卡洛特水電站蝸殼及發電機層二期混凝土施工關鍵技術

任 志 民

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

巴基斯坦卡洛特水電站位于印度河支流吉拉姆河(Jhelum)上，是該河段水電梯級規劃5個梯級電站中的第4級，是“一帶一路”和“中巴經濟走廊”首個水電大型投資建設項目。工程的開發任務為發電，電站裝機容量為720 MW(4臺、單機容量為180 MW的混流式機組)，多年平均年發電量約32.1億kW·h。樞紐建筑物主要由瀝青心墻堆石壩、溢流道、導流洞和引水發電系統等組成，最大壩高95.5 m。項目采用“建設-經營-轉讓”(BOT)方式投資建設，由中國長江三峽集團負責建設和運營，運營期為30 a，到期后無償轉讓給巴基斯坦政府[1]。

廠房主機間尺寸為160.9 m×27 m×60.5m(長×寬×高)。廠房蝸殼及發電機層二期混凝土高程為377～398.5 m，其中高程377～391 m為蝸殼水輪機層，高程391～398.5 m為發電機層，總澆筑層高21.5 m。單臺機蝸殼共36節，二期混凝土澆筑量為6 500 m3，鋼筋650 t。主要施工難點：蝸殼外包鋼筋復雜、量大；蝸殼陰角部位體型復雜、空間狹窄、鋼筋密集、埋管多，混凝土入倉振搗困難；混凝土澆筑過程中座環抬動和位移、蝸殼偏移控制精度高；蝸殼外側大體積及底部和陰角處采用高流態自密實混凝土溫控防裂要求高。同時，受疫情影響，為保證發電目標，施工工期需由原先的180 d壓縮至130 d。因此，能否實現安全、優質、快速施工是該工程的難點和關鍵。

2 施工分層與分塊

根據蝸殼、座環生產廠家圖紙要求，水輪機層的混凝土施工分層高度建議以1.2 m為宜，澆筑速度小于0.3 m/h，與蝸殼接觸的液態混凝土厚度小于0.6 m[2]。這樣的分層澆筑方式雖然有效防止了座環和蝸殼抬動、偏移，但也存在第一層澆筑后蝸殼陰角區很難再進行入倉澆筑、后期灌漿量較大且工期長的問題。對此，項目部通過深入分析研究，認為防止座環、蝸殼抬動的主要因素指標是滿足澆筑速度小于0.3 m/h，與蝸殼接觸的液態混凝土厚度小于0.6 m，故對施工分層高度進行了以下優化調整：第一層即將整個陰角區澆滿，澆筑至座環頂部高程，最大澆筑高度為3.12 m；同時，第一層分四個象限4塊澆筑；水輪機層分5層澆筑完成，發電機層分3層澆筑完成[3]。蝸殼、發電機層二期混凝土分層情況見圖1，蝸殼二期混凝土第1層分塊情況(分4個象限)見圖2。

圖1 蝸殼、發電機層二期混凝土分層圖

3 施工程序

單臺機蝸殼、發電機層二期混凝土施工程序為：蝸殼安裝完成并通過驗收→蝸殼外包鋼筋安裝至腰線→灌漿、監測、溫控系統預埋→第1層第Ⅰ象限澆筑→第1層第Ⅲ象限澆筑→第1層第Ⅳ象限澆筑→第1層第Ⅱ象限澆筑→彈性墊層粘貼/蝸殼層鋼筋安裝完成/基坑里襯安裝→第2層澆筑→第2層至第5層澆筑(水輪機層完成)→發電機層鋼筋安裝→定子等機電埋件安裝→發電機層第1～3層澆筑。

4 預埋件安裝

蝸殼層混凝土澆筑的土建預埋件主要包括：陰角區入倉泵管、底部接觸灌漿管路、溫控冷卻水管、彈性墊層等，特別是第一層分象限澆筑最復雜、難度最高。

4.1 陰角區入倉泵管

當混凝土澆筑至即將接觸蝸殼時，陰角區需要采用預埋泵管入倉澆筑高流態自密實混凝土。泵管由環向主泵管和徑向高低泵管組成，管徑為φ150 mm。環向主泵管布置在蝸殼外側倉位線以上，徑向高低泵管穿過蝸殼底部延伸至蝸殼陰角部位(不拆除)。每個象限布置2根徑向高低泵管(2高2低)，其中低泵管用于蝸殼內側底部以下大面積混凝土澆筑，高泵管用于蝸殼陰角部位混凝土澆筑。蝸殼第1層澆筑徑向泵管布置情況見圖3。

