高寒地區(qū)電站廠房清水混凝土施工技術(shù)

馮錦平，張 劍，田德智

(1. 中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 611130；2. 華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856000)

DG水電站為二等大(2)型工程，電站裝機(jī)容量為660 MW。電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成。本電站發(fā)電廠房采用壩后式布置，主要由主廠房、副廠房、變電站等組成，主廠房尺寸163.00 m×29.50 m×63.50 m(長×寬×高)。另在廠房右岸設(shè)有窯洞式安裝間及進(jìn)場交通洞、廠壩間交通洞。本工程清水混凝土施工范圍主要為主副廠房和機(jī)組閘墩外觀面、窯洞式安裝間及交通洞襯砌混凝土。

本工程所在地海拔3 400 m以上，屬于青藏高原氣候區(qū)，基本特性為氣溫低、空氣稀薄、大氣干燥、太陽輻射異常強(qiáng)烈。氣候?qū)俑咴瓬貛Ъ撅L(fēng)半濕潤氣候，每年11月～次年4月為旱季，5月～10月為雨季。多年平均氣溫9.3℃，極端最高、最低氣溫分別為32.5℃和-16.6℃，多年平均降水量527.4 mm，多年平均風(fēng)速為1.6 m/s，歷年最大定時(shí)風(fēng)速為19.0 m/s，多年平均日照時(shí)數(shù)為2 605.7 h，歷年最大凍土深度為19 cm。

1 高寒地區(qū)清水混凝土施工難點(diǎn)分析

清水混凝土又稱裝飾混凝土，因其極具裝飾效果而得名，它屬于一次澆筑成型，不做任何外觀裝飾，直接采用現(xiàn)澆混凝土的自然表面效果作為飾面，因此相較于傳統(tǒng)混凝土，清水混凝土對施工工藝要求很高，特別是模板工藝和后期養(yǎng)護(hù)。

在高寒地區(qū)進(jìn)行清水混凝土施工，環(huán)境因素將嚴(yán)重影響清水混凝土施工質(zhì)量。與傳統(tǒng)寒冷地區(qū)相比，高寒地區(qū)空氣干燥、輻射強(qiáng)烈，導(dǎo)致混凝土水分蒸發(fā)過快；晝夜溫差大，混凝土結(jié)構(gòu)將遭受嚴(yán)重的凍融循環(huán)破壞；低氣壓環(huán)境使混凝土含氣量降低、內(nèi)部氣泡穩(wěn)定性變差，影響混凝土各項(xiàng)性能。因此如何合理設(shè)計(jì)施工工藝，將環(huán)境因素帶來的影響降低到最小，是高寒地區(qū)清水混凝土施工工藝的難點(diǎn)。

2 清水混凝土施工工藝設(shè)計(jì)

2.1 混凝土配合比

施工階段的混凝土配合比設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足本身強(qiáng)度、耐久性之外，還需要保證其有良好的施工性能，且由于清水混凝土要求外觀面一致性，加之高寒地區(qū)溫控防裂要求，對于混凝土配合比的設(shè)計(jì)增加了諸多限制。出于對上述混凝土性能的綜合考慮，在混凝土原材料選擇及配合比設(shè)計(jì)作出以下選擇。

1)水泥選擇強(qiáng)度為42.5R的普通硅酸鹽水泥，要求質(zhì)量穩(wěn)定、含減量低，水泥原材料色澤均勻，最好為同一生產(chǎn)廠家。

2)骨料采用級配連續(xù)、色澤均勻的人工骨料，應(yīng)確保其含泥量符合設(shè)計(jì)要求。

3)應(yīng)選用高效能減水劑，減水效果明顯。

4)本工程廠房混凝土以C30W8F200為主，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足其強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B等性能之外，在混凝土施工性能和混凝土溫控防裂之間存在一個(gè)矛盾點(diǎn)，為使混凝土施工方便且振搗密實(shí)，必須使混凝土有足夠的流動性；為了減小水化熱降低溫控難度，又不能采用過大的塌落度。故綜合考慮，本工程廠房底板大體積三級配混凝土采用30～50 mm的塌落度。尾水閘墩、主副廠房墻體及窯洞安裝間襯砌的二級配混凝土，若采用門機(jī)澆筑，則采用70～90 mm的塌落度，若采用泵送入倉，則采用160～180 mm的塌落度。

2.2 模板支撐體系

由于清水混凝土的一次成型免裝修特性，故外觀面模板的選材、組裝直接決定著清水混凝土外觀面的質(zhì)量。混凝土模板必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度，應(yīng)平整、順直、不易變形，同時(shí)應(yīng)兼具組裝方便、牢固可靠等特點(diǎn)。且在同一類結(jié)構(gòu)部位選用模板應(yīng)統(tǒng)一。綜上考慮，本工程模板支撐體系作出如下選擇。

