蘇阿皮蒂水電站廠房蝸殼混凝土澆筑質量控制

李躍龍，童世雄，王 峰，李 杰

(1.四川二灘建設咨詢有限公司，四川 成都 610051；2.中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

1 工程概況

蘇阿皮蒂水利樞紐工程位于幾內亞境內孔庫雷河中游，電站廠房為壩后式地面廠房，位于左岸發電引水壩段，設置4臺112.5 MW立軸混流式發電機組，采用“一機一管”布置。廠房總長120.00 m，總寬60.30 m，總高度50.2 m。主要建筑物包括主機間、安裝間、GIS 樓及出線、副廠房、尾水建筑物等。廠區平臺高程 119.70 m，尾水管出口底板高程 93.20 m，導水機構中心線高程105.00 m。主機間單臺機組二期混凝土長度為19.0 m，寬度為17.5m，高度為7.2 m，對應高程為102.00～109.20 m，蝸殼鋼管內徑為4.8～1.6 m，座環直徑為5.4 m。

2 蝸殼混凝土施工技術特點

(1) 蝸殼外圍鋼筋分布密集，數量多，外形尺寸變化大，鋼筋安裝困難。

(2) 蝸殼混凝土被稱為水電站廠房混凝土的“心臟”，是最關鍵和最難澆筑的部位。

(3) 蝸殼二期混凝土施工工藝復雜，特別是蝸殼底部、座環陰角部位施工空間狹小，外部的混凝土難以進入，混凝土澆筑難度大。

(4) 根據蝸殼設計圖紙及蝸殼的結構特點來看，由于蝸殼底部鋼筋密集、機電安裝的支撐、支架較多，導致底部空間十分狹小，人無法進入，故該部位混凝土是否能夠最大程度的澆筑密實是施工的關鍵。

(5) 座環安裝精度要求高，混凝土澆筑時產生的浮力和擠壓對蝸殼和座環影響較大。

3 施工方法及混凝土澆筑質量控制

為確保蝸殼混凝土施工質量滿足設計及規范要求，澆筑前，蘇阿皮蒂水利樞紐項目參建各方對廠房蝸殼混凝土澆筑施工方案進行多次開會討論，不斷優化施工方案，最終達成一致意見，提出了一套切實可行的施工方案，經實踐證明該方案是可行的。

3.1 施工分層

根據座環結構及蝸殼斷面特點，為避免蝸殼陰角部位混凝土脫空，同時考慮混凝土入倉能力，并滿足蝸殼“混凝土澆筑速度不應超過300 mm/h”的要求，蝸殼二期混凝土共分三層澆筑。澆筑起止高程為102.00～109.20 m，高度7.20 m。第一層為102.00～104.4 m，第二層為104.4～107.5 m，第三層為107.5～ 109.2 m，具體分層示意詳見圖1。

圖1 蝸殼分層示意(單位：m)

3.2 施工分塊及澆筑順序

座環和蝸殼安裝精度要求高，混凝土澆筑時產生的浮力和擠壓對蝸殼和座環影響較大。為確保蝸殼及座環在混凝土澆筑過程中偏移、變形不超標，采取對單臺機組蝸殼底部第一層混凝土分4個象限施工，即Ⅰ～Ⅳ象限，對角2個象限同時澆筑， 形成4個相對獨立的混凝土澆筑區域。各象限布置情況詳見圖2。第一層澆筑采用順序對稱澆筑，其中Ⅱ、Ⅳ象限為先澆塊，Ⅰ、Ⅲ象限為后澆塊；第二層采用平鋪法澆筑，第三層采用臺階法澆筑。

圖2 混凝土澆筑區域示意

3.3 混凝土入倉方式

根據蝸殼結構特點，蝸殼底部距離混凝土面的距離在0.63～2.22 m之間，蝸殼與座環蝶形邊陰角部位空間狹小，錐管及蝸殼外圍鋼筋密集，混凝土很難進入到蝸殼底部及陰角部位，易形成空腔，為了確保混凝土澆筑質量，蝸殼二期混凝土澆筑采用門機+溜筒+混凝土輸送泵+自制入料槽進行聯合澆筑。

