卡洛特水電站蝸殼及發(fā)電機(jī)層二期混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)

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(guī)劃5個梯級電站中的第4級，是“一帶一路”和“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”首個水電大型投資建設(shè)項(xiàng)目。工程的開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，電站裝機(jī)容量為720 MW(4臺、單機(jī)容量為180 MW的混流式機(jī)組)，多年平均年發(fā)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(dǎo)流洞和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，最大壩高95.5 m。項(xiàng)目采用“建設(shè)-經(jīng)營-轉(zhuǎn)讓”(BOT)方式投資建設(shè)，由中國長江三峽集團(tuán)負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營，運(yùn)營期為30 a，到期后無償轉(zhuǎn)讓給巴基斯坦政府[1]。

廠房主機(jī)間尺寸為160.9 m×27 m×60.5m(長×寬×高)。廠房蝸殼及發(fā)電機(jī)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(jī)層，高程391～398.5 m為發(fā)電機(jī)層，總澆筑層高21.5 m。單臺機(jī)蝸殼共36節(jié)，二期混凝土澆筑量為6 500 m3，鋼筋650 t。主要施工難點(diǎn)：蝸殼外包鋼筋復(fù)雜、量大；蝸殼陰角部位體型復(fù)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(huán)抬動和位移、蝸殼偏移控制精度高；蝸殼外側(cè)大體積及底部和陰角處采用高流態(tài)自密實(shí)混凝土溫控防裂要求高。同時，受疫情影響，為保證發(fā)電目標(biāo)，施工工期需由原先的180 d壓縮至130 d。因此，能否實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工是該工程的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

2 施工分層與分塊

根據(jù)蝸殼、座環(huán)生產(chǎn)廠家圖紙要求，水輪機(jī)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(tài)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(huán)和蝸殼抬動、偏移，但也存在第一層澆筑后蝸殼陰角區(qū)很難再進(jìn)行入倉澆筑、后期灌漿量較大且工期長的問題。對此，項(xiàng)目部通過深入分析研究，認(rèn)為防止座環(huán)、蝸殼抬動的主要因素指標(biāo)是滿足澆筑速度小于0.3 m/h，與蝸殼接觸的液態(tài)混凝土厚度小于0.6 m，故對施工分層高度進(jìn)行了以下優(yōu)化調(diào)整：第一層即將整個陰角區(qū)澆滿，澆筑至座環(huán)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(jī)層分5層澆筑完成，發(fā)電機(jī)層分3層澆筑完成[3]。蝸殼、發(fā)電機(jī)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(fā)電機(jī)層二期混凝土分層圖

3 施工程序

單臺機(jī)蝸殼、發(fā)電機(jī)層二期混凝土施工程序?yàn)椋何仛ぐ惭b完成并通過驗(yàn)收→蝸殼外包鋼筋安裝至腰線→灌漿、監(jiān)測、溫控系統(tǒng)預(yù)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(jī)層完成)→發(fā)電機(jī)層鋼筋安裝→定子等機(jī)電埋件安裝→發(fā)電機(jī)層第1～3層澆筑。

4 預(yù)埋件安裝

蝸殼層混凝土澆筑的土建預(yù)埋件主要包括：陰角區(qū)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(fù)雜、難度最高。

4.1 陰角區(qū)入倉泵管

當(dāng)混凝土澆筑至即將接觸蝸殼時，陰角區(qū)需要采用預(yù)埋泵管入倉澆筑高流態(tài)自密實(shí)混凝土。泵管由環(huán)向主泵管和徑向高低泵管組成，管徑為φ150 mm。環(huán)向主泵管布置在蝸殼外側(cè)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(nèi)側(cè)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(huán)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(tǒng)的方式進(jìn)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(chǔ)環(huán)上φ150～125 mm的孔引至座環(huán)內(nèi)以便后期灌漿。主灌漿管與拔管均采用φ8 mm圓鋼做成卡環(huán)點(diǎn)焊在蝸殼的加筋板上。主灌漿管卡環(huán)必需卡緊，拔管卡環(huán)需適當(dāng)預(yù)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?xí)r不進(jìn)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(yù)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(jìn)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(yù)埋2～3支溫度計，其中結(jié)構(gòu)中間區(qū)域和自密實(shí)混凝土區(qū)域最少需布置1支。

4.4 彈性墊層

對于蝸殼腰線以上區(qū)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(diǎn)：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(yīng)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(jié)合的端面(即四周拼縫處)均應(yīng)涂膠粘合；墊層應(yīng)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(jìn)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(jìn)行保護(hù)；對蝸殼上半部分的鋼筋設(shè)置支撐鋼筋，在支撐鋼筋與墊層接觸處設(shè)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(yè)下方采用濕毛氈或鐵皮等將彈性墊層表面蓋?。粸楸苊庖苿愉摻畹茸鳂I(yè)對彈性墊層造成損壞，采取墊木板的方式對彈性墊層進(jìn)行保護(hù)；彈性墊層及蝸殼上部鋼筋安裝施工時，倉內(nèi)需配備適量的滅火器。

