高埋深地下廠房機(jī)組混凝土快速施工技術(shù)

閆 平

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

1 概 況

厄瓜多爾索普拉多拉水電站是保特河流域上的重要梯級(jí)水電站，電站由3臺(tái)混流式發(fā)電機(jī)組成，發(fā)電水頭為357.6 m，單機(jī)容量為162.6 MW，總裝機(jī)容量487.8 MW。

地下廠房機(jī)組段長(zhǎng)55 m，寬22 m，高56 m，自水平向分為1號(hào)～3號(hào)機(jī)組，豎直方向分別為集水井層、肘管層、球閥層、水輪機(jī)層、發(fā)電機(jī)層及控制層6個(gè)層次。廠房機(jī)組段混凝土施工總體按照從下至上，從3號(hào)機(jī)組到1號(hào)機(jī)組的順序進(jìn)行，混凝土施工需做好總體布置，細(xì)化分層分塊，優(yōu)化施工工序，在不影響其他作業(yè)面的情況下，盡量平行交叉施工，以快速優(yōu)質(zhì)完成廠房機(jī)組結(jié)構(gòu)混凝土施工。

廠房機(jī)組結(jié)構(gòu)混凝土施工與機(jī)電金結(jié)安裝施工交叉進(jìn)行，相互制約，其中肘管混凝土與蝸殼混凝土施工技術(shù)要求高，必須制定正確的施工程序，嚴(yán)格控制各道施工工藝。

2 施工方案

2.1 廠房機(jī)組混凝土分段分層

廠房機(jī)組混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括了梁板混凝土，肘管回填混凝土，蝸殼大體積混凝土等，混凝土施工前要做好總體施工布置，并綜合考慮各種因素對(duì)混凝土進(jìn)行分段分層澆筑。

水平方向按1號(hào)機(jī)組、2號(hào)機(jī)組及3號(hào)機(jī)組分為3段進(jìn)行混凝土施工，并以3號(hào)機(jī)組作為首臺(tái)澆筑機(jī)組，按照3號(hào)機(jī)組→2號(hào)機(jī)組→1號(hào)機(jī)組的順序分層循環(huán)進(jìn)行混凝土施工。

豎直方向按照集水井、肘管、球閥層、水輪機(jī)層及發(fā)電機(jī)層分層進(jìn)行混凝土施工。其中集水井結(jié)構(gòu)混凝土分為4層，即底板1層，側(cè)墻3層，每層混凝土澆筑高度不大于4m；肘管及其以上部分混凝土總體分為5個(gè)大層12個(gè)小層，肘管混凝土與蝸殼混凝土根據(jù)要求需進(jìn)一步分層分塊進(jìn)行澆筑。

2.2 施工布置

機(jī)組段混凝土施工是廠房區(qū)域大方量、大體積混凝土施工的主要部位，也是影響工期的關(guān)鍵部位，混凝土施工前，需做好充分的準(zhǔn)備工作。

2.3 混凝土施工流程

混凝土施工各道工序流程：鋼筋安裝→預(yù)埋件→模板施工→縫面處理→倉(cāng)面標(biāo)識(shí)→質(zhì)量驗(yàn)收→混凝土澆筑→混凝土溫控→混凝土養(yǎng)護(hù)。

2.4 肘管混凝土

2.4.1 混凝土分層分塊

肘管混凝土分兩期進(jìn)行施工，其中肘管一期混凝土1層，肘管二期混凝土7層(第①～⑦層)，肘管的分層分塊如圖1所示，層厚最小1.0 m，最大1.41 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C-2,f′c=250 kgf/cm2。

2.4.2 主要施工工序

肘管一期混凝土在廠房開挖完成后即可進(jìn)行；待肘管安裝固定完成后，開始肘管二期混凝土施工；肘管二期從下至上依次回填，肘管二期第⑦層屬于尾水?dāng)U散段頂部回填混凝土，留在最后施工。

2.4.3 混凝土澆筑

圖1 肘管混凝土分層分塊圖

肘管鋼襯安裝經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后開始澆筑肘管二期混凝土，采用2臺(tái)混凝土泵機(jī)對(duì)稱下料，并輔以溜槽或溜桶入倉(cāng)。為便于肘管底部混凝土澆筑密實(shí)，需采用高流態(tài)混凝土，控制入倉(cāng)混凝土塌落度不小于20 cm。肘管兩側(cè)混凝土澆筑時(shí)每層攤鋪需對(duì)稱下料，層差不超過一個(gè)攤鋪層(30 cm)。混凝土澆筑上升速度不大于30 cm/h。

