寇有權(quán),曹 勇
(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)
柳坪水電站工程位于四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣境內(nèi),是黑水河干流水電規(guī)劃“二庫(kù)五級(jí)”開(kāi)發(fā)方案的最下游一個(gè)梯級(jí)電站。電站裝機(jī)3臺(tái),容量120MW,引水式發(fā)電。調(diào)壓室布置在引水隧洞末端,采用阻抗式,埋藏于地下。井筒呈長(zhǎng)而窄的矩形,開(kāi)挖長(zhǎng)133m、寬13m,俯視成30°夾角的“折線”型結(jié)構(gòu),立面成“中”字型結(jié)構(gòu),內(nèi)置閘墩設(shè)三孔檢修閘門。調(diào)壓井平面、立面結(jié)構(gòu)分別見(jiàn)圖1、2。在中部高程1 819m調(diào)縱0+66.7m,布置6m×6m的城門形交通洞;下游高程1 802m調(diào)縱0+11.5m,布置6m×5.5m的城門形2號(hào)施工支洞。調(diào)壓室穹頂開(kāi)挖高程分別為1 827.711m(中部)和1 811.711m(兩側(cè)),底板開(kāi)挖高程分別為1 743m(中部)和
1 752m(兩側(cè)),最大開(kāi)挖高度84.711m。調(diào)壓室內(nèi)共設(shè)計(jì)86根鋼筋混凝土橫向支撐梁(長(zhǎng)×寬=1.2m×3.0m),井壁襯砌混凝土厚1.38m,最大高度81m。
基巖為泥盆系危關(guān)群下段第三亞層,千枚巖、砂質(zhì)千枚巖夾薄~中層變質(zhì)石英砂巖,千枚巖出露機(jī)率較高,巖體多為弱風(fēng)化、弱卸荷,呈薄層狀~塊裂結(jié)構(gòu),以Ⅳ~Ⅴ類圍巖為主, 層面裂隙發(fā)育,巖體完整性差。
柳坪水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)石方開(kāi)挖11.5萬(wàn)m3,混凝土4.5萬(wàn)m3,鋼筋4 000t。其施工規(guī)模及難度,在同類型工程中位居亞洲第一。柳坪水電站超大矩形調(diào)壓室施工難點(diǎn):(1)各工序之間穿插頻繁,干擾大,安全問(wèn)題突出;(2)施工材料運(yùn)輸手段單一,人工投入大,機(jī)械利用率低;(3)混凝土在調(diào)壓室內(nèi)的運(yùn)輸管路長(zhǎng),且由上向下,難度大;(4)井壁混凝土采取倒掛澆筑,施工期間高直邊墻的安全、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)大。
圖1 調(diào)壓井平面布置
圖2 調(diào)壓井立面布置
調(diào)壓室穹頂開(kāi)挖襯砌完成、井身開(kāi)挖至高程1 795m以后,井身開(kāi)挖與井壁澆筑穿插進(jìn)行。如果井身每層下挖4.0m,井壁隨即澆筑一層,開(kāi)挖超前混凝土澆筑6m,井壁與相應(yīng)的對(duì)稱梁同倉(cāng)澆筑,在對(duì)稱梁處適當(dāng)調(diào)整澆筑高度。此方案雖然能保證井壁在施工過(guò)程中的穩(wěn)定,但是混凝土工作面在水平方向移動(dòng)過(guò)于頻繁,混凝土與開(kāi)挖施工干擾太大,同時(shí)產(chǎn)生大量的反向施工縫,增加了工程成本,還可能危及調(diào)壓室的安全運(yùn)行,并制約工程進(jìn)度。
