長豎井混凝土澆筑施工技術探討

李 功 強

(國電四川發電有限公司，四川 成都 610041)

1 工程概況

松林河洪一水電站樞紐位于四川省雅安市石棉縣蟹螺鄉的木拉灣和甘孜州九龍縣洪壩鄉的濱東境內的松林河次源洪壩河上，是洪壩河規劃梯級開發中的第三級水電站，電站廠址距石棉縣城約30 km，距成都市公路里程約351 km。洪一水電站為單一的引水發電開發的水電工程項目。電站具有日調節功能，電站裝機容量80 MW，設計水頭312 m，最大水頭328.4 m。主要建筑物由取水樞紐、引水隧洞、壓力前池、壓力管道(含斜井段和豎井段)和發電廠房等組成。

洪一水電站壓力管道布置在壓力前池進水室末端，直徑為2.8 m。平面布置上設有1個彎道，轉彎半徑10 m，進口設漏斗式進水口，管道為埋管布置。壓力管道分為豎井段與斜井段，其中豎井段高度225.8 m，壓力管道(圓形斷面)開挖直徑4 m，鋼管直徑2.8 m，鋼管與混凝土之間回填60 cm厚C20混凝土。豎井底部以圓弧形式接斜井，斜井為4 m×4 m的城門洞型開挖斷面,坡度15%,距離4#施工支洞長438 m(如圖1、圖2所示)。本工程豎井在同類工程中具有斷面小、垂直高差大、地下水豐富等典型特點。

圖1 壓力管道平面布置圖

圖2 壓力管道剖面圖

2 施工特點

(1)該豎井施工斷面小，開挖直徑4 m，壓力鋼管直徑2.8 m，壓力鋼管與井壁間回填混凝土厚度僅60 cm，施工場面狹窄。

(2)垂直高差大，采用溜管方式進行混凝土入倉澆筑容易造成骨料分離。

(3)豎井內滲水量大，施工條件惡劣。

(4)由于豎井底部斜管長約440 m，坡度達15%，而斷面又小，加之本工程施工工期緊張，斜管和豎井必須同時施工，豎井混凝土澆筑不具備從井底自下而上施工條件。

3 主要施工技術方案

針對本工程施工特點，在施工技術方案制定上，主要對混凝土垂直入倉措施和施工人員在井內施工安全等進行了分析和論證。為避免在井內進行混凝土振搗作業與井口入倉作業立體交叉引發安全事故，采用了不需要入倉振搗的自密實混凝土。針對混凝土垂直入倉，主要從如何減少骨料分離確保質量方面進行了仔細的分析和研究。

3.1 自密實混凝土

考慮到本工程施工場面狹窄，為避免施工人員在井內進行混凝土振搗作業與井口入倉作業立體交叉引發安全事故，通過綜合分析和調查研究，豎井混凝土澆筑采用了C20二級配自密實混凝土。在澆筑過程中，施工人員無須進入倉內進行振搗作業，混凝土可達到密實，滿足質量要求。自密實混凝土配合比見表1。

表1 自密實混凝土配合比表

說明：水泥采用P.O32.5，骨料為天然骨料，外加劑采用KDNOF-2高效減水劑。

3.2 混凝土入倉措施

針對這一影響混凝土澆筑施工質量的關鍵環節，雖然國內外已有較為成熟的經驗，如“My-box”緩降器、真空溜管等，但基于施工空間狹小的限制，以及施工成本的考慮，最終未采納。為此，為尋求一套更為簡單、經濟、安全的混凝土垂直運輸方式進行了反復的討論和論證，最后提出了三種不同的緩降方案：

一是沿輸送溜管每隔10～5 m左右設置一套雙層小料斗，下層料斗底部開進料孔順接鋼溜管，混凝土料首先在上層料斗內通過混凝土之間的相互碰撞減緩下降速度，然后通過上層料斗頂部溢到下層料斗，再經過溜管將混凝土向下輸送，依次接力完成砼垂直運輸，完成混凝土入倉。

二是沿輸送溜管每隔10～15 m左右設置緩降彎管，該緩降彎管采用鋼結構制作而成。

三是沿輸送溜管每隔10～15 m左右設置緩降器，該緩降器采用鋼板制作而成，與輸送鋼管采用法蘭連接。緩降器在倉內部分(壓力鋼管安裝高程以下部分)為半封閉結構,在倉外部分(壓力鋼管安裝高程到豎井頂部段)為全封閉結構,緩降器內通過擋板等措施使下降速度減緩，完成混凝土的垂直入倉，以避免混凝土骨料分離影響澆筑質量。

在施工過程中，首先采用第一種措施，但在施工過程中發生了堵管，經分析主要是由于混凝土在緩降料斗相互碰撞，速度驟然下降，而井口下降速度未得到有效控制，入倉時混凝土性能未嚴格控制，加之料斗容量有限等原因造成。由于該豎井施工場面狹窄，無法將料斗增大，同時控制井口混凝土入倉速度將會大大影響本工程施工效率并影響施工質量，導致該措施失敗。

