白鶴灘水電站導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工質(zhì)量控制

孫 鵬，段剛強(qiáng)，石 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川成都 611730)

1 工程概述

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，電站上游接烏東德梯級(jí)水電站，下鄰溪洛渡梯級(jí)水電站，距下游溪洛渡水電站195km。白鶴灘水電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運(yùn)和改善下游通航條件等綜合利用效益，是西電東送骨干電源點(diǎn)之一。電站總裝機(jī)容量約16000MW。

本工程施工導(dǎo)流采用全年擋水圍堰、隧洞導(dǎo)流的方式，左右岸共布置5條導(dǎo)流隧洞:其中左岸布置3條，隧洞總長(zhǎng)5383．77m，導(dǎo)流隧洞襯砌后凈空尺寸為17．5m×22m(寬×高)，襯砌總工程量為55．2萬m3，每條導(dǎo)流隧洞下游段與引水發(fā)電系統(tǒng)的尾水隧洞下游段相結(jié)合使用。導(dǎo)流隧洞基本特性參數(shù)見表1。

導(dǎo)流隧洞混凝土襯砌施工的特點(diǎn)及難點(diǎn):

表1 左岸導(dǎo)流隧洞特性表

(1)施工工期緊張。導(dǎo)流洞從開挖節(jié)點(diǎn)完成到洞內(nèi)混凝土襯砌節(jié)點(diǎn)完成只有13個(gè)月時(shí)間，混凝土月平均襯砌強(qiáng)度為4．25萬m3，襯砌高峰強(qiáng)度約為8萬m3/月，澆筑強(qiáng)度非常高;導(dǎo)流洞前期混凝土施工時(shí)，洞內(nèi)其他部位還有爆破開挖施工，容易對(duì)新澆筑的混凝土部位產(chǎn)生影響，需要嚴(yán)格控制爆破，選取合理的澆筑順序，因此，在混凝土澆筑前，需制定詳細(xì)的措施方案，合理布置澆筑的總體程序，采用先進(jìn)快速的澆筑手段，縮短工序循環(huán)時(shí)間，確保目標(biāo)工期的實(shí)現(xiàn)。

(2)混凝土襯砌后的凈空尺寸大(寬×高=17．5m ×22m)，襯砌厚度最大達(dá) 2．5m，最大襯砌每延米工程量為183．67m3，對(duì)混凝土施工模板及支撐系統(tǒng)提出了較大的荷載要求。

(3)混凝土運(yùn)輸距離遠(yuǎn)。本工程混凝土主要由左岸荒田拌和系統(tǒng)、右岸三灘拌和系統(tǒng)生產(chǎn)提供，混凝土運(yùn)輸最遠(yuǎn)距離約7km，在白鶴灘地區(qū)夏季高溫時(shí)段，混凝土在運(yùn)輸澆筑過程中的溫控很重要。

(4)白鶴灘地區(qū)夏季溫度高，采用預(yù)冷混凝土進(jìn)行襯砌施工時(shí)可以緩解混凝土運(yùn)輸澆筑過程中的溫升，同時(shí)，通水冷卻也可以有效降低混凝土的內(nèi)部溫度，減少裂縫的產(chǎn)生。

(5)為避免導(dǎo)流洞過流時(shí)高速水流對(duì)混凝土表面沖刷而引起的空蝕破壞，底板及邊墻襯砌均采用了高標(biāo)號(hào)抗沖耐磨混凝土。混凝土襯砌施工過程中的溫控、表面平整度、體型偏差、質(zhì)量缺陷及裂縫的防控等都應(yīng)有嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，確保混凝土澆筑過程全程受控。

2 導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工過程質(zhì)量控制

2．1 鋼筋制安

(1)鋼筋加工。

導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工所用的鋼筋在指定的鋼筋加工廠進(jìn)行加工，將鋼筋加工尺寸偏差控制在規(guī)范要求的允許偏差之內(nèi)。

(2)鋼筋連接。

本工程混凝土施工所用鋼筋的連接形式主要分為三種:搭接、焊接及直螺紋套筒連接。

①搭接:本工程主要用于鋼筋直徑在16mm及以下的鋼筋連接。鋼筋搭接長(zhǎng)度不小于35d(d為鋼筋直徑)。

②焊接:本工程主要用于鋼筋直徑在25mm及以下的鋼筋連接。鋼筋在焊接時(shí)要保證焊縫飽滿，雙面焊接長(zhǎng)度為5d，單面焊接長(zhǎng)度為10d。焊縫高度為0．25d且不小于4mm;焊縫寬度為0．7d且不小于10mm，保證鋼筋接頭打彎焊接后在同一軸線上。