圖3 蝸殼第1層澆筑徑向泵管布置圖

4.2 灌漿排氣管路

蝸殼、座環接觸灌漿采用在鋼襯底部拔管成孔與灌漿盒配合形成2套灌漿系統的方式進行灌漿，主灌漿管采用φ25 mm的PVC管，拔管采用φ20 mm的塑料軟管，拔管與主灌漿管采用φ25 mm的正三通相連，主灌漿管均通過基礎環上φ150～125 mm的孔引至座環內以便后期灌漿。主灌漿管與拔管均采用φ8 mm圓鋼做成卡環點焊在蝸殼的加筋板上。主灌漿管卡環必需卡緊，拔管卡環需適當預留一定的富裕度，拔管與主灌漿管的連接既要保證澆筑混凝土時不進漿，又要保證拔管時能夠拔出，可采用電工膠布纏繞密封[4]。

4.3 冷卻水管

冷卻水管主要預埋在蝸殼第1～5層大體積混凝土澆筑中，采用φ32 mm×2 mm的HDPE管，按照1 m×1 m×1.5 m(高度方向)的方式布置，單根管道的長度不大于150 m，將進出口端分別引出至倉號外以供混凝土澆筑過程中或后期混凝土溫度上升期通水冷卻。同時，每倉預埋2～3支溫度計，其中結構中間區域和自密實混凝土區域最少需布置1支。

4.4 彈性墊層

對于蝸殼腰線以上區域表面需粘貼一層3～12 mm厚、L-600型高壓聚乙烯材料彈性墊層，其施工工藝要點：將閉孔泡沫板表面及蝸殼表面清洗干凈；膠桶搖晃后開封，將膠倒入干凈的容器并攪勻；在彈性墊層粘貼面和墊層對應面積的鋼板表面均勻涂一層膠，涂膠后放置3～10 min，手蘸膠面呈長絲狀時即可粘合；粘貼時一端靠緊已貼墊層，先將1/5表面接觸并施壓，用橡膠榔頭向另一端有序敲擊逐步壓合以排除貼合面的空氣，壓合后施加接觸壓力5～10 min(可站人施壓)即可粘合；所有墊層相互結合的端面(即四周拼縫處)均應涂膠粘合；墊層應錯縫粘貼；墊層粘貼完畢，在所有的表面接縫處刷膠(粘貼膠)填縫[5]。

彈性墊層安裝完畢進行蝸殼上半部分鋼筋的安裝，鋼筋安裝過程須采取有效措施對彈性墊層進行保護；對蝸殼上半部分的鋼筋設置支撐鋼筋，在支撐鋼筋與墊層接觸處設置φ100 mm×15 cm的C30混凝土墊塊以增加彈性墊層的受力面積，防止鋼筋頭戳破彈性墊層；為防止蝸殼鋼筋接頭焊接時的高溫焊渣燒壞或引燃墊層材料，在焊接作業下方采用濕毛氈或鐵皮等將彈性墊層表面蓋住；為避免移動鋼筋等作業對彈性墊層造成損壞，采取墊木板的方式對彈性墊層進行保護；彈性墊層及蝸殼上部鋼筋安裝施工時，倉內需配備適量的滅火器。

5 座環、蝸殼抬動變形監測

(1)監測點的布置。抬動監測的目的主要是監控座環、蝸殼在第1、2層混凝土澆筑及接觸灌漿過程中的位移情況。座環監測點布置在座環上，每45°布置1個監測點，共8個；其中，徑向位移監測點4個，抬動監測點4個，全部采用百分表。座環抬動和位移監測布置情況見圖4。蝸殼監測點布置在蝸殼頂部，均布8個監測點，采用全站儀進行監測。在地面做一個基準校正點用于儀器校正。