(1)門機布置于廠房上游，用3 m3混凝土吊罐可直接入倉，澆筑蝸殼外側混凝土，在距離蝸殼殼體2.0 m范圍內，不得設置下料點，以防止沖擊蝸殼導致變形超標。

(2)溜筒受料點布置于廠房119.70 m尾水平臺，混凝土攪拌罐車通過尾水平臺直接供料。采用溜筒支撐架合理布置于蝸殼兩側，溜筒安裝靈活機動，可為倉內各部位供料(蝸殼下部和陰角除外)。

(3)采用布置在廠房上游的2臺HBT60型混凝土輸送泵(1臺備用)泵送混凝土，主要負責各象限內蝸殼底部及陰角部位混凝土澆筑，同時根據倉面混凝土上升情況及時調整。主泵管從混凝土輸送泵接出，由上游副廠房延伸至倉內，并通過提前預埋φ150的分泵管(不再拆除)將混凝土泵送至蝸殼陰角部位，泵管布置情況詳見圖3。

圖3 泵管布置

(4) 陰角部位混凝土澆筑。因陰角部位有肋板隔離形成多個獨立空腔，預埋在蝸殼底部陰角部位的泵管難以將混凝土進入到每個空腔內，此時，采用自制混凝土入料槽從座環上的預留孔進行灌料(開倉前加工至少兩個自制混凝土入料槽，入料槽的形狀及尺寸根據座環及預留孔的形狀尺寸進行加工)。

3.4 混凝土澆筑質量控制

蝸殼混凝土澆筑施工質量控制難度主要表現為底部第一層混凝土，其中鋼筋、埋件密集，蝸殼底部區域空間狹小，座環蝶形邊陰角部位進料困難，不易澆筑密實。針對上述難點，專門制定出符合現場實際專門的倉面設計，明確了蝸殼第一層混凝土澆筑方式、注意事項、質量控制點。

3.4.1第一層混凝土澆筑

蝸殼底部距離混凝土面的距離在0.63～2.22 m之間，蝸殼與座環蝶形邊陰角部位空間狹小，蝸殼外圍鋼筋密集，因此，蝸殼底部、錐管周圍、陰角部位不易澆筑密實，易形成空腔。為保證蝸殼混凝土澆筑密實，通過提前安裝泵管至蝸殼陰角部位(此泵管不再拆除)，并抬高出口位置，保障陰角混凝土覆蓋量，如圖4所示。

圖4 第一層混凝土澆筑

3.4.1.1 混凝土入倉質量控制

蘇阿皮蒂廠房蝸殼第一層混凝土上游象限澆筑采用MQ600B門機作為入倉手段，下游象限澆筑用溜筒作為入倉手段。溜筒受料點布置在廠房119.70尾水平臺，蝸殼第一層混凝土倉面高程102.00 m，高度達17.7 m，混凝土入倉后易出現骨料分離。為改善骨料分離現象，蝸殼底部第一層混凝土第一坯層澆筑一級配混凝土，并在溜筒出口處搭設滑槽(滑槽下部設置緩沖板)，使混凝土輸送至象限內每一個澆筑區域且保證混凝土不離析。倉內設置專人負責，將局部集中的的粗骨料分散至砂漿較多處，對骨料集中區加強振搗。

