　浇筑过程指导。同时对雨季、高温季节的施工防雨、排　水及温控措施进行严格规定，而且对各台缆机浇筑范围　进行明确，合理规划振捣、平仓设备摆放位置，确定振　捣平仓设备的行走路线。仓面工艺设计对多台缆机联合　・　１７・　霉　水利水电施工２０１０・第４期总第１２１期　浇筑起到了指导性作用，确保了施工人员规范化操作和　施工。　仓。振捣时间以混凝土不再显著下沉、水分和气泡不再　逸出并开始泛浆为准。振捣时间和混凝土坍落度、石子　类型及最大粒径、振捣器的性能等因素有关，一般为　２０￣３０ｓ。振捣时间过长，不但降低工效，且使砂浆上浮　过多，石子集中到下部，混凝土产生离析，严重时整个　浇筑层呈“千层饼”状态。振捣在平仓之后立即进行。　素混凝土或钢筋稀疏的部位，宜用大直径的振捣棒；　坍落度小的干硬性混凝土，宜选用高频和振幅较大的　振捣器。振捣作业路线保持一致，并按顺序依次进行，　以防漏振。振捣棒尽可能垂直地插人混凝土中，如振　捣棒较长或把手位置较高，垂直插入感到操作不便时，　也可略带倾斜，但与水平面夹角不宜小于４５。，且每　次倾斜方向应保持一致，否则下部混凝土将会发生漏　振。这时作用轴线应平行，如不平行也会出现漏振点　（见图１）。　３．２条带法施工工艺　条带法浇筑工艺主要适用于大坝平铺法浇筑，即按　照缆机承载索投影范围对仓面进行分区，在浇筑仓号标　记出每台缆机对应的覆盖范围，将每台缆机浇筑区域的　平仓机、振捣臂按照规定位置摆放好，在浇筑过程中缆　机、平仓机及振捣臂分别按照规定的区域、行走路线及　振捣顺序进行施工，在每台缆机浇筑区域形成条带形式。　由于各台缆机浇筑强度基本相同，所以各混凝土浇筑坯　层可均衡上升。　３．２．１条带浇筑区域划分　根据仓面特性，结合缆机主索在浇筑仓号的投影位　置，在仓号明确标识出每一台缆机承载索投影角度和浇　筑区域范围，按照缆机浇筑区域面积合理配置振捣、平　仓设备，一般情况一台缆机配备平仓机和振捣臂各一台，　同时根据缆机浇筑区域配备相应的浇筑人员。每台缆机　及对应的振捣臂、平仓机只负责该区域内的混凝土浇筑、　振捣和平仓，各台机械设备之间互不干扰，相互协作。　３．２．２振捣臂、平仓机行走路线确定　第一坯层混凝土浇筑时，先铺２～３罐料，振捣臂或　人工平仓振捣形成４ｍ×８ｍ左右的平台后，平仓机开至　该平台面上进行平仓。待形成一个４ｍ宽的条带后，平仓　机和振捣臂均在条带上作业，平仓机根据来料沿缆机承　载索方向推料，振捣臂在后或平仓机下游侧进行振捣。　平仓、振捣设备行走路线按照从横缝一侧至另一侧呈椭　图１插入式振捣器操作示意图　（ａ）直插法；（ｂ）斜插法；（ｃ）错误方法　３．３．２振捣棒应快插、慢拔　为使上下层混凝土振捣密实均匀，可将振捣棒上下　抽动，抽动幅度为５￣１０ｃｍ。振捣棒的插入深度，在振　圆形的行走路线，做到进退有序。　各台缆机在所覆盖范围内均按照条带法进行铺料和　捣第一层混凝土时，以振捣器头部不碰到基岩或老混凝　土面但相距不超过５ｃｍ为宜；振捣上层混凝土时，则应　浇筑，整个仓号按照从上游至下游的方向条带进行卸料，　使浇筑仓内显得井井有条，整齐划一。　３．２．３缆机定点下料　插入下层混凝土５ｃｍ左右，使上下两层结合良好。在斜　坡上浇筑混凝土时，振捣棒仍应垂直插入，并且应先振　低处，再振高处，否则在振捣低处的混凝土时，已捣实　为减少缆机大车机构行走或小车进行对位卸料时间，　仓内指挥员提前在该缆机浇筑区域放置定位墩，以便于　缆机报话员提前通知缆机操作人员，等吊罐定位后立刻　移走标识。定位墩放置位置要便于平仓机平仓及浇筑条　带形成。　的高处混凝土会自行向下流动，致使密实性受到破坏。　软轴振捣棒插入深度为棒长的３／４，如插入过深，软轴和　振捣棒结合处容易损坏。　３．３．３振捣臂振捣操作工艺　条带法浇筑使仓内浇筑工艺规范化，提高了缆机使　用效率和入仓强度；避免了混凝土浇筑过程中，平仓振　捣设备摆放凌乱、行走路线不明确、现场指挥人员职责　混凝土铺料到具备振捣条件时，启动振捣机移动到　位，垂直降低机头，使机头振捣棒组平滑地插入到混凝　土中。