水電站廠房現(xiàn)澆混凝土施工技術研究

郭忠奇

摘要：水電站作為供應城市居民正常生活的基礎設施，直接影響城市運行，而水電站廠房作為影響水電站工作的重要因素之一，施工質(zhì)量需要嚴格控制。現(xiàn)澆混凝土技術是從水電站廠房建設中混凝土制備到成型再到硬化這一過程的全部環(huán)節(jié)來保證工程施工質(zhì)量。文章以水電站廠房的混凝土施工為研究核心，針對水電站廠房現(xiàn)澆混凝土施工技術進行分析。

關鍵詞：水電站廠房；現(xiàn)澆混凝土；施工技術；施工質(zhì)量；建筑工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV544 文章編號：1009-2374（2016）31-0100-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.050

水電站廠房質(zhì)量的高低與現(xiàn)澆混凝土的材料質(zhì)量和施工技術有著密切關系，因此，要提升水電站廠房的質(zhì)量與建筑的安全性，就需要針對現(xiàn)澆混凝土的原材料質(zhì)量與施工技術進行監(jiān)控與調(diào)整，以適應當前水電站廠房建設的實際要求。本文詳細介紹了水電站廠房的工程施工過程，并且針對發(fā)電廠房結構中各部位所適應的現(xiàn)澆混凝土施工技術進行了論述，得到最適應水電站廠房的施工技術參數(shù)。

1 水電站廠房現(xiàn)澆混凝土的技術、材料與特點

1.1 水電站廠房的構成

水電站廠房內(nèi)部主要由兩部分結構組成，包括上部結構與下部結構，以發(fā)電機層為上下層分界點。上部結構通常由承重能力較強框架結構和承重能力較弱的磚墻組成，鋼筋混凝土結構通常作為承重構架的主要材料，水電站廠房通常采用現(xiàn)澆混凝土技術，上部結構的構成與傳統(tǒng)水電站廠房有所區(qū)別。而下部結構組成結構包括基礎混凝土、尾水管、錐管、蝸殼、機墩與風罩等，具有形狀不規(guī)則、結構較小、預埋件數(shù)多、承重能力不盡相同、需要較高的施工技術等特點。

1.2 現(xiàn)澆混凝土的施工特點

在水電站廠房工程中運用現(xiàn)澆混凝土時，主要工作量集中于廠房中，需要工程量較多的混凝土，具有施工工序復雜與施工工期較長的特點，并且直接影響水電站的整體建設質(zhì)量。水電站廠房的現(xiàn)澆混凝土技術具有下述五項特點：（1）在基礎混凝土澆筑前需要進行基地的挖掘與基礎處理工作，其中基礎面的清理與排水問題最為困難，會影響混凝土的施工工期；（2）由于水電站整體構造較為復雜，混凝土標號、級配、抗?jié)B指標等要求較多，較難選定最優(yōu)的水泥、外加劑及摻合料品種，譬如廠房需要大量水泥且外界干擾因素較多，尤其受天氣及溫度影響較大；（3）由于主廠房二期混凝土結構斷面面積較小，鋼筋分布較為緊湊，不適宜使用大體積吊罐進行混凝土澆筑，施工進度較慢，無法發(fā)揮現(xiàn)澆混凝土的優(yōu)勢；（4）由于模板工程工作量較大且結構比較復雜，所以對于施工技術的精確度和熟練度的要求很高；（5）在進行現(xiàn)澆混凝土寬槽的灌漿工序時，需要規(guī)劃好混凝土的施工順序與工期，確保留有足夠的工期進行回填與灌漿工序，確保發(fā)電乃至電站移交工期的按期實現(xiàn)。如今的水電站廠房現(xiàn)澆混凝土技術的實施與傳統(tǒng)建設工程相比，施工組織更為復雜，技術要求更加細致且具有難度。