經(jīng)過(guò)分析柳坪調(diào)壓室施工的難點(diǎn)與特點(diǎn),結(jié)合同類型工程的施工經(jīng)驗(yàn),將調(diào)壓室井壁混凝土按高程和施工時(shí)段劃分為三層施工區(qū),即(1)高程1 795.5~1 824m、(2)1 779.5~1 795.5m、(3)1 753.5~1 779.5m(見(jiàn)圖3)。隨著開(kāi)挖下一層,井壁混凝土進(jìn)行上一層向上澆筑,總體上倒掛進(jìn)行,每個(gè)施工區(qū)由下向上施工,一期支護(hù)及鋼筋安裝緊跟開(kāi)挖面下降。這樣最大程度地加快了施工進(jìn)度,盡可能避免開(kāi)挖、一期支護(hù)、混凝土、灌漿等工序之間的相互干擾,保證施工期間井壁的穩(wěn)定,同時(shí)減少井壁混凝土反向施工縫數(shù)量,保證防滲效果。
分區(qū)完成開(kāi)挖及混凝土澆筑,包括穹頂混凝土及2m井壁直墻(直墻下部鎖口);再向下進(jìn)行井身作業(yè)。難點(diǎn)在井身高直墻開(kāi)挖與澆筑。
高直墻開(kāi)挖及井壁混凝土澆筑按分層及分區(qū)平行交叉作業(yè)。
4.2.1 施工分層分區(qū)
圖3 調(diào)壓井立面分層分區(qū)布置
將所分的三層施工區(qū)每層按平面位置關(guān)系再分為三個(gè)區(qū),即Ⅰ區(qū)(2號(hào)施工支洞一側(cè))為樁號(hào)0+00~0+49.2;Ⅱ區(qū)(中部)為樁號(hào)0+49.2~0+84.2;Ⅲ區(qū)為樁號(hào)0+84.2~0+133。
4.2.2 施工流程
總體思路:在井壁高程1 795.5m(第一層對(duì)稱梁高程)、1 779.5m(第三層對(duì)稱梁高程)澆筑對(duì)稱梁及梁間井壁混凝土,在空間上形成兩條封閉混凝土帶(包括對(duì)稱梁)滿足整個(gè)井身施工期穩(wěn)定,同時(shí)創(chuàng)造開(kāi)挖與澆筑上、下分層分區(qū)同步進(jìn)行條件。即在第二層施工區(qū)開(kāi)挖過(guò)程中,進(jìn)行第一層施工區(qū)已澆對(duì)稱梁以上井壁混凝土施工,第三層開(kāi)挖過(guò)程中進(jìn)行第二層混凝土澆筑作業(yè)。第三層開(kāi)挖結(jié)束后,第三層井壁混凝土由高程1 753.5m向上澆筑至1 779.5m高程,整個(gè)井壁邊墻混凝土澆筑完畢。最后進(jìn)行高程1 795.5m、1 779.5m兩水平反縫處理。為保證井壁懸掛混凝土穩(wěn)定,所有對(duì)稱梁與井壁襯砌鋼筋連為一體不得斷開(kāi),所有襯砌鋼筋與一期支護(hù)錨筋彎勾焊接。
調(diào)壓井分層分區(qū)開(kāi)挖及襯砌施工流程見(jiàn)圖4。
圖4 調(diào)壓井分層、分區(qū)開(kāi)挖及襯砌施工流程
4.2.2.1 第一層高程1 795.5~1 824m施工
調(diào)壓井Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)第一層對(duì)稱梁高程1 795.5m,Ⅱ區(qū)第一層對(duì)稱梁高程1 800m?;炷翝仓箝_(kāi)挖6m。井身整體開(kāi)挖至高程1 794m后:
(1)Ⅱ區(qū)施工
a.Ⅱ區(qū)留渣體高程1 794~1 796m,以1 796m高程渣體頂面為施工平臺(tái),對(duì)稱梁下部滿堂腳手架(底部槽鋼鋪設(shè)固定),進(jìn)行Ⅱ區(qū)第一層對(duì)稱梁(高程1 800~1 804m)澆筑作業(yè)。為保證在Ⅱ區(qū)對(duì)稱梁澆筑過(guò)程中,Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)的正常開(kāi)挖支護(hù)作業(yè),對(duì)稱梁腳手架搭設(shè)城門形懸空架。在13m跨度對(duì)稱梁支撐腳手架中,中部預(yù)留4.5m寬度不設(shè)腳手架作為過(guò)車通道,通道頂部支撐采用9m型鋼鋪設(shè)在兩側(cè)腳手架上,按剪力結(jié)構(gòu)焊接牢固滿足對(duì)稱梁底模支撐。