③直螺紋套筒連接:主要適用于鋼筋施工中直徑大于或等于25mm的鋼筋連接。對(duì)于已加工完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格的絲頭要妥善加以保護(hù)并分類堆放。

(3)鋼筋安裝。

鋼筋安裝時(shí)應(yīng)確保鋼筋間距均勻，相鄰焊接接頭不應(yīng)在同一截面上。鋼筋安裝過程中焊接牢固，套筒連接緊密，絲扣外露應(yīng)滿足要求。

2．2 止水、灌漿管路等埋件的安裝

本工程所用止水主要分為651型橡膠止水和銅片止水兩種。橡膠止水片在使用過程中應(yīng)防止其變形和撕裂，搭接長(zhǎng)度不得小于10cm，搭接前需將橡膠止水表面挫成毛面，保證粘貼牢固;銅片止水使用時(shí)需保證表面平整、干凈、無沙眼和釘孔，銜接方式按其厚度分為折疊、咬接或搭接方式，咬接和搭接部位需采用雙面焊接，銅片止水搭接長(zhǎng)度不得小于2cm。本工程銅止水搭接方式采用雙面焊接。

灌漿管路主要布置在底板、兩側(cè)邊墻及頂拱部位。灌漿管路在導(dǎo)流洞混凝土澆筑前用扎絲綁扎固定在鋼筋上并用紅色油漆進(jìn)行標(biāo)記，便于后期尋找。

其它埋件主要布置在混凝土內(nèi)部或鋼筋上，主要分為底板錨筋、接地扁鐵、內(nèi)部觀測(cè)儀器、溫度計(jì)、應(yīng)力計(jì)及冷卻水管等。在混凝土澆筑過程中應(yīng)注意保護(hù)、不得破壞，避免觸及埋件而引起移位。

2．3 模板施工

(1)模板的安裝與校核。

由于導(dǎo)流隧洞襯砌尺寸大(凈空為17．5m×22m)，因此，模板的安裝拼接對(duì)洞身混凝土澆筑成型至關(guān)重要。導(dǎo)流隧洞底板倉位主要采用組合鋼模板拼接，局部不規(guī)則及補(bǔ)縫部位采用木模板進(jìn)行封堵填充;邊頂拱倉位采用鋼模臺(tái)車拼裝(圖1)，堵頭處采用普通鋼模板進(jìn)行拼接。模板拼接處要平整，對(duì)于不平整處需進(jìn)行校正。混凝土澆筑主要分兩層進(jìn)行:底板及邊墻60cm以下作為第一層，剩余邊墻及頂拱作為第二層。邊墻60cm以下采用“L”型普通鋼模板進(jìn)行拼接(圖2)，其中底板與矮邊墻交角連接采用防翻漿模板，防止在澆筑邊墻混凝土?xí)r發(fā)生底板翻料現(xiàn)象。

圖1 大型鋼模臺(tái)車

在混凝土襯砌過程中，混凝土?xí)?duì)模板產(chǎn)生壓力，為保證混凝土成型質(zhì)量，避免造成質(zhì)量缺陷，需提前對(duì)模板進(jìn)行校核，確保模板平整度和剛度滿足要求;其中鋼模臺(tái)車四周與已澆筑混凝土部位搭接采用軟搭接(圖3):即鋼模臺(tái)車邊墻及下部與已澆筑混凝土部位通過螺栓加固使模板與已澆筑混凝土搭接，同時(shí)，在兩者之間粘貼雙面膠以確保兩者之間無縫隙，這種搭接方法相比硬搭接可以更好地使模板與已澆筑混凝土面之間搭接密實(shí)，避免了混凝土錯(cuò)臺(tái)、掛簾等情況的發(fā)生。

(2)模板的拆除。

①底板模板拆除時(shí)需按規(guī)范要求進(jìn)行，應(yīng)保證混凝土表面及棱角不因拆模而損傷;

②鋼模臺(tái)車應(yīng)嚴(yán)格按照使用說明書進(jìn)行脫模;

圖2 矮邊墻“L”型鋼模板示意圖

圖3 矮邊墻軟搭接效果圖

③拆除過程中不能硬砸猛撬，不得野蠻拆除。

2．4 混凝土入倉與振搗

由于在導(dǎo)流隧洞混凝土前期襯砌施工時(shí)，洞內(nèi)開挖支護(hù)尚未全部完成，因此，底板混凝土前期澆筑采取半幅澆筑方式進(jìn)行，另半幅作為施工通道，待洞內(nèi)開挖支護(hù)工作全部完成后，即采取全幅澆筑方式進(jìn)行澆筑。具體分層方式見圖4。

