外摻MgO微膨脹混凝土在落腳河水電站拱壩中的應(yīng)用

摘要: 在水利水電工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用新技術(shù)能提高工程的質(zhì)量和加快工程的進(jìn)度, 但新技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新必須通過(guò)先進(jìn)的項(xiàng)目管理理念來(lái)推動(dòng)。外摻MgO混凝土筑壩新技術(shù)在落腳河水電站拱壩中的應(yīng)用, 較好地解決了混凝土拱壩的開(kāi)裂問(wèn)題, 而且在筑壩施工中全部或部分取代了傳統(tǒng)的混凝土溫控措施(骨料預(yù)冷、加冰拌和、預(yù)埋冷卻水管通水冷卻、分層分塊澆筑等) , 實(shí)現(xiàn)了該水電站拱壩快速、厚層、連續(xù)通倉(cāng)澆筑, 從而大大簡(jiǎn)化了澆筑施工工藝、加快了施工進(jìn)度、降低了工程造價(jià), 取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞: 水工材料; MgO微膨脹混凝土; 落腳河水電站

前言
落腳河水電站坐落在貴州省西北部大方縣境內(nèi)的六沖河一級(jí)支流白甫河上, 工程任務(wù)以發(fā)電為主, 電站總裝機(jī)容量為20 MW, 水庫(kù)總庫(kù)容4650萬(wàn)m3。該工程樞紐主要由大壩、沖沙底孔、引水隧洞、發(fā)電廠房、開(kāi)關(guān)站等主要建筑物組成, 工程等級(jí)為Ⅲ等; 大壩為橢圓雙曲混凝土薄拱壩, 最大壩高81 m, 屬3級(jí)建筑物, 壩體混凝土方量915萬(wàn)m3。

在實(shí)施落腳河水電站項(xiàng)目管理之初, 針對(duì)該項(xiàng)工程的建設(shè)特點(diǎn)和主要建筑物的結(jié)構(gòu)形式, 經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析和評(píng)估, 決定在影響工程建設(shè)投資和對(duì)工期起決定性作用的混凝土雙曲拱壩中采用外摻MgO微膨脹混凝土的筑壩新技術(shù), 以達(dá)到提前建成發(fā)電、創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目標(biāo)[ 1 ] 。

1　外摻MgO微膨脹混凝土技術(shù)的特點(diǎn)

外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)的主要特點(diǎn)是: 在混凝土中摻入適量的輕燒MgO, 利用MgO后期延遲性微膨脹(不可逆)產(chǎn)生的自生體積變形補(bǔ)償大體積混凝土水化熱消散時(shí)的體積收縮, 達(dá)到消減壩體混凝土的溫降拉應(yīng)力的目的。
由于MgO微膨脹混凝土在筑壩材料方面進(jìn)行自我改進(jìn)后能達(dá)到防裂的目的, 所以在澆注壩體混凝土?xí)r就能改變以往小分塊、柱狀、跳倉(cāng)、薄層、長(zhǎng)間歇的澆筑方式, 而采用連續(xù)覆蓋通倉(cāng)、不間歇或小間歇(要求做到不間歇,因施工因素可能是小間歇)的澆注方式; 同時(shí)可簡(jiǎn)化或取消常態(tài)混凝土筑壩應(yīng)采用的溫控措施, 這就加快了壩體混凝土的澆注速度。將MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用到薄拱壩時(shí), 根據(jù)工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)仿真分析, 拱壩壩體可以不設(shè)縱縫, 也可以不設(shè)橫縫或只設(shè)極少數(shù)誘導(dǎo)縫, 從而也大大節(jié)省和縮短了封拱灌漿(或后期對(duì)拉開(kāi)的誘導(dǎo)縫補(bǔ)償灌漿)的時(shí)間。因此, 采用外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)后壩體可以更快的提前擋水和投入運(yùn)行使用[ 2 ] 。