3.4.1.2 陰角部位澆筑質量控制

當混凝土澆筑到蝸殼底部一定高度，外面的混凝土無法進入陰角部位形成空腔時，采用輸送泵對空腔部位進行混凝土澆筑。澆筑的過程中，通過座環上預留的φ92的澆搗灌漿孔對陰角部位混凝土充填情況進行觀察，如果混凝土從澆搗灌漿孔涌出后對孔口進行臨時封閉，直到本區域內全部孔口冒漿或未冒漿但泵管無法再供料時停止泵管澆筑。如混凝土未從澆搗灌漿孔涌出且存在空腔，則利用自制混凝土入料槽從澆搗灌漿孔進行細石混凝土澆筑，直至將區域內的澆搗灌漿孔全部填滿。此時，澆搗灌漿孔的外側還存在一些且相互隔開的空腔，則采用座環上的φ40通氣孔充填砂漿，直到每個通氣孔都填滿。同時，門機和溜筒繼續澆筑蝸殼外側的混凝土，保持內外平衡，防止座環、蝸殼偏移。

3.4.1.3 振搗

蝸殼外圍和底部能正常振搗的部位采用常規的φ100的變頻振搗器進行振搗，常規振搗器振搗不到位的地方采用加長把手的振搗器進行振搗，盡量將每個部位振搗密實，確保澆筑質量。陰角部位采用φ30軟軸振搗棒從澆搗灌漿孔進行振搗。

3.4.1.4 變形監測

蝸殼第一層混凝土澆筑，當同一倉兩對角象限澆筑高差較大時，蝸殼受混凝土擠壓、抬動，易產生變形。為防止座環與蝸殼變形超標，澆筑期間機電安裝與土建施工方面同時進行變形監測。

土建施工監測：分別在蝸殼外側腰線+X、-X、+Y、-Y軸線方向上設置4個檢測點，使用全站儀進行監測，每次混凝土澆筑時，派專人進行變形監測，檢測頻率1次/h，并記錄。

機電監測：分別在座環+X、-X、+Y、-Y軸線方向從機坑錐管內焊接引出鋼支架，此支架必須脫離座環，每個支架上安裝2個百分表，一個監測座環法蘭軸向位移，一個監測座環水平方向位移。澆筑過程中，派專人進行座環下部法蘭面徑向、軸向水平監測，每0.5 h測記一次，若發現數據異常，要通過測量數據分析結果。在正常情況下，對稱4塊百分表讀數應連續緩慢變化，否則為設備碰撞異常數據，分析完畢后要及時按照數據調整土建混凝土澆筑方位和澆筑速度。

混凝土澆筑過程中嚴格控制澆筑上升速度，特別是混凝土接近蝸殼后澆筑上升速度≤30 cm/h，并根據監測成果及時調整澆筑速度，當發現異常情況時，應立即報告并采取相應措施(實際澆筑混凝土上升速度均小于30 cm/h)。

通過澆筑過程中對機組座環、蝸殼進行監測，監測數據顯示，座環和蝸殼位置偏差在允許范圍內，水平方向位移偏差在±0.03 mm范圍內，豎直方向位移偏差±0.04 mm范圍內，4臺機組的變形均滿足設計及規范要求。

3.4.2第二、三層混凝土澆筑

第一層混凝土澆筑完成14 d后，才開始第二層混凝土澆筑，此時，蝸殼和座環已基本穩定，上面混凝土澆筑對其影響較少。第二層采用平鋪法正常澆筑，第三層因倉面面積較大采用臺階法澆筑。

4 質量檢查

混凝土澆筑完28 d后，采用敲擊法對蝸殼、錐管周圍的脫空情況進行檢查，總體效果較好，脫空面積大于0.5 m2的部位1號機為10處，主要是由于混凝土干縮導致蝸殼底部脫空，后期采用回填、接觸灌漿處理即可。由于法國工程師對溜筒澆筑方法持懷疑態度，遂采用鉆孔取芯進行檢查，芯樣表面光滑、密實、骨料分布均勻，檢查結果滿足要求。

5 結 語

蘇阿皮蒂水電站4臺立軸混流式水輪發電機組蝸殼混凝土已澆筑完成，從澆筑方法的細化、澆筑質量控制，采取了預埋泵管、自制入料槽、加工振搗器、控制混凝土上升速度等一系列有效的措施，很好地保證了蝸殼混凝土澆筑質量，其他類似項目可參照。