亭子口電站廠房蝸殼二期混凝土施工技術(shù)

，，

(中國水利水電第五工程局五分局，成都，610066)

1 概述

亭子口水利樞紐位于四川省廣元市蒼溪縣境內(nèi)，是嘉陵江干流開發(fā)中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城鄉(xiāng)供水、發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)，并具有攔沙減淤等效益的綜合利用工程。水庫正常蓄水位458m，死水位438m，設(shè)計(jì)洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，總庫容40.67億m3，電站裝機(jī)1100MW。

電站廠房共布置4臺(tái)單機(jī)容量275MW的水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組蝸殼安裝中心高程366.60m，蝸殼頂部范圍采用彈性墊層的方式埋入混凝土內(nèi)。每臺(tái)機(jī)組蝸殼層內(nèi)設(shè)置有一個(gè)蝸殼進(jìn)人孔廊道、一個(gè)下機(jī)架檢修通道、一個(gè)水輪機(jī)井進(jìn)人廊道。蝸殼墊層材料為高壓聚乙烯閉孔泡沫板，敷設(shè)厚度20mm、10mm，與蝸殼面層采用氯丁膠粘接。主廠房混凝土施工分層自下而上分為肘管基礎(chǔ)混凝土、肘管層混凝土、錐管層混凝土、蝸殼層混凝土、水輪機(jī)層混凝土、母線層混凝土、發(fā)電機(jī)層混凝土及上部結(jié)構(gòu)混凝土，其中蝸殼二期混凝土總量約2.4萬m3。該蝸殼二期混凝土具有以下施工特點(diǎn)及難點(diǎn)：

(1)主機(jī)段蝸殼層混凝土結(jié)構(gòu)平面尺寸大，結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，預(yù)埋管路等埋件繁多，技術(shù)要求高，施工工期緊張等；

(2)蝸殼二期混凝土倉內(nèi)凈空尺寸較小，其金屬蝸殼尺寸巨大，蝸殼底部距離混凝土界面最小間隙在0.40m～1.4m。蝸殼外圍鋼筋密集、外形尺寸變化大，部分鋼筋需要現(xiàn)場放樣，鋼筋制作和安裝十分困難，鋼筋安裝難度較大是制約進(jìn)度的主要因素；

(3)作為主廠房大體積混凝土的重要部位，蝸殼第一層倉面空間狹小，混凝土入倉及振搗難度很大，混凝土施工過程中的澆筑質(zhì)量控制是關(guān)鍵；

(4)主廠房蝸殼層混凝土澆筑期間，土建作業(yè)與機(jī)電埋件安裝作業(yè)相互穿插，機(jī)電安裝埋件管路多，施工場地的協(xié)調(diào)與干擾較大。

2 施工分層分塊及布置

2.1 施工分層

蝸殼二期混凝土共劃分7層，澆筑高程為361.60m～378.17m，高度16.57m，分層示意見圖1。第一層分層高程至座環(huán)陰角部位，其上各分層主要考慮沿蝸殼包角殼頂逐步下降及蝸殼進(jìn)人廊道的結(jié)構(gòu)分布情況進(jìn)行，分層高度均不超過3.0m。

圖1 蝸殼二期混凝土澆筑分層示意(單位：m)

2.2 施工分塊

單臺(tái)機(jī)組第一層～第七層每層分四個(gè)象限(Ⅰ～Ⅳ象限)，形成四個(gè)相對獨(dú)立的混凝土塊，且上下兩層各塊間為錯(cuò)縫80cm上升。

2.3 澆筑順序

第1層～第4層混凝土澆筑采用順序?qū)ΨQ澆筑，即Ⅱ象限-Ⅳ象限-Ⅲ象限-Ⅰ象限。計(jì)劃先進(jìn)行Ⅱ、Ⅳ象限澆筑，后進(jìn)行Ⅰ、Ⅲ象限澆筑，且第一層施工過程中采用對角兩塊同時(shí)備倉，兩塊同時(shí)澆筑。第一層順序?qū)ΨQ澆筑特征見表1。