經(jīng)試驗(yàn)研究還表明, MgO 混凝土具有較好的后期性能: a1 與常態(tài)混凝土相比, 其抗壓抗拉強(qiáng)度一般可分別提高3% ～6%和10%左右; b1 MgO混凝土的彈性模量一般可增長(zhǎng)10%左右, 而大壩混凝土的泊松比平均值為0116, 符合一般規(guī)律;c1MgO混凝土的徐變度大于普通混凝土, 若同時(shí)摻粉煤灰混凝土則其徐變度要增大20%以上, 對(duì)提高混凝土的抗裂性能有利; d1 MgO混凝土的抗?jié)B透能力可提高60% , 同時(shí)其抗凍融性能亦有所提高; e1MgO混凝土在自由狀態(tài)下耐蝕性能雖然有所降低(耐蝕系數(shù)下降6%左右) ,但在約束條件下不僅沒(méi)有影響,反而有所提高。

2　外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用過(guò)程管理

　新技術(shù)的推廣應(yīng)用、發(fā)展和創(chuàng)新,有賴于實(shí)施嚴(yán)格的科學(xué)管理。在落腳河水電站雙曲拱壩外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中,貴州中水建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司在管理方面著重控制了下述5個(gè)關(guān)鍵管理點(diǎn)。

2、1　項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu)的建設(shè)

為充分對(duì)落腳河水電站工程進(jìn)行項(xiàng)目管理,按圖1進(jìn)行電站項(xiàng)目經(jīng)理部組織機(jī)構(gòu)的建設(shè)。由圖1可以看出,該組織機(jī)構(gòu)為強(qiáng)矩陣式組織機(jī)構(gòu),項(xiàng)目管理總承包受業(yè)主委托全面主持項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的管理,組織開(kāi)展業(yè)主方項(xiàng)目管理的各項(xiàng)工作。項(xiàng)目管理單位承擔(dān)的工作和任務(wù)具體包括投資控制、進(jìn)度控制、質(zhì)量控制、合同管理、信息管理、組織與協(xié)調(diào)等。
2、2　設(shè)計(jì)管理

設(shè)計(jì)管理工作是落腳河水電站整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的龍頭,是項(xiàng)目正常進(jìn)展的關(guān)鍵。在電站整個(gè)項(xiàng)目管理的過(guò)程中,設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理的核心任務(wù)并非是只對(duì)設(shè)計(jì)工作監(jiān)督,而是通過(guò)采取技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、組織和合同等各方面的綜合措施,對(duì)項(xiàng)目的目標(biāo)進(jìn)行早期有效的控制。即由項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)理對(duì)電站整個(gè)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行管理,對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行投資控制、進(jìn)度控制、質(zhì)量控制、合同管理、信息管理,以及設(shè)計(jì)組織協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)經(jīng)理對(duì)現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé),為設(shè)計(jì)工作的第一責(zé)任人。

對(duì)于新技術(shù)的運(yùn)用,只要該技術(shù)能夠滿足工程需要,并且能為工程帶來(lái)切實(shí)可靠的效益,經(jīng)過(guò)參建各方的共同認(rèn)可,均可在工程上進(jìn)行實(shí)施。落腳河水電站外摻MgO混凝土就是經(jīng)過(guò)了科研、試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、仿真、溫控等多個(gè)單位充分細(xì)致的研究、論證,得到業(yè)主認(rèn)可后才在該水電站拱壩上使用的。

2、3　MgO混凝土的原材料選擇及質(zhì)量控制

混凝土的質(zhì)量必須從源頭抓起,即從原材料的質(zhì)量進(jìn)行控制。落腳河水電站工程所用的主材(水泥、減水劑、粉煤灰、MgO)均由項(xiàng)目管理單位統(tǒng)一定廠采購(gòu), 且每批材料到工地后必須經(jīng)檢驗(yàn)合格后才能使用。

2、4　MgO混凝土施工工藝控制

根據(jù)混凝土拱壩設(shè)計(jì)和施工等有關(guān)規(guī)范, 結(jié)合外摻MgO混凝土的技術(shù)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)具體情況, 專(zhuān)門(mén)編制了“落腳河外摻MgO 混凝土拱壩施工工法”, 對(duì)混凝土拌和全過(guò)程必須控制好的每個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)作了明確的規(guī)定?；炷粮鹘M成材料的投料順序及拌和過(guò)程見(jiàn)圖2, 其中MgO投料采用“濕摻”法添加, MgO 的稱(chēng)量準(zhǔn)確是最關(guān)鍵的一步, 要求其稱(chēng)量誤差小于1%。

