淺談大跨度窯洞式安裝間混凝土施工技術(shù)

陳 亮，鄧正華，翁 銳

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

DG水電站位于西藏自治區(qū)山南市境內(nèi)，其窯洞式安裝間位于主廠房右側(cè)窯洞內(nèi)，機(jī)組安裝間為半窯洞式，斷面尺寸為28 m×29 m(寬×高)，縱深21.99 m。窯洞安裝間由三面邊墻、頂拱襯砌、門簾及女兒墻組成，而頂拱襯砌主要由暗洞段、明洞段組成，暗洞段頂拱襯砌厚度為1 m，明洞段混凝土厚度為1.5 m，整個(gè)窯洞式安裝間混凝土工程量約1 082.0 m3，頂拱混凝土工程量達(dá)848.0 m3。

1 施工難度

根據(jù)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸，其最大跨度達(dá)28 m、最高達(dá)29 m、縱深21.99 m，根據(jù)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)來看，施工難度主要在于如下幾個(gè)方面。

1)安裝間一半主體位于山體內(nèi)，一半外露于山體外，具體如圖1所示，位于山體內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)(暗段)澆筑施工需采取襯砌工藝，位于山體外的混凝土結(jié)構(gòu)(明段)澆筑則可采取常規(guī)澆筑法施工。由于結(jié)構(gòu)的特殊性，需考慮兩種施工方案。

圖1 窯洞安裝間結(jié)構(gòu)圖

2)由于整體高度較高，安全風(fēng)險(xiǎn)極高，需選取合理的施工方案。根據(jù)現(xiàn)有工程經(jīng)驗(yàn)，將采取搭設(shè)滿堂架支撐方式進(jìn)行施工，排架搭設(shè)高度達(dá)26.7 m，搭設(shè)跨度達(dá)29 m，排架搭設(shè)、施工、拆除過程中，易發(fā)生整體垮塌情況，造成嚴(yán)重的人員及財(cái)產(chǎn)損失，需采取有效措施要保證整個(gè)工程施工安全。

3)窯洞安裝間開挖完成后已是9月底，而本工程處于高寒高海拔地區(qū)，在11月中旬工地所處環(huán)境即將進(jìn)入冬季，環(huán)境溫度將低于0℃以下，留給混凝土施工的時(shí)間緊，需采取加大資源投入措施加快施工進(jìn)度，確保在進(jìn)入冬歇期前完成混凝土澆筑施工[1-2]。

4)雖然巖體地質(zhì)條件滿足設(shè)計(jì)要求，但是巖體裂隙較發(fā)育，由于工程地處高原冰川地帶，山頂上的凍融水和山體內(nèi)部滲水較大，在整個(gè)施工過程中對(duì)滲水處理難度較大。對(duì)此，由于混凝土不能一次性澆筑，對(duì)施工新舊結(jié)合施工縫面設(shè)置鍍鋅鐵皮止水。同時(shí)在山體內(nèi)設(shè)置排水管，將山體滲水引流，防止安裝間滲水，確保工程質(zhì)量。

2 施工工藝及措施

2.1 施工工藝

由于窯洞式安裝間頂部拱形結(jié)構(gòu)跨度較大且拱形梁截面尺寸較大，暗洞段1 m的襯砌明洞段達(dá)到1.5 m的襯砌。要達(dá)到整個(gè)拱形的曲線效果和觀感質(zhì)量及承重體系的安全，對(duì)模板體系及滿堂架承重體系有較高的要求。并且由于在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的動(dòng)荷載及澆筑完成后混凝土自重產(chǎn)生的靜荷載，會(huì)使整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生下沉的形變，因此在澆筑前應(yīng)對(duì)拱形結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力及有關(guān)預(yù)埋件的位移做出考慮。

2.1.1 模板體系

暗洞段混凝土襯砌厚度達(dá)1 m，為確保混凝土澆筑后不發(fā)生變形，則采取變形小，剛度大的鋼模板進(jìn)行施工，為達(dá)到拱頂?shù)幕【€效果主要采用P3015的鋼模板拼裝，采用下?lián)巍⑸侠墓潭w系。上拉支撐體系采用前期開挖工程過程中頂拱支護(hù)的錨筋(入巖L=9 m/6 m)承受模板的拉力，底部設(shè)置滿堂架支撐整個(gè)模板體系。

由于明洞段的混凝土厚度達(dá)1.5 m，若采取一次性成型澆筑，不僅將加大排架荷載，且由于結(jié)構(gòu)的特殊性，工程使用的大坍落度的混凝土(條件受限必須采用泵送)，其自身流動(dòng)性較大，為確保結(jié)構(gòu)成型，明洞段則進(jìn)行分層澆筑，即模板底面頂面均采用P3015模板，分層高度按照頂拱弧長總弧長的1/3～1/4進(jìn)行考慮，且由兩側(cè)對(duì)稱澆筑循環(huán)至拱頂[3-4]。