1)尾水閘墩直段、主副廠房上下游墻、窯洞安裝間邊墻等孔洞較少、立模面積大的部位，采用3 m×3 m的大型鋼模板；在尾水閘墩墩頭采用特制異型鋼模板；在其余部位采用普通組合鋼模板。

2)清水混凝土要求外部棱角分明，故在主副廠房上下游墻及窯洞安裝間邊墻等陰陽角部位必須采用陰角或陽角模板。

3)模板在安裝之前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，并對其面板平整度、陰陽角、相鄰面板高低差等進(jìn)行校核。模板面板間應(yīng)拼裝嚴(yán)密、平整、無錯(cuò)臺。

4)對于特制大型、異形鋼模板，本工程采用預(yù)埋定位錐的形式，在上一倉混凝土固定位置預(yù)埋定位錐作為模板上升的支撐。定位錐的埋設(shè)應(yīng)做到左右對稱且在同一高程，以便在定位錐后期封堵后達(dá)到美觀的效果。

5)脫模劑應(yīng)選用易于脫模、便于操作和清理的脫模劑，應(yīng)能保證混凝土外觀面質(zhì)量要求，且不得污染和銹蝕模板。同一部位盡可能采用同種脫模劑。

2.3 鋼筋工程

鋼筋施工需按照規(guī)范要求進(jìn)行。應(yīng)特別注意鋼筋安裝對模板拉筋、對拉螺栓的影響，應(yīng)提前考慮其影響并在合理范圍內(nèi)微調(diào)鋼筋或采取其他手段避免影響。

鋼筋安裝前應(yīng)提前按照設(shè)計(jì)鋼筋保護(hù)層墊塊。墊塊采用混凝土預(yù)制，內(nèi)穿鐵絲或鉛絲，在鋼筋安裝時(shí)保證保護(hù)層厚度，在澆筑至該部位時(shí)方便取出。

2.4 其余預(yù)埋件

清水混凝土部分施工部位存在預(yù)埋件。預(yù)埋件安裝部位應(yīng)作為施工重點(diǎn)處理，為達(dá)到拆模后良好的效果，預(yù)埋件安裝時(shí)應(yīng)確保其與模板的相對位置準(zhǔn)確，且應(yīng)采取牢靠的加固措施、密封措施，避免澆筑過程中變形、漏漿，影響整體效果。

3 清水混凝土施工措施

3.1 模板、鋼筋安裝

1)模板安裝前應(yīng)對安裝基礎(chǔ)面進(jìn)行清理，以確保整個(gè)倉面的模板在同一高程，層間施工縫規(guī)則、平整、順直、美觀。若基礎(chǔ)面不平整應(yīng)進(jìn)行找平，若結(jié)構(gòu)尺寸為不規(guī)則，則應(yīng)合理規(guī)劃混凝土分塊及模板安裝位置，以便其外觀分縫線為規(guī)則形狀。

2)模板安裝應(yīng)確保面板嚴(yán)密無縫隙、無錯(cuò)臺。若模板與老混凝土面有縫隙則應(yīng)采用雙面膠等手段進(jìn)行封堵，避免澆筑過程中漏漿。

3)采用組合鋼模板的，一般需采用拉模筋結(jié)合背楞的方式進(jìn)行加固。需要在模板上開孔的，應(yīng)提前規(guī)劃好開孔位置，采用專業(yè)開孔鉆開孔，不得采用電焊等草率開孔，影響美觀。開孔尺寸應(yīng)與所用拉模筋尺寸匹配，期間間隙可采用橡膠套或采用膩?zhàn)臃鄯忾]刮平，避免漏漿及影響混凝土平整度。

4)在本工程清水混凝土外觀面均設(shè)有結(jié)構(gòu)鋼筋，其保護(hù)層厚度為5 cm，起到溫控防裂的作用。為避免產(chǎn)生溫度裂縫，在鋼筋安裝過程中，應(yīng)確保鋼筋間排距均勻分布，符合設(shè)計(jì)尺寸要求，并確保鋼筋保護(hù)層厚度。

3.2 混凝土運(yùn)輸

因本工程氣候原因所致，每年11月至次年2月底，氣溫過低不適合澆筑混凝土，且在每年9～11月及次年4～5月，整體氣溫偏低，在運(yùn)輸過程中避免溫降過快，在混凝土運(yùn)輸車輛兩側(cè)及頂部設(shè)保溫板及遮蓋。同時(shí)在夏季晝夜溫差較大，太陽直射時(shí)溫升快，同樣需要加強(qiáng)遮蓋，確保混凝土入倉溫度滿足設(shè)計(jì)要求。本工程雨季降水較多，在運(yùn)輸時(shí)同樣要有足夠的防雨措施。

3.3 混凝土澆筑

1)混凝土入倉時(shí)應(yīng)注意卸料位置，不可直接卸料在模板邊，避免模板邊緣粗骨料集中造成蜂窩麻面，應(yīng)在距離模板邊約50 cm左右形成料堆，采用振搗棒平倉充實(shí)模板邊緣。卸料應(yīng)避開模板拉模筋，避免砸斷拉模筋造成跑模。同時(shí)應(yīng)注意水泥漿濺射污染上部模板，易造成麻面。