b.Ⅱ區(qū)對(duì)稱梁范圍內(nèi)混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,拆除支撐平臺(tái),進(jìn)行1 794m高程下部開(kāi)挖。
c.Ⅱ區(qū)1 804~1 824m高程井壁邊墻混凝土,在對(duì)稱梁待強(qiáng)時(shí)段以及下部一期支護(hù)時(shí)段,由高程1 804m向上進(jìn)行井壁混凝土澆筑。
(2)Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)施工:開(kāi)挖至高程1 790m,預(yù)留渣體高程1 790~1 792m,以高程1 792m為施工平臺(tái)進(jìn)行Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)第一層對(duì)稱梁范圍(高程1 795.5~1 799.5m)澆筑,混凝土達(dá)強(qiáng)度后,進(jìn)行高程1 790m下部開(kāi)挖,在下部一期支護(hù)期間進(jìn)行Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)高程1 799.5~1 808m井壁邊墻的混凝土澆筑。
4.2.2.2 第二層高程1 779.5~1 795.5m施工
(1)該層施工工藝同第一層。
(2)在高程1 779.5m對(duì)稱梁達(dá)強(qiáng)度后,高程1 787.5m對(duì)稱梁底模承重排架搭設(shè)在下層對(duì)稱梁高程1 779.5m上。在下層已澆筑對(duì)稱梁上水平鋪設(shè)3根I20工字鋼。同時(shí)在待澆筑對(duì)稱梁之間用φ48鋼管按照剪力結(jié)構(gòu)牢固連接。下層對(duì)稱梁受力及承重排架經(jīng)計(jì)算均滿足要求,所有對(duì)稱梁底模按1%的坡比起拱進(jìn)行拼裝。
4.2.2.3 第三層高程1 753.5~1 779.5m施工
第三層整體空間跨度過(guò)大(133m長(zhǎng)井身整體懸高25m),考慮:滿足井身施工期穩(wěn)定、減少層間混凝土施工反縫和開(kāi)挖澆筑工期總體平衡三個(gè)因素,在開(kāi)挖過(guò)程中完成高程1 767.5m對(duì)稱梁(第五層)施工,梁間井壁混凝土不作考慮。待開(kāi)挖至調(diào)壓井底部(高程1 753.5m)后,由底部向上進(jìn)行井壁及剩余對(duì)稱梁施工。
4.2.2.4 反向施工縫接縫部位處理
由于開(kāi)挖與混凝土同步穿插進(jìn)行,調(diào)壓室整體開(kāi)挖至高程1 794m開(kāi)始澆筑井壁混凝土后,材料直接運(yùn)至工作面施工干擾較大,也無(wú)法利用吊車起吊;同時(shí)調(diào)壓室平面有一30°的夾角,不能參照地下廠房一樣布置行車。經(jīng)過(guò)論證分析,按照以下措施布置運(yùn)輸系統(tǒng):(1)在調(diào)壓室正對(duì)交通洞的中部穹頂高程1 826.5m,沿調(diào)壓室軸線方向布置一臺(tái)CD1型5t電動(dòng)葫蘆,軌道長(zhǎng)度30m,電動(dòng)葫蘆起吊高度75m。(2)在調(diào)壓室內(nèi)正對(duì)交通洞1 819m高程,修建一座臨時(shí)橋,設(shè)計(jì)凈跨10m,橋面寬度6m,基礎(chǔ)置于井壁邊墻混凝土上,橋體承重結(jié)構(gòu)采用Ⅰ30和Ⅰ28工字鋼,用[10槽鋼橫向焊接,橋面鋪5mm花紋板,設(shè)計(jì)荷載30t。橋建成后與中部穹頂電動(dòng)葫蘆配合,作為以后運(yùn)輸材料的垂直通道。