圖4 導(dǎo)流洞典型斷面襯砌分層分塊示意圖

混凝土按照“先底板、后邊頂拱”的澆筑順序進(jìn)行，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，左岸導(dǎo)流隧洞混凝土襯砌直線段按照15m/倉進(jìn)行劃分，轉(zhuǎn)彎段按照15．831 m/倉(R=200m)及 16．018m/倉(R=150m)進(jìn)行劃分。澆筑下一層混凝土前還需對(duì)上一層混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理，以鑿除老混凝土表面乳皮，微露粗砂為準(zhǔn)。

混凝土澆筑前需保持倉面的潔凈和濕潤(rùn)，底板混凝土澆筑采用TB110皮帶機(jī)輸送入倉，邊頂拱采用鋼模臺(tái)車配合泵送入倉，邊墻倉內(nèi)安裝受料斗下掛溜筒協(xié)助混凝土入倉，避免混凝土下料口距離倉面高差過大而導(dǎo)致混凝土骨料分離。

混凝土澆筑過程以振搗器平倉為主、人工平倉為輔，嚴(yán)禁以振代平?；炷寥雮}后，用振搗器把堆積的混凝土振平，鋪成規(guī)定的厚度，每層下料厚度為40～50cm，振搗器宜垂直插入混凝土，如有傾斜應(yīng)保持振搗方向一致;振搗采用φ100手提式振搗器進(jìn)行振搗，φ70軟軸振搗器輔助振搗，邊角部位采用φ50軟軸振搗器振搗。振搗應(yīng)密實(shí)，防止欠振、漏振或過振現(xiàn)象產(chǎn)生，振搗以粗骨料不再顯著下沉、不產(chǎn)生氣泡且表面開始泛漿時(shí)為準(zhǔn);在鋼筋密集部位、預(yù)埋件部位、模板附近應(yīng)采用小功率振搗器細(xì)心振搗，不應(yīng)觸及鋼筋或預(yù)埋件。

2．5 混凝土外觀

混凝土外觀質(zhì)量控制措施主要包括:混凝土表面平整度控制、垂直度和光潔度控制;混凝土表面蜂窩、氣泡、麻面、錯(cuò)臺(tái)、掛簾等控制;混凝土表面顏色一致。

(1)保證混凝土表面的平整度、垂直度和光潔度。首先，底板混凝土在收面過程和混凝土初凝后12h內(nèi)混凝土表面不得有外來水進(jìn)入倉面，采用刮軌統(tǒng)一確定收面高程、人工刮尺精平，F(xiàn)36-4B型抹光機(jī)抹面，人工靠尺檢查平整度后采用鐵抹子二道壓實(shí)收光，完成最后的收面過程(圖5)。邊頂拱混凝土澆筑應(yīng)確?；炷帘M可能將頂拱巖面與模板間填充飽滿，避免拆模后出現(xiàn)質(zhì)量缺陷;其次，保證混凝土表面的平整度、垂直度和光潔度，使用優(yōu)質(zhì)的模板和合理的施工工藝是關(guān)鍵。模板在重復(fù)使用前應(yīng)進(jìn)行剛度校準(zhǔn)，對(duì)變形過大的模板禁止使用。

圖5 導(dǎo)流洞底板抹面效果圖

(2)控制表面蜂窩、麻面、氣泡、錯(cuò)臺(tái)及掛簾等的出現(xiàn)。在混凝土開倉澆筑前，選擇合理的混凝土配合比、級(jí)配，并在模板內(nèi)表面涂刷脫模劑，混凝土澆筑時(shí)采取合理的入倉方式，入倉后立即振搗，不允許出現(xiàn)倉面骨料堆集現(xiàn)象。振搗過程采用高頻振搗器并輔以軟軸振搗器進(jìn)行振搗，振搗應(yīng)密實(shí)，確?；炷敛鹉：髢?nèi)實(shí)外光。為減少混凝土表面錯(cuò)臺(tái)、掛簾的出現(xiàn)，模板與模板之間及模板與已澆筑完成混凝土面之間應(yīng)緊密搭接，保證結(jié)合處不留縫隙，

此外，在混凝土澆筑過程中，還應(yīng)對(duì)模板進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)模板變形時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整加固，防止錯(cuò)臺(tái)、“鼓肚”等缺陷的發(fā)生。

