白鶴灘水電站高速水流泄洪洞襯砌低坍落度混凝土施工技術(shù)分析

王 慧

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

白鶴灘水電站坐落于四川省南寧縣與云南省巧家縣交界處，是金沙江下游第二個(gè)梯級(jí)發(fā)電站，水電站[核實(shí)此處表述]以發(fā)電為主，并具有防洪、攔沙以及改善河流航運(yùn)環(huán)境等功能。水電站控制水域面積43 萬(wàn)km2，水庫(kù)正常蓄水水位為825 m，相應(yīng)庫(kù)容達(dá)到206 億m3。

水電站在流域左岸設(shè)置了三條無(wú)壓泄洪洞，各條泄洪洞均是由進(jìn)口漸變段、上評(píng)斷以及龍落尾段構(gòu)成，泄洪洞斷面采用城門(mén)洞形式，其中，泄洪洞的上平段包括工作閘門(mén)到渥奇曲線的起點(diǎn)范圍。泄洪洞的上平段底坡i=0.015，襯砌后的斷面尺寸為15.0 m×18.0 m，直立墻尺寸高度為14.0 m。泄洪洞的進(jìn)口高程為770 m，出口高程為650.0 m，泄洪洞底板、邊頂拱襯砌厚度在1.0～2.5 m 之間。

2 工程特點(diǎn)及遇到的問(wèn)題

第一，本工程中泄洪洞的過(guò)流水量較大，水流速度達(dá)到29.5～25.1 m/s，而泄洪洞末端最大水流速度可達(dá)到46 m/s，單個(gè)泄洪洞的泄洪量為3 900～4 085 m3/s。

第二，泄洪洞底板及其邊墻設(shè)計(jì)要求使用50 mm～70 mm 低坍落度的混凝土，而實(shí)際施工中所采用的是混凝土拌和物坍落度為10 mm～100 mm 的常態(tài)混凝土澆筑而成，在施工中由于設(shè)計(jì)要求的限制，無(wú)法使用混凝土罐車(chē)進(jìn)行混凝土運(yùn)輸，因此在實(shí)際澆筑過(guò)程中需要配合平板車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，而且需要根據(jù)實(shí)際施工情況設(shè)計(jì)構(gòu)造上料系統(tǒng)，要求施工人員具備豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。

第三，由于泄洪洞在水電站中使用頻率較高，因此對(duì)所采用混凝土的要求過(guò)高，本工程泄洪洞施工中對(duì)混凝土表面不平整度以及澆筑質(zhì)量具有較高的設(shè)計(jì)要求，其中泄洪洞無(wú)壓段的不平整度要求＜5 mm，龍落尾段不平整度要求＜3 mm。

第四，在實(shí)際施工中泄洪洞無(wú)壓段所使用的混凝土標(biāo)號(hào)為C150，通常情況下的泄洪洞混凝土澆筑易發(fā)生出現(xiàn)裂紋的情況，主要原因是由于溫控防裂技術(shù)無(wú)法滿足使用要求，因此在實(shí)際的混凝土澆筑施工中需要降低混凝土的用量，以此避免混凝土出現(xiàn)內(nèi)部升溫的現(xiàn)象。

第五，泄洪洞的上平段襯砌施工難度較大，其中邊墻、拱頂、底板等區(qū)域進(jìn)行襯砌時(shí)需要實(shí)施按照順序施工，即先進(jìn)行邊墻襯砌，之后時(shí)頂拱襯砌，最后進(jìn)行泄洪洞底板混凝土澆筑。

3 泄洪洞混凝土澆筑施工方案

3.1 施工總方案

本工程泄洪洞單倉(cāng)混凝土澆筑長(zhǎng)度依據(jù)設(shè)計(jì)方案設(shè)置為12 m，具體的施工方案為：首先進(jìn)行泄洪洞底板混凝土澆筑，然后襯砌矮邊墻，高度設(shè)置為30 cm，然后進(jìn)行邊頂拱混凝土澆筑。施工過(guò)程中施工人員需要根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，使用分序施工方式，這樣在解決無(wú)壓段底板小邊墻接縫發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的同時(shí)又能對(duì)流面底板起到一定的保護(hù)，能夠在最大的程度上避免出現(xiàn)二次破損。此外，通過(guò)正確、科學(xué)的分序施工能夠使泄洪洞約束應(yīng)力得到有效釋放，從而降低裂縫發(fā)生的幾率。本工程在進(jìn)行洞身襯砌混凝土澆筑施工中改進(jìn)了臺(tái)車(chē)澆筑的技術(shù)工藝，施工中主要使用挖掘式裝載機(jī)進(jìn)行進(jìn)料，并使用平板車(chē)運(yùn)送混凝土，以此保障了混凝土符合50 mm～70 mm 的低坍落度，從而有效地降低了裂縫的發(fā)生。

