浅谈蓄能电站混凝土施工技术

李春伟

摘要：蓄能电站具有保证电网电压稳定，保障电力系统安全稳定运行的作用，其工程项目的建设越来越多。本文结合某蓄能电站工程实例，分析了蓄能电站混凝土施工的重难点，通过混凝土配合比设计、混凝土生产系统的选择及布置、混凝土仓面设计三方面介绍了混凝土的施工设计，并详细分析了混凝土施工工艺及混凝土施工的温度控制措施，以期能为类似工程提供参考借鉴。

关键词：蓄能电站；混凝土；重难点分析；设计；施工技术

引言

随着我国社会经济的快速发展，我国的电网规模也越来越大，电网调峰矛盾日益突出。而蓄能电站以其能够解决电力系统日益突出的调峰问题，发挥调压调相及事故备用作用，保证电网电压稳定，保障电力系统安全稳定运行的重要作用，其工程建设越来越多。在蓄能电站的施工过程中，混凝土施工是整个工程建设中的重难点，如何合理设计蓄能电站的混凝土施工，采取科学的混凝土施工技术进行蓄能电站混凝土施工是当前的一个重要课题。鉴于此，笔者进行了相关的介绍。

1工程概况

某蓄能电站的工程类型为大（1）型Ⅰ等，该工程主要包括上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等枢纽工程。上水库工程主要由主坝、西副坝、西南副坝及进出水口组成。主坝为混凝土重力坝，坝顶高程737.5m，坝顶长度107.0m，最大坝高42.5m；西副坝和西南副坝均为钢筋混凝土面板堆石坝，其中西副坝最大坝高57.7m，坝顶长度367.5m，西南副坝最大坝高37.4m坝顶长度311.2m。

上水库工程主体混凝土及钢筋混凝土工程量约14.6万m3。根据混凝土抗压、抗冻、抗渗指标要求，各部位混凝土型号共计21种。（1）主坝混凝土工程。主要为大坝现浇混凝土、坝顶预制梁混凝土等。（2）副坝混凝土工程。主要为西副坝、西南副坝混凝土面板、趾板、防浪墙、挡墙、路面等。（3）库盆混凝土工程。主要为库盆混凝土齿槽、断层混凝土回填等。（4）进、出水口工程。主要为前池底板及边墙、扩散段结构、渐变段、上库事故闸门竖井及启闭机房、拦污栅检修平台的混凝土等。（5）库岸混凝土工程。主要为南库岸无砂混凝土及趾板、面板及防浪墙混凝土等，以及路面、电缆沟、排水沟、截水沟、排水渠、集水槽等的混凝土浇筑等。（6）导流洞及后期改建混凝土工程。主要为导流洞衬砌、封堵混凝土等。（7）其他混凝土工程。主要为勘探平洞及断层混凝土回填、灌浆平洞混凝土衬砌等混凝土工程。

2施工条件

（1）施工道路。现有地方旅游公路通过，该旅游公路基本满足工程对外交通运输要求。新建上、下库连接公路，路面宽6.0m，混凝土路面，全长约11.57km。

（2）施工用电。库盆、进出水口、坝头、营地及西北库岸均设置有变压器，从各分区变压器的10kV主干线路引出，向整个工程的施工区和生活区提供电源，变压器大小根据用电负荷确定。根据需要，在两个拌和系统各配备1台200kW柴油发电机组备用，并配置2台150kW移动式柴油发电机组作为浇筑工作面备用电源。

（3）施工用水。生产用水取自库尾，修建贮水围堰拦住库底径流及渗水，设立1处抽水泵站，抽至容积约350m3高位水池，铺设供水管路供生活、生产用水。

（4）混凝土原材料。混凝土骨料及碎石由地下工程的开挖料轧制而成，水泥、钢筋、铜止水等由甲方供应，面板混凝土使用外购河砂。

3混凝土施工难点和重点

根据设计要求及现场施工条件，本工程混凝土施工存在以下难点和重点：（1）上库混凝土施工强度较大，施工点多面广，场内施工布置及合理安排施工程序是重点。（2）混凝土面板防裂是重点，需从配合比设计、拌和物控制、施工控制和养护等多方面着手，制定详细的措施，严格施工质量管理，确保面板浇筑质量。（3）混凝土施工跨越夏季和冬季，夏季混凝土的温控、冬季混凝土的保温是重点和难点。（4）拌和系统是混凝土施工的龙头，其选型和布置是重点。（5）混凝土外观质量的控制是重点，关键在模板的设计和原材料的使用。

4配合比设计

4.1混凝土设计要求

除了混凝土的抗压、抗渗、抗冻指标以外，根据人工碎石碱活性偏大的实际，设计要求胶凝材料参加粉煤灰以中和骨料碱活性，掺量20%以上，同时，提出了各类型的混凝土拌和物和易性、流动性要求。

