黄河拉西瓦水电站混凝土双曲拱坝工程快速施工技术的研究与应用

王玉孝

（青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，青海西宁 810006）

1 工程概述

拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，工程属大（Ⅰ）型一等工程，主坝为混凝土双曲拱坝，坝高250.0 m，坝顶宽10.0 m，拱冠处最大底宽49.0 m，是黄河上最高的薄拱坝水电站。主坝混凝土总方量282万m3，2006年4月15日，第一仓混凝土浇筑，2009年2月28日，坝体浇筑至2 390.0 m高程，2010年10月15日，坝体浇筑至坝顶高程2 460.0 m。

2 双曲拱坝快速施工技术的研究与应用

拉西瓦坝址区特殊的地理环境、气候条件、浇筑方式、工期紧张等因素制约了常规施工，使得常规的施工方法很难满足施工进度计划的要求。而新工艺改进了常规的施工工艺，具有加快施工进度，节约投入，满足拉西瓦水电站施工技术要求，保证混凝土质量等优点。并可为以后建设类似的工程提供可借鉴成果以及在保障后期电站顺利运行等方面有重大意义。

拉西瓦混凝土双曲拱坝工程快速施工技术的研究与应用包括以下几个方面：混凝土原材料及配合比的试验与优化；混凝土分层厚度的研究及应用；混凝土温度控制的研究及应用；封拱灌浆盖重区目标温度措施的研究及应用[1-4]。

3 混凝土原材料及配合比的试验与优化

针对拉西瓦坝址区特殊的地理环境、气候条件、为满足拉西瓦水电站施工中混凝土的性能指标，便于生产和质量控制，对混凝土的原材料、配合比进行了可行性试验、研究和反复论证，最终通过《水泥水化热试验方法（直接法）》，最大振实容重和最小空隙率等方法，确定了拉西瓦水电站原材料采用中热42.5级硅酸盐水泥、连城Ⅰ级粉煤灰、天然骨料（最优级配比例分别为：砂FM=2.6～2.8。二级配：小石∶中石=40∶60。三级配：小石∶中石∶大石=30∶30∶40。四级配：小石∶中石∶大石∶特大石=20∶20∶30∶30）和ZB-1A高效减水剂及DH9引气剂进行联掺。配合比设计技术路线采用“两低三掺”的技术方案，从而达到了有效降低混凝土温升、提高混凝土抗裂性能和耐久性能的目的[5-6]。

4 混凝土分层厚度的研究及应用

在大体积混凝土施工期，由于温度的变化产生拉应力；混凝土的抗拉强度大体是抗压强度的1/10，采取措施将温度变化所引起的拉应力限制在设计允许范围内，大体积混凝土结构的裂缝将会增大。因此，拉西瓦混凝土双曲拱坝工程施工中，为了有效降低混凝土的温升，提高混凝土的抗裂性能，采用了薄层短间歇连续浇筑，即基础约束区每层1.5 m；脱离基础约束区每层3 m[7-8]。

5 混凝土温度控制的研究及应用

拉西瓦水电站地处西北青藏高原，坝高库大，主坝混凝土强度等级较高，骨料为砂岩，线膨胀系数大，混凝土自生体积变形为收缩型，冬季气候寒冷、干燥、早晚温差大，寒潮频繁且冬季施工期长，为了有效的保证混凝土施工质量，加快施工进度，拉西瓦大坝通过有限元温控计算，分析了混凝土施工期温度场及温度应力，分析了影响混凝土温度应力的主要温控措施，提出了符合实际施工的温度控制的技术要求[7，9]。

5.1 温控计算的基本参数

温控计算的基本参数有拉西瓦地区气象资料（见表1）和大坝混凝土温控计算基本参数（见表2）。

表1 拉西瓦地区气象资料Tab.1 The meteorological data of Laxiwa area ℃

表2 大坝混凝土温控计算基本参数Tab.2 Calculation of the basic parameters of the dam concrete temperature control

5.2 计算模型

计算模型1拱冠坝段：取12号坝段作为研究对象。计算高程取2 210～2 274 m，共剖分20节点等参单元4 488个，22 345个计算节点。拱冠坝段三维有限元计算网格见图1。

计算模型2边坡坝段：边坡坝段三维网格及边界模拟时，以16号坝段作为混凝土温度控制的研究对象，以15号、14号坝段作为边坡坝段计算的支撑边界，在14号坝段右侧加法向约束。边坡坝段三维有限元计算网格见图2。

图1 拱冠坝段三维有限元计算网格图Fig.1 The mesh diagram of the three-dimensional finite element calculation of the crown and arch dam section

图2 边坡坝段三维有限元计算网格图Fig.2 The mesh diagram of the three-dimensional finite element calculation of the abutment section

5.3 计算工况

1）基础约束区不同浇筑层厚1.5 m、3 m；

2）不同间歇时间7 d、5 d；

3）不同浇筑温度12℃、13℃；

4）不同冷却水管间距1.5 m×1.5 m、1.5 m×1.0 m；

5）自身体积变形（180 d收缩33×10-6微米应变）的影响；

6）上下游采用全年保温，每年10月—第二年4月对施工层面保温。

5.4 成果分析

通过计算，可得出如下几点结论：

1）减小浇筑层厚，降低混凝土最高温度和基础温差应力。

2）延长间歇时间，降低混凝土最高温度和基础温差应力。浇筑层越厚，降温效果越明显。

3）温控标准：要求控制基础强约束区混凝土最高温度为23℃，弱约束区混凝土最高温度为26℃，边坡坝段须加严1℃控制；基础混凝土允许最大抗裂应力为2.1 MPa，抗裂安全系数1.8。

