長(zhǎng)豎井混凝土澆筑施工技術(shù)探討

李 功 強(qiáng)

(國(guó)電四川發(fā)電有限公司，四川 成都 610041)

1 工程概況

松林河洪一水電站樞紐位于四川省雅安市石棉縣蟹螺鄉(xiāng)的木拉灣和甘孜州九龍縣洪壩鄉(xiāng)的濱東境內(nèi)的松林河次源洪壩河上，是洪壩河規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的第三級(jí)水電站，電站廠址距石棉縣城約30 km，距成都市公路里程約351 km。洪一水電站為單一的引水發(fā)電開(kāi)發(fā)的水電工程項(xiàng)目。電站具有日調(diào)節(jié)功能，電站裝機(jī)容量80 MW，設(shè)計(jì)水頭312 m，最大水頭328.4 m。主要建筑物由取水樞紐、引水隧洞、壓力前池、壓力管道(含斜井段和豎井段)和發(fā)電廠房等組成。

洪一水電站壓力管道布置在壓力前池進(jìn)水室末端，直徑為2.8 m。平面布置上設(shè)有1個(gè)彎道，轉(zhuǎn)彎半徑10 m，進(jìn)口設(shè)漏斗式進(jìn)水口，管道為埋管布置。壓力管道分為豎井段與斜井段，其中豎井段高度225.8 m，壓力管道(圓形斷面)開(kāi)挖直徑4 m，鋼管直徑2.8 m，鋼管與混凝土之間回填60 cm厚C20混凝土。豎井底部以圓弧形式接斜井，斜井為4 m×4 m的城門(mén)洞型開(kāi)挖斷面,坡度15%,距離4#施工支洞長(zhǎng)438 m(如圖1、圖2所示)。本工程豎井在同類(lèi)工程中具有斷面小、垂直高差大、地下水豐富等典型特點(diǎn)。

圖1 壓力管道平面布置圖

圖2 壓力管道剖面圖

2 施工特點(diǎn)

(1)該豎井施工斷面小，開(kāi)挖直徑4 m，壓力鋼管直徑2.8 m，壓力鋼管與井壁間回填混凝土厚度僅60 cm，施工場(chǎng)面狹窄。

(2)垂直高差大，采用溜管方式進(jìn)行混凝土入倉(cāng)澆筑容易造成骨料分離。

(3)豎井內(nèi)滲水量大，施工條件惡劣。

(4)由于豎井底部斜管長(zhǎng)約440 m，坡度達(dá)15%，而斷面又小，加之本工程施工工期緊張，斜管和豎井必須同時(shí)施工，豎井混凝土澆筑不具備從井底自下而上施工條件。

3 主要施工技術(shù)方案

針對(duì)本工程施工特點(diǎn)，在施工技術(shù)方案制定上，主要對(duì)混凝土垂直入倉(cāng)措施和施工人員在井內(nèi)施工安全等進(jìn)行了分析和論證。為避免在井內(nèi)進(jìn)行混凝土振搗作業(yè)與井口入倉(cāng)作業(yè)立體交叉引發(fā)安全事故，采用了不需要入倉(cāng)振搗的自密實(shí)混凝土。針對(duì)混凝土垂直入倉(cāng)，主要從如何減少骨料分離確保質(zhì)量方面進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究。

3.1 自密實(shí)混凝土

考慮到本工程施工場(chǎng)面狹窄，為避免施工人員在井內(nèi)進(jìn)行混凝土振搗作業(yè)與井口入倉(cāng)作業(yè)立體交叉引發(fā)安全事故，通過(guò)綜合分析和調(diào)查研究，豎井混凝土澆筑采用了C20二級(jí)配自密實(shí)混凝土。在澆筑過(guò)程中，施工人員無(wú)須進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行振搗作業(yè)，混凝土可達(dá)到密實(shí)，滿足質(zhì)量要求。自密實(shí)混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 自密實(shí)混凝土配合比表

說(shuō)明：水泥采用P.O32.5，骨料為天然骨料，外加劑采用KDNOF-2高效減水劑。

3.2 混凝土入倉(cāng)措施

針對(duì)這一影響混凝土澆筑施工質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，雖然國(guó)內(nèi)外已有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，如“My-box”緩降器、真空溜管等，但基于施工空間狹小的限制，以及施工成本的考慮，最終未采納。為此，為尋求一套更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全的混凝土垂直運(yùn)輸方式進(jìn)行了反復(fù)的討論和論證，最后提出了三種不同的緩降方案：