2.1.2 承重體系

由于窯洞式安裝間跨度大，其施工高度達(dá)29 m，且跨度達(dá)28 m，從現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)來看，若采用臺(tái)車式的支撐方式，一次性投入大，且難以保證施工質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)極高。對(duì)此，經(jīng)過對(duì)比分析和專家論證，采取搭設(shè)滿堂支撐架進(jìn)行窯洞式安裝間頂拱襯砌混凝土施工。支撐架搭建結(jié)構(gòu)為落地滿堂扣件式腳手架，搭設(shè)最大高度為26.7 m，采用φ48×3.5 mm鋼架管搭設(shè)，橫向間距0.7 m，縱向間距0.75 m，步距1.0 m。頂部與模板連接處用頂托找平，并考慮預(yù)拱度[5]。

經(jīng)PKPM軟件計(jì)算，同時(shí)將靜荷載安全系數(shù)由規(guī)范確定的1.2提高至1.3、活荷載安全系數(shù)由規(guī)范確定的1.3提高至1.5進(jìn)行受力分析計(jì)算，鋼管立桿的最大應(yīng)力計(jì)算值σ=124.916 N/mm2小于鋼管立桿的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=205 N/mm2，滿足要求。

2.2 施工措施

1)由于工程所處位置及結(jié)構(gòu)的特殊性，頂拱混凝土的澆筑不能采取常規(guī)的入倉方式(如汽車吊或其他吊裝設(shè)備吊吊罐入倉，自卸汽車或罐車直接入倉，以及溜槽或溜管入倉)，只能采取車載泵或地泵入倉，而為減少混凝土的輸送距離，將泵送設(shè)備布置在進(jìn)廠交通洞洞內(nèi)，泵管則隨腳手架垂直向上布置，并進(jìn)行固定，將混凝土送至倉面內(nèi)。

2)分段施工。由于整個(gè)窯洞式安裝間頂拱段約22 m，在澆筑過程中分為三段施工。先進(jìn)行頂拱暗洞段混凝土澆筑，為保證頂拱靠山墻部位的密閉連續(xù)性，減少施工縫的設(shè)置，將山墻最后一段預(yù)留1 m高與暗洞段第一段(5 m)一起澆筑，隨后進(jìn)行暗洞段(8 m)部分澆筑，再進(jìn)行明拱段澆筑，最后進(jìn)行門簾和女兒墻混凝土的澆筑，女兒墻(0.5 m厚)3 406.5～3 408.5 m分為1段，門簾(1 m厚)3 398.2～3 406.5 m分3段進(jìn)行澆筑。在進(jìn)行明拱段澆筑時(shí)考慮到明拱段襯砌較厚故分作兩層施工。為保證整個(gè)頂拱的密閉性,在分層分塊施工縫處按要求設(shè)置鐵皮止水，鐵皮止水布置在襯砌混凝土上下兩層鋼筋之間，窯洞安裝間分層分塊詳見圖2。具體施工方法為：在明拱段從拱腳開始下料澆筑，均勻上升至混凝土蓋過拱底部面筋然后停料一段時(shí)間，待拱底部混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)再進(jìn)行余下部分混凝土的澆筑。

圖2 安裝間頂拱分層分倉剖面圖

3)澆筑方式。為分散拱形結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，混凝土的澆筑順序?yàn)橄韧瑫r(shí)在兩側(cè)澆筑拱腳即對(duì)稱下料，再依次均勻向上澆筑至拱頂，同時(shí)由于泵送料坍落度較大可每隔適當(dāng)距離在拱兩側(cè)設(shè)置數(shù)道鋼絲網(wǎng)，使混凝土不下滑，以保證拱形板厚度均勻。

頂拱模板兩側(cè)按2 m間距各預(yù)留3層下料窗口(拱頂單獨(dú)1層)，每層下料窗口按3 m間距設(shè)置4個(gè)，總體成梅花型布置。澆筑原則：1臺(tái)HBT60混凝土泵分別從頂拱兩側(cè)第一層下料窗口開始下料澆筑，混凝土分別從4個(gè)窗口下料，第一層澆筑完成后將泵管移至第二層下料，依次澆筑至拱頂部位，澆筑過程中保證左右混凝土高度差不超過0.5 m，最大下落高度不超過2 m，頂拱左右混凝土高度差不超過0.5 m，在下料口按照3 m間距預(yù)埋下料鋼管，保證頂拱混凝土澆筑不出現(xiàn)空洞，在鋼管口連接鋼編織管，防止下料時(shí)直接沖刷模板表面流至澆筑位置，以防混凝土離析。

混凝土邊澆筑邊振搗，振搗采用插入式振搗器振搗，為保證振搗質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)復(fù)振監(jiān)督，保證頂拱各個(gè)部位振搗密實(shí)，振搗時(shí)防止觸碰模板拉筋、圍檁、板面等模板體系從而導(dǎo)致漲模、跑模。

