高埋深地下廠房機組混凝土快速施工技術

閆 平

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 概 況

厄瓜多爾索普拉多拉水電站是保特河流域上的重要梯級水電站，電站由3臺混流式發電機組成，發電水頭為357.6 m，單機容量為162.6 MW，總裝機容量487.8 MW。

地下廠房機組段長55 m，寬22 m，高56 m，自水平向分為1號～3號機組，豎直方向分別為集水井層、肘管層、球閥層、水輪機層、發電機層及控制層6個層次。廠房機組段混凝土施工總體按照從下至上，從3號機組到1號機組的順序進行，混凝土施工需做好總體布置，細化分層分塊，優化施工工序，在不影響其他作業面的情況下，盡量平行交叉施工，以快速優質完成廠房機組結構混凝土施工。

廠房機組結構混凝土施工與機電金結安裝施工交叉進行，相互制約，其中肘管混凝土與蝸殼混凝土施工技術要求高，必須制定正確的施工程序，嚴格控制各道施工工藝。

2 施工方案

2.1 廠房機組混凝土分段分層

廠房機組混凝土結構復雜，包括了梁板混凝土，肘管回填混凝土，蝸殼大體積混凝土等，混凝土施工前要做好總體施工布置，并綜合考慮各種因素對混凝土進行分段分層澆筑。

水平方向按1號機組、2號機組及3號機組分為3段進行混凝土施工，并以3號機組作為首臺澆筑機組，按照3號機組→2號機組→1號機組的順序分層循環進行混凝土施工。

豎直方向按照集水井、肘管、球閥層、水輪機層及發電機層分層進行混凝土施工。其中集水井結構混凝土分為4層，即底板1層，側墻3層，每層混凝土澆筑高度不大于4m；肘管及其以上部分混凝土總體分為5個大層12個小層，肘管混凝土與蝸殼混凝土根據要求需進一步分層分塊進行澆筑。

2.2 施工布置

機組段混凝土施工是廠房區域大方量、大體積混凝土施工的主要部位，也是影響工期的關鍵部位，混凝土施工前，需做好充分的準備工作。

2.3 混凝土施工流程

混凝土施工各道工序流程：鋼筋安裝→預埋件→模板施工→縫面處理→倉面標識→質量驗收→混凝土澆筑→混凝土溫控→混凝土養護。

2.4 肘管混凝土

2.4.1 混凝土分層分塊

肘管混凝土分兩期進行施工，其中肘管一期混凝土1層，肘管二期混凝土7層(第①～⑦層)，肘管的分層分塊如圖1所示，層厚最小1.0 m，最大1.41 m，混凝土強度等級均為C-2,f′c=250 kgf/cm2。

2.4.2 主要施工工序

肘管一期混凝土在廠房開挖完成后即可進行；待肘管安裝固定完成后，開始肘管二期混凝土施工；肘管二期從下至上依次回填，肘管二期第⑦層屬于尾水擴散段頂部回填混凝土，留在最后施工。

2.4.3 混凝土澆筑

圖1 肘管混凝土分層分塊圖

肘管鋼襯安裝經監理驗收合格后開始澆筑肘管二期混凝土，采用2臺混凝土泵機對稱下料，并輔以溜槽或溜桶入倉。為便于肘管底部混凝土澆筑密實，需采用高流態混凝土，控制入倉混凝土塌落度不小于20 cm。肘管兩側混凝土澆筑時每層攤鋪需對稱下料，層差不超過一個攤鋪層(30 cm)。混凝土澆筑上升速度不大于30 cm/h。

肘管混凝土隨澆筑高度上升過程中，隨時使用敲擊法檢查鋼襯底板及周邊是否澆筑密實，如果發現有空鼓現象，加強振搗。

混凝土分層澆筑過程中，上下層澆筑間隔時間一般情況下為24 h，新老混凝土表面需進行沖毛處理。

2.4.4 肘管接觸灌漿

由于肘管鋼襯底板形狀扁平，混凝土澆筑時不利于空氣排出，可能存在水、汽泡等情況，導致混凝土澆筑不密實。由于混凝土收縮等原因，混凝土凝固后，與鋼襯之間會產生間隙。為保證肘管長期安全運行，需對肘管底部進行鋼襯接觸灌漿。

2.4.4.1 脫空檢查

接觸灌漿之前，灌漿專業技術人員組織灌漿人員進行鋼襯脫空檢查。脫空檢查采用木錘，輕輕敲擊肘管鋼襯，如發出“咚咚”響聲，即說明有脫空現象，鋼襯脫空判斷由經驗豐富的灌漿人員確定。脫空區域一旦確定，采用“記號筆”等記錄在鋼襯上標記，顏色必須醒目且不易碰掉，并將脫空區域記錄備案。