3.2 澆筑方式

3.2.1 澆筑分層

泄洪洞的底板結(jié)構(gòu)線區(qū)域以外的墊層部分，需要進(jìn)行獨(dú)立的混凝土澆筑，結(jié)構(gòu)分層澆筑施工共分為三層，即先邊墻、再頂拱、最后為底板：第一層進(jìn)行寬度為15 m 的底板施工；第二層為側(cè)墻下部區(qū)域12 m；第三層為側(cè)墻上部區(qū)域2 m 與頂拱區(qū)域。

3.2.2 澆筑分塊

本工程中設(shè)計(jì)施工要求規(guī)定，泄洪洞襯砌需要依據(jù)12 m 實(shí)施劃分，進(jìn)口段則利用漸變段使用臺(tái)車(chē)進(jìn)行襯砌施工，泄洪洞的頂拱則利用排架進(jìn)行襯砌施工。洞身襯砌分層分塊情況見(jiàn)圖1。

圖1 洞身襯砌分層分塊示意圖

3.3 常態(tài)混凝土臺(tái)車(chē)設(shè)計(jì)方案

本工程泄洪洞底板及邊墻設(shè)計(jì)要求采用低坍落度混凝土，坍落度為50～70 mm，實(shí)際施工采用常態(tài)混凝土，坍落度為10～100 mm。由于施工中設(shè)計(jì)要求的局限性，混凝土罐車(chē)不可能用于混凝土運(yùn)輸，因此在實(shí)際澆筑過(guò)程中需要與平板車(chē)配合，根據(jù)施工實(shí)際情況設(shè)計(jì)和施工裝車(chē)系統(tǒng)，使其既能達(dá)到混凝土澆筑的強(qiáng)度，又能利用平板車(chē)進(jìn)行垂直上料?，F(xiàn)階段，已經(jīng)出現(xiàn)了根據(jù)邊墻鋼模臺(tái)車(chē)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的皮帶機(jī)上料系統(tǒng)，也就是利用平板車(chē)實(shí)現(xiàn)混凝土在換料斗中的自卸料，然后利用扒渣機(jī)將換料斗中的混凝土運(yùn)送至傳料帶，再使用臺(tái)車(chē)皮帶將材料傳送入倉(cāng)，以此解決低坍落度混凝土入倉(cāng)的問(wèn)題。

通過(guò)根據(jù)混凝土澆筑倉(cāng)的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度與所使用的混凝土澆筑強(qiáng)度確定本工程中臺(tái)車(chē)的改造參數(shù)，結(jié)果為：臺(tái)車(chē)的設(shè)計(jì)運(yùn)行速度為5.6 m/min、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行速度為4.8 m/min，臺(tái)車(chē)中供料皮帶的設(shè)計(jì)荷載運(yùn)行速度≥2.5 m/s，實(shí)驗(yàn)中供料皮帶的運(yùn)行速度為2.7 m/s；通過(guò)計(jì)算將扒渣機(jī)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)定為30 m3/h，實(shí)際工程中扒渣機(jī)上料的速度能夠達(dá)到40 m3/h。泄洪洞兩側(cè)邊墻均采用平鋪的方式進(jìn)行鋪料。根據(jù)傳輸皮帶的運(yùn)行特性，對(duì)左邊邊墻使用由上游到下游的方式進(jìn)行鋪料，右邊邊墻則使用由下游到上游的方式進(jìn)行鋪料。臺(tái)車(chē)和上料系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