圖4 座環抬動和位移監測布置圖

(2)監測及控制要點。根據相關技術要求，座環抬動和位移應不超過0.2 mm，蝸殼偏移應不超過2.5 mm。現場監測及控制要點：當座環上抬0.1 mm時，監測人員需及時向現場管理人員預警，將監測頻率改為每10 min監測一次并及時降低混凝土的入倉速度；當座環上抬0.15 mm時，監測人員需立即向監測小組組長及相關人員報警并暫停澆筑，待分析原因采取補救措施后方可繼續澆筑。當蝸殼偏移超過1.5 mm時，必須向現場管理人員提示并及時降低入倉速度；當蝸殼偏移超過2 mm時，向監測小組組長報警并暫停混凝土澆筑，待分析原因采取補救措施后方可繼續澆筑。混凝土接觸蝸殼時開始監測，根據現場管理人員指令加密監測次數，同時降低混凝土澆筑速度。

蝸殼采用全站儀測量易出現零點漂移現象。當測量結果出現異常時，應及時與基準校正點進行核對，并與座環百分表測量結果進行驗證，避免因偶然誤差而出現誤判。

6 混凝土澆筑

由于蝸殼第一層混凝土澆筑需要確保座環、蝸殼抬動和位移不超標，并保證蝸殼底部和陰角區澆筑密實，而分象限對稱澆筑施工復雜、難度高，故文中主要論述蝸殼第一層的澆筑工藝與方法。

(1)入倉方式。混凝土入倉采用3臺HBT60拖泵(其中1臺備用)。在混凝土尚未接觸蝸殼時，1臺往蝸殼外側大面輸送常態混凝土，1臺往蝸殼內側輸送常態混凝土。當混凝土澆筑至快接觸蝸殼時，將1臺換成輸送高流態自密實混凝土并通過預埋的徑向高壓泵管輸送至蝸殼陰角區。

(2)先澆象限(Ⅰ、Ⅲ)的施工工藝要點。混凝土澆筑形成的蝸殼應外高內低并確保蝸殼外側混凝土擠進蝸殼的底部和內側。施工人員在蝸殼內、外側同時振搗。混凝土澆筑到蝸殼底部以上后，采用徑向低壓泵管繼續泵送混凝土，施工人員繼續在蝸殼內側振搗；當陰角處已無法人工振搗時，拆除低泵管，施工人員從封頭模板處撤出蝸殼陰角，陰角部位開始啟動高壓泵管并澆筑自密實混凝土，此時一定要確保基礎環和座環頂部的孔洞全部打開、用于排氣。

(3)后澆象限(Ⅱ、Ⅳ)的施工工藝要點。從蝸殼半徑較大側開倉采用“坡澆法”澆筑，施工人員先進入蝸殼陰角進行振搗，使混凝土料沿蝸殼流向依次將底部覆蓋，施工人員最后從蝸殼半徑較小的部位撤出，同時啟動混凝土泵泵送自密實混凝土，同樣應確保基礎環和座環頂部的孔洞全部打開、用于排氣。

(4)平倉與振搗。采用平鋪法澆筑，每倉澆筑振搗的厚度應不大于30 cm；嚴格控制初凝時間，與蝸殼接觸的液態混凝土厚度不大于60 cm，混凝土澆筑上升速度不大于0.3 m/h。

在蝸殼內側陰角區啟動高壓泵管泵送自密實混凝土的同時，蝸殼外側繼續澆筑常態混凝土。澆筑過程中利用基礎環上預留的φ125 mm孔對陰角區混凝土進行輔助性的振搗或趕料。當混凝土澆筑至基礎環環流板頂面且環流板上孔洞冒漿后，用木塞將環流板上的振搗孔封堵。當座環側面最上面一排φ40 mm排氣孔全部擠出混凝土(含粗骨料)時，證明蝸殼內側陰角區已澆滿，此時應立即停止內側泵管的送料。

7 結 語

在該電站蝸殼及發電機層二期混凝土施工中，結合國外項目資源組織特點，通過對分層高度、入倉方式、監測方法、溫度控制進行創新優化，實現了安全、優質、快速施工，為機組提前安裝創造了有利條件，為工程按期發電奠定了堅實的基礎，所取得的經驗值得類似工程借鑒和參考。