　外摻MgO混凝土的檢測(cè)、運(yùn)輸、澆筑及對(duì)模版的要求均與常態(tài)混凝土一致, 在具體施工過(guò)程中, 嚴(yán)格按照混凝土施工規(guī)范和施工工法進(jìn)行實(shí)施即能滿足混凝土施工工藝的要求。

2、5　MgO混凝土施工質(zhì)量控制和管理

外摻MgO混凝土的施工質(zhì)量與常態(tài)混凝土相同, 但MgO混凝土最重要的一個(gè)問(wèn)題就是要保證其膨脹的均勻性, 如果膨脹不均勻就可能破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)而降低混凝土質(zhì)量。如前所述, 首先要求MgO摻量準(zhǔn)確、拌和均勻。水泥內(nèi)一般都內(nèi)含有MgO, 外摻MgO的方式有水泥廠外摻和施工現(xiàn)場(chǎng)外摻2種。水泥內(nèi)MgO含量可采用水泥化學(xué)分析方法( GB /T 176 - 1996 )檢測(cè), 貴州各水泥廠所生產(chǎn)的水泥中MgO的含量均不同, 但據(jù)統(tǒng)計(jì)一般都在2%以內(nèi), 具體數(shù)據(jù)在水泥出廠前要經(jīng)過(guò)檢測(cè), 并作為調(diào)整MgO外摻量的依據(jù)。落腳河水電站大壩混凝土外摻MgO方式采取工地現(xiàn)場(chǎng)外摻, MgO摻量的均勻性檢測(cè)采取出機(jī)口用EDTA 鉻合滴定差減法測(cè)定鎂[ 3 ] 含量, 檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在落腳河水電站大壩澆筑壩體墊層混凝土?xí)r,由于MgO的稱(chēng)量器出了問(wèn)題, 導(dǎo)致MgO的摻量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了設(shè)計(jì)的要求, 該部分超標(biāo)MgO混凝土若不進(jìn)行處理, 無(wú)異于一個(gè)“定時(shí)炸彈”埋在壩基,因此將已澆筑的1 000多m3 墊層混凝土進(jìn)行了全部挖除處理。

3　落腳河水電站采用外摻MgO 混凝土筑壩新技術(shù)的效益

采用MgO混凝土再輔以其他的適當(dāng)措施(如表面保溫、保濕和灑水養(yǎng)護(hù)等) , 不僅有利于解決混凝土壩的開(kāi)裂問(wèn)題, 而且可以全部或部分取代傳統(tǒng)的混凝土溫控措施(骨料預(yù)冷, 加冰拌和, 預(yù)埋冷卻水管, 通水冷卻, 分層或分塊澆筑等) , 可以實(shí)現(xiàn)快速、厚層、連續(xù)通倉(cāng)澆筑, 可以全天候施工,從而大大簡(jiǎn)化了施工工藝、加快了施工速度、降低了工程造價(jià)并縮短了工期。

落腳河水電站大壩施工利用外摻MgO混凝土筑壩新技術(shù), 使用效果比較理想, 從2005年12月24日至2006年5月16日, 在不到5個(gè)月的時(shí)間里澆筑了大壩混凝土5萬(wàn)m3 , 完成了常規(guī)混凝土筑壩需10 多個(gè)月才能完成的工程量(比常規(guī)混凝土筑壩提前了8～15個(gè)月的工期) , 使水庫(kù)提前達(dá)到了初期蓄水高程, 為電站提前發(fā)電創(chuàng)造了基本條件; 同時(shí), 節(jié)約了工程投資近400萬(wàn)元, 取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都極為顯著。

參考文獻(xiàn):[ 1 ] 美國(guó)項(xiàng)目管理協(xié)會(huì). 項(xiàng)目管理知識(shí)體系指南(第3版)[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005.[ 2 ] 李承木, 袁明道. 外摻MgO微膨脹混凝土筑壩技術(shù)應(yīng)用綜述. 水利水電科學(xué)技術(shù)進(jìn)展, 2003,(6) : 57- 63.[ 3 ] 李承木. MgO混凝土自生體積變形的長(zhǎng)期研究成果.水力發(fā)電, 1998, (6) : 55- 59.

原作者：劉安元, 楊廉海, 劉辛