1.3 現(xiàn)澆混凝土的材料

現(xiàn)澆混凝土技術的材料選擇：（1）水泥。在選取水泥品種時需根據(jù)水電站廠房設計圖紙，針對不同結構與部位的施工要求，用以確定品種的類型與技術指標，使其可以滿足廠房的施工標準；（2）骨料的選擇。在進行現(xiàn)澆混凝土的攪拌過程中，骨料的要求主要集中于具有足夠的硬度、致密性，以沒有裂隙為最佳等方面，除此之外，骨料的雜質(zhì)的含量必須低于規(guī)范的范圍；（3）外加劑的選擇。使用外加劑可以增強現(xiàn)澆混凝土的整體強度與使用持久度，提升和易性，對整個施工工藝都有著明顯的影響，使其滿足廠房施工對現(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量標準。針對水電站的廠房特點與施工技術，并詳細分析不同的結構與實際情況，一般選擇外加劑中的減水劑、緩凝劑、引氣劑、早強劑等，這幾種外加劑可以有效提升各結構的質(zhì)量。

2 水電站廠房混凝土施工

2.1 水電站廠房混凝土施工設備布置

混凝土水平、垂直運輸方式比選方法：垂直運輸具有多種模式與設備，包括門、塔式起重機與混凝土泵等，混凝土泵的主要特點是具有較廣的應用途徑、適應能力較強，具備很高的安全性，可有效提升運輸速度與效率，適用于具有一定高度的建筑，最高可達到150～200m，一旦混凝土無法從地面運輸，即可采用垂直運輸?shù)姆绞竭M行施工。

水平運輸主要分為手推車、機動翻斗車與混凝土罐車等方式，適用于地面運輸與地面施工開展等。與垂直運輸設備應用范圍不盡相同，只有相互配合，才能促使混凝土工程達到最佳的效果。

混凝土施工設備布置原則應遵循如下三點：（1）設備的布置數(shù)量盡可能少，覆蓋范圍盡可能廣，設備的安裝和拆除方便靈活，設備接料道路通暢；（2）設備的布置位置做到合理布局，設備的效率能得到較好的發(fā)揮，混凝土的澆筑強度保障率高；（3）施工布置應考慮盡量減少相關施工項目之間的干擾，充分考慮各機械設備之間的干擾。

2.2 水電站廠房混凝土分層、分塊原則

廠房內(nèi)大體積混凝土澆筑分層按設計要求進行，大體積混凝土澆筑層厚度：基礎強約束區(qū)不超過1.5m層厚，基礎弱約束區(qū)及以上采用1.5～3.0m層厚。

2.3 廠房混凝土施工

2.3.1 一期混凝土工程。

第一，大體積混凝土施工。廠房下部大體積混凝土澆筑主要利用門、塔機等設備吊臥罐入倉，同時布置履帶吊、汽車吊等設備輔助進行廠房下部大體積混凝土澆筑，設備覆蓋范圍之外的混凝土將布置混凝土泵進行澆筑。

混凝土澆筑采取跳倉澆筑，根據(jù)倉面大小和入倉能力分別采用平鋪法和臺階法，并優(yōu)先考慮臺階法。鋪料方由短邊開始，有條件的部位采用多臺混凝土設備同時澆筑。鋪料層厚50cm，采用臺階法時臺階寬度不小于2m，平倉和振搗主要選擇Φ100硬軸和Φ50軟軸振搗器振搗，振搗方式為梅花形布置，振搗時間以混凝土不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡，開始泛漿為準，并及時對新澆混凝土面進行養(yǎng)護。

混凝土澆筑應保持連續(xù)性，混凝土澆筑允許間歇時間應通過試驗確定或按相關技術規(guī)定執(zhí)行。若超過允許間歇時間，則應按施工縫處理。

第二，板、梁、柱結構混凝土施工。板、梁、柱混凝土澆筑：根據(jù)柱子斷面大小、高度以及有無牛腿等情況決定分層高度，無牛腿時一般一次立模澆筑。斷面較小、人工不能進倉振搗時，柱子模板開窗口下料振搗，鋪料厚度為30～50cm，1.5～2m停澆1h，再繼續(xù)上升。混凝土采用混凝土泵或門機吊料到柱子頂部，再掛導管卸料入倉，采用軟軸振搗器搗實。