表1 第一層順序?qū)ΨQ澆筑特征

部位面積平法強(qiáng)度入倉手段設(shè)備布置Ⅱ象限157 5m222 5m3/h2臺(tái)門機(jī)、1臺(tái)輸送泵Ⅳ象限77 6m211m3/h2臺(tái)門機(jī)、1臺(tái)輸送泵Ⅰ象限134 6m219 3m3/h2臺(tái)門機(jī)、1臺(tái)輸送泵Ⅲ象限125 3m218m3/h2臺(tái)門機(jī)、1臺(tái)輸送泵1臺(tái)MQ600B門機(jī)布置在下游高程392m尾水啟閉平臺(tái)；1臺(tái)MQ600B門機(jī)布置在廠房上游高程392m廠壩平臺(tái)；1臺(tái)混凝土輸送泵布置在廠房上游高程376 2m平臺(tái)。

2.4 各層澆筑手段布置分析

2.4.1 第1層澆筑手段

蝸殼底部混凝土(第1層)采用門機(jī)+混凝土輸送泵聯(lián)合澆筑。門機(jī)供料澆筑蝸殼外側(cè)混凝土，采用汽車泵或溜管向混凝土輸送泵集料斗供料。HB70型混凝土泵負(fù)責(zé)座環(huán)下陰角部位的回填澆筑，在陰角下泵送混凝土無法澆筑后，適時(shí)啟動(dòng)向座環(huán)下的陰角泵送砂漿。

蝸殼第1層混凝土輸送泵布置。在座環(huán)頂部設(shè)置臨時(shí)鋼管支架，在支架上布置臨時(shí)分料軟管，由1臺(tái)混凝土輸送泵負(fù)責(zé)各個(gè)象限內(nèi)的座環(huán)下環(huán)流板與蝸殼陰角澆筑。

Ⅱ、Ⅳ象限先澆塊施工時(shí)，1臺(tái)混凝土輸送泵布置在廠房上游高程376.20m平臺(tái)，泵管沿預(yù)留洞接入澆筑倉位，由三一汽車泵或溜管進(jìn)行供料。蝸殼外圍混凝土主要采用廠房下游尾水啟閉平臺(tái)MQ600B門機(jī)和上游高程392m廠壩平臺(tái)上布置的MQ600B門機(jī)共同進(jìn)行澆筑入倉。

Ⅲ、Ⅰ象限后澆塊施工時(shí)1臺(tái)混凝土輸送泵布置在廠房上游高程376.20m平臺(tái)，泵管沿預(yù)留洞接入澆筑倉位，由三一汽車泵或溜管進(jìn)行供料。蝸殼外圍混凝土主要采用廠房下游尾水啟閉平臺(tái)MQ600B門機(jī)和上游高程392m廠壩平臺(tái)上布置的MQ600B門機(jī)共同進(jìn)行澆筑入倉。

第一層蝸殼內(nèi)側(cè)采用混凝土輸送泵供料，泵管由主泵管和徑向分料軟管組成，主泵管從輸送泵接出沿蝸殼外側(cè)高于倉位線以上環(huán)向布置，分別接徑向分料軟關(guān)并延伸至蝸殼陰角部位。徑向分支管為自制φ125mm軟管，每個(gè)象限布置6～7根輸送管，方式為5高2低。其中，2根低泵管用于蝸殼內(nèi)側(cè)底部以下大面積混凝土澆筑，5根高泵管用于蝸殼陰角混凝土澆筑(先澆塊可用封頭板臨時(shí)排氣)，高泵管管口環(huán)向間距控制在約200cm范圍內(nèi)。蝸殼外側(cè)混凝土采用溜筒或溜槽配合入倉。所有混凝土泵管接至倉面均由倉面型鋼和φ48mm架管搭設(shè)的支撐架立。

2.4.2 第2層澆筑手段

第2層處于蝸殼殼體腰線部位，采用門機(jī)+混凝土輸送泵聯(lián)合澆筑作為主要入倉手段，在距離蝸殼殼體2.0m范圍內(nèi)，不得設(shè)置下料點(diǎn)。

2.4.3 第3～7層澆筑手段

第3～7層處于蝸殼腰線以上部位，倉面面積較大，采用門機(jī)+混凝土輸送泵聯(lián)合澆筑作為主要入倉手段，在距離蝸殼殼體2.0m范圍內(nèi)，不得設(shè)置下料點(diǎn)。

