堰閘段泄水底孔鋼板襯砌施工實踐

梁 丹，韋慶華，梁 毅，裴承若

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 350003）

1 概述

巴基斯坦阿萊瓦水電站總裝機(jī)容量為2×60.5 MW，是一座高水頭、長隧洞引水式水電站，凈水頭為687.0 m。混凝土壩由左副壩段、進(jìn)水口壩段、堰閘壩段和右副壩組成，最大壩高65 m，壩軸線長120 m，頂寬10 m，最大底寬42 m。堰閘壩段設(shè)3 個泄水底孔，孔口尺寸為7.0 m×8.5 m，進(jìn)口體型為橢圓形。本工程河流為山區(qū)河流，曾受2005 年里氏7.6 級南亞大地震影響，河流推移質(zhì)顆粒大且含量高，堰閘段的泄流底孔和消力池的過流表面均要承受高速推移質(zhì)水流的沖刷，故要求采用厚度為30 mm的Q345B鋼板對堰閘段的泄流底孔進(jìn)行底襯和側(cè)襯，鋼襯總面積約1512m2，共計421.3 t。底襯下凈空不足500 mm，錨筋一端與底襯肋條相焊接，另一端與預(yù)埋的錨板焊接，布置規(guī)格為@500×1000 mm。

本工程過流面襯砌施工的重點難點：

（1）工作面非常狹窄，支撐加固難度大，混凝土下料平倉振搗困難。

（2）工期緊張，堰閘段的底襯和側(cè)襯安裝和襯板下混凝土澆筑占直線工期，會影響蓄水節(jié)點目標(biāo)。

以底襯為例，施工程序見圖1。

圖1 施工工序圖

2 鋼襯板的加工與安裝

2.1 鋼板加工

（1）下料。將底襯鋼板和側(cè)襯鋼板分為直段和彎段下料。直鋼板為整體型鋼板，如圖2 中編號為S2、S5、S6 的底襯板以及多數(shù)側(cè)襯板。彎曲襯板應(yīng)根據(jù)軋制機(jī)的軋制寬度限制進(jìn)行切割，比如底板S23 的整板尺寸為1998 mm×6996 mm×30 mm，寬度6996 mm已超出現(xiàn)有卷板機(jī)2.5 m的軋制寬度上限，需切成三塊卷制，相應(yīng)襯板號分別為S23-1、S23-2、S23-3，各板全部進(jìn)行對應(yīng)編號[1]。

圖2 泄洪道側(cè)面鋼襯板編號

（2）卷板和裝配。為便于檢查軋制精度，在正式卷板前應(yīng)按照設(shè)計半徑制作一塊對照檢查用的鋼樣板。正確軋制的成型板放置在有支撐的平臺上或平整地面上，避免撞擊等導(dǎo)致曲率半徑變形。分開卷制的鋼板，如S23-1、S23-2、S23-3在后方工作間完成拼裝成S23。考慮道路運(yùn)輸條件和工作面采用門機(jī)或塔機(jī)進(jìn)行提升安裝，除與閘門槽連接的后期封板為獨(dú)立塊外，在合理加固前提下，可在工作間將兩塊相鄰的板焊接在一起，以減少現(xiàn)場焊接工作量，加快施工速度。

（3）焊接和運(yùn)輸。拼焊前再次檢查尺寸方向正確后進(jìn)行自動埋弧焊接。所有的工作間焊縫均需超聲檢測并達(dá)到I 級焊縫標(biāo)準(zhǔn)，同時按圖紙平整度要求對焊縫進(jìn)行打磨。鋼襯瓦片經(jīng)工程師檢查合格和同意后用平板車運(yùn)輸至工地EL.1210 平臺，再由施工門機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至工作面。

2.2 鋼襯安裝和加固

（1）安裝準(zhǔn)備。清理工作面內(nèi)預(yù)埋錨板的表面沾漿，測量放出每個閘孔中心線，沿水流方向距離閘孔中心線4 m 處清晰標(biāo)記出WU0-006.200、WU0-002.350、WD0+007.180 和WD0+0 032.400 樁號以及EL.1211高程點。