4.2原材料及其性能检测

水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰采用F类Ⅱ级粉煤灰，外加剂采用高性能减水剂和引气剂，另外根据需求选用了膨胀剂和面板混凝土用聚丙烯纤维。粗、细骨料采用地下厂房开挖料加工而成，经检测其碱活性超标，粗骨料中径含量偏少、石粉含量偏大，细骨料细度模数偏大，需要加大粉煤灰含量和调整粗、细骨料的比例。通过对以上原材料的检测以及各种相容性试验，所选用材料性能符合要求。

4.3配合比试配

按照强度保证率95%、概率度系数1.65进行混凝土试配，面板混凝土掺加0.9kg/m3聚丙烯纤维，最终选定的主要配合比如表1所列。

表1主要混凝土配合比

5混凝土生产系统选择和布置

5.1混凝土施工强度

根据混凝土施工进度安排，高峰月浇筑发生在2014年11月，强度为16030m3/月，浇筑主要部位有：主坝混凝土、西副坝面板混凝土、西南副坝面板混凝土、进出水口及闸门井混凝土、库底基础处理混凝土、库岸基础及面板混凝土。

5.2拌和系统选择及布置

上水库混凝土工程主要分为高程716m混凝土作业面及735m高程作业面。根据工作面分布和施工强度综合考虑，布置库底的HZS－90拌和系统及高程733m进场道路平台侧的HZS－120拌和系统。根据计算，2套拌和系统额定生产强度可达到120m3/h，同时，通过施工仓号分块计算法对混凝土生产系统的复核计算，充分考虑仓位面积、浇筑层厚、混凝土初凝时间、水平及垂直运输条件等因素，拌和系统可满足施工需要。

6主要部位混凝土仓面设计

混凝土仓面浇筑工艺设计主要包括浇筑块单元编码、结构形状、埋件位置、各种混凝土的工程量、浇筑方法（台阶法、平铺法、层厚、次序、方向等）、浇筑时间、浇筑手段，仓面设备及人员配置、温控措施、浇筑注意事项及有关示意图等内容。

6.1主坝

6.1.1浇筑分仓

按照坝段进行分段，按3m高分层，上下游间不分仓，局部分层厚度根据廊道位置及结构形状适当调整，以此方式进行混凝土分仓浇筑（见图1）。

图1混凝土重力坝分区（高程单位：m；尺寸单位：cm）

6.1.2浇筑方式

采用自卸车运输、门机吊罐入仓，局部辅以长臂反铲及溜槽等手段入仓，台阶法浇筑，台阶层厚50cm，从上游向下游推进，人工平仓、振捣。

6.1.3模板设计

本工程主要采用大坝专用模板，根据部位不同辅以专用模板和木模板。模版分部位选型如表2所列。

表2模板分部位选型

6.2进出水口

6.2.1方变圆渐变段

（1）模板。渐变段结构为方变圆结构，沿洞轴线结构尺寸不断变化，故采用木拱架组合异形模板浇筑，内侧采用满堂钢管排架加可调支撑作为支撑（见图2）。

（2）浇筑。利用8m3混凝土搅拌车运输，布置1台混凝土泵（HBT60C型）泵送混凝土入仓。泵管沿线接入，搭设钢管架固定泵管。50mm软轴振捣棒人工振捣。

图2渐变段模板支撑结构

6.2.2上平方段

模板采用钢拱架组合普通钢模板，浇筑方法同渐变段。

6.2.3扩散段、拦污栅段、前池段、拦渣坎

（1）底板采用普通钢模板组立，侧墙、中墩、边墩采用拼装大模板配合普通钢模板，顶板（防涡梁）采用普通钢模板，满堂钢管架支撑，顶板支撑为Φ48mm钢管桁架，每榀桁架用Φ48mm钢管连成整体；钢支撑为钢管支撑，利用可调支撑调节，托梁为I10工字钢。（2）防涡梁段墩头模板采用半圆弧形定型钢模板，主要用于上游迎水面弧形墩头部位，边墩采用单片1/4圆弧钢模板，中隔墩采用两片1/4圆弧钢模板。（3）拦渣坎模板采用普通钢模板组立。（4）混凝土由8m3混凝土罐车运料至现场，汽车天泵或拖泵泵送入仓，人工平仓，50mm插入式振捣器振捣混凝土。

6.2.4二期混凝土

二期混凝土主要分布在进、出水口拦污栅、闸门井门槽、底坎、闸门井顶楣。门楣部位采用定做木模板，其余采用组合钢模板。混凝土采用8m3混凝土罐车运输。二期混凝土多在狭窄部位或钢筋、埋件较密的部位进行浇筑，采用坍落度较大的一级配混凝土。混凝土主要采用溜槽系统入仓，尺寸较小部位如门槽结构，一次性立模，设振捣窗口，窗口紧随混凝土上升封堵。混凝土振捣主要采用50mm软轴插入式振捣器，特殊部位采用人工插钎捣实。