振捣棒组插入到位后，开始持续地进行振捣，振　不清等现象，使仓内组织工作进一步简化。有效地解决　了振捣、下料和坯层覆盖环节在时间上的冲突，保障了　混凝土温控和混凝土间歇期控制，使得浇筑质量及强度　均得到了提升。　捣至混凝土表面有气泡排出并且表面泛浆连成一片，持　续振捣时间约１５ｓ，不得欠振。振捣棒组慢慢地拔出，拔　出速度约５ｃｍ／ｓ，拔起过程约需１０ｓ时间。从振捣棒组开　始插入到拔出完毕为一个振捣周期，一个周期完成后，　以７５ｃｍ的倍数尺寸水平移动振动机头，和上一振捣区搭　‘　３．３振捣工艺　３．３．１先平仓后振捣　接，开始下一循环的振捣。使用５ＢＨ１６０型五个头振捣　混凝土浇筑应先平仓后振捣，严禁以振捣代替平　机，每次移动振捣棒组还要同时旋转机头１８０。。移动振　・　１８・　混凝土工程　捣棒组，应做到与前次振捣区按规定距离相接，避免漏　振或过振。　由于小湾工程人仓强度大，应配置振捣机振捣，振　捣机振动效果见图２。　Ｉ　．！　一　　Ｉ—　ｌ＿芏图２振捣机振动效果示意图（单位：ｃｍ）　（ａ）ＢＥＨ６０型振捣机；（ｂ）５ＢＨ１６０型振捣机　．１　振捣机振捣的有效深度为５５￣６０ｃｍ。振捣第一层混　国内最高纪录，荣获２００９年中国企业新纪录奖。右岸大坝　标段坝体混凝土年浇筑量最高为１４５．５４万ｍ３（２００８年）。　２００７年、２００８年平均上升高度分别为６７．９ｍ、６９．０ｍ。月　最大浇筑强度１２．７３万ｍ３。大坝于２０１０年３月８日全线　凝土时，振动棒头应离老混凝土面５ｃｍ，振捣上层混凝　土时，振动棒应插入下层混凝土５￣１０ｃｍ。　４结语　自２００５年１２月主坝开始浇筑以来，平仓振捣强度　和效率在３年中不断得到提高，日混凝土吊运达１．１３万　ｒｎ３，月混凝土吊运达２２．２４万ｍ３，年混凝土吊运达　到顶，比合同节点工期提前１１个月。２００６～２００９年混凝　土工程质量评定为合格率１００　，优良率９２．８２　。２００７　年２月４日，在右岸大坝１７号坝段取出一根长１５．６ｍ的　常态混凝土芯样，刷新了“国内第一混凝土长芯”的纪　录，荣获２００９年中国企业新纪录奖。以上这些数据和记录　２４８．６７万ｍ３，且连续１８个月混凝土拌和与吊运强度均　在２Ｏ万ｍ。以上，创造了缆机系统日、月和年吊运强度　表明，仓面浇筑平仓振捣工艺研究和实施是成功的，对类　似的高拱坝施工具有较高的推广和应用价值。　（上接第１５页）　工浇筑顺序的角度看，浇筑２Ｏ号坝段，更有利于大坝的　均衡上升，虽然２Ｏ号坝段较高，但是其两侧的１９、２１　号两个坝段的高程相近，且浇筑一层后与２Ｏ号坝段的距　由于熵权决策充分利用了备选方案的决策信息，可　以更加“突出重点”地进行决策，在上述的模型中，熵　权优化仓位选择法在缩短工期的同时，月最高强度和老　混凝土比例都有所减少。可见，熵权优化选择可以使施　工更加均衡，优化混凝土浇筑程序，施工系统的参数优　于可行仓位选择方案。　离会很接近，一般在施工中希望相邻的两个坝段之问的　距离在６～９ｍ，因此在这个时刻２Ｏ号坝段是比１９号坝段　更优的选择。另外，最低的浇筑仓往往不是最优浇筑仓。　而熵权从方案决策信息角度，得到信息的差异并以熵权　的形式反映出来，应用到多目标决策中，体现了自适应　特点及一定的智能。　５结论　熵权因其能反映决策指标信息的特点，近年来在多　目标决策得到了广泛应用。而混凝土坝的浇筑仓选择原　则问题是混凝土坝施工仿真研究的重点。在混凝土坝施　工系统分析的基础上，将熵权决策方法应用到混凝土浇　筑仓选择中。通过对指标数据的计算对比和系统仿真统　计参数的分析，实例证明，与对目标选择的基本权重仓　位选择方法相比，熵权选择具有根据指标数据动态调整　的特性和一定的优化效果。　在边界条件和初始条件相同的情况下，用两种方法　对大坝施工仿真计算的统计数据见表６。　表６　可行仓位选择与熵权优化选择比较表　选择　仿真工期　（月）　５９　５８　月最高强度　（ｍａ／月）　２Ｏ．３　１９．４　老混凝土比例　（个数比）　９　５％　可行仓位　熵权优化　・　１９・