一是沿輸送溜管每隔10～5 m左右設(shè)置一套雙層小料斗，下層料斗底部開(kāi)進(jìn)料孔順接鋼溜管，混凝土料首先在上層料斗內(nèi)通過(guò)混凝土之間的相互碰撞減緩下降速度，然后通過(guò)上層料斗頂部溢到下層料斗，再經(jīng)過(guò)溜管將混凝土向下輸送，依次接力完成砼垂直運(yùn)輸，完成混凝土入倉(cāng)。

二是沿輸送溜管每隔10～15 m左右設(shè)置緩降彎管，該緩降彎管采用鋼結(jié)構(gòu)制作而成。

三是沿輸送溜管每隔10～15 m左右設(shè)置緩降器，該緩降器采用鋼板制作而成，與輸送鋼管采用法蘭連接。緩降器在倉(cāng)內(nèi)部分(壓力鋼管安裝高程以下部分)為半封閉結(jié)構(gòu),在倉(cāng)外部分(壓力鋼管安裝高程到豎井頂部段)為全封閉結(jié)構(gòu),緩降器內(nèi)通過(guò)擋板等措施使下降速度減緩，完成混凝土的垂直入倉(cāng)，以避免混凝土骨料分離影響澆筑質(zhì)量。

在施工過(guò)程中，首先采用第一種措施，但在施工過(guò)程中發(fā)生了堵管，經(jīng)分析主要是由于混凝土在緩降料斗相互碰撞，速度驟然下降，而井口下降速度未得到有效控制，入倉(cāng)時(shí)混凝土性能未嚴(yán)格控制，加之料斗容量有限等原因造成。由于該豎井施工場(chǎng)面狹窄，無(wú)法將料斗增大，同時(shí)控制井口混凝土入倉(cāng)速度將會(huì)大大影響本工程施工效率并影響施工質(zhì)量，導(dǎo)致該措施失敗。

最后采用了第三種措施，在溜管沿線，從上到下每隔15 m高差設(shè)置一個(gè)緩降器。混凝土入倉(cāng)采用在井口設(shè)置集料斗，集料斗上部設(shè)置6 cm×6 cm的鋼筋方格柵，下部接輸送管進(jìn)行混凝土澆筑，該輸送管采用φ150 mm×6 mm鋼管，鋼管之間采用法蘭連接?；炷敛捎?m3混凝土罐車(chē)直接卸入集料斗進(jìn)行澆筑。

3.3 入倉(cāng)及緩降設(shè)施安裝

本工程混凝土入倉(cāng)鋼管和緩沖器的安裝主要利用井口已安裝的10 T門(mén)機(jī)(壓力鋼管安裝用)，在井口搭設(shè)施工平臺(tái)進(jìn)行安裝。安裝主要分兩部分：即擬澆筑部分段 (已安裝完成鋼管頂部高程以下部分)和擬澆筑段以上部分(豎井井口到已安裝鋼管位置高程)鋼溜管安裝。

3.3.1 擬澆筑段以上部位入倉(cāng)設(shè)施安裝

該段安裝采用自上而下進(jìn)行，安裝人員在井口平臺(tái)上利用門(mén)機(jī)進(jìn)行組裝，并依次分段下降安裝，每段長(zhǎng)度為4.5 m，在組裝過(guò)程時(shí)，利用設(shè)置在井口的鋼梁臨時(shí)固定。另外為確?；炷翝仓^(guò)程中施工安全，在輸送鋼管制作時(shí)，在鋼管(單長(zhǎng)4.5 m)上焊接好利用鋼板制作而成的吊環(huán)，隨鋼管向下安裝過(guò)程中，由2根鋼絲繩通過(guò)吊環(huán)與鋼管連接，鋼絲繩采用卷?yè)P(yáng)機(jī)向下降落安裝，最后固定在井口牢靠部位。具體安裝布置見(jiàn)豎井混凝土入倉(cāng)溜管、緩降器布置圖(圖3)。

3.3.2 擬澆筑段入倉(cāng)設(shè)施安裝

該段入倉(cāng)設(shè)施安裝同壓力鋼管安裝一并考慮,分段長(zhǎng)度與壓力鋼管安裝單節(jié)(或2節(jié))長(zhǎng)度相同,在吊裝時(shí),將混凝土輸送溜管等固定在壓力鋼管內(nèi)側(cè),壓力鋼管吊裝、就位后,再將溜管吊裝到倉(cāng)內(nèi)安裝,該段安裝自下而上進(jìn)行，吊裝采用安裝在井口的10 t移動(dòng)門(mén)機(jī)進(jìn)行。