(3)在調(diào)壓室第一層對(duì)稱梁下,沿上下游井壁通長(zhǎng)布置2臺(tái)CD1型5t電動(dòng)葫蘆。 材料由自卸車運(yùn)至臨時(shí)橋上,經(jīng)中部電動(dòng)葫蘆下吊到建基面,再由上下游井壁電動(dòng)葫蘆轉(zhuǎn)運(yùn)至工作面。在第三層對(duì)稱梁澆筑以前,電動(dòng)葫蘆作為材料水平、垂直運(yùn)輸工具;第三層對(duì)稱梁澆筑后,水平運(yùn)輸采用電動(dòng)葫蘆配合建基面的機(jī)械運(yùn)輸,在水平運(yùn)輸至作業(yè)面同一垂直部位后,由電動(dòng)葫蘆進(jìn)行垂直運(yùn)輸至指定面。(4)下游1 802m高程施工支洞鋼樓梯→調(diào)壓室高程1 799.1m(第一層橫撐上)沿井壁四周寬2.0m的鋼結(jié)構(gòu)安全走道→0+90m上游井壁,預(yù)埋[10槽鋼(混凝土澆筑前,先焊接在鋼筋、錨桿上),安裝成0.75m×2的雙跑樓梯(樓梯兩側(cè)用φ25圓鋼焊接扶手,樓梯與水平面夾角控制在45°,間隔5m高設(shè)置一個(gè)休息平臺(tái))→接近開(kāi)挖面處,設(shè)置6m高的移動(dòng)式鋼爬梯,構(gòu)成調(diào)壓室的人行安全通道。所有臨時(shí)通道,則根據(jù)施工需要進(jìn)行調(diào)整。
圖5 調(diào)壓井運(yùn)輸系統(tǒng)布置示意
柳坪調(diào)壓室井壁鋼筋型號(hào)較單一(φ32、28、25),且異型鋼筋數(shù)量少,但是工作量大,人工投入多。井壁鋼筋緊隨開(kāi)挖面下降,由上至下進(jìn)行。鋼筋安裝與開(kāi)挖在平面上同步,在立面上則錯(cuò)開(kāi)進(jìn)行。人工搭設(shè)腳手架作為操作平臺(tái),人工配合電動(dòng)葫蘆吊運(yùn)。外側(cè)鋼筋利用φ25“L”形鋼筋焊接在井壁錨桿上。鋼筋采用目前廣泛推廣的直螺紋套筒連接。鋼筋端頭采用砂輪鋸切割,不得采用電氣焊切割;經(jīng)加工的鋼筋直螺紋絲頭的牙形、螺距等必須與連接套一致。加工鋼筋直螺紋時(shí),采用水溶性切削潤(rùn)滑液,不得用機(jī)油潤(rùn)滑或不加潤(rùn)滑液套絲,加工完后加裝保護(hù)套。鋼筋套筒是連接質(zhì)量的關(guān)鍵,其加工工藝復(fù)雜、要求高,在專業(yè)廠家生產(chǎn),出廠的套筒須有質(zhì)檢證明。在鋼筋直徑發(fā)生變化的高程1 774.5(高程1 776.0)m,利用變徑套筒連接。鋼筋制作安裝、試驗(yàn)應(yīng)符合DL/T5169-2002《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》的要求。
調(diào)壓室井壁大面模板與一般混凝土工程類似,按照常規(guī)模板工藝進(jìn)行。關(guān)鍵是反向施工縫的底模處理。為便于進(jìn)行混凝土施工反縫的打毛處理,底模大面用φ25螺紋鋼鋪設(shè);在距混凝土迎水面20cm時(shí)進(jìn)行止水條安裝,采用一塊P1015鋼模板鋪設(shè);井壁反縫支撐處理,第一層對(duì)稱梁間井壁混凝土反縫模板支撐,由簡(jiǎn)易承重架和斜拉吊筋共同承擔(dān)。經(jīng)過(guò)驗(yàn)算,沿水平方向間隔0.5m布置3根φ25(圓鋼)斜拉筋,斜拉筋上端與錨桿焊接(每倉(cāng)范圍內(nèi)的錨桿,經(jīng)過(guò)驗(yàn)算,抗剪強(qiáng)度滿足要求),下端與底模主筋焊接,拉筋兩端加工成半圓形。第三層對(duì)稱梁混凝土以下部位井壁反縫模板由專用夾具支撐,夾具安裝在井壁豎向φ28鋼筋上(井壁鋼筋與已澆部位鋼筋及系統(tǒng)錨筋連為一體),布置間距0.5m,每排2個(gè)。夾具安裝、拆卸方便,安全可靠,節(jié)省材料,可重復(fù)使用。