6.3副坝混凝土工程

6.3.1滑模制作、安装

副坝混凝土采用无轨滑膜施工工艺。根据总工期安排和面板数量，滑模总共设计4套，整体式，单个重量7.5t，由宽度不同钢面板组合而成，中间采用高强螺栓连接，滑模两端各挑出30cm，滑板宽1.1m、用厚12mm钢板制作，用工字钢、槽钢加三角衬板与底模焊成整体。顶部设操作平台，尾部设抹面平台，平台上设置挡脚板和雨棚。经验算，滑膜自重能承受混凝土振捣时产生的浮托力。滑模中间空腹部分作为压重备用空间，可视具体情况需要增加压重，提高滑膜抗浮能力。滑膜两端设挂钩，与牵引钢丝绳及手动葫芦连接，增加滑膜安全系数（见图3）。

图3混凝土面板滑模施工工艺

6.3.2侧模制作、安装

侧模设计为钢木模板，确保侧模的稳定性和刚度。侧模厚10cm，标准块长4m，根据缝长拼接而成。竖向用12mm槽钢整体螺接，顶面安装100mm×50mm×5mm镀锌铁片做倒角，槽钢顶面焊接镀锌铁片做为台车滑行轨道。模板底部采用10cm×10cm方木与槽钢用铁钉相接，方木靠混凝土侧锯宽1.3cm、高5cm槽用于固定铜止水鼻子。模板的高度通过方木与槽钢间加楔块调整。每块模板用三个三角架（20mm钢筋）固定，每个三角架侧面设2道螺栓穿孔，孔位与模板孔相对应，两个斜撑上各焊接1对法兰用于精确调整位置。

侧模安装在垂直缝底止水安装完成后进行，每块面板模板安装分三角块起始部分和全断面两部分同时进行，安装前模板表面涂刷脱模剂。侧模安装时，在仓面两侧布设坡面小车，5t卷扬机牵引运输材料。侧模安装按自下而上的顺序进行，依据分缝设计线和测量放线安装模板，模板与固定三角架底部加木楔调整，然后用20mm、长40cm钢钎固定。模板安装偏差要求±2.5mm，垂直度±3mm，用2m长的直尺检查最大偏差±3mm。侧模安装如图4所示。

图4面板浇筑侧模组

6.3.3料斗、溜槽制作、安装

面板混凝土浇筑时混凝土输送用下料斗溜槽方案。每一浇筑仓面按对称位置安装1个进料斗，2条溜槽。料斗上口宽2.4m，料斗挂在钢筋网片上，设地锚，下挂溜槽；溜槽采用1.2mm厚的镀锌铁皮加工而成，每个溜槽为梯形，底宽40cm，高30cm，长2.0m。溜槽沿长度方向每1m设1个铁箍，溜槽与溜槽之间通过挂钩连接。溜槽每3～4节与坡面钢筋绑扎牢固。为保障混凝土浇筑强度，每个结构块浇筑时在长度方向平行布置两条溜槽，溜槽的末端可左右方向移动。为防止混凝土在下料过程中水分损失及飞溅伤人，溜槽敞开表面部分采用无纺布进行覆盖。

6.3.4卷扬机底座及配重块制作

运料小车及滑模的运行靠安装在岸坡顶端基岩平台上的10t卷扬机牵引。为便于卷扬机的安装、就位、移位，用I20工字钢制作底座，以便固定卷扬机。卷扬机安放于岸坡顶部，距上游边缘约1.5m的位置，绳筒的中点正对滑模的吊耳，然后再吊装码放混凝土预制块压重。

7混凝土施工工艺

7.1仓位准备

当混凝土浇筑仓位的钢筋绑扎、模板安装、止水系统安放、各种预埋件埋设等工作完成后，采用人工将仓位内的焊渣、木屑、杂物等清除干净，自检合格后申报验收。

7.2平仓振捣

主坝混凝土采用台阶法浇筑，MQ600门机配3m3和1m3吊罐入仓。进出水口、启闭机房混凝土采用全面分层浇筑法，罐车运输，地泵或汽车泵入仓。面板混凝土采用小型自卸车运输，溜槽入仓。浇筑过程中，尽量将混凝土捣实至可能的最大密实度，每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡并泛浆为准，同时避免振捣过度。振捣按顺序进行，以免造成漏振。对于钢筋较密集部位采取人工平仓并加强振捣，防止漏振。振捣器距模板的垂直距离不小于振捣器有效半径的1/2，并不得触动钢筋、止水及预埋件。浇筑的第一坯混凝土以及在两罐混凝土卸料后的接触处须加强振捣。