圖3 豎井混凝土入倉(cāng)溜管、緩降器布置圖

安裝完成后全部進(jìn)行安全檢查，主要檢查鋼管法蘭盤(pán)螺栓是否齊全并擰緊，各固定措施是否牢靠等。

3.4 排水措施

本工程巖石破碎，地下水豐富，導(dǎo)致施工工作面滲水量大，且由于豎井本身施工特點(diǎn)造成滲水集中到底部施工工作面，對(duì)混凝土施工質(zhì)量的影響較大，必須對(duì)倉(cāng)內(nèi)施工滲水及時(shí)引排。針對(duì)此情況，經(jīng)過(guò)綜合分析和研究，最后在井內(nèi)沿井壁安裝排水鋼管，沿排水鋼管每隔50 cm左右高程設(shè)置排水花孔，在孔口部位采用鋼絲網(wǎng)包裹，在混凝土澆筑過(guò)程中，隨著混凝土和井內(nèi)滲水的升高而引排到倉(cāng)外。該排水管隨壓力鋼管進(jìn)行安裝，布置在混凝土輸送鋼管的另一側(cè)(如圖3所示)。

4 施工過(guò)程分析及主要存在問(wèn)題

(1)本工程施工布置時(shí)，首先是采用第一種入倉(cāng)措施，但由于過(guò)程中施工工藝控制不嚴(yán)格，以及雙層緩降小料斗容量有限造成堵管?chē)?yán)重。最后改用第三種方案實(shí)施，效果較為理想。

(2)在按方案三實(shí)施過(guò)程中，也出現(xiàn)了因緩降設(shè)施磨穿而不得不進(jìn)行修補(bǔ)完善的現(xiàn)象，主要是在緩降器制作材料采購(gòu)時(shí)未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求采購(gòu)，用普通鋼板代替高強(qiáng)耐磨性材料，加工制作前也未對(duì)材料質(zhì)量嚴(yán)格按程序驗(yàn)收。在同類(lèi)工程施工時(shí)應(yīng)引起足夠的重視。

(3)針對(duì)井內(nèi)滲水對(duì)混凝土施工的影響，采取了相應(yīng)的臨時(shí)排水措施，雖取得了良好的效果，但若能夠在開(kāi)挖階段對(duì)滲水引排提前統(tǒng)一考慮的話，無(wú)論是對(duì)工期、質(zhì)量，還是經(jīng)濟(jì)方面，將會(huì)有更好的效果。

5 結(jié)論與體會(huì)

本工程豎井混凝土澆筑在施工過(guò)程中雖然經(jīng)歷了諸多問(wèn)題，但通過(guò)對(duì)措施、方案的不斷完善，最終取得了成功，通過(guò)后續(xù)對(duì)入倉(cāng)混凝土工程量、灌漿等綜合檢查和分析，混凝土澆筑是密實(shí)的，滿足設(shè)計(jì)要求。該壓力管道豎井已于2009年6月通過(guò)充水試驗(yàn)投入運(yùn)行，目前運(yùn)行良好。

(1)本工程雖在類(lèi)似工程施工中有一定參考價(jià)值，但在具體使用時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的試驗(yàn)特別是混凝土配合比和緩降器材料的耐磨性能，對(duì)其進(jìn)一步完善，提高其可行性。

(2)該混凝土澆筑措施雖然在本工程中得到了成功應(yīng)用，但在施工過(guò)程中，忽視了一些監(jiān)測(cè)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。因此若在以后同類(lèi)工程中進(jìn)行應(yīng)用，施工過(guò)程中重視試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，對(duì)施工措施進(jìn)一步完善，以取得較好效果。

(3)本工程為垂直立體作業(yè)，混凝土入倉(cāng)設(shè)施在安裝時(shí)，應(yīng)制定詳細(xì)的安全專(zhuān)向措施并實(shí)施，并在每次入倉(cāng)澆筑前對(duì)固定裝置等進(jìn)行必要的安全檢查。

(4)在混凝土拌合、運(yùn)輸、入倉(cāng)等過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)混凝土性能的監(jiān)測(cè)和控制，是確保工程順利進(jìn)行和工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。方案一失敗其中主要的一個(gè)原因是未嚴(yán)格控制混凝土性能和入倉(cāng)速度造成的。

(5)本措施僅在小斷面、深豎井中具有相應(yīng)的應(yīng)用價(jià)值，特別是自密實(shí)混凝土的應(yīng)用，避免了施工人員垂直立體交叉作業(yè)所帶來(lái)的安全隱患，具有較好的推廣價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介:

李功強(qiáng)(1977-)，男，甘肅靜寧人，監(jiān)理工程師，咨詢(xún)工程師，從事水利水電工程管理工作.