調(diào)壓室混凝土垂直高度大,采用HB60高壓泵輸送。對(duì)井壁高程1 779.5m以上部分,將混凝土泵布置在交通洞洞口,由上向下輸送,最高垂直距離40.5m;對(duì)井壁高程1 779.5m以下部分,混凝土泵布置在調(diào)壓室底部,由下向上輸送,最高垂直距離33.5m。混凝土由上向下輸送,在工程中是一種大膽嘗試,混凝土拌和物質(zhì)量,是保證能否正常泵送的關(guān)鍵。通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整混凝土配合比,控制骨料級(jí)配,摻入緩凝高效減水劑和引氣劑,增加混凝土的流動(dòng)性,可以解決堵管問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì),在施工過(guò)程中,混凝土采用二級(jí)配(嚴(yán)格控制各級(jí)骨料的超、遜徑含量,并避免混倉(cāng)),出機(jī)口坍落度18~20cm,水泥摻量400~450kg/m3(根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)調(diào)整),KLM-G1型緩凝高效減水劑摻量為膠材的0.9%(使用時(shí)配制成10%的溶液,摻減水劑溶液時(shí)引入的水量應(yīng)從混凝土實(shí)際用水量中扣除),KLM-H型引氣劑摻量為膠材的0.5/萬(wàn),將混凝土拌和物含氣量控制在3.5%~4.5%?;炷涟韬臀锔鞣N原材料經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆颍軌驖M足正常泵送需要。當(dāng)原材料的品質(zhì)發(fā)生變化時(shí),隨時(shí)調(diào)整配合比。
調(diào)壓室井壁和對(duì)稱梁一起澆筑,混凝土倉(cāng)號(hào)大,必須及時(shí)振搗,控制澆筑上升的速度。澆筑按一定厚度(30~50cm)、次序、方向分層進(jìn)行,澆筑面應(yīng)平整、均勻上升?;炷琳駬v、施工縫處理必須滿足DLT5144-2001《水工混凝土施工規(guī)范》的要求。
井壁混凝土采取倒掛澆筑有多達(dá)600m的反向施工縫,其施工質(zhì)量直接影響調(diào)壓室井壁的防滲效果及運(yùn)行期間的安全。采取如下工程措施處理反向施工縫:斜鋪上層混凝土底模、打毛上層混凝土、安裝膨脹止水條、接縫灌漿、澆筑膨脹混凝土。
澆筑上層混凝土?xí)r,將倒掛混凝土底模向下傾斜45°,以利于下層混凝土順利入倉(cāng)填滿空腔和使上下層混凝土緊密結(jié)合。鋼筋在施工縫處均不能截?cái)?,并按照?guī)范要求將接頭錯(cuò)開(kāi)。上層混凝土達(dá)到規(guī)范要求的拆模強(qiáng)度時(shí),才能拆除底模。底模拆除后,清除上層混凝土底部的雜物,敲掉鋪鋼筋范圍混凝土的棱角(避免應(yīng)力集中),打毛混凝土。毛面應(yīng)符合規(guī)范要求。
圖6 井壁反向施工縫處理示意
清理鋪設(shè)P1015鋼模的混凝土面上的塵土、雜物等,露出堅(jiān)硬基底,經(jīng)清洗、干燥后,迅速用棉紗再次將10cm寬的條帶擦凈,利用膩?zhàn)有?BW)遇水膨脹止水條(2cm×3cm)自身的粘結(jié)性,將止水條直接粘貼在上層混凝土底部,接頭處側(cè)向搭接不小于5cm,不得留有斷點(diǎn)。再用高強(qiáng)水泥鋼釘,間距50cm,將止水條固定在上層混凝土底部。止水條固定完畢澆筑下層(三角形區(qū)域)的膨脹混凝土?xí)r,才撕下隔離紙。下層混凝土澆筑后,止水條遇水膨脹,既能堵塞存在的毛細(xì)孔隙,又可使其混凝土界面的接觸更加緊密,從而產(chǎn)生較大的抗水壓力,形成不透水的可塑膠體,具有較強(qiáng)的平衡自愈功能,可自行封堵因混凝土沉降、收縮而出現(xiàn)的新的微小裂隙。