(3)保持混凝土表面顏色一致。要求水泥、粉煤灰、外加劑品種及脫模劑等盡量選用同一廠家的產(chǎn)品或同一類型。同時(shí)，還應(yīng)保持模板表面清潔，不允許有任何污物將混凝土表面污染。此外，對(duì)已澆筑完成的混凝土外露面要采取有效的保護(hù)措施，避免油污等物質(zhì)影響外觀顏色或其它剛性物體對(duì)外觀的磨損、破壞(圖6)。

圖6 導(dǎo)流洞邊頂拱襯砌效果圖

2．6 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)措施主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?。保溫能減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，降低混凝土內(nèi)外部溫差，避免產(chǎn)生裂縫?；炷敛鹉：蠹纯砷_始灑水養(yǎng)護(hù)，灑水養(yǎng)護(hù)應(yīng)配備專人負(fù)責(zé)，應(yīng)始終保持混凝土表面濕潤(rùn)。底板已澆筑混凝土部位灑水養(yǎng)護(hù)后采用保溫被覆蓋保水養(yǎng)護(hù)，邊頂拱采用將φ32塑料管做成花管、固定在頂拱及起拱線上管內(nèi)通水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面處于濕潤(rùn)狀態(tài);養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般不應(yīng)少于28d。

3 導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)及難點(diǎn)

3．1 導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工質(zhì)量控制的重點(diǎn)

(1)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)“三檢旁站”制度。導(dǎo)流洞混凝土襯砌斷面尺寸大、澆筑方量大、澆筑時(shí)間長(zhǎng)，為保證混凝土澆筑成型質(zhì)量，施工局安排專職三檢人員對(duì)混凝土澆筑進(jìn)行24h不間斷旁站，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)并采取相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整，確保混凝土澆筑過程全程受控。

(2)混凝土供應(yīng)強(qiáng)度控制。本工程混凝土是由左岸荒田拌和系統(tǒng)和右岸三灘拌和系統(tǒng)提供的商品混凝土，運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，混凝土坍落度損失過快。為避免運(yùn)輸混凝土車輛在現(xiàn)場(chǎng)等待時(shí)間過長(zhǎng)而造成混凝土坍落度的損失，施工局在工作面與拌和樓之間安排有專人進(jìn)行溝通，對(duì)混凝土供應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行控制，盡可能減少混凝土在工作面的等待時(shí)間。

(3)混凝土澆筑速度控制。由于該導(dǎo)流洞混凝土襯砌尺寸大，如何控制好混凝土澆筑速度是保證安全和混凝土成型質(zhì)量的關(guān)鍵;底板混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制下料速度，逐層下料并振搗密實(shí);邊頂拱混凝土澆筑時(shí)兩側(cè)應(yīng)均勻下料，高差不超過1m，防止單側(cè)下料過快引起鋼模臺(tái)車變形而導(dǎo)致混凝土體型改變。將混凝土下料速度控制在30～50cm/h，下料口距離混凝土面距離不應(yīng)大于1．5m，防止發(fā)生骨料分離?；炷翝仓^程中，還應(yīng)安排專人對(duì)模板進(jìn)行加固，避免發(fā)生漏漿、跑模、爆模等現(xiàn)象。

(4)混凝土平整度、體型偏差控制。底板混凝土在收面時(shí)采用刮軌統(tǒng)一確定高程，人工刮尺精平，抹光機(jī)抹面后采用人工靠尺檢查平整度，對(duì)不平整部位采用鐵抹子二道壓實(shí)收光，以保證混凝土表面平整度偏差在規(guī)范要求內(nèi);邊頂拱混凝土在澆筑前對(duì)鋼模進(jìn)行校核，確保模板表面的平整度滿足要求。澆筑過程中控制下料速度，隨時(shí)觀測(cè)模板變形情況，及時(shí)加固模板，避免因模板變形而引起混凝土體型的改變?；炷翝仓瓿珊?，施工局測(cè)量人員對(duì)導(dǎo)流洞底板平整度及邊頂拱體型進(jìn)行了檢測(cè):底板混凝土平整度檢測(cè)最大值為5．2mm，最小值為0mm，平均值為2mm;邊頂拱檢測(cè)體型平均偏差為17mm，檢測(cè)結(jié)果滿足要求。說明在混凝土澆筑過程中對(duì)混凝土表面平整度及體型偏差實(shí)施的控制措施是有效的。

