HF混凝土在古瓦水電站導流洞施工中的應用

王 波， 邵 芳， 王 玲

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

古瓦水電站首部樞導流放空洞全長894.24 m，流速為32 m/s。其中圓形斷面洞段長425 m，圓形開挖半徑為4.15～4.35 m，襯砌厚度為50 cm、60 cm兩種，布置雙層鋼筋，襯后半徑為3.6 m；0+000～0+010為方變圓，0+010～0+098為圓型段，0+098～0+108為檢修豎井前漸變段，0+108～0+121.25為檢修閘門豎井段，0+121.25～0+131.25為檢修閘門豎井后漸變段，0+131.25～0+425為圓形段； 0+175.65～0+266.65(91 m)為彎段，轉(zhuǎn)彎半徑R=100 m，0+425～0+435為漸變段，由圓變城門洞型，襯砌厚度為60 cm，布置雙層鋼筋。0+457～0+894.24(437.24 m)為城門洞型段，襯砌厚度為50 cm、60 cm，布置雙層鋼筋，襯砌后凈空尺寸為5.5 m×6.5 m(寬×高)。

根據(jù)招標文件要求，導流放空洞的混凝土為抗沖耐磨混凝土，其混凝土骨料級配為二級配，設(shè)計強度等級為C40，坍落度為12～16 cm，抗沖耐磨指標為1 h/kg·m-2。在施工過程中，項目部根據(jù)古瓦水電站現(xiàn)場實際情況，為加快施工進度，將原設(shè)計方案中的硅粉抗沖耐磨混凝土改為施工更為方便的HF抗沖耐磨混凝土。HF高強耐磨粉煤灰混凝土具有水泥用量低、抗沖耐磨性能好的特點，適用于抵抗高速水流破壞的抗沖耐磨護面。古瓦水電站導流放空洞為高流速隧洞，隧洞邊頂拱與底板混凝土有抗沖耐磨要求，故對導流放空洞混凝土采用了60 cm厚的HF抗沖耐磨混凝土。

2 抗沖耐磨混凝土原材料

2.1 水 泥

水泥采用普通硅酸鹽低堿P.0.42.5水泥，其物理力學性能見表1。從檢測結(jié)果看，其各項性能均符合規(guī)范和設(shè)計要求[1]。

2.2 砂石骨料

表1 水泥性能檢測表

細骨料選用產(chǎn)自拉瑪隆砂石料場的中粗砂，其含泥量為2.5%(標準值為≤3%)，細度模數(shù)為3.15，石粉含量為10.3%，泵送混凝土粗骨料級配為：中石∶小石=50∶50。[2]選用中粗砂比采用細砂拌制的混凝土用水量減少，從而減少了水泥用量，使水泥水化熱減少，降低了混凝土溫升，減少了混凝土收縮。

碎石選用拉瑪隆砂石料場的碎石，其含泥量為0.5%(標準值為≤1%)，針片狀顆粒含量為2%(標準值為≤15%)，針片狀顆粒較少且級配良好，能夠改善混凝土拌和物的和易性，減少用水量和水泥用量，進而降低了混凝土溫升。拌和用水采用工地生活用水。

2.3 粉煤灰

為改善混凝土的施工性能和耐久性，選用摻加Ⅰ級粉煤灰。摻入一定量的粉煤灰對降低水化熱、改善混凝土和易性有利，粉煤灰在混凝土中的摻量為22%[3，4]。

2.4 高效減水劑

外加劑選用四川吉龍化學建材有限公司生產(chǎn)的XL-BN緩凝高效減水劑，減水劑能夠有效改善混凝土和易性，減少拌和用水，降低水泥水化熱，同時對混凝土收縮有補償作用。

2.5 HF外加劑

在混凝土中摻入適量的HF外加劑能夠改善混凝土拌和物及其硬化后的性能，提高混凝土的抗沖耐磨性。古瓦水電站導流放空洞所用的HF粉由甘肅省電力技術(shù)有限公司生產(chǎn)。通過現(xiàn)場試驗檢測得知：HF外加劑和該工程所用的水泥有較好的相容性，可用于導流放空洞混凝土施工。HF外加劑最佳摻量的選擇采用廠家推薦的最佳摻量并通過現(xiàn)場試驗后確定，二級配泵送混凝土HF外加劑摻量為2.5%，三級配底板混凝土HF外加劑摻量為2%。

2.6 施工配合比

施工前對HF混凝土進行了現(xiàn)場復核試驗，底板試驗塊澆筑厚度為0.8 m，邊墻試驗塊澆筑高度為2 m，厚0.5 m。澆筑試驗均未布置鋼筋，試驗配合比見表2。

試驗得到的主要結(jié)論：①HF混凝土和易性較好，在入倉過程中混凝土粘結(jié)性較好，沒有出現(xiàn)骨料分離現(xiàn)象；②混凝土入倉后，采取靜置30～40 min后振搗和入倉后立即振搗兩種方法進行試驗，振搗后混凝土表面有少量的泌水，靜置一段時間后再進行混凝土收面；③HF混凝土收面較容易，與普通混凝土收面差別不大；③混凝土拆模后邊墻表面有少量氣泡且氣泡多集中在邊墻頂部，需要注意加強振搗，拆模后的混凝土沒有發(fā)現(xiàn)裂縫。