2.5 灌漿系統(tǒng)管路布置

在蝸殼二期混凝土澆筑工期較為緊張的情況下，為了確保蝸殼底部接觸灌漿的施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，盡可能地縮短灌漿與混凝土澆筑之間的時(shí)間間隔，施工過程中采用了預(yù)埋單向可重復(fù)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿。為了保證蝸殼陰角部位和座環(huán)下環(huán)板內(nèi)回填和接觸灌漿的質(zhì)量，在蝸殼陰角部位每個(gè)象限埋設(shè)了2套獨(dú)立的由DN48的鋼管和DN32的鋼管組成回填砂漿系統(tǒng)；在蝸殼陰角部位和座環(huán)下環(huán)板內(nèi)每個(gè)象限埋設(shè)了1套由DN48、DN32灌漿管及灌漿盒組成的灌漿系統(tǒng)。其中，在座環(huán)下環(huán)板內(nèi)先利用座環(huán)上預(yù)留的灌漿孔灌漿后，再用預(yù)埋的灌漿管進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。整個(gè)蝸殼鋼襯接觸灌漿分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)灌區(qū)(見圖2)，蝸殼陰角及座環(huán)下環(huán)板內(nèi)灌漿管路布置見圖3。

圖2 蝸殼接觸灌漿管路布置示意

圖3 蝸殼陰角及座環(huán)下環(huán)板內(nèi)灌漿管路布置示意

3 蝸殼層施工程序

蝸殼安裝驗(yàn)收交面→混凝土縫面處理→蝸殼腰線以下鋼筋安裝→灌漿管路安裝(冷卻水管安裝)、監(jiān)測儀器安裝→蝸殼第1層混凝土澆筑→彈性墊層安裝→蝸殼腰線以上鋼筋安裝→蝸殼第2～4層混凝土澆筑→蝸殼及座環(huán)底部重復(fù)灌漿→蝸殼第5～7層混凝土澆筑→基礎(chǔ)環(huán)底部重復(fù)灌漿。

4 施工工序

4.1 鋼筋施工

按照設(shè)計(jì)圖紙，蝸殼內(nèi)側(cè)鋼筋規(guī)格為φ25mm(Ⅱ級(jí))、φ28mm(Ⅱ級(jí))、φ32mm(Ⅱ級(jí))、φ36mm(Ⅱ級(jí))，鋼筋總量702.3t。其中，φ25mm鋼筋(Ⅱ級(jí))重量1.467t，φ28mm鋼筋(Ⅱ級(jí))重量161.43t，φ32mm鋼筋(Ⅱ級(jí))重量276.6t，φ36mm鋼筋(Ⅱ級(jí))重量262.8t。平均每臺(tái)機(jī)組蝸殼內(nèi)側(cè)鋼筋總量175.57t。蝸殼內(nèi)側(cè)鋼筋安裝復(fù)雜，安裝順序采用先里后外、由低向高逐塊安裝；鋼筋連接接頭采用鋼套筒連接和焊接方式。

施工順序?yàn)椋簜}面清洗→測量放樣→安裝樣架鋼筋→蝸殼內(nèi)側(cè)鋼筋就位→環(huán)向主筋安裝→接頭驗(yàn)收→分布筋安裝。

鋼筋先一次安裝至蝸殼腰線后再隨著倉位的上升施工腰線以上的鋼筋。先施工環(huán)向主筋再施工水流向分布筋，沿蝸殼水流道方向先尾部后進(jìn)口。安裝時(shí)先在蝸殼底部做好鋼筋樣架并固定，然后將加工好的鋼筋分類分批分塊吊運(yùn)入倉，并根據(jù)現(xiàn)場情況分別擺放就位。在蝸殼支墩之間將鋼筋按設(shè)計(jì)圖紙連接成型，可以在地面寬敞地帶綁扎成型或焊接成骨架和網(wǎng)片，成組安裝，以加快進(jìn)度。