2)在澆筑過程中應(yīng)根據(jù)入倉強(qiáng)度選擇合適的澆筑方式，上一層混凝土必須在下層混凝土初凝之前澆筑，避免因混凝土初凝形成冷縫，影響混凝土外觀質(zhì)量。

3)混凝土振搗需做到布棒均勻連續(xù)，振搗過程中應(yīng)注意避免碰到鋼筋、模板。振搗部位應(yīng)以混凝土表面不再下沉無氣泡逸出為止，時(shí)間一般為20～30 s。為減少混凝土表面氣泡，應(yīng)對模板邊混凝土采取復(fù)振，復(fù)振在上層混凝土澆筑前進(jìn)行，一般在半小時(shí)之后采用小型號振搗棒振搗。

3.4 混凝土收倉、拆模

1)混凝土澆筑應(yīng)提前確定收倉線，收倉面必須在同一高程，線型筆直平順，便于下一層混凝土立模及確保混凝土分縫線的觀感質(zhì)量。若收倉后收倉線不平順的，需采取切割機(jī)將其切割平順方可進(jìn)行下一倉混凝土備倉澆筑。

2)水混凝土模板拆模時(shí)間應(yīng)較其余部位模板適當(dāng)延長，避免損失混凝土成品。高寒地區(qū)因氣溫較低，混凝土強(qiáng)度提升慢，故更應(yīng)延長混凝土拆模時(shí)間，具體時(shí)間試驗(yàn)確定。

3)模板拆除時(shí)，拉模筋必須采用切割機(jī)進(jìn)行切割，不得采用電焊燒斷拉模筋，以免電焊過程中烤焦烤壞混凝土，影響其質(zhì)量。切割完孔內(nèi)拉模筋頭后，根據(jù)事先確定方案采用預(yù)縮砂漿或環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，顏色需與混凝土外觀面顏色一致。

4)清水混凝土拆模后若有影響感官的缺陷，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，修補(bǔ)應(yīng)按照事先確定的統(tǒng)一修補(bǔ)方案，由專人負(fù)責(zé)修補(bǔ)，不得由澆筑工人擅自修補(bǔ)。

4 清水混凝土溫控、養(yǎng)護(hù)及保溫

高寒地區(qū)清水混凝土澆筑，因外觀面裂縫影響混凝土觀感質(zhì)量是極易出現(xiàn)的現(xiàn)象，故混凝土溫控、養(yǎng)護(hù)及保溫措施是重中之重。

4.1 混凝土溫控措施

本工程大體積混凝土采用內(nèi)部通水冷卻的方式進(jìn)行溫度控制。在混凝土內(nèi)部鋪設(shè)32 mm外徑的HDPE冷卻水管，在混凝土開始澆筑時(shí)即開始通水冷卻，流量控制在1.5～2.0 m3/h，水流方向每24 h變換一次，一般通水15～25 d。流量、溫度、水壓6～12 h檢測一次。

4.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

因本工程氣候特性，不同月份日間和夜間氣溫相差很大。故采取靈活多變的養(yǎng)護(hù)方式。在氣溫較高時(shí)采用流水養(yǎng)護(hù)，氣溫較低時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，氣溫過低時(shí)覆蓋保溫保濕，暫停養(yǎng)護(hù)。

4.3 混凝土保溫

在施工過程中混凝土倉面保溫采用塑料薄膜+EPE保溫被的形式。根據(jù)氣溫情況調(diào)整保溫被厚度。一般保溫時(shí)段為本倉混凝土收倉至下倉混凝土開澆之前。

永久混凝土外觀面采用4 cm厚聚苯乙烯板保溫的形式，必須覆蓋密實(shí)固定牢靠，能確保風(fēng)季不至于被吹落導(dǎo)致混凝土受凍。混凝土結(jié)構(gòu)的各種孔洞部位，應(yīng)采取合理的封堵措施。

5 結(jié) 語

清水混凝土施工因其原材料廣泛、造價(jià)較低、環(huán)保無污染的特點(diǎn)，值得在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，且已經(jīng)取得驕人的推廣效果。但由于水利水電工程尤其是水電工程往往地處惡劣，受氣候及自然環(huán)境影響，清水混凝土施工限制更多、難度更大、要求更高。相較于市政、建筑等工程，水利水電工程清水混凝土技術(shù)應(yīng)用案本較少，值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)有限。本文通過對西藏DG水電站廠房清水混凝土施工技術(shù)的探討，提供一些在本工程取得良好效果的經(jīng)驗(yàn)及思路，為清水混凝土施工技術(shù)應(yīng)用于水利水電工程提供參考。事實(shí)證明，在高寒地區(qū)清水混凝土施工技術(shù)仍然可以有很好的應(yīng)用。