（2）底襯板安裝。底襯和側(cè)襯的安裝方向均為自下游向上游推進(jìn)，以2 塊板為一組，共10 組安裝順序第一組為S24、S23和S22。

第一步：24#、23#、22#鋼襯板的安裝、調(diào)整和固定→第二步：21#、20#、19#鋼襯板的調(diào)整和固定→第三步：22#、21#鋼襯板的焊接→第四步：18#、17#、16#鋼襯板的安裝、調(diào)整和固定→第五步：19#、18#襯板的焊接......最后，安裝和調(diào)整1#鋼襯板，并與2#鋼襯板焊接，最后一項工作是各段鋼襯板接縫的打磨。

相鄰兩塊鋼襯板在車間完成焊接組合，相對于全部鋼襯板在現(xiàn)場安裝和焊接，可大幅減少工作量，比如S24、S23 鋼襯板。考慮到在大量鋼襯板安裝的過程中，沿水流方向上，安裝的總長度累積的誤差可能超過規(guī)范要求，應(yīng)調(diào)整靠近閘門槽嵌入部分的板和最后一塊待安裝的板。安裝卸料底孔底板后，應(yīng)考慮兩種動力墊，一種是安裝后固定鋼襯，以防止鋼襯因重力下沉，固定強(qiáng)度不得造成鋼襯局部凹陷，另一種是二期混凝土澆注時，混凝土振動會壓迫鋼襯，使鋼襯浮起或局部凸起。

3 鋼襯部位的加固與混凝土澆筑

3.1 鋼襯的加固

（1）鋼襯拼縫、固定。鋼襯固定主要通過底座支承固定、鋼襯板內(nèi)部支撐、外部型鋼斜拉固定3種方式，（如圖3）鋼襯板外支撐待混凝土澆筑完成后拆除，支承的鋼架與側(cè)向拉型鋼則與鋼襯板一道永久埋于混凝土內(nèi)，待澆筑混凝土?xí)r，鋼襯板兼作為混凝土模板[2]。

圖3 鋼襯板加固示意圖

（2）制作支承鋼架初步固定。鋼襯板定位后，將焊接固定在底襯板的板肋上的支腿，并將其與軌道焊接連接，使鋼襯板與支承鋼架形成一個剛性整體結(jié)構(gòu)。

（3）側(cè)面進(jìn)一步固定。為防止混凝土澆筑時，由于鋼襯兩側(cè)混凝土澆筑不均衡而造成其發(fā)生側(cè)向移動，在鋼襯兩側(cè)沿水流方向布置槽鋼側(cè)向拉桿。

（4）內(nèi)部支撐型鋼的制作安裝。在混凝土澆筑時，因為高流態(tài)的混凝土將對鋼襯板的側(cè)向和頂部形成巨大的壓力，進(jìn)而造成鋼襯變形，必須在鋼襯內(nèi)部設(shè)置內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程施工合同，鋼襯制作單位應(yīng)按框架單元（包含鋼襯安裝內(nèi)支撐）交付安裝單位，但因本工程鋼襯結(jié)構(gòu)形式不適用于框架組裝后安裝，因此將鋼襯單節(jié)框架組裝焊接、內(nèi)支撐制作及裝配交由安裝單位完成。內(nèi)支撐根據(jù)鋼襯分節(jié)情況，一般取距管口0.5 m進(jìn)行布置，并將各榀內(nèi)支撐連接成剛性較強(qiáng)的整體。

3.2 混凝土澆筑方案

溢流面的混凝土采用二期澆筑法，鋼襯底部采取預(yù)留臺階，鋼襯焊接及鋼筋安裝等作業(yè)完成后，底部臺階至鋼板間高度約1.8～1.5 m，（如圖4所示）溢流面采用高流態(tài)混凝土澆筑，由施工門機(jī)提升料罐至鋼襯板上預(yù)留的進(jìn)料口，或者鋼襯側(cè)面受料點，混凝土靠流動性填充倉面。局部門機(jī)無法澆筑的部位，在鋼襯板底部靠近中間底板區(qū)域在鋼襯底板設(shè)置下料孔，采用泵送混凝土入倉，在鋼襯板擋墻的下游上斜段底部區(qū)，以及鋼襯下游尾部安裝集料斗和溜槽，輔助門機(jī)料罐進(jìn)料。