安裝過程中，需保證鋼筋的保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，確保混凝土順利進(jìn)料；在有機(jī)電預(yù)埋件、蝸殼預(yù)埋件、彈性墊層、灌漿管路、監(jiān)測儀表及各類管線穿過的部位，應(yīng)統(tǒng)一考慮施工次序，使其互不影響和不干擾安裝作業(yè)。在蝸殼鋼筋相對密集的部位，安裝階段必須間隔預(yù)留進(jìn)人、進(jìn)料孔，以便混凝土澆筑振搗密實(shí)。

4.2 模板施工

模板利用φ48mm鋼管作橫豎圍令，模板設(shè)拉筋與內(nèi)支撐，拉筋采用φ12mm拉筋，內(nèi)支撐采用φ25mm鋼筋，拉條間排距按75cm控制。局部尖角部位采用5cm×10cm方木按照設(shè)計(jì)邊線切割成斜面后進(jìn)行安裝。

4.3 灌漿系統(tǒng)施工

廠房蝸殼回填、接觸灌漿共分4個(gè)灌區(qū)，灌漿施工順序?yàn)棰窆鄥^(qū)→Ⅱ灌區(qū)→Ⅲ灌區(qū)→Ⅳ灌區(qū)。每個(gè)灌區(qū)先進(jìn)行蝸殼陰角部位的回填砂漿施工，再進(jìn)行蝸殼接觸灌漿和回填灌漿施工。

4.3.1 蝸殼陰角部位及座環(huán)下環(huán)板部位回填灌漿

回填灌漿用注漿機(jī)由低處孔向高處孔灌，灌漿壓力不大于0.2MPa。當(dāng)排氣孔排出泌水及水泥漿后用木塞由低到高依次堵上，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力后，灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌注20min即可結(jié)束灌漿。灌漿結(jié)束7d后進(jìn)行灌漿檢查，若局部有脫空或灌漿不密實(shí)的部位，采取從制造商預(yù)留的灌漿孔內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)灌，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.3.2 蝸殼底部接觸灌漿

(1)接觸灌漿使用的漿液為純水泥漿液，水灰比分為1∶1、0.8∶1、0.6∶1三個(gè)比級(jí)，開始用1∶1水灰比，排氣管出漿后即轉(zhuǎn)入0.8∶1，當(dāng)出漿濃度接近進(jìn)漿濃度或灌人一定量漿液后，改用最濃級(jí)漿液灌注，直至結(jié)束；

(2)接觸灌漿壓力為不大于0.2MPa，同時(shí)接觸灌漿的壓力大小，結(jié)合變形監(jiān)測與排氣管的出漿狀況等因素進(jìn)行調(diào)整、變換考慮；

(3)灌漿順序。每個(gè)灌區(qū)自低向高灌，先灌底部的3號(hào)管，再灌2號(hào)、4號(hào)管，1號(hào)、5號(hào)管。埋設(shè)3趟管路的，先灌2號(hào)管，再灌1號(hào)、3號(hào)管。灌漿時(shí)將閘閥打開，待來漿后關(guān)閉，在灌漿端均勻加壓到設(shè)計(jì)壓力。灌漿結(jié)束后，將閘閥打開，用水清洗管路，達(dá)到多次灌漿的目的；

(4)灌漿結(jié)束后，最為重要的是及時(shí)用不大于灌漿壓力80%的水沖洗，以備下次灌漿使用。

4.4 冷卻水管安裝

根據(jù)蝸殼二期混凝土澆筑的時(shí)間段，若混凝土施工處于高溫季節(jié)(5～9月份)，倉內(nèi)冷卻水管采用φ32mmPE管在水平面呈蛇形布置，其間距在蝸殼第一層內(nèi)按照100cm×100cm布置，其余部位按照150cm×150cm進(jìn)行布置。每倉第1層水管鋪設(shè)于施工縫面，中上部的冷卻水管采用鉛絲牢固綁扎在操作鋼筋架上、管路均勻順直，水管距結(jié)構(gòu)邊緣(蝸殼邊緣)1.0m～1.5m左右。單組水管總長按不超過200m控制。