7.3收仓及冲毛处理

收仓时仓内机械设备按顺序依次退出。若是结构面层，则做人工收浆抹面处理，否则等混凝土达到一定强度后（30%），采用高压水枪冲毛或人工凿处理。冲毛标准为冲去乳皮和灰浆，混凝土表面积水由浑变清、露出砂粒微露小石为止。

7.4混凝土养护

面板采取长流水养护。在坝顶安装25mm塑料管，每隔20～30cm钻1mm左右的小孔，孔口对面板不间断流水养护。其余部位采取洒水养护，在混凝土浇筑完毕后6～18h内开始进行，并用土工布等保水材料进行覆盖。

8混凝土温度控制

根据设计要求及大体积混凝土温控要求，本工程温控要点主要有：（1）控制混凝土浇筑温度，包括混凝土出机口温度、入仓温度；（2）控制混凝土最高温升；（3）控制混凝土内外温差，以防止产生混凝土表面裂缝。结合本工程地处气象条件，夏季需采取措施控制入仓温度，冬季需采取保温措施，其他季节不做特殊措施即可满足要求。

8.1夏季混凝土温度控制措施

（1）优化混凝土配合比设计，控制混凝土水化热。选择发热量较低硅酸盐大坝水泥、优质高掺量粉煤灰，并尽量选用粗粒径骨料级配和复合外加剂（减水剂和引气剂），以降低水泥用量、降低水胶比、减低水泥水化热。

（2）合理安排混凝土施工程序和浇筑时间，控制混凝土浇筑温度。充分利用气温凉爽季节多浇混凝土，并且将温控要求较严的部位，如主坝基础大体积混凝土等，尽量安排在凉爽季节及早晚低温时段施工。夏季开仓时间安排在下午16：00以后，浇筑时间尽量安排在当天下午16：00至次日上午10：00之间。

（3）混凝土层间间歇期控制，控制混凝土温升。采用薄层浇筑方式，按照设计规定的间歇期内连续上升，不能出现薄层长间歇。层间间歇期从散热、防裂及施工作业各方面综合考虑，分析论证合理的层间间歇，一般不小于5d、不大于10d。对于有严格温控防裂要求的基础强约束区和重要结构部位，控制层间间歇期5～7d。主坝混凝土层间间歇严格按设计要求施工，墩、墙等结构混凝土层间间歇4～9d。

（4）合理采取措施，控制混凝土入仓温度和浇筑温度。采取在混凝土运输车箱顶部设遮阳棚或保温材料，车箱及吊罐外围采用隔热板包裹等措施，减小外界环境温度及太阳辐射热的影响。仓面喷雾，减小外界环境温度的倒灌及太阳辐射热的影响。

8.2冬季施工措施

（1）采取抗冻型外加剂。抗冻型外加剂可以降低水的冰点，促进水泥化学反应，提高水化热、提高混凝土早期强度，尽快使混凝土具备抗冻能力。

（2）采取热水搅拌。在拌和站安装空气能热水器，热水搅拌，提高混凝土出机口温度，加快水泥化学反应。

（3）采取各种保温措施，提高混凝土浇筑温度。一是在混凝土运输设备上加装保温被，减少运输过程中的温度损失；二是在浇筑仓面搭设保温棚，减少浇筑过程温度损失；三是加快浇筑速度，采取少开仓、快浇筑的方式，减少混凝土暴露时间从而减少温度损失。

（4）采用蓄热法养护。混凝土浇筑完毕后立即对混凝土表面和模板覆盖保温，减少温度损失、减低内外温差。根据热工计算，采用0.3mm薄膜加2cm保温材料可满足保温要求。根据气候条件和保温要求，本工程最终采用薄膜+土工布方式进行覆盖保温，保温分层从底往上如下：250g/m2土工布养护花管0.3mm薄膜250g/m2土工布2.5cm珍珠棉被。混凝土抹面结束后，及时覆盖土工布，收仓后覆盖一层塑料薄膜后，再覆盖2～3层0.3cm厚保温土工布，上覆1.5cm厚度聚乙烯保温被，并在保温上用钢筋网格压条防止保温被被风吹走。当气温较高时，可间歇性利用养护花管适当洒水，补充混凝土养护水量。对一些重要部位，如梁、板、柱，增加电热毯覆盖保温。

9结语

综上所述，蓄能电站的建设对保障电力系统安全稳定地运行起着重要的作用。但由于蓄能电站混凝土施工难度较大，因此，对蓄能电站混凝土施工设计及施工技术展开研究具有十分重要的意义。该蓄能电站混凝土工程通过合理的施工设计，克服了混凝土施工难度大等问题；同时采用科学的施工工艺及温度控制措施，从而取得了良好的施工效果。检查结果显示，混凝土的抗压、抗渗、抗裂强度均满足要求。该施工设计及施工技术可供类似工程参考借鉴。

参考文献：

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