向家壩右岸地下電站蝸殼混凝土施工技術(shù)研究及應(yīng)用

錢軍

（向家壩水力發(fā)電廠，四川 宜賓 644612）

1 概述

向家壩水電站右岸地下廠房二期混凝土起始高程為248.5 m，頂部高程為263.21 m。機(jī)組蝸殼安裝中心高程255 m，采取彈性墊層的方式埋入混凝土內(nèi)，混凝土標(biāo)號(hào)為C9030，單臺(tái)機(jī)組二期混凝土方量約為 10 400 m3。

2 施工布置

2.1 蝸殼混凝土澆筑分層及分塊

蝸殼混凝土澆筑總體分為5層施工（見(jiàn)圖1），第一層混凝土分層高程略高于座環(huán)陰角部位，其上分層主要考慮蝸殼和水車室進(jìn)人廊道的結(jié)構(gòu)分布情況進(jìn)行，分層高度均不超過(guò)3.0 m。具體如下:

第一層：EL248.500 m（EL251.000）～EL253.700 m，高度5.2 m～2.7 m；

第二層：EL253.700m～EL256.500m，高度2.8m；

第三層：EL256.500m～EL259.500m，高度3.0m；

第四層：EL259.500m～EL261.500m，高度2.0m；

第五層：EL261.500m～EL263.210m，高度1.71 m；

單臺(tái)機(jī)組蝸殼底部第一層分四個(gè)象限（Ⅰ～Ⅳ象限），其中Ⅰ、Ⅲ象限為先澆塊，Ⅱ、Ⅳ象限為后澆塊（見(jiàn)圖2），第二層通倉(cāng)澆筑，其上3～5層分南北2塊，縫間設(shè)置拼縫鋼筋，第一層施工過(guò)程中對(duì)角兩塊同時(shí)備倉(cāng)，連續(xù)澆筑。

2.2 施工交通布置

主廠房上游墻▽273 m布置“之”字形腳手架轉(zhuǎn)梯至機(jī)組施工部位，該通道隨著倉(cāng)位的上升而拆除；南端安裝間與北段混凝土施工廊道布置腳手架轉(zhuǎn)梯至8號(hào)、5號(hào)機(jī)組倉(cāng)面，各個(gè)機(jī)組之間設(shè)置腳手架小爬梯至機(jī)組施工部位。

蝸殼外圍混凝土施工場(chǎng)地狹窄，交通梯道主要利用下料平臺(tái)和蝸殼外圍鋼筋做支撐，現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)搭設(shè)鋼管爬梯，爬梯踏步采用鋼板制做，并設(shè)置扶手。

2.3 施工排水布置

蝸殼外圍混凝土施工廢水通過(guò)澆筑錐管段混凝土預(yù)埋的排水鋼管排至肘管底部，再由尾水系統(tǒng)已有排水設(shè)施抽排至洞外，發(fā)電機(jī)層混凝土施工完后對(duì)排水管作回填灌漿處理。

3 彈性墊層

3.1 彈性墊層的作用

為改善壓力鋼管或鋼蝸殼周圍混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，提高其抗裂安全度。通常采取在壓力鋼管或鋼蝸殼上半圓表面鋪設(shè)彈性墊層，人為增大鋼管與混凝土之間的縫隙，使內(nèi)水壓力先由鋼管獨(dú)自承擔(dān)，當(dāng)管內(nèi)水壓力達(dá)到一定值后，鋼管產(chǎn)生膨脹壓縮墊層，再由墊層將一定的壓力傳遞到外包鋼筋混凝土中。

3.2 向家壩彈性墊層的布置

蝸殼外圍墊層材料為高壓聚乙烯閉孔泡沫板，墊層范圍為Ⅰ、Ⅳ象限內(nèi)的上半圓。泡沫板厚度30 mm，當(dāng)在鋼蝸殼曲率半徑較小范圍粘貼有困難時(shí)，將30 mm厚度分成兩層（即每層15 mm）。

彈性墊層施工前，先將鋼管表面沖洗干凈（無(wú)銹、無(wú)灰層），并用紗布抹干。在泡沫板面均勻涂抹氯丁膠，等氯丁膠呈不拉絲狀再涂第二次，等到板面二次涂抹的氯丁膠呈不拉絲，且鋼管表面已涂氯丁膠呈不拉絲狀，便將泡沫板與鋼管粘合。貼粘過(guò)程中，用木錘敲擊板面，防止泡沫板松動(dòng)彈出，板縫處用氯丁膠粘合密閉牢固。安裝好的墊層材料在結(jié)合面進(jìn)行砂光和表面噴涂聚氨酯類防水材料。彈性墊層施工過(guò)程中，禁止火源靠近，并在每個(gè)施工部位配備1～2臺(tái)手持式滅火器。