下層混凝土澆筑至反向施工縫底部下30cm時(shí)(整倉(cāng)澆筑至同一高程),改澆C20W6F50微膨脹混凝土。微膨脹混凝土配合比由試驗(yàn)室提供,膨脹劑采用JX-DX1型,摻量為水泥的8%。當(dāng)難以采用混凝土輸送泵入倉(cāng)時(shí),采用人工協(xié)助入倉(cāng)。當(dāng)難以采用振搗器時(shí),改為人工加強(qiáng)振搗密實(shí)。施工反向施工縫時(shí),安排專職質(zhì)量、技術(shù)人員值班,控制混凝土原材料、拌和、運(yùn)輸、振搗、封模、止水保護(hù)等關(guān)鍵工序的質(zhì)量。
上下層混凝土澆筑完成后,采用YT28氣腿鉆,穿過(guò)縫面鉆孔(澆筑下層混凝土前,預(yù)埋φ50mm的PVC花管),孔徑50mm,深入基巖1.0m,孔距2.0m,灌漿壓力0.5MPa(與設(shè)計(jì)固結(jié)灌漿參數(shù)一致),灌注純水泥漿。灌漿采用3SNS高壓灌漿泵施灌,采用GJY-2000型灌漿自動(dòng)記錄儀測(cè)記灌漿過(guò)程。
柳坪水電站調(diào)壓室在整個(gè)施工期內(nèi),通過(guò)對(duì)埋設(shè)在穹頂及井壁圍巖內(nèi)的原型觀測(cè)儀器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析表明,圍巖始終未發(fā)生有害變形,始終處于穩(wěn)定狀態(tài),施工安全得到了有效控制。柳坪水電站調(diào)壓室施工設(shè)立的“超大矩形調(diào)壓室中工程安全及安全生產(chǎn)課題研究及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)公司“2009年度科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)”。在施工進(jìn)度和施工質(zhì)量控制方面,也取到了顯著的成果,柳坪電站調(diào)壓室“QC”小組榮獲“2008年度全國(guó)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組”稱號(hào);柳坪電站廠區(qū)樞紐工程被四川省建設(shè)廳授予“天府杯銀獎(jiǎng)”。
隨著水能資源開(kāi)發(fā)的不斷推進(jìn),受地形、地質(zhì)及水力條件約束,在我國(guó)西南山區(qū),將修建更多的調(diào)壓室工程。柳坪調(diào)壓室的成功經(jīng)驗(yàn),為以后開(kāi)發(fā)建設(shè)類似的工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和參考價(jià)值。
(1)工程進(jìn)場(chǎng)以后,必須分階段、綜合全面地布置運(yùn)輸、起吊系統(tǒng)。
(2)合理組織協(xié)調(diào)開(kāi)挖與混凝土澆筑之間的關(guān)系,在保證安全的前提下,力求使二者立面錯(cuò)開(kāi)、平面同步進(jìn)行。
(3)一期支護(hù)與永久支護(hù)相結(jié)合,關(guān)鍵是主動(dòng)支護(hù)的及時(shí)性,確保井壁在施工期間的安全穩(wěn)定。
(4)反向施工縫,必須采取綜合工程措施。底模承重加固,要充分利用豎向螺紋鋼筋,利用夾具;夾具安裝、拆卸方便,安全可靠,可重復(fù)使用。
(5)對(duì)鋼筋型號(hào)單一、工程量大的、工期緊的工程,推薦使用套筒連接。
(6)混凝土由上向下泵送,其流動(dòng)性,除調(diào)整配合比、控制骨料級(jí)配、摻外加劑等常規(guī)措施外,其他措施還值得探索。