4）控制浇筑温度：冬季预热骨料、加热水拌合混凝土，控制浇筑温度为5℃～8℃。夏季采取风冷骨料、加冰和冷水以控制混凝土出机口温度≤7℃，浇筑温度≤12℃；控制非约束区混凝土浇筑温度≤15℃。

5）适当加密冷却水管间距，有效降低混凝土最高温度及基础温差应力。

6）对于上下游采用全年保温方式，要求混凝土浇筑完毕后即开始保温。保温后混凝土表面等效放热系数满足要求。

5.5 混凝土施工现场温控措施

5.5.1 混凝土的生产温度

夏季施工：5月—9月，混凝土拌制采用风冷骨料工艺，使骨料温度降至2℃左右，拌和水采用5℃制冷水及加冰拌和，保证基础约束区混凝土出机口温度在7℃以下；脱离约束区后，控制混凝土出机口温度在12℃以下；4月和10月采用常温混凝土自然入仓浇筑。

冬季施工：混凝土拌制过程中采用了骨料二次预热、加热水拌合，保证混凝土出机口温度不低于12℃。对混凝土掺用外加剂，使混凝土缓慢冷却，混凝土受冻前达到规范所要求的强度[10]。

5.5.2 混凝土运输

在运输过程中对运输设备采用了橡塑保温和海绵封闭保温，并对混凝土运输过程进行了严格控制，加快了混凝土输送速度，确保了混凝土入仓温度夏季基础约束区不高于12℃，脱离约束区不高于15℃，冬季不低于8℃。

5.5.3 混凝土成型现场温控措施

1）夏季混凝土成型现场温控措施。

①避免混凝土直接暴晒在阳光下，减少预冷混凝土温度回升，避开高温时段开盘浇筑混凝土。

②控制基础约束区混凝土浇筑温度（指混凝土经过平仓振捣后等第二层覆盖时测得10～15 cm处的温度）不得大于12℃，脱离基础约束区，混凝土浇筑温度不得大于15℃。

③施工程序合理安排，提高入仓强度，缩短混凝土覆盖时间（5—9月不超过150 min，4月和10月不超过180 min，11—3月不超过210 min），尽可能减少混凝土浇筑过程中的温度回升，温度回升控制在2℃～3℃的范围内。

④及时铺设保温被，防止热温倒灌，仓内采取喷雾措施，降低仓内环境气温，减少温度回升。

2）冬季混凝土成型现场温控措施

拉西瓦工程坝址区每年10月下旬—翌年3月中旬，当日平均气温低于5℃时，大坝混凝土进入冬季施工，即施工缝面在天气较暖和时，将揭除保温被，采用凿毛机凿毛，高压风枪清理仓号，避免用水冲洗。当日平均气温－10℃≤Ta≤5℃时，采用蓄热法施工。当日平均气温在－10℃≤Ta≤－25℃时，采用“综合蓄热法”新工艺进行施工[11]。

“综合蓄热法”施工方法包括：

①对坝前、坝后及横缝模板周边部位升温；

②仓号中间部位采用电热毯升温；

③仓号浇筑过程中的蓄热保温。

6 封拱灌浆的研究及应用

坝体需设置横缝，防止混凝土产生大量裂缝；横缝灌浆。使拱坝成为一个完整受力体结构。拱坝横缝开度满足要求方可灌浆，灌浆温度要降至设计封拱温度，其上部还应有一定厚压重，且达到设计规定值。

灌浆区两侧混凝土及上部盖重混凝土需冷却至设计封拱温度。其一，保证了灌浆时横缝能及时张开，其二，盖重混凝土冷却至设计封拱温度制约了施工进度，经济上不合算。不同的盖重区位置对横缝开度的影响是不同的；距离灌浆区越近，盖重区对横缝开度影响越大，反之亦然。

研究表明，在高寒地区高拱坝封拱施工中，距离灌浆区越远，盖重区目标温度对混凝土灌浆区横缝开度和后期应力的影响越小。将9 m盖重区分成3层，将0～3 m，3～6 m，6～9 m盖重区目标温度分别提高1℃，2℃，3℃，最大主应力增加0.09 MPa，混凝土冷却时间减少了116 d，灌浆冷却最大主应力由1.4 MPa降至0.6 MPa[12-13]。

拉西瓦水电站封拱灌浆采用了盖重区分梯度冷却措施，实现了拉西瓦水电站全年封拱灌浆的施工，保证了拉西瓦水电站全年不间断施工的施工质量和进度。

7 结语

拉西瓦水电站混凝土双曲拱坝施工中采用的上述技术方案，在施工中即保证了混凝土的施工质量，满足了施工要求，又加快了施工进度、提高了施工功效，降低了施工难度。同时，创出了夜班产混凝土浇筑2 925 m3、日产5 233.5 m3、月产114 508 m3的记录，实现了一年四投的节点目标，为将来建设类似水电站工程累了宝贵的施工经验。

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