肘管混凝土隨澆筑高度上升過程中，隨時(shí)使用敲擊法檢查鋼襯底板及周邊是否澆筑密實(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有空鼓現(xiàn)象，加強(qiáng)振搗。

混凝土分層澆筑過程中，上下層澆筑間隔時(shí)間一般情況下為24 h，新老混凝土表面需進(jìn)行沖毛處理。

2.4.4 肘管接觸灌漿

由于肘管鋼襯底板形狀扁平，混凝土澆筑時(shí)不利于空氣排出，可能存在水、汽泡等情況，導(dǎo)致混凝土澆筑不密實(shí)。由于混凝土收縮等原因，混凝土凝固后，與鋼襯之間會(huì)產(chǎn)生間隙。為保證肘管長(zhǎng)期安全運(yùn)行，需對(duì)肘管底部進(jìn)行鋼襯接觸灌漿。

2.4.4.1 脫空檢查

接觸灌漿之前，灌漿專業(yè)技術(shù)人員組織灌漿人員進(jìn)行鋼襯脫空檢查。脫空檢查采用木錘，輕輕敲擊肘管鋼襯，如發(fā)出“咚咚”響聲，即說明有脫空現(xiàn)象，鋼襯脫空判斷由經(jīng)驗(yàn)豐富的灌漿人員確定。脫空區(qū)域一旦確定，采用“記號(hào)筆”等記錄在鋼襯上標(biāo)記，顏色必須醒目且不易碰掉，并將脫空區(qū)域記錄備案。

脫空區(qū)域判斷原則：脫空面積大于0.5 m2需進(jìn)行灌漿；或脫空面積小于0.5 m2，且分布比較集中，面積大于1 m2需進(jìn)行灌漿。

2.4.4.2 鉆孔

脫空區(qū)判定后采用磁座電鉆在肘管上開孔，孔徑不小于12 mm，單個(gè)脫空區(qū)至少開2個(gè)孔。

2.4.4.3 灌漿參數(shù)

接觸灌漿壓力不大于0.1 MPa，灌漿時(shí)，實(shí)際灌漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。灌漿采用純水泥漿，漿液水灰比可采用0.5、0.44兩個(gè)比級(jí)，必要時(shí)應(yīng)加入減水劑。

2.4.4.4 灌漿

灌漿應(yīng)自低處孔開始，并在灌漿過程中敲擊震動(dòng)鋼襯，待各高處孔分別排出濃漿后，依次將其孔口閥門關(guān)閉。同時(shí)應(yīng)記錄各孔排出的漿量和濃度。

灌漿結(jié)束條件：在規(guī)定壓力下灌漿孔停止吸漿，延續(xù)灌漿注5 min，即可結(jié)束。灌漿短管與鋼襯間可采用絲扣連接。灌漿結(jié)束后用絲堵加焊或焊補(bǔ)法封孔，焊后用砂輪磨平且防腐處理。

2.5 蝸殼外圍混凝土

2.5.1 混凝土的分層

根據(jù)機(jī)組混凝土豎直方向分層圖，蝸殼外圍混凝土分為兩層(第Ⅴ、Ⅵ層)，考慮到蝸殼加固難度大、混凝土水化熱大等因素，需進(jìn)一步對(duì)混凝土進(jìn)行分層澆筑，將兩層澆筑的混凝土細(xì)分為4層。

2.5.2 混凝土的澆筑

蝸殼外圍混凝土澆筑在蝸殼壓力試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行，為防止蝸殼變形，在保壓狀態(tài)下進(jìn)行混凝土澆筑。第Ⅴ-②層混凝土澆筑前，在蝸殼底部預(yù)埋“∪”形泵管，距陰角最上部約10 cm處，間距50 cm～100 cm，用于接外圍泵管進(jìn)行蝸殼陰角混凝土澆筑。為保證混凝土的入倉(cāng)溫度不大于20 ℃，采取下例措施：①采用低水化熱的水泥；②盡量選擇在夜間開倉(cāng)；③混凝土拌制時(shí)采用冰水。

采用BT60泵機(jī)泵送混凝土進(jìn)行混凝土下料，泵管端部接軟管至倉(cāng)面，澆筑過程中采用更換軟管的方法，調(diào)整下料位置，保證混凝土在蝸殼周圍對(duì)稱下料，采用平鋪法鋪料，鋪料厚度30～50 cm。