表2 HF抗沖耐磨混凝土施工配合比表

3 HF混凝土施工

3.1 測量放線

基礎(chǔ)清理干凈后進行測量放線，放出模板、鋼筋等的控制點并作好明顯的標識；對于鋼筋密集和鋼筋復雜部位，在安裝鋼筋之前，測量人員在架立筋上打出各層鋼筋的高程，以便控制鋼筋綁扎及立模高程，在最終驗收前進行最后一次檢查。

3.2 清倉驗收

混凝土澆筑前，因地制宜采取堵、排措施，確保混凝土在旱地施工；對無法排出倉外的混凝土泌水可以在混凝土澆筑過程中邊澆筑、邊及時排出。

混凝土開倉前，對隱蔽工程的巖面及倉面進行驗收。由作業(yè)班組自檢，作業(yè)隊二檢，項目部質(zhì)檢人員進行三檢，并按照監(jiān)理工程師批準的有關(guān)表格內(nèi)容(基礎(chǔ)、模板、鋼筋)如實填寫，然后會同監(jiān)理工程師進行終檢驗收，合格后下發(fā)開倉證。

3.3 鋼筋的加工與綁扎

鋼筋加工分兩個地方布置，城門洞型的鋼筋布置于導流洞出口下游臺地，圓型洞段的鋼筋布置于拌和樓附近；鋼筋由現(xiàn)場技術(shù)員嚴格按照設(shè)計圖紙下料，加工前對部分銹蝕的鋼筋用鋼刷除銹，確保用于施工的鋼筋不帶銹；鋼筋加工采用鋼筋切割機、斷筋機和鋼筋彎曲機；鋼筋加工完并經(jīng)檢查驗收合格后根據(jù)其使用部位的不同分別編號、分類并掛牌堆置在倉庫(棚)內(nèi)。

3.4 鋼筋綁扎要求

鋼筋安裝前，先進行測量放點以控制高程和安裝位置，鋼筋的安裝采用人工架設(shè)。鋼筋安裝的位置、間距、保護層及各部分鋼筋的大小尺寸嚴格按施工圖紙進行；鋼筋綁扎遵循“先外后內(nèi)，先曲后直，先豎后橫，先主后分布，由下而上，層層疊加(指體形轉(zhuǎn)角部位)”的原則。綁扎鋼筋時應注意錯開接頭。

為保證保護層的厚度，在非過流面部位鋼筋和模板之間設(shè)置強度不低于設(shè)計強度、預埋有鐵絲的混凝土墊塊并與鋼筋扎緊；過流面部位在鋼筋和模板之間安裝臨時保護層墊塊；在混凝土分層鋪筑至臨時墊塊位置時再將墊塊取出，以保證保護層的厚度。安裝后的鋼筋應加固牢靠且在澆筑過程中安排專人看護、經(jīng)常檢查，防止鋼筋移位和變形。

3.5 HF混凝土的攪拌要求

HF(粉)外加劑在施工前按每次拌和需要稱重分別裝袋備用，將HF干粉與水泥或粉煤灰一起加入到混凝土攪拌機中，但應避免直接加入到無料或攪拌機中僅有拌和用水的料倉內(nèi)。混凝土所用原材料的稱量誤差應滿足《水工混凝土施工規(guī)范》的要求。

3.6 投料順序

HF混凝土拌和時的投料順序為：小石、砂子、水泥、粉煤灰(含HF外加劑)、中石，干料在拌和機中拌勻后加水攪拌，攪拌時間不少于180 s。混凝土坍落度在保證混凝土泵順利輸送的工況下盡量采用較小的坍落度值。如需調(diào)大坍落度，須由現(xiàn)場試驗人員調(diào)整配合比的用水量、水泥用量和砂率，使坍落度與和易性滿足施工要求，嚴禁施工現(xiàn)場單純加水用以改變混凝土坍落度。

3.7 運輸和入倉

(1)混凝土運輸。混凝土拌和后卸入罐車，由罐車將混凝土運輸至澆筑工作面，運輸?shù)缆窇M量平整，以減少混凝土在運輸過程中的顛簸，防止HF混凝土產(chǎn)生離析。

(2)混凝土輸送方式。對于洞內(nèi)邊墻與頂拱的HF混凝土襯砌由HBT-60/ HBT-90型混凝土泵入倉。混凝土入倉前，在底板處利用作業(yè)窗口先均勻攤鋪一層富漿混凝土，再分層下混凝土料，下料時由人工平倉、振搗。

(3)混凝土下料要求。城門洞型洞段及全圓洞段邊頂拱混凝土澆筑應對稱均勻下料，澆筑開始時選擇對稱的窗口泵送混凝土料，將下料高度控制在1.5 m。卸料時嚴禁混凝土入倉直接沖擊模板；隧洞頂拱混凝土澆筑時，應在泵管前端安裝橡膠布料管，由人工調(diào)節(jié)出料位置和方向，以保證邊墻兩側(cè)均勻下料，防止因下料不均勻而產(chǎn)生模板變形，甚至跑模。嚴禁由拱頂?shù)臐仓谥苯訚仓?/p>