4 混凝土溫控防裂措施

由于施工中對(duì)混凝土的防氣蝕控制具有重要的作用，所以，在泄洪洞混凝土澆筑施工中需要采取溫控措施以防止混凝土產(chǎn)生裂縫。泄洪洞上平段對(duì)于溫控的要求較高，1.0～2.5 m 厚的混凝土襯砌的最高溫度為40℃，而在泄洪洞上平段實(shí)際的施工中所使用的為C90 高標(biāo)號(hào)混凝土，因此，實(shí)際施工中的溫控措施具有較大的難度。本工程案例中針對(duì)混凝土溫控防裂的主要措施是使用高摻粉煤灰與低熱水泥以此降低混凝土水化熱的發(fā)生，以此提升混凝土的抗裂能力，同時(shí)，為了更大程度地降低混凝土表面出現(xiàn)裂縫的情況，工程中采取了襯砌混凝土分縫分塊施工。

4.1 合理分縫分塊施工

本次工程結(jié)合同類(lèi)工程中的施工經(jīng)驗(yàn)以及泄洪洞上平段的單倉(cāng)混凝土澆筑長(zhǎng)度為12 m 的特性，在實(shí)際的施工中先進(jìn)行邊墻混凝土的澆筑，1 個(gè)月后實(shí)施泄洪洞頂拱澆筑，最后進(jìn)行底板的澆筑施工。通過(guò)實(shí)施分序施工可以有效解決無(wú)壓段底板小邊墻接縫質(zhì)量控制的問(wèn)題，并且能夠起到對(duì)底邊的保護(hù)作用，有效減少二次破損情況的發(fā)生。另外，通過(guò)科學(xué)的分序施工能夠使約束應(yīng)力得到有效釋放，并且可以有效防止混凝土裂縫的出現(xiàn)。通過(guò)實(shí)際的施工可以發(fā)現(xiàn)，使用分縫分塊的施工方式進(jìn)行泄洪洞澆筑能夠有效避免混凝土裂縫的出現(xiàn)。

4.2 混凝土配合比優(yōu)化及預(yù)冷

混凝土配比優(yōu)化的主要方式為降低混凝土的用量以及盡可能使用低熱混凝土，在實(shí)際施工中相比泵送混凝土，使用低坍落度混凝土能夠減少54 kg/m3的混凝土用量，并且可以降低約5℃的混凝土升溫。而在同等施工條件下，使用低溫混凝土產(chǎn)生的溫度相比中熱混凝土可降低5℃。在施工過(guò)程中通過(guò)在混凝土中添加風(fēng)冷骨料以及加入冰塊的方式達(dá)到預(yù)冷混凝土的效果，使混凝土攪拌設(shè)備出口溫度控制在≤14℃（夏季）。通過(guò)降低混凝土在澆筑中的最高升溫以及混凝土初始溫度可以有效降低混凝土表面應(yīng)力以及起到溫控防裂的目的。

圖2 臺(tái)車(chē)和上料系統(tǒng)示意圖

4.3 通水冷卻

在泄洪洞襯砌混凝土?xí)r結(jié)合預(yù)埋冷卻水管可以有效起到降溫的作用。冷卻水管所使用的是PE 管，沿平行水流方向進(jìn)行蛇形鋪設(shè)，管道間間隔距離為1.0 m，且單根冷卻水管長(zhǎng)度≤150 m。冷卻水管在實(shí)際使用過(guò)程中，水管內(nèi)水流的溫度、流量需要進(jìn)行明確的控制，使混凝土溫度與冷卻水管中的溫差控制在25℃，其中冷卻水管內(nèi)的水流流量控制在設(shè)計(jì)要求的2.0 m3/h 為宜，而在實(shí)際的施工過(guò)程中為了避免出現(xiàn)混凝土因降溫速率過(guò)快而發(fā)生收縮裂縫，需要及時(shí)調(diào)整冷卻水管內(nèi)的水流流量，本工程中細(xì)化升溫階段水流流量控制在33～35 L/min，而降溫階段則將流速降低至20～25 L/min；管道通水時(shí)間以混凝土內(nèi)部溫度高于水溫為始，通水時(shí)間為15-20d，以混凝土溫度下降并達(dá)到穩(wěn)定為宜。