圖4 預(yù)留空腔二期混凝土澆筑

鋼襯板底部澆筑混凝土由于振搗較為困難，采用擴(kuò)散度控制在550～600 mm 的自密實混凝土，混凝土通過鋼襯預(yù)留孔進(jìn)料后流入倉面，通過人工手持振搗棒從側(cè)面振搗，采用長柄振搗棒和軟管振搗棒在鋼襯板底部下料孔部位進(jìn)行平倉振搗，并增加混凝土流動范圍，充分利用鋼襯底部灌漿孔排除空氣，保證混凝土充滿倉面，排除空氣，直至澆筑高程高于鋼襯底板。

在混凝土澆筑質(zhì)量控制上，為保證鋼襯底部澆筑密實，及時排除氣體是關(guān)鍵，每節(jié)鋼襯底板中部，分別布置有孔徑Φ25 mm 的排氣孔，以及Φ200 mm混凝土下料孔，（如圖5 所示）局部采取泵送混凝土從鋼襯底板下料孔送料補(bǔ)充澆筑的手段，以保證倉內(nèi)混凝土填充密實。澆筑過程中，安排專人采用錘擊法檢查鋼襯底部夾氣脫空情況，如果排氣孔排出的是振搗產(chǎn)生的泛漿，即可判斷鋼襯底部的混凝土已經(jīng)充填飽滿。

圖5 鋼襯板預(yù)留進(jìn)料孔和排氣孔

在混凝土澆筑完成后，待混凝土硬化，也可以通過敲擊的方式檢查鋼襯底部與混凝土結(jié)核面的脫空情況，并繪制脫空分布圖。經(jīng)檢查，本項目的鋼襯底板與底部混凝土的脫空厚度為0.2～1.1 cm之間，脫空面積占鋼襯總面積約18%左右。

3.3 鋼襯變形控制

在鋼襯板內(nèi)部澆筑高流態(tài)混凝土，由于初凝時間相對滯后，在澆筑過程中，需防止混凝土產(chǎn)生的壓力，造成鋼襯板的抬動變形，為此，鋼襯內(nèi)應(yīng)安設(shè)支撐、鋼襯外兩側(cè)通過斜拉桿的加固必須非常牢固。并對澆筑過程嚴(yán)格控制，比如鋼襯底板范圍內(nèi)兩側(cè)應(yīng)均勻下料，兩側(cè)澆筑高差應(yīng)控制在50 cm之內(nèi)。本項目通過安裝抬動變形觀測儀，對鋼襯底板進(jìn)行監(jiān)控，澆筑過程中安排專人觀測、記錄變形移位，確保鋼襯板的抬動變形量控制在0.1 mm的范圍內(nèi)。

4 鋼襯板的接縫灌漿

4.1 制漿系統(tǒng)

鋼襯接觸灌漿有范圍大，但是耗漿量小的特點，擬現(xiàn)場搭設(shè)臨時制漿站配制漿液。接觸灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度42.5 MPa，細(xì)度小于80 μm，水泥的其他質(zhì)量指標(biāo)需符合現(xiàn)行國家規(guī)范的要求。施工前采購并加工預(yù)埋可重復(fù)接觸灌漿管的灌漿主管、支撐固定裝置。使用前要進(jìn)行壓力試驗，驗證并記錄灌漿管出漿口可打開和閉合的壓力。

4.2 接觸灌漿埋管

在鋼襯板的內(nèi)側(cè)埋設(shè)接觸灌漿埋管，埋管采用可重復(fù)灌漿管，用焊槍在鋼襯板的肋板上開出半圓孔，灌漿埋管從半圓孔中過，并用專用的固定卡緊貼固定在鋼襯板內(nèi)側(cè)。在可重復(fù)灌漿管兩側(cè)端部用Φ20 mmPVC管相接，其中一根作為進(jìn)漿管，另一根作為回漿管、排氣管，以及灌漿管。各種功用的管在安裝完成后，用塑料布封口做好保護(hù)，并作好標(biāo)記，避免后續(xù)灌漿施工中出現(xiàn)混淆。在混凝土澆筑過程中，特別注意保護(hù)管口不被破壞。在施灌之前，必須對灌漿管路進(jìn)行全面檢查，確保管路無堵塞的現(xiàn)象。