(5)混凝土澆筑溫度控制。

①夏季高溫時(shí)段采用預(yù)冷混凝土進(jìn)行襯砌施工。白鶴灘地區(qū)夏季溫度高，常溫混凝土澆筑入倉溫度高，預(yù)冷混凝土澆筑入倉溫度比常溫混凝土入倉溫度低5℃ ～8℃，因此，夏季采用預(yù)冷混凝土進(jìn)行澆筑可以有效地降低混凝土的入倉溫度，防止裂縫的產(chǎn)生。

②采用低熱水泥并摻加粉煤灰。根據(jù)白鶴灘籌備組關(guān)于導(dǎo)流洞襯砌混凝土溫控防裂專題會(huì)議確定，導(dǎo)流隧洞混凝土襯砌均采用低熱水泥、摻加35%的粉煤灰，可以有效降低混凝土水化熱，進(jìn)而降低混凝土內(nèi)外部的溫差。

③通水冷卻。前期混凝土澆筑時(shí)發(fā)現(xiàn)超溫現(xiàn)象主要發(fā)生在常溫混凝土部位及夏季白天高溫時(shí)段，針對(duì)上述情況，在對(duì)底板及邊墻混凝土澆筑前預(yù)埋冷卻水管并進(jìn)行通水冷卻的方法對(duì)混凝土進(jìn)行內(nèi)部降溫;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定管內(nèi)通水流量為25L/min，水流的方向每24h調(diào)換一次，單倉通水冷卻時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)?；炷吝M(jìn)行通水冷卻后，混凝土內(nèi)部溫度相比原來常溫混凝土內(nèi)部溫度有明顯的降低，表明通水冷卻有效地削減了混凝土襯砌水化熱的升溫，減少了混凝土內(nèi)外部溫差，降低了混凝土的溫度壓力。

④降低混凝土澆筑溫度。主要從減少混凝土運(yùn)輸途中和澆筑過程中的溫升來降低混凝土的溫度:由于本工程混凝土運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，因此，采取在混凝土箱體安裝保溫裝置并在混凝土罐車罐體搭設(shè)遮陽棚等措施來降低混凝土運(yùn)輸過程中的溫升。在運(yùn)輸過程中，還應(yīng)保證交通暢通，將混凝土在盡可能短的時(shí)間里運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)工作面;混凝土到達(dá)工作面后盡快入倉，避免多次轉(zhuǎn)料，可以降低混凝土的入倉溫度。

3．2 導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工質(zhì)量控制的難點(diǎn)

裂縫防控是導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工過程中的難點(diǎn)。施工局安排專人對(duì)已澆筑完成部位進(jìn)行了裂縫檢查，檢查過程中發(fā)現(xiàn)了部分裂縫，主要集中在澆筑胚層線較明顯部位，說明混凝土襯砌施工均質(zhì)性、澆筑分層質(zhì)量控制對(duì)裂縫的產(chǎn)生影響較大;同時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生的時(shí)間主要發(fā)生在低溫季節(jié)，低溫季節(jié)洞內(nèi)晝夜溫差較大造成氣溫變化頻繁，從而引起混凝土表面變形開裂，因此溫度應(yīng)力也是裂縫產(chǎn)生的主要原因。針對(duì)上述情況，說明在施工過程中要嚴(yán)格控制混凝土澆筑分層質(zhì)量，避免發(fā)生混凝土冷倉等現(xiàn)象，低溫季節(jié)在導(dǎo)流洞進(jìn)出口懸掛帆布，保持洞內(nèi)溫度穩(wěn)定;同時(shí)，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，也能有效遏制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

本工程導(dǎo)流洞相比其同類型大型地下洞室工程混凝土裂縫要少得多，說明采用低熱水泥、預(yù)冷混凝土、夏季高溫季節(jié)通水冷卻和嚴(yán)格控制倉面工藝等綜合溫控手段取得了良好的溫控效果，因此，本工程導(dǎo)流洞混凝土襯砌施工采取的溫控措施是行之有效的。

4 結(jié)語

我施工局在白鶴灘水電站左岸導(dǎo)流隧洞工程混凝土襯砌施工過程中克服了導(dǎo)流洞襯砌尺寸大、澆筑強(qiáng)度高、工期緊張、混凝土溫控要求高、裂縫防控難度大、洞室平整度及體型控制難度大等多方面困難;施工局針對(duì)上述情況制定了詳細(xì)的、行之有效的措施，在緩解工期緊張，保證工程質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)流隧洞混凝土襯砌施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)按時(shí)完成，得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位的一致認(rèn)可和好評(píng)。筆者將在大型地下洞室混凝土襯砌施工質(zhì)量控制方面積累的點(diǎn)滴經(jīng)驗(yàn)介紹給大家，供參考。