卡魯瑪水電站廠房機組蝸殼層混凝土施工技術研究

余深孜，門敬偉

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

1 工程概述

卡魯瑪水電站位于烏干達Kiryandongo區基奧加尼羅河上。水電站處于北緯2°15′，東經32°15′，電站附近2.5km處有馬辛迪—古魯（Masindi-Gulu）公路通過，距離烏干達首都坎帕拉270km，距離古魯70km。

水電站地下主廠房樁號從廠左0+011.450m～廠右0+126.700m，依次布置1#～6#機組，總長138.15m，其中1#～5#機長23.15m，6#機長23.0m，主廠房寬19.6m。廠房主機段高程EL.933.2～EL.940.9m范圍為蝸殼層，蝸殼外圍混凝土以單臺機組為一個澆筑段，澆筑高度為7.4m。

蝸殼層大體積混凝土（C30）采用充水保壓澆筑，蝸殼泄壓后不能進行回填灌漿，且混凝土澆筑過程應盡量避免裂縫產生，因此在確保機電設備埋件不發生位移的前提條件下如何保證混凝土澆筑密實，并保證混凝土不因水化熱溫升過大而產生大量裂縫是廠房機組混凝土澆筑控制的關鍵。

2 主要施工特點及難點

（1）根據設計要求，蝸殼層混凝土采用充水保壓的澆筑方案，蝸殼放水泄壓后，蝸殼周邊禁止任何形式的灌漿，因此對混凝土澆筑填充度及密實度提出了更高要求。特別是蝸殼底部及蝸殼與座環之間形成的陰角區域，在蝸殼泄壓前必須澆筑密實。

（2）由于業主監理對混凝土裂縫比較敏感，一旦裂縫發展不可控，將會帶來被監理停工的風險，因此控制大體積混凝土裂縫的產生是該工程質量控制的重中之重。

（3）蝸殼腰線以下采用泵送混凝土，蝸殼下半圓內側泵送混凝土達不到的區域需采用同標號砂漿回填。蝸殼腰線以上原則上采用常態混凝土，其入倉手段是該工程的重點、難點，需采用皮帶機系統配合橋機吊罐入倉。

3 施工布置

根據混凝土施工的不同階段，廠房機組段混凝土施工分別以上游引水隧洞和下游主變洞作為運輸通道。主廠房已安裝布置有2臺永久橋機及1臺20t施工橋機，可滿足鋼筋、模板及鋼管等施工材料吊運入倉需求。蝸殼腰線以下混凝土需采用泵送施工，根據施工需要擬配置2臺HBT60泵機，布置在上游引水平洞或下游主變洞內。

為解決蝸殼腰線以上大體積常態混凝土運輸及入倉手段問題，在主廠房EL.948.25m布置皮帶機輸送系統。該皮帶機系統由1#、2#、3#、4#皮帶機組成。1#皮帶為進料皮帶機，布置在6#母線洞內，輔以10m3液壓集料斗供料；2#皮帶機位于廠房下游側沿廠房左右方向布置，主要用于廠房左右岸方向的混凝土運輸；3#皮帶機為橫跨上下游的轉料皮帶機，與2#皮帶機配合使用；4#皮帶機為下料皮帶機，主要用于廠房上下游方向的混凝土運輸及布料入倉。

4 混凝土施工

4.1 混凝土分層及施工流程

根據廠家要求，蝸殼層混凝土澆筑高度最大不超過2m，實際分層厚度為1.4～2.0m。混凝土分塊總體按機組之間結構縫進行劃分，每個機組為一澆筑塊。悶頭部位預留二期混凝土，待混凝土澆筑至EL.940.6m后，蝸殼放水泄壓，拆除悶頭然后進行二期混凝土回填，具體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 混凝土施工工藝流程圖