(4)封堵送料口。邊頂拱混凝土采用退管法或沖天管法封拱，下料點根據(jù)實際下料情況均勻布置。混凝土面應均勻水平上升，要求鋼模臺車前后的混凝土高度差不超過60 cm，左右混凝土高度差不超過50 cm。

(5)混凝土澆筑方法。混凝土的澆筑采用平鋪法施工，按一定的厚度、次序、方向分層進行。混凝土澆筑的每層厚度為30～50 cm，對入倉的混凝土應及時平倉振搗，不能堆積。在傾斜面上澆筑混凝土時應從低處開始，澆筑面應盡量保持水平。混凝土振搗采用φ50插入式振搗器振搗密實。

(6)HF混凝土振搗。將HF混凝土每層的平倉厚度控制在30 cm以內(nèi)，嚴禁混凝土料堆積過厚，防止粗、細骨料發(fā)生離析。振搗采用插入式振搗器，底板澆筑采用φ75～100振搗棒，隧洞邊墻澆筑采用φ50振搗捧。振搗時間以混凝土不再顯著下沉、不出現(xiàn)氣泡混凝土且開始泛漿為準，嚴格防止振搗過度。使用鋼模臺車襯砌混凝土時在臺車上布置附著式振搗器，以加強對混凝土表面的振搗。

(7)振搗時須注意以下事項：

①每一振點的振搗延續(xù)時間應使混凝土表面呈現(xiàn)浮漿無氣泡排出、不再下沉；②振搗器的移動間距應不大于振搗器作用半徑的1.5倍；③振搗器與模板的距離應小于或等于其作用半徑的0.5倍，并避免碰撞鋼筋、模板、預埋件等。振搗器插入下層混凝土內(nèi)的深度不小于50 mm。

(8)隧洞底板混凝土收面。隧洞底板混凝土澆筑后的收面采用刮軌及長3 m的木刮尺配合平板振搗器人工大致找平，然后采用平板振搗器振搗、用刮尺刮平大面后人工立即用鋼抹子收面、壓平抹光，保證一次抹面成功。

混凝土終凝后采用塑料薄膜覆蓋或用不瀝水草袋覆蓋混凝土表面，防止混凝土表面的水分蒸發(fā)，灑水養(yǎng)護的時間不少于28 d。灑水的間隔時間以保證混凝土表面濕潤為宜，當氣溫較高時，應增加灑水的次數(shù)給混凝土降溫。邊頂拱混凝土采用刷養(yǎng)護劑或設(shè)置水管灑水與噴霧進行養(yǎng)護。

(9)脫 模。鋼模臺車在澆完頂拱8～12 h后進行脫模，脫模時應分塊進行。先脫邊墻模板，再脫頂拱模板，脫模應采用專用工具以減小脫模時對混凝土表面、邊角的破壞，注意觀察模板各連接處的混凝土缺陷情況，待模板全部脫完后方可移動臺車。

(10)施工過程要求。混凝土澆筑應保持連續(xù)性，如因故中止且超過試驗允許間歇時間時則按施工縫處理，即已澆的混凝土強度達到1.5～2.5 MPa后人工鑿成毛面，清洗干凈、排除積水后才能進行上一層混凝土的澆筑。如果面積不大，采用插入式振搗器振搗30 s、周圍10 cm以內(nèi)的混凝土還能泛漿且不留孔洞時，仍可繼續(xù)澆筑。

4 混凝土質(zhì)量缺陷的修補

HF混凝土澆筑完成后，經(jīng)拆模、臺車移位后對成型混凝土進行了檢查，發(fā)現(xiàn)了以下質(zhì)量缺陷：蜂窩、孔洞、錯臺、麻面等大于5 mm的缺陷，針對錯臺缺陷采用人工用砂輪打磨后用環(huán)氧砂漿進行補強處理；對于混凝土表面的麻面(輕微)、氣泡等小于5 mm的薄層缺陷采用環(huán)氧膠泥進行補強處理；對于寬度大于2 mm的混凝土裂縫采用化學灌漿的方式進行處理。處理后的混凝土缺陷其表面不平整度應滿足高流速隧洞的設(shè)計要求，并與周邊混凝土面平順銜接[5]。

關(guān)于HF混凝土平整度問題，隨著施工人員技術(shù)水平的提高、抹面速度的加快、施工工藝的改善，混凝土平整度問題可以得到很好的解決。

5 結(jié) 語

鑒于古瓦水電站導流放空洞工程運行期流速大，對HF混凝土抗沖耐磨的質(zhì)量要求高。施工前，通過現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗掌握了HF混凝土施工特點，并在實際施工中優(yōu)化了施工工藝，嚴格控制施工質(zhì)量，強化質(zhì)量檢測。同時， HF混凝土配合比經(jīng)過骨料級配及坍落度調(diào)整，達到了降低混凝土造價、避免裂縫產(chǎn)生的目的，提高了混凝土的抗沖耐磨性能。