5 混凝土澆筑

5.1 蝸殼第1層混凝土澆筑

5.1.1 先澆塊混凝土澆筑

蝸殼混凝土澆筑手段為門機(jī)+混凝土輸送泵(輔助)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)：R28250(二)W8F100、R28400(一)W8F100及R28400(二)W8F100。選擇泵送混凝土坍落度16cm～18cm，門機(jī)掛吊罐澆筑混凝土坍落度7cm～9cm。蝸殼外側(cè)底角部位適當(dāng)搭設(shè)溜筒或滑槽，便于吊罐混凝土到位。在蝸殼座環(huán)陰角處啟用泵送砂漿，砂漿泵配比：水∶水泥∶砂=1∶2∶3.5，砂漿泵泵管直徑采用φ32mmPE管。

混凝土從倉面蝸殼外上游側(cè)開倉平鋪法澆筑，施工人員在蝸殼內(nèi)、外側(cè)同時(shí)振搗，形成外高內(nèi)低，確保蝸殼外側(cè)混凝土擠進(jìn)蝸殼底部和內(nèi)側(cè)。澆筑到蝸殼底部以上后，采用徑向低泵管繼續(xù)泵送混凝土，施工人員繼續(xù)在蝸殼內(nèi)側(cè)振搗，當(dāng)陰角處已無法人工振搗時(shí)施工人員從封頭模板撤出倉面，蝸殼外側(cè)門機(jī)繼續(xù)澆筑蝸殼外側(cè)混凝土。澆筑過程中利用基礎(chǔ)環(huán)上預(yù)留的φ125mm孔對內(nèi)側(cè)進(jìn)行輔助性的振搗或趕料，主要用于觀測混凝土澆筑上升情況(上升速度≤30cm/h)。當(dāng)混凝土澆筑至基礎(chǔ)環(huán)環(huán)流板頂面，且環(huán)流板上孔洞冒漿后，用木塞將環(huán)板上的振搗孔封堵，此時(shí)啟動(dòng)泵送砂漿，由汽車泵(或門機(jī))掛吊罐供料，泵送壓力按不大于0.2MPa控制，以確保泵送過程中抬動(dòng)變形值控制在允許范圍內(nèi)；當(dāng)砂漿澆筑上升到座環(huán)底板上預(yù)留的排氣孔出漿后繼續(xù)注漿，此時(shí)不得采用木塞將排氣孔封堵，當(dāng)壓力上升至0.1MPa左右，保持5min，注砂漿結(jié)束。

5.1.2 后澆塊混凝土澆筑

蝸殼內(nèi)側(cè)(低泵管)和外側(cè)同時(shí)開倉，從蝸殼半徑較大側(cè)開倉“坡澆法”澆筑，人員可先進(jìn)入蝸殼陰角進(jìn)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，后續(xù)澆筑方式與先澆塊相同。

5.2 第2～7層混凝土澆筑

第2～7層混凝土澆筑手段，采用門機(jī)與混凝土輸送泵入倉，每澆筑層收倉面與蝸殼交角處做45°倒角處理?；炷料铝蠒r(shí)要防止骨料堆積，及時(shí)將堆積的大骨料分散開來。

5.3 變形監(jiān)測

蝸殼二期混凝土澆筑期間的變形監(jiān)測采取機(jī)電標(biāo)監(jiān)測，土建與機(jī)電及時(shí)溝通、聯(lián)合控制的方式。在蝸殼二期混凝土開倉前布設(shè)座環(huán)監(jiān)測點(diǎn)位，在X、Y方向設(shè)置4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，安裝百分表，確認(rèn)初始數(shù)值，檢測頻率1次/h。參照已建三峽工程經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)定為：座環(huán)±0.2mm、蝸殼±2.5mm。

6 結(jié)語

蝸殼二期混凝土施工是廠房混凝土施工最為重要的部位之一，混凝土澆筑具有施工質(zhì)量控制要求嚴(yán)、陰角部位入倉及振搗困難等難點(diǎn)。亭子口水電站蝸殼二期混凝土施工過程中，嚴(yán)格控制混凝土分層，嚴(yán)格落實(shí)溫控措施，加強(qiáng)了施工全過程管理；針對陰角部位制定了入倉措施，后期通過預(yù)先埋設(shè)的單向可重復(fù)系統(tǒng)作補(bǔ)充灌漿處理，施工完成后經(jīng)人工敲擊檢查及脈沖回彈法檢測，蝸殼底部及陰角部位未發(fā)現(xiàn)脫空現(xiàn)象，達(dá)到了較好的施工效果。