梁、板作為整體一起澆筑，板厚≤60cm不分層一次鋪料澆筑；板厚>60cm時分層澆筑，倉面較小時采用平鋪法，倉面較大時采用臺階法澆筑。采用門機或混凝土泵入倉，使用Φ100振搗器和Φ50、Φ30軟軸振搗器振搗，倉面焊樣架筋收面，確保表面平整。

第三，墻體混凝土施工。廠房及安裝間不裝修的永久外表面模板主要采用WISA面板。由于墻體分層較高，鋼筋預留接頭長，為保證骨料不分離，在倉內(nèi)每3m間隔布設溜筒，施工手段采用布置于門機或塔機配合吊罐，通過溜筒下料入倉，溜筒末端設帆布并安排專人鏟料，或采用混凝土泵配合溜筒下料入倉。牛腿部位鋪料先內(nèi)側(cè)后外側(cè)，振搗器距模板最小距離為15cm。采用二次振搗法，確保模板邊氣泡逸出。

收倉面采取專門措施控制分層高程，保證拆模后的不裝修墻面印跡線橫平豎直。高溫季節(jié)澆筑的墻體采用花管噴淋養(yǎng)護，養(yǎng)護時間宜為28天；低溫季節(jié)（10月～次年3月）表面貼保溫被保溫。

2.3.2 二期混凝土工程。在水電站廠房進行二期混凝土施工過程中，其內(nèi)容主要包括有蝸殼、座環(huán)支墩、蝸殼、機墩、風罩混凝土及發(fā)電機層樓板的澆筑等。混凝土施工的質(zhì)量和廠房內(nèi)的發(fā)電機組正常運行與現(xiàn)澆混凝土施工技術有著緊密聯(lián)系，是整個工程的重點所在，各部位在施工過程中的控制要點和注意事項主要有：

第一，座環(huán)部位。在進行座環(huán)工序的施工時，所使用的混凝土需要從座環(huán)外部的側(cè)面模板中進行開孔，隨后利用開口進行運輸物料，在施工時需要注意，應將陰角的空間盡可能全部填滿，并且針對混凝土進行振搗時，需要確保混凝土具備滿足標準的密實度。

第二，蝸殼部位。針對蝸殼部位的施工可大致劃分為兩種：（1）廠房蝸殼層混凝土澆筑時，澆筑倉面大，入倉強度高，為了保證混凝土澆筑的連續(xù)性，采用溜管、溜槽和橋機吊罐同時入倉，泵送輔助。蝸殼安裝前，先澆筑蝸殼層基礎及支墩混凝土。澆筑蝸殼層混凝土時，對蝸殼陰角處及鋼筋密集的部位，應采用埋設混凝土導管，泵送一級配高流態(tài)細石混凝土進行澆筑，加強振搗并埋設回填灌漿管，澆筑后再進行回填灌漿。為防止混凝土澆筑過程中對肘管和蝸殼有影響，同時為了有利于混凝土散熱，必須嚴格控制澆筑速度、薄層緩慢上升，澆筑分層厚度控制在30cm左右。澆筑廠房二期、三期混凝土時，將結合面的老混凝土鑿毛，沖洗干凈，保持濕潤。（2）在實際施工時，也可利用砌筑混凝土提前完成瓦塊灌漿與預填骨料灌漿兩個步驟，可加快工程效率，在利用混凝土進行澆筑時應保持四周勻速上升的速度，同時上升距離應維持在要求的標準內(nèi)，也就是30cm的要求，內(nèi)部振搗器與預埋件之間的距離則應超過30cm。

第三，機墩部位。在進行機墩的施工時，由于機墩屬于圓環(huán)狀的結構，因此需要在進行模板的架立工序中，確保模板具備符合標準的穩(wěn)定性。在這一過程中不能利用臺階法進行澆筑混凝土，因此需要采用對稱下料的方式分層澆筑。

3 水電站廠房混凝土的施工注意事項

3.1 現(xiàn)澆混凝土的養(yǎng)護與質(zhì)量工作

在混凝土澆筑過程中利用振搗器與平板振搗器進行振搗工序，梁、墻、板、柱等混凝土則采用型號為ZN75或ZN50兩種軟軸振搗器進行振搗。針對底板的工程，需在每一澆筑面都配有2～3臺的振搗器，而平板振搗器數(shù)量則維持在1～2臺即可，梁、墻、板、柱等配有型號為ZN75或ZN50的振搗器，數(shù)量1～2臺，局部鋼筋密集的部位使用ZN30振搗器。混凝土養(yǎng)護可采用灑水養(yǎng)護或覆蓋薄膜養(yǎng)護等，養(yǎng)護時間不宜小于14天，冬季根據(jù)實情延長一定時間。