圖1 蝸殼二期混凝土分層橫剖面圖

圖2 蝸殼二期混凝土第一層分塊示意圖

4 施工主要工序

4.1 施工程序

蝸殼安裝驗(yàn)收、混凝土縫面處理→蝸殼腰線以下鋼筋安裝→彈性墊層安裝→泵管、溜筒及灌漿管路安裝、冷卻水管安裝、監(jiān)測(cè)儀器安裝→蝸殼第1層混凝土澆筑→蝸殼腰線以上鋼筋安裝→蝸殼第2層混凝土澆筑→蝸殼及座環(huán)底部回填灌漿→蝸殼第3層至第5層混凝土澆筑、基礎(chǔ)環(huán)底部回填灌漿。

4.2 主要施工方法

4.2.1 縫面處理

在混凝土澆筑前用高壓水沖毛槍將基巖面或主廠房墻面噴護(hù)混凝土的淤積物沖洗干凈，表面松散塊石人工撬挖清除。水平縫面采用高壓水槍沖毛成毛面，粗砂微露。

4.2.2 鋼筋施工

蝸殼鋼筋安裝順序?yàn)橄壤锖笸?，施工順序?yàn)椋簜}(cāng)面清洗→測(cè)量放樣→安裝樣架鋼筋→蝸殼內(nèi)側(cè)鋼筋就位→環(huán)向主筋焊接→接頭驗(yàn)收→分布筋安裝。

鋼筋先一次安裝至蝸殼腰線后再隨著倉(cāng)位的上升施工腰線上部的鋼筋。先施工環(huán)向主筋再施工流向分布筋，沿蝸殼流道方向先尾部后進(jìn)口。安裝時(shí)先在蝸殼底部做好鋼筋樣架并固定，然后將加工好的鋼筋分類分批吊運(yùn)入倉(cāng)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別擺放就位。在蝸殼支墩之間將鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙連接成型，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收后整體推入蝸殼支墩頂部就位且與樣架鋼筋綁扎固定。安裝過(guò)程中，需保證鋼筋的保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，確?；炷另樌倪M(jìn)料。為減少焊接工作量，鋼筋主要采用滾軋直螺紋方式連接。

蝸殼與機(jī)坑里襯之間的“V”型槽內(nèi)鋼筋相對(duì)密集，在鋼筋安裝階段必須間隔預(yù)留進(jìn)人、進(jìn)料孔，以便混凝土澆筑振搗密實(shí)，在混凝土澆筑階段陸續(xù)補(bǔ)焊鋼筋，回填混凝土。

4.2.3 模板施工

模板利用φ48鋼管作橫豎圍令，模板設(shè)拉條與內(nèi)支撐，拉條采用φ14拉條，內(nèi)支撐采用φ25鋼筋，拉條間排距按750 mm控制。廊道尖角部位采用5 mm×10 mm方木按照設(shè)計(jì)邊線切割成斜面后進(jìn)行安裝。

4.3 混凝土澆筑

4.3.1 蝸殼第一層混凝土澆筑

（1）先澆塊混凝土澆筑

蝸殼混凝土澆筑手段為泵機(jī)+溜槽+橋機(jī)（輔助），泵送混凝土坍落度160～180 mm，溜槽自卸混凝土坍落度130～150 mm，橋機(jī)掛吊罐澆筑混凝土坍落度70～90 mm，泵送自密實(shí)混凝土擴(kuò)散度550～650 mm。在蝸殼座環(huán)陰角處啟動(dòng)砂漿泵泵送砂漿，砂漿泵配比：水：水泥：砂 =1：2：3.5，砂漿泵泵管管徑64 mm。

混凝土從倉(cāng)面蝸殼外上游側(cè)開倉(cāng)平鋪法澆筑，人員在蝸殼內(nèi)、外側(cè)同時(shí)振搗，形成外高內(nèi)低，確保蝸殼外側(cè)混凝土擠進(jìn)蝸殼底部和內(nèi)側(cè)。澆筑到蝸殼底部以上后，采用徑向低泵管繼續(xù)泵送混凝土，施工人員繼續(xù)在蝸殼內(nèi)側(cè)振搗，當(dāng)陰角處已無(wú)法人工振搗時(shí)施工人員從封頭模板撤出倉(cāng)面，啟動(dòng)高泵管泵送自密實(shí)混凝土，蝸殼外側(cè)溜槽和橋機(jī)繼續(xù)澆筑蝸殼外側(cè)混凝土。澆筑過(guò)程中利用基礎(chǔ)環(huán)上預(yù)留的φ125 mm孔對(duì)內(nèi)側(cè)進(jìn)行振搗，當(dāng)混凝土澆筑至基礎(chǔ)環(huán)環(huán)板頂面，且環(huán)板上孔洞停止冒漿后，用木塞將環(huán)板上的振搗孔封堵，啟動(dòng)砂漿泵泵送砂漿，由橋機(jī)掛吊罐供料，泵送壓力按不大于0.2MPa控制，以確保泵送過(guò)程中抬動(dòng)變形值控制在在機(jī)組廠家允許范圍內(nèi)。