混凝土澆筑完成后，派專人對(duì)混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

2.5.3 監(jiān)測(cè)與控制

陰角混凝土是否灌滿檢查：開倉(cāng)前自行制作定長(zhǎng)檢查鋼筋，從座環(huán)下環(huán)板灌漿孔進(jìn)行觀察蝸殼內(nèi)側(cè)陰角部位混凝土澆筑的飽滿度，并距座環(huán)下環(huán)板5 cm時(shí)停止?jié)仓员憧刂莆仛?nèi)側(cè)及陰角部位澆滿且不對(duì)座環(huán)及蝸殼造成過大壓力。

混凝土的溫控：為保證混凝土的澆筑質(zhì)量，采取以下措施對(duì)混凝土進(jìn)行溫控：①在混凝土澆筑過程中，應(yīng)至少每4 h 測(cè)量一次混凝土原材料的溫度、出機(jī)口混凝土溫度、入倉(cāng)溫度及混凝土內(nèi)部溫度變化過程，并做好記錄；②根據(jù)混凝土的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，控制澆筑層高度和澆筑間歇時(shí)間，澆筑層的最大厚度一般不大于2 m，水平縫相鄰澆筑塊和垂直縫相鄰澆筑塊間隔時(shí)間一般不少于3～5 d。

蝸殼位移及變形監(jiān)控：在蝸殼內(nèi)外選擇4～5個(gè)典型斷面，布設(shè)應(yīng)力計(jì)，變形變位計(jì)、測(cè)縫計(jì)和千分表等，對(duì)蝸殼充水加壓，混凝土澆筑等工序環(huán)節(jié)，進(jìn)行位移及變形監(jiān)測(cè)，并及時(shí)分析反饋，指導(dǎo)施工。據(jù)監(jiān)測(cè)資料成果，將蝸殼充水加壓后最大變形，澆筑過程中的最大位移及變形控制在限定范圍之內(nèi)。

2.5.4 接觸灌漿與回填灌漿

由于混凝土硬化干縮會(huì)導(dǎo)致混凝土與蝸殼鋼板之間產(chǎn)生縫隙，需進(jìn)行接觸灌漿以保證蝸殼運(yùn)行安全。因座環(huán)底部結(jié)構(gòu)的特殊性，混凝土澆筑時(shí)，可能填充不實(shí)，空隙較大，需進(jìn)行回填灌漿。

蝸殼混凝土澆筑之前進(jìn)行灌漿管預(yù)埋，灌漿管采用無縫鋼管，通過座環(huán)底部預(yù)留的灌漿孔將灌漿管預(yù)埋至陰角上部，并抵住座環(huán)。

蝸殼在保壓狀態(tài)下完成所有外包混凝土澆筑14天后，利用座環(huán)預(yù)留灌漿孔和蝸殼底部預(yù)埋的灌漿管進(jìn)行灌漿。灌漿采用純水泥漿，水灰比0.5∶1，灌漿壓力為0.1 MPa～0.2 MPa，具體參數(shù)根據(jù)灌漿試驗(yàn)確定。

3 結(jié) 語(yǔ)

厄瓜多爾索普拉多拉水電站高埋深地下廠房機(jī)組混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，快速優(yōu)質(zhì)完成混凝土施工，主要方面有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

(1)根據(jù)實(shí)際情況，做好施工規(guī)劃和布置，施工活動(dòng)開展前，做好相關(guān)準(zhǔn)備工作；

(2)細(xì)化機(jī)組混凝土的分段分層澆筑方案，以便施工活動(dòng)有組織、有順序開展；

(3)制定混凝土施工工序，并根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化施工工藝；

(4)機(jī)組肘管及蝸殼混凝土技術(shù)要求高，需根據(jù)實(shí)際情況，制定并細(xì)化施工方案，以便保質(zhì)保量的完成混凝土的澆筑。

厄瓜多爾索普拉多拉水電站高埋深地下廠房具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作面數(shù)量受限、混凝土質(zhì)量控制難度大和工期緊等特點(diǎn)。通過采用冰水拌制混凝土、局部采用流態(tài)混凝土澆筑、后期輔以灌漿等施工工藝進(jìn)行肘管等大體積混凝土施工，以達(dá)到質(zhì)量?jī)?yōu)良和快速施工的目的。厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站是中國(guó)葛洲壩集團(tuán)公司在南美洲的第一個(gè)國(guó)際水電站工程項(xiàng)目，研究成果的應(yīng)用在提高水電行業(yè)施工技術(shù)水平、增加公司的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等方面具有極其重要的意義。