（1）灌漿主管預(yù)埋。灌漿主采管采用PVC 管材，埋設(shè)方式與充氣拔管基本相同，把PVC 管材貼合安裝在鋼襯板底部表面，并保證與充氣拔管的布置相垂直，并利用鋼襯加勁肋板上的開孔，把灌漿主管與所有的充氣拔管節(jié)點串聯(lián)起來。

（2）排氣管預(yù)埋。當(dāng)預(yù)埋灌漿的拔管的布設(shè)，超出了鋼襯板所需的接觸灌漿范圍，用三通管將所有的灌漿拔管連接到Φ25PVC 管件，將多余的灌漿液引排出倉面，并同時作為排氣及回漿管。

（3）預(yù)埋充氣管拔管。混凝土澆筑前，首先對預(yù)埋拔管進(jìn)行充氣，待混凝土澆筑完畢，混凝土已經(jīng)初凝后，放干預(yù)埋充氣管中的空氣，使埋管脫離混凝土，人工從埋管引出部位將預(yù)埋充氣管抽出，最終形成接觸灌漿通道[3]。

4.3 灌漿管路連接及通氣檢查

溢流面底部混凝土澆筑完成后，在各個拔管節(jié)點部位將Φ32 mmPVC 灌漿主管割開，使其與埋設(shè)形成的拔管灌漿通道連通，將空壓機(jī)接入拔管，并吹入高壓風(fēng)，檢查灌漿通道的連通情況。同時，灌漿前對襯砌混凝土的施工縫或施工缺陷、倉號兩端堵頭進(jìn)行全面檢查，對可能漏漿的部位進(jìn)行事先封堵處理。

4.4 接觸灌漿

在堰面混凝土澆筑完成28 d，達(dá)到齡期強(qiáng)度后，即可開始鋼襯板接觸灌漿施工，為減緩漿液干縮對灌漿質(zhì)量的影響，本項目在秋冬季節(jié)施灌。接觸灌漿由低處孔向高處孔灌（自下游孔向上游孔）；先灌1 管，在2、3 管回漿量、濃度與進(jìn)漿量、濃度相同時再將1、2、3 并管灌注；灌漿時注入水灰比為0.5∶1 的水泥漿，灌注壓強(qiáng)取0.2 MPa。當(dāng)達(dá)到設(shè)計壓力后，灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌注5 min即可結(jié)束灌漿；每次完成灌漿后，用低壓水流沖洗灌漿管。

堰面水平鋼襯板的接觸灌漿，采用抬動觀測儀進(jìn)行監(jiān)控。在施工前，將抬動觀測儀表安裝在灌漿部位鋼襯板內(nèi)表面，觀察儀表的擺動，在灌漿過程中追蹤控制施灌壓力[4]。

5 結(jié)語

在阿萊瓦水電站堰閘段泄流底孔及消力池的鋼襯板制作安裝、混凝土澆筑和接觸灌漿的施工中，可以總結(jié)出以下幾個要點：

（1）泄洪道鋼襯板的制作和安裝是確保水利工程安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通過采用現(xiàn)代化的制作工藝和標(biāo)準(zhǔn)化的施工，在后方場地預(yù)制拼裝鋼襯板，可大幅提高鋼襯板的安裝效率，本項目通過預(yù)拼裝的方式，將計劃工期縮短了近一個月的時間。

（2）混凝土澆筑是構(gòu)建泄洪道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵步驟。通過科學(xué)合理的澆筑工藝和正確選擇混凝土材料，可以保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性，并達(dá)到設(shè)計要求。

（3）接觸灌漿是為了確保鋼襯板與混凝土之間具有良好的粘結(jié)性能。選擇合適的灌漿材料和施工工藝，以及密實的施工操作，可以提高接觸灌漿層的質(zhì)量，保證工程的安全可靠性。

高速過流堰面的鋼襯板制作安裝、混凝土澆筑和接觸灌漿，是高水頭水電站施工的質(zhì)量控制的關(guān)鍵工序，對于保障工程的正常運(yùn)行和安全性具有重要意義，通過本項目施工過程的研究和總結(jié)，可以提供一些有益的建議和指導(dǎo)，為相關(guān)工程的實施提供參考。