質(zhì)量工作需要嚴格按照施工技術的標準進行，包括依照施工技術標準中規(guī)定的順序進行現(xiàn)澆混凝土的攪拌、澆筑、振搗與養(yǎng)護工作，同時施工工程中需避免出現(xiàn)混凝土漏振，以免產(chǎn)生蜂窩、狗洞、麻面等質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生。在利用混凝土進行澆入倉時，一旦倉內(nèi)出現(xiàn)粗骨料集中的情況需要立刻暫停下料，在了解情況后，通過人工平倉的方式將水泥漿與粗骨料良好的結合，防止內(nèi)部出現(xiàn)蜂窩現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)混凝土和易性較低時，可通過加強振搗的方式提升施工整體質(zhì)量，但需注意不能在這個過程中加水。相關技術人員需要具備專業(yè)的技能與證書，通過一系列措施確保工程可以高質(zhì)量的移交。

3.2 混凝土溫控與防裂措施

3.2.1 降溫措施。由于普遍水電站廠房的混凝土工程施工期較長，在夏季高溫天氣時應采取必要的降溫措施避免混凝土入倉溫度過高產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。例如，基礎約束區(qū)混凝土應避免在溫度過高時段澆筑；控制混凝土的膠凝材料用量，防止混凝土水化熱溫過大；底部倉面尺寸大，基巖的約束作用明顯，混凝土溫降過程緩慢，內(nèi)外溫差引起的內(nèi)部約束時間長，易產(chǎn)生表面裂縫并可能導致貫穿裂縫，影響結構安全。

因此，在施工期間采取嚴格的綜合溫度控制措施，防止裂縫產(chǎn)生，采取的方法有：

第一，加強對混凝土原材料性能及廠房各區(qū)混凝土性能研究，采用發(fā)熱量低的水泥，通過優(yōu)化混凝土配合比，減小混凝土水化熱，提高混凝土抗裂性能。

第二，加強預冷混凝土在運輸和澆筑過程中的保溫工作，嚴格控制澆筑溫度。運輸時，對車輛、吊罐進行適當遮陽保溫，澆筑過程中根據(jù)實際情況采用倉面噴霧，盡量降低環(huán)境溫度；對澆完的混凝土根據(jù)監(jiān)理工程師要求及時覆蓋保溫被，以避免陽光直射。

第三，對新澆混凝土及時進行保溫材料覆蓋或噴霧，可起到加速混凝土散熱和防止混凝土表面產(chǎn)生干縮裂紋的作用。

第四，澆筑混凝土時避開高溫時段。

第五，嚴格控制混凝土澆筑溫度，根據(jù)招標文件要求，3～10月澆筑主體建筑物混凝土時，基礎強約束區(qū)混凝土澆筑溫度不超過17℃（參考出機口溫度不大于12℃），基礎弱約束區(qū)及以上澆筑溫度不超過19℃（參考出機口溫度不大于14℃）

第六，控制澆筑層厚及間歇期：（1）在滿足澆筑計劃的同時，盡可能采用薄層、短間歇、均勻上升的澆筑方法；（2）澆筑層厚根據(jù)溫控、澆筑、結構和立模等條件選定。對于主體建筑物基礎強約束區(qū)混凝土，澆筑層厚不大于1.5m，基礎弱約束區(qū)及以上混凝土筑層厚可采用1.5～3.0m。