5 座環(huán)、蝸殼抬動變形監(jiān)測

(1)監(jiān)測點(diǎn)的布置。抬動監(jiān)測的目的主要是監(jiān)控座環(huán)、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(huán)監(jiān)測點(diǎn)布置在座環(huán)上，每45°布置1個監(jiān)測點(diǎn)，共8個；其中，徑向位移監(jiān)測點(diǎn)4個，抬動監(jiān)測點(diǎn)4個，全部采用百分表。座環(huán)抬動和位移監(jiān)測布置情況見圖4。蝸殼監(jiān)測點(diǎn)布置在蝸殼頂部，均布8個監(jiān)測點(diǎn)，采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測。在地面做一個基準(zhǔn)校正點(diǎn)用于儀器校正。

圖4 座環(huán)抬動和位移監(jiān)測布置圖

(2)監(jiān)測及控制要點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，座環(huán)抬動和位移應(yīng)不超過0.2 mm，蝸殼偏移應(yīng)不超過2.5 mm?，F(xiàn)場監(jiān)測及控制要點(diǎn)：當(dāng)座環(huán)上抬0.1 mm時，監(jiān)測人員需及時向現(xiàn)場管理人員預(yù)警，將監(jiān)測頻率改為每10 min監(jiān)測一次并及時降低混凝土的入倉速度；當(dāng)座環(huán)上抬0.15 mm時，監(jiān)測人員需立即向監(jiān)測小組組長及相關(guān)人員報警并暫停澆筑，待分析原因采取補(bǔ)救措施后方可繼續(xù)澆筑。當(dāng)蝸殼偏移超過1.5 mm時，必須向現(xiàn)場管理人員提示并及時降低入倉速度；當(dāng)蝸殼偏移超過2 mm時，向監(jiān)測小組組長報警并暫?；炷翝仓?，待分析原因采取補(bǔ)救措施后方可繼續(xù)澆筑?；炷两佑|蝸殼時開始監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場管理人員指令加密監(jiān)測次數(shù)，同時降低混凝土澆筑速度。

蝸殼采用全站儀測量易出現(xiàn)零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。當(dāng)測量結(jié)果出現(xiàn)異常時，應(yīng)及時與基準(zhǔn)校正點(diǎn)進(jìn)行核對，并與座環(huán)百分表測量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，避免因偶然誤差而出現(xiàn)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(huán)、蝸殼抬動和位移不超標(biāo)，并保證蝸殼底部和陰角區(qū)澆筑密實(shí)，而分象限對稱澆筑施工復(fù)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?；炷寥雮}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(cè)大面輸送常態(tài)混凝土，1臺往蝸殼內(nèi)側(cè)輸送常態(tài)混凝土。當(dāng)混凝土澆筑至快接觸蝸殼時，將1臺換成輸送高流態(tài)自密實(shí)混凝土并通過預(yù)埋的徑向高壓泵管輸送至蝸殼陰角區(qū)。

(2)先澆象限(Ⅰ、Ⅲ)的施工工藝要點(diǎn)?；炷翝仓纬傻奈仛?yīng)外高內(nèi)低并確保蝸殼外側(cè)混凝土擠進(jìn)蝸殼的底部和內(nèi)側(cè)。施工人員在蝸殼內(nèi)、外側(cè)同時振搗?；炷翝仓轿仛さ撞恳陨虾?，采用徑向低壓泵管繼續(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，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(shí)混凝土，此時一定要確?；A(chǔ)環(huán)和座環(huán)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(diǎn)。從蝸殼半徑較大側(cè)開倉采用“坡澆法”澆筑，施工人員先進(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，同時啟動混凝土泵泵送自密實(shí)混凝土，同樣應(yīng)確?；A(chǔ)環(huán)和座環(huán)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(yīng)不大于30 cm；嚴(yán)格控制初凝時間，與蝸殼接觸的液態(tài)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(nèi)側(cè)陰角區(qū)啟動高壓泵管泵送自密實(shí)混凝土的同時，蝸殼外側(cè)繼續(xù)澆筑常態(tài)混凝土。澆筑過程中利用基礎(chǔ)環(huán)上預(yù)留的φ125 mm孔對陰角區(qū)混凝土進(jìn)行輔助性的振搗或趕料。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)流板上的振搗孔封堵。當(dāng)座環(huán)側(cè)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(nèi)側(cè)陰角區(qū)已澆滿，此時應(yīng)立即停止內(nèi)側(cè)泵管的送料。

7 結(jié) 語

在該電站蝸殼及發(fā)電機(jī)層二期混凝土施工中，結(jié)合國外項(xiàng)目資源組織特點(diǎn)，通過對分層高度、入倉方式、監(jiān)測方法、溫度控制進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了安全、優(yōu)質(zhì)、快速施工，為機(jī)組提前安裝創(chuàng)造了有利條件，為工程按期發(fā)電奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得類似工程借鑒和參考。