（2）后澆塊混凝土澆筑

蝸殼內(nèi)側(cè)（低泵管）和外側(cè)同時(shí)開倉(cāng)，從蝸殼半徑較大側(cè)開倉(cāng)“坡澆法”澆筑，人員可先進(jìn)入蝸殼陰角進(jìn)行振搗，使混凝土料沿蝸殼流向依次將底部覆蓋，施工人員最后從蝸殼半徑較小的部位撤出，同時(shí)啟動(dòng)高泵管泵自密實(shí)混凝土，后續(xù)澆筑方式與先澆塊相同。

4.3.2 蝸殼第2～5層混凝土澆筑

第2～5層混凝土采取平鋪法澆筑，溜槽與橋機(jī)掛吊罐均澆筑常態(tài)二級(jí)混凝土，每澆筑層收倉(cāng)面與蝸殼交角處做倒角處理?；炷料铝蠒r(shí)要防止骨料堆積，及時(shí)將堆積的大骨料分散開來(lái)。

4.4 混凝土溫控措施

4.4.1 通水冷卻

倉(cāng)內(nèi)冷卻水管間距按照1.5×1.5 m布置（蝸殼第一層采用自密實(shí)混凝土?xí)r加密至1 m×1 m），采用φ32PE管，呈蛇形布置，每倉(cāng)第1層水管鋪設(shè)于施工縫面，層間距按1.5 m控制，中上部的冷卻水管采用鉛絲牢固綁扎在操作架管上，水管距邊1.5 m左右。單組水管總長(zhǎng)應(yīng)不超過(guò)250 m。水管開倉(cāng)前及澆筑過(guò)程中均應(yīng)進(jìn)行通水檢查，通水壓力0.3～0.4 MPa，發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象立即處理。

開倉(cāng)后，采取個(gè)性化方式通水前3～5 d采用25～35 L/min的大流量進(jìn)行冷卻通水，達(dá)到最高溫度后采用15～20 L/min的流量進(jìn)行冷卻通水（控制降溫幅度每天不超過(guò)1℃），確保混凝土最高溫度在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)。

4～11月通制冷水.，進(jìn)水溫度≤12℃的，進(jìn)出水口溫差4～6℃。12月～次年3月通江水冷卻，通水時(shí)每天調(diào)換一次進(jìn)出口方向，在混凝土開倉(cāng)時(shí)即開始通水，悶溫合格后冷卻水管即可回填。

4.4.2 最高溫度及出機(jī)口溫度

蝸殼二期混凝土允許最高溫度按照38℃控制；

采用自密實(shí)混凝土或配合比中膠凝材料總用量達(dá)到330 kg/m3以上的特殊部位按照43℃控制。

蝸殼混凝土出機(jī)口溫度按14℃控制。

4.4.3 混凝土澆筑溫度控制

11月～次年3月混凝土采用自然入倉(cāng)，4～10月采用預(yù)冷混凝土，澆筑溫度控制在16℃～18℃。

5 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在蝸殼陰角開倉(cāng)前通知機(jī)電標(biāo)單位進(jìn)行監(jiān)測(cè)儀器的安裝，在蝸殼和座環(huán)上安裝監(jiān)測(cè)儀器將其水平位移及抬動(dòng)值控制在設(shè)計(jì)值允許范圍內(nèi)，混凝土澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制澆筑上升速度，并根據(jù)監(jiān)測(cè)成果及時(shí)調(diào)整。圖3、圖4是5號(hào)機(jī)蝸殼二期混凝土第二象限澆筑時(shí)布置的監(jiān)測(cè)儀器所反應(yīng)的座環(huán)徑向及軸向位移。

圖3 5號(hào)機(jī)蝸殼位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)-徑向位移(mm)

6 結(jié)語(yǔ)

向家壩水電站右岸地下廠房蝸殼二期混凝土施工在工期緊、強(qiáng)度大、難度高的情況下，充分利用工程特點(diǎn)優(yōu)化施工方案，合理安排施工程序，取得了較好的效果。在蝸殼二期混凝土施工方面取得了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程提供了有益的參考。

[1]張文軍,陳學(xué)永,葛 瑤.金安橋水電站廠房蝸殼二期混凝土施工技術(shù)[J].甘肅水利水電技術(shù),2010,46(5).