第七，通水冷卻。通水冷卻是混凝土溫控最為關鍵的措施之一。對廠房主體建筑物大體積混凝土，用預埋在混凝土中的冷卻水管壓送制冷水或天然河水的方法進行冷卻。

第八，成立專門的混凝土溫控領導小組，建立混凝土溫度控制預警制度，控制混凝土最高溫度在設計容許范圍內(nèi)。

3.2.2 保溫措施。在天氣較冷進行混凝土的施工時需要采取保溫措施：在利用搭棚保溫時需要提前針對骨料進行預熱，也要注意提升混凝土攪拌材料的整體溫度，必要時可加入熱水，溫度應小于60℃；在進行混凝土運輸時，需要針對運輸車使用專業(yè)的保溫措施，同時也要縮短運輸距離與時間；在進行澆筑工序前，需要在相應的倉面使用噴灑溫水與利用熱風槍的方式進行保溫；澆筑前需要在模板上層鋪設專用的保溫層，確保澆筑完成后可及時利用保溫材料進行覆蓋，同樣在混凝土模板拆除后也需要利用保溫材料進行覆蓋。

3.3 主廠房二期混凝土質(zhì)量保證措施

3.3.1 肘管二期混凝土。

第一，澆筑順序：肘管二期混凝土坑一般是分臺階布置，二期混凝土澆筑仍按一期臺階從底處分層對稱平衡澆筑上升。在分層高度上除參照一期臺階度高外，還要充分考慮肘管鋼襯結構形狀，避免產(chǎn)生小銳角混凝土體。

第二，控制混凝土澆筑速度并均勻下料采用平鋪法澆筑，鋪料厚度0.5m，并控制混凝土上升速度不超過30cm/h。施工中在肘管四周順鋼襯肋板多設溜筒，布置多個下料點，均勻下料。

第三，肘管最底部位為大面水平封閉倉面，在該部位的澆筑最后50cm厚時，除采用高流態(tài)的混凝土外，另外采取順肘管鋼襯肋板預埋混凝土泵管至流道中部，從中部向兩側(cè)泵壓高流態(tài)混凝土擠滿封閉倉面。同時防止回封閉倉面的排氣困難影響高流態(tài)混凝土擠滿倉面，在肘管鋼襯的肋板陰角處埋設排氣管，排氣管后期采用灌漿處理。

第四，充分振搗，保證混凝土的密實性。該部位的鋼筋分布較為密集，倉內(nèi)澆筑封閉后無法通過視線觀察，需在澆筑過程中用小錘不斷對鋼襯進行敲擊檢查，通過聲音效果判斷所澆混凝土的密實性。

第五，肘管變形監(jiān)測在混凝土澆筑期間，在鋼襯上口的各方向分別安放千分表，監(jiān)測鋼襯在水平、垂直方向的位移變形情況。監(jiān)測混凝土澆筑期間鋼襯位移變形量控制在允許范圍內(nèi)，且主要反映溫差變形情況，確保鋼襯安裝精度。

3.3.2 蝸殼二期混凝土。

第一，蝸殼陰角、支墩部位施工難度大。為了保證混凝土澆筑質(zhì)量，在蝸殼座環(huán)上要設置通氣孔（兼灌漿和振搗孔）以利于混凝土填筑，在支墩之間預埋內(nèi)側(cè)供料泵管或在蝸殼中心線內(nèi)側(cè)布置環(huán)向送料泵管。采用混凝土泵送高流態(tài)自密實混凝土進行澆筑。蝸殼外圍混凝土結構采用彈性墊層方案混凝土澆筑。為盡可能使蝸殼不發(fā)生偏移、上浮和焊縫拉應力產(chǎn)生蝸殼變形，將蝸殼混凝土總體分期進行澆筑。

第二，在蝸殼底部二期混凝土澆筑中，由于蝸殼與座環(huán)之間存在較大的陰角，并形成一個密封空間，即使采用泵送混凝土進行有壓回填，也不可避免地會因排氣不暢而出現(xiàn)混凝土不密實的現(xiàn)象，為此根據(jù)現(xiàn)場施工情況針對這些部位除設置排氣管外，另設置多套灌漿系統(tǒng)，以保證混凝土的密實性。

4 結語

本文通過對水電站廠房現(xiàn)澆混凝土技術的實踐分析發(fā)現(xiàn)，伴隨著時間的推移，水電站廠房的施工技術與規(guī)模會伴隨現(xiàn)代社會的發(fā)展而不斷進步，并具有重要地位與作用。

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