脫空區域判斷原則：脫空面積大于0.5 m2需進行灌漿；或脫空面積小于0.5 m2，且分布比較集中，面積大于1 m2需進行灌漿。

2.4.4.2 鉆孔

脫空區判定后采用磁座電鉆在肘管上開孔，孔徑不小于12 mm，單個脫空區至少開2個孔。

2.4.4.3 灌漿參數

接觸灌漿壓力不大于0.1 MPa，灌漿時，實際灌漿參數應根據灌漿試驗確定。灌漿采用純水泥漿，漿液水灰比可采用0.5、0.44兩個比級，必要時應加入減水劑。

2.4.4.4 灌漿

灌漿應自低處孔開始，并在灌漿過程中敲擊震動鋼襯，待各高處孔分別排出濃漿后，依次將其孔口閥門關閉。同時應記錄各孔排出的漿量和濃度。

灌漿結束條件：在規定壓力下灌漿孔停止吸漿，延續灌漿注5 min，即可結束。灌漿短管與鋼襯間可采用絲扣連接。灌漿結束后用絲堵加焊或焊補法封孔，焊后用砂輪磨平且防腐處理。

2.5 蝸殼外圍混凝土

2.5.1 混凝土的分層

根據機組混凝土豎直方向分層圖，蝸殼外圍混凝土分為兩層(第Ⅴ、Ⅵ層)，考慮到蝸殼加固難度大、混凝土水化熱大等因素，需進一步對混凝土進行分層澆筑，將兩層澆筑的混凝土細分為4層。

2.5.2 混凝土的澆筑

蝸殼外圍混凝土澆筑在蝸殼壓力試驗結束后進行，為防止蝸殼變形，在保壓狀態下進行混凝土澆筑。第Ⅴ-②層混凝土澆筑前，在蝸殼底部預埋“∪”形泵管，距陰角最上部約10 cm處，間距50 cm～100 cm，用于接外圍泵管進行蝸殼陰角混凝土澆筑。為保證混凝土的入倉溫度不大于20 ℃，采取下例措施：①采用低水化熱的水泥；②盡量選擇在夜間開倉；③混凝土拌制時采用冰水。

采用BT60泵機泵送混凝土進行混凝土下料，泵管端部接軟管至倉面，澆筑過程中采用更換軟管的方法，調整下料位置，保證混凝土在蝸殼周圍對稱下料，采用平鋪法鋪料，鋪料厚度30～50 cm。

混凝土澆筑完成后，派專人對混凝土進行灑水養護。

2.5.3 監測與控制

陰角混凝土是否灌滿檢查：開倉前自行制作定長檢查鋼筋，從座環下環板灌漿孔進行觀察蝸殼內側陰角部位混凝土澆筑的飽滿度，并距座環下環板5 cm時停止澆筑，以便控制蝸殼內側及陰角部位澆滿且不對座環及蝸殼造成過大壓力。

混凝土的溫控：為保證混凝土的澆筑質量，采取以下措施對混凝土進行溫控：①在混凝土澆筑過程中，應至少每4 h 測量一次混凝土原材料的溫度、出機口混凝土溫度、入倉溫度及混凝土內部溫度變化過程，并做好記錄；②根據混凝土的溫度測量數據，控制澆筑層高度和澆筑間歇時間，澆筑層的最大厚度一般不大于2 m，水平縫相鄰澆筑塊和垂直縫相鄰澆筑塊間隔時間一般不少于3～5 d。

蝸殼位移及變形監控：在蝸殼內外選擇4～5個典型斷面，布設應力計，變形變位計、測縫計和千分表等，對蝸殼充水加壓，混凝土澆筑等工序環節，進行位移及變形監測，并及時分析反饋，指導施工。據監測資料成果，將蝸殼充水加壓后最大變形，澆筑過程中的最大位移及變形控制在限定范圍之內。

2.5.4 接觸灌漿與回填灌漿

由于混凝土硬化干縮會導致混凝土與蝸殼鋼板之間產生縫隙，需進行接觸灌漿以保證蝸殼運行安全。因座環底部結構的特殊性，混凝土澆筑時，可能填充不實，空隙較大，需進行回填灌漿。

蝸殼混凝土澆筑之前進行灌漿管預埋，灌漿管采用無縫鋼管，通過座環底部預留的灌漿孔將灌漿管預埋至陰角上部，并抵住座環。

蝸殼在保壓狀態下完成所有外包混凝土澆筑14天后，利用座環預留灌漿孔和蝸殼底部預埋的灌漿管進行灌漿。灌漿采用純水泥漿，水灰比0.5∶1，灌漿壓力為0.1 MPa～0.2 MPa，具體參數根據灌漿試驗確定。

3 結 語

厄瓜多爾索普拉多拉水電站高埋深地下廠房機組混凝土結構復雜，快速優質完成混凝土施工，主要方面有以下幾個方面的特點：

(1)根據實際情況，做好施工規劃和布置，施工活動開展前，做好相關準備工作；

(2)細化機組混凝土的分段分層澆筑方案，以便施工活動有組織、有順序開展；

(3)制定混凝土施工工序，并根據實際情況優化施工工藝；

(4)機組肘管及蝸殼混凝土技術要求高，需根據實際情況，制定并細化施工方案，以便保質保量的完成混凝土的澆筑。

厄瓜多爾索普拉多拉水電站高埋深地下廠房具有結構復雜、工作面數量受限、混凝土質量控制難度大和工期緊等特點。通過采用冰水拌制混凝土、局部采用流態混凝土澆筑、后期輔以灌漿等施工工藝進行肘管等大體積混凝土施工，以達到質量優良和快速施工的目的。厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站是中國葛洲壩集團公司在南美洲的第一個國際水電站工程項目，研究成果的應用在提高水電行業施工技術水平、增加公司的國際市場競爭力等方面具有極其重要的意義。