最后采用了第三種措施，在溜管沿線，從上到下每隔15 m高差設置一個緩降器。混凝土入倉采用在井口設置集料斗，集料斗上部設置6 cm×6 cm的鋼筋方格柵，下部接輸送管進行混凝土澆筑，該輸送管采用φ150 mm×6 mm鋼管，鋼管之間采用法蘭連接。混凝土采用8m3混凝土罐車直接卸入集料斗進行澆筑。

3.3 入倉及緩降設施安裝

本工程混凝土入倉鋼管和緩沖器的安裝主要利用井口已安裝的10 T門機(壓力鋼管安裝用)，在井口搭設施工平臺進行安裝。安裝主要分兩部分：即擬澆筑部分段 (已安裝完成鋼管頂部高程以下部分)和擬澆筑段以上部分(豎井井口到已安裝鋼管位置高程)鋼溜管安裝。

3.3.1 擬澆筑段以上部位入倉設施安裝

該段安裝采用自上而下進行，安裝人員在井口平臺上利用門機進行組裝，并依次分段下降安裝，每段長度為4.5 m，在組裝過程時，利用設置在井口的鋼梁臨時固定。另外為確保混凝土澆筑過程中施工安全，在輸送鋼管制作時，在鋼管(單長4.5 m)上焊接好利用鋼板制作而成的吊環，隨鋼管向下安裝過程中，由2根鋼絲繩通過吊環與鋼管連接，鋼絲繩采用卷揚機向下降落安裝，最后固定在井口牢靠部位。具體安裝布置見豎井混凝土入倉溜管、緩降器布置圖(圖3)。

3.3.2 擬澆筑段入倉設施安裝

該段入倉設施安裝同壓力鋼管安裝一并考慮,分段長度與壓力鋼管安裝單節(或2節)長度相同,在吊裝時,將混凝土輸送溜管等固定在壓力鋼管內側,壓力鋼管吊裝、就位后,再將溜管吊裝到倉內安裝,該段安裝自下而上進行，吊裝采用安裝在井口的10 t移動門機進行。

圖3 豎井混凝土入倉溜管、緩降器布置圖

安裝完成后全部進行安全檢查，主要檢查鋼管法蘭盤螺栓是否齊全并擰緊，各固定措施是否牢靠等。

3.4 排水措施

本工程巖石破碎，地下水豐富，導致施工工作面滲水量大，且由于豎井本身施工特點造成滲水集中到底部施工工作面，對混凝土施工質量的影響較大，必須對倉內施工滲水及時引排。針對此情況，經過綜合分析和研究，最后在井內沿井壁安裝排水鋼管，沿排水鋼管每隔50 cm左右高程設置排水花孔，在孔口部位采用鋼絲網包裹，在混凝土澆筑過程中，隨著混凝土和井內滲水的升高而引排到倉外。該排水管隨壓力鋼管進行安裝，布置在混凝土輸送鋼管的另一側(如圖3所示)。

4 施工過程分析及主要存在問題

(1)本工程施工布置時，首先是采用第一種入倉措施，但由于過程中施工工藝控制不嚴格，以及雙層緩降小料斗容量有限造成堵管嚴重。最后改用第三種方案實施，效果較為理想。

(2)在按方案三實施過程中，也出現了因緩降設施磨穿而不得不進行修補完善的現象，主要是在緩降器制作材料采購時未嚴格按設計要求采購，用普通鋼板代替高強耐磨性材料，加工制作前也未對材料質量嚴格按程序驗收。在同類工程施工時應引起足夠的重視。

(3)針對井內滲水對混凝土施工的影響，采取了相應的臨時排水措施，雖取得了良好的效果，但若能夠在開挖階段對滲水引排提前統一考慮的話，無論是對工期、質量，還是經濟方面，將會有更好的效果。

5 結論與體會

本工程豎井混凝土澆筑在施工過程中雖然經歷了諸多問題，但通過對措施、方案的不斷完善，最終取得了成功，通過后續對入倉混凝土工程量、灌漿等綜合檢查和分析，混凝土澆筑是密實的，滿足設計要求。該壓力管道豎井已于2009年6月通過充水試驗投入運行，目前運行良好。

(1)本工程雖在類似工程施工中有一定參考價值，但在具體使用時，應進行必要的試驗特別是混凝土配合比和緩降器材料的耐磨性能，對其進一步完善，提高其可行性。

(2)該混凝土澆筑措施雖然在本工程中得到了成功應用，但在施工過程中，忽視了一些監測、試驗數據的采集。因此若在以后同類工程中進行應用，施工過程中重視試驗數據的采集，對施工措施進一步完善，以取得較好效果。

(3)本工程為垂直立體作業，混凝土入倉設施在安裝時，應制定詳細的安全專向措施并實施，并在每次入倉澆筑前對固定裝置等進行必要的安全檢查。

(4)在混凝土拌合、運輸、入倉等過程中，嚴格按照設計要求加強混凝土性能的監測和控制，是確保工程順利進行和工程質量的關鍵因素。方案一失敗其中主要的一個原因是未嚴格控制混凝土性能和入倉速度造成的。

(5)本措施僅在小斷面、深豎井中具有相應的應用價值，特別是自密實混凝土的應用，避免了施工人員垂直立體交叉作業所帶來的安全隱患，具有較好的推廣價值。

作者簡介:

李功強(1977-)，男，甘肅靜寧人，監理工程師，咨詢工程師，從事水利水電工程管理工作.