4.4 養(yǎng)護(hù)和保溫

在夏季施工中，混凝土達(dá)到拆模條件后應(yīng)及時(shí)拆模，并立刻進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，混凝土過(guò)流面90 d 齡期需要使用不間斷流水養(yǎng)護(hù)90 d 以上，在養(yǎng)護(hù)期間同樣可以起到降低混凝土表面溫度的目的。在冬季施工中，需要在泄洪洞的洞口或者臺(tái)車(chē)上進(jìn)行一定的保溫措施，通過(guò)增加保溫門(mén)簾可以避免洞內(nèi)形成過(guò)堂風(fēng)，使混凝土表面因溫差過(guò)大而產(chǎn)生裂縫。

4.5 溫控效果

根據(jù)對(duì)工程中泄洪洞混凝土的檢測(cè)顯示，最高溫度為37.5℃，穩(wěn)定降低幅度＜1℃/d，所檢測(cè)結(jié)果符合設(shè)計(jì)中4.0℃的溫控指標(biāo)。

5 混凝土邊墻振搗控制

由于泄洪洞在使用過(guò)程中高水流流速的特性，因此混凝土中不能存在有害氣泡的出現(xiàn)，為了降低后期的修補(bǔ)工作量，在進(jìn)行混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土表面氣泡的出現(xiàn)。本工程在泄洪洞澆筑過(guò)程中通過(guò)對(duì)技術(shù)措施進(jìn)行改善，最終有效的解決了混凝土出現(xiàn)氣泡的問(wèn)題。

5.1 加強(qiáng)施工控制

泄洪洞澆注施工所使用水泥標(biāo)號(hào)為C90，粗骨料為5～20 mm、20～40 mm，最大粒徑40 mm，并使用大量的膠凝材料，混凝土采取50～70 mm 低坍落度，所配置出的混凝土具有較高的粘性，而這種混凝土極不利于氣泡的排除，相對(duì)于普通混凝土，其振搗時(shí)間較長(zhǎng)，由此可見(jiàn)，在混凝土施工中若振搗方式不規(guī)范則無(wú)法達(dá)到氣泡排除的目的，更甚者將會(huì)加劇減水劑中出現(xiàn)氣泡，因此，施工前需要對(duì)混凝土進(jìn)行振搗實(shí)驗(yàn)?；炷琳駬v實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 混凝土振搗實(shí)驗(yàn)詳細(xì)數(shù)據(jù)

表2 兩側(cè)邊墻發(fā)生氣泡情況統(tǒng)計(jì) 單位：個(gè)

根據(jù)兩側(cè)邊墻發(fā)生氣泡情況統(tǒng)計(jì)來(lái)看，泄洪洞左側(cè)邊墻中出現(xiàn)氣泡的數(shù)量明顯少于右側(cè)邊墻，由此可見(jiàn)，混凝土復(fù)振時(shí)間增加能夠顯著提升混凝土振搗的質(zhì)量。此外，減少層間的間隔時(shí)效、使用薄層下料，將坯層厚度控制在50 cm，這樣在取得較大的經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí)又能確保層間的銜接及覆蓋程度。

5.2 質(zhì)量控制效果

根據(jù)混凝土平整度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表3），工程內(nèi)混凝土的澆筑達(dá)到4 mm/2 m，平整度的均值達(dá)到2 mm，混凝土表面較為平整光滑，滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?；炷列误w檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。

表3 混凝土平整度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

表4 混凝土形體檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合白鶴灘水電站泄洪洞上平段的澆筑施工，通過(guò)分析工程中的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)泄洪洞內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)施優(yōu)化，通過(guò)采用分縫分塊澆筑分序施工，以此解決泄洪洞底板小邊墻接縫質(zhì)量問(wèn)題，并有效保護(hù)過(guò)流面底板、釋放邊墻和頂拱中的約束應(yīng)力，以此避免混凝土裂縫的出現(xiàn)。同時(shí)，在施工過(guò)程中對(duì)洞身襯砌混凝土澆筑臺(tái)車(chē)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，通過(guò)使用平板車(chē)與扒渣機(jī)進(jìn)行入料，有效實(shí)現(xiàn)了混凝土達(dá)到50～70mm 低坍落度，以此使混凝土施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并具有較好的防裂性能，可為同類(lèi)工程提供一定的參考價(jià)值。