該工程機組水頭不高，且采用保壓方式澆筑，為加快施工速度，蝸殼腰線以下混凝土不再采取分象限的方式澆筑，但在澆筑過程中應對稱下料，保證兩側高差不超過30cm。

4.2 混凝土溫度控制

為降低混凝土最高溫升，最大限度地減小混凝土裂縫發生的概率，該工程地下廠房混凝土澆筑溫度控制標準為≤17℃。

根據卡魯瑪水電站當地氣候條件，并結合混凝土實際運輸、入倉方式，采取了如下溫控措施：

（1）優化混凝土施工配合比，達到了降低混凝土單位水泥用量的目的，降低了混凝土水化熱溫升和延緩水化熱發散速率。

（2）根據溫控計算采用加冰冷卻混凝土拌和物。

（3）混凝土攪拌車滾筒覆蓋保溫材料。開倉前規劃好混凝土澆筑不同時段的澆筑強度，并配備相應數量的混凝土攪拌車，避免等車卸料，縮短運輸時間。

（4）盡量采用常態混凝土進行澆筑，降低混凝土水化熱溫升。常態混凝土采用橋機配吊罐入倉或采用皮帶機入倉。

4.3 混凝土澆筑

（1）蝸殼腰線以下（EL.933.2m～EL.937.1m）混凝土澆筑。蝸殼中心線外側澆筑普通泵送混凝土，蝸殼底部及陰角部位則澆筑高流態砂漿。采用2臺泵機供料，對稱下料，對稱兩側砼高差不大于30cm。在混凝土澆筑過程中，按照從機組外側到機組中心的順序，采用兩邊對稱澆筑的方法施工。先澆筑蝸殼普通泵送混凝土，形成外部阻擋，然后利用砼泵的壓力將砂漿填滿蝸殼內側以及座環和蝸殼陰角部位。為保證混凝土泵有足夠的壓力將砂漿壓入陰角部位，需要用木塞將其他不使用的振搗孔臨時封堵。當陰角部位混凝土澆筑到一定高程無法從側面進料后，改從座環上的φ125mm灌漿孔進料，為保證蝸殼底部和蝸殼陰角部位混凝土飽滿，需在蝸殼底部和蝸殼陰角部位埋設灌漿管路，待蝸殼混凝土澆筑結束28d后，在保持蝸殼充水加壓的狀態下進行回填灌漿。為了確保蝸殼及座環不發生位移，除了要按照蝸殼四周對稱下料的澆筑方式施工，還必須嚴格控制混凝土澆筑速度不應超過30cm/h（指蝸殼底板至腰線部分混凝土），相關部門需做好蝸殼及座環的加固和全程位移監測工作。

（2）蝸殼腰線以上（EL.937.1m～EL.940.6m）混凝土澆筑。蝸殼腰線以上以每個機組為單元分塊澆筑，根據澆筑倉面入倉強度分析，混凝土采用皮帶機輸送系統輔以橋機吊3m3或6m3臥罐入倉或采用泵送混凝土入倉均滿足施工要求。

（3）混凝土澆筑特別注意事項。①在澆筑蝸殼陰角部位時，禁止在該部位布置泵管特別是徑向泵管（俗稱“沖天管”）。②在陰角部位，安裝灌漿管和排氣管，采用高流態砂漿盡量將空隙填滿，然后再進行回填灌漿。

（4）座環、蝸殼位移監測。①座環位移變形監測。在座環下環板上部垂直方向與水平方向分別安裝監測儀表，監測座環豎向變形位移與徑向變形位移。混凝土澆筑過程中，派專人每10min記錄一次監測儀讀數并記錄在表中，混凝土澆筑過座環中心后間隔時間可以延長至1h測量一次。在混凝土澆筑過程中如發現異常情況，立即停止混凝土澆筑，及時告知現場值班人員并匯報上級主管部門，以便及時調整或改變混凝土澆筑方案。②蝸殼位移變形監測。蝸殼X軸線監測采用經緯儀監測，經緯儀架設依據為測量隊提供的X方位布置測量控制樣點。Y軸線監測采用鋼琴線布置于Y方向測量隊提供的安裝控制樣點上，采用線錘檢查蝸殼標記樣點與安裝樣點同面吻合情況。混凝土澆筑前，分別測量并記錄蝸殼±X與±Y對測量樣點偏差。混凝土澆筑過程中，派專人1h測量一次各點的數據偏差并記錄在表中，混凝土澆筑過蝸殼中心后間隔時間可以延長至每天測量一次。在澆筑過程中如發現異常情況，立即停止混凝土澆筑，及時告知現場值班人員并匯報上級主管部門，以便及時調整或改變混凝土澆筑方案。

4.4 回填灌漿

（1）灌漿管路布置。①為保證回填灌漿的順利實施，除了利用廠家在座環上預留的灌漿孔布置2套灌漿管路（1套備用），在另一個灌漿部位再布置2套（1套備用）灌漿管路。②灌漿區內的灌漿主管和灌漿支管均采用φ25mm的鋼管，由灌漿區引至灌漿口的管路也采用φ25mm的鋼管。③灌漿管路應采用鋼筋固定牢固，每個灌漿部位的灌漿管路的支管應交錯布置，間隔應不小于20cm，灌漿支管出口應布置在灌漿區的最頂部，每個支管出口應采用棉紗封堵保護，防止管路堵塞。④所有管路布置位置均應避開混凝土澆筑的振搗區，防止管路在澆筑振搗過程中被損壞。⑤在混凝土澆筑前應對灌漿管路進行檢查，確定灌漿管路通暢后方可進行混凝土澆筑施工。

（2）灌漿施工。①為了保證蝸殼底部和陰角部位混凝土的澆筑密實，確保蝸殼和外圍混凝土能夠聯合承載，避免因空腔而產生應力集中，需在蝸殼外包混凝土澆筑到腰線（EL.937.1m）6d后，利用已有的灌漿孔和預埋灌漿管進行補充回填灌漿。②回填灌漿通過預埋的灌漿管路進行，灌漿前應對灌漿管路進行通氣檢查，確保灌漿管路通暢。③每個蝸殼的兩個灌漿部位的灌漿由低到高分開進行。④灌漿壓力采用0.2～0.25MPa，灌漿水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比采用0.5∶1，且不變比。壓力表要求與灌漿區就近安裝，且安裝在進漿管上。⑤灌漿過程中當預留的灌漿孔出漿濃度與進漿基本一致時采用木塞或專用的堵頭進行封堵。⑥灌漿時采用千分表對蝸殼進行變形觀測，若發現抬動變形立即停止灌漿。⑦在蝸殼保壓狀態下澆筑完成蝸殼外包混凝土（EL.940.6m）7d后，方可對蝸殼進行卸壓，蝸殼卸壓后禁止任何形式的灌漿。

5 結束語

卡魯瑪水電站6臺機組蝸殼層混凝土嚴格按照既定的施工措施及質量控制程序進行，混凝土澆筑前后座環、蝸殼各項位移變形值幾乎可以忽略不計，分層澆筑過程中只產生少許淺層裂縫，蝸殼卸壓檢查未發現明顯脫空現象，混凝土澆筑質量優良，獲得了業主監理好評，可為類似工程提供參考。