在兩段暗拱段澆筑時(shí)為保證澆筑質(zhì)量，混凝土應(yīng)最大程度的與拱頂巖石面貼合。故在澆筑過程中，采用泵送擠壓法灌注混凝土，即通過后退擠壓的方式從一端依次澆筑中間部位及另一端混凝土，同時(shí)為保證襯砌拱部混凝土密實(shí)，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行襯砌背后回填灌漿。

4)雨水及滲水的預(yù)防處理。施工期正逢雨季加之常有山頂凍融水及山體滲水流入倉內(nèi)，為保證澆筑質(zhì)量需進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)防及處理。在澆筑時(shí)應(yīng)對(duì)天氣狀況進(jìn)行了解，盡量選擇晴天澆筑，如澆筑過程中遇到降雨應(yīng)搭設(shè)雨棚避雨。對(duì)于山體滲水及山頂凍融水可沿山體布設(shè)排水槽避免倉內(nèi)積水。

3 混凝土的質(zhì)量控制

3.1 澆筑過程中的質(zhì)量控制

1)混凝土運(yùn)輸及入倉的質(zhì)量控制。本工程中混凝土為預(yù)制攪拌需從拌合站運(yùn)往施工地點(diǎn)，混凝土運(yùn)輸采用12方容量的罐車運(yùn)輸，但考慮到高原地區(qū)氣溫變化大、混凝土外加劑導(dǎo)致其性能不穩(wěn)定、施工區(qū)域內(nèi)的路況及施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑情況等因素，為防止混凝土坍落度變小喪失流動(dòng)性影響混凝土的泵送進(jìn)而影響混凝土的入倉強(qiáng)度。所以在運(yùn)輸中以增加罐車數(shù)量減少每車運(yùn)輸方量的方式，并合理安排罐車打料時(shí)間盡可能不讓罐車在有料的情況下在現(xiàn)場(chǎng)等待，縮短混凝土從拌合站出機(jī)口至倉號(hào)的時(shí)間。同時(shí)為罐車加裝遮陽布，保證罐內(nèi)溫濕度穩(wěn)定。

在澆筑過程中混凝土入倉均勻及適當(dāng)間歇也是混凝土澆筑質(zhì)量控制的關(guān)鍵，既要考慮高原地區(qū)氣候干燥及日照強(qiáng)烈使得混凝土過早初凝進(jìn)而產(chǎn)生冷縫，又要考慮澆筑過快導(dǎo)致模板的變形影響結(jié)構(gòu)外觀，因此在澆筑過程中既要保持均勻下料又要控制混凝土的入倉強(qiáng)度。

2)施工縫的處理。同時(shí)由于整個(gè)頂拱襯砌分為三段澆筑將會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)施工縫，對(duì)施工縫的處理不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致后期拱頂滲水。因此在施工縫位置應(yīng)設(shè)置水平向的鍍鋅鐵皮止水并保證止水的預(yù)埋質(zhì)量，在澆筑下一段頂拱時(shí)應(yīng)對(duì)前一段頂拱的老混凝土斷面進(jìn)行磨毛處理以形成均勻、無明顯起伏、呈現(xiàn)骨料“凸”型的毛面，并避免產(chǎn)生明顯深“凹”、明顯尖角等不利結(jié)合面，以利于新老混凝土結(jié)合，防止拱頂滲水。

3.2 溫控及養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量控制

為了確保混凝土的澆筑質(zhì)量，應(yīng)保證混凝土倉內(nèi)最高溫度滿足溫控技術(shù)要求，避免混凝土產(chǎn)生裂縫。因此需安排專人測(cè)定混凝土的出機(jī)口溫度(<12℃)、入倉溫度及澆筑溫度，并保證在施工過程中各溫度指標(biāo)都符合要求，根據(jù)施工方案的要求高溫季節(jié)控制混凝土從出機(jī)口至振搗結(jié)束的回升值不超過5℃。表1為暗拱第一段澆筑過程中的實(shí)測(cè)溫度。

表1 暗拱第一段澆筑過程中的實(shí)測(cè)溫度表 ℃

在每段拱澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)始終保持混凝土面的濕潤，在本工程的實(shí)際施工中采用拱面掛花管的方式進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。花管應(yīng)按實(shí)際需要選擇合適的管徑，在管上布置噴水孔時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)目拙唷⒖紫颍赃_(dá)到滿足養(yǎng)護(hù)條件的同時(shí)節(jié)約用水。

4 結(jié) 語

本工程窯洞式安裝間混凝土施工的特點(diǎn)難點(diǎn)是在高原高海拔的施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)的澆筑形體等因素共同的作用下產(chǎn)生的，目前西藏地區(qū)正在大力開發(fā)水電資源，本文歸納總結(jié)了在實(shí)際施工過程中一些突出的問題及解決方法，目的在于為某些相同或者類似的項(xiàng)目提供參考。