高速水流流道底板混凝土收面工藝研究

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，其規(guī)模為目前在建的世界第一。電站泄洪靠雙曲拱壩壩身表孔、深孔、泄洪洞相結(jié)合，其中泄洪洞采取在左岸單側(cè)布置共3條。泄洪洞洞身為城門(mén)洞型，過(guò)流斷面尺寸寬×高為15m×18m，襯砌混凝土厚度1m～2.5m，過(guò)流面(直墻和底板)采用C9040混凝土，非過(guò)流面(頂拱)采用C9030混凝土。受地形條件的限制，泄洪洞采用平段加龍落尾相結(jié)合的布置型式，單條泄洪洞最長(zhǎng)達(dá)2.4km，整個(gè)洞室群長(zhǎng)6.7km且全洞無(wú)壓布置，設(shè)計(jì)流速最大近50m/s。

基于白鶴灘水電站的設(shè)計(jì)規(guī)模為在建世界第一、建成后僅次于三峽位居第二，同時(shí)，白鶴灘工程的建設(shè)位于溪洛渡、向家壩、錦屏等相似規(guī)模電站之后，因此，白鶴灘工程的建設(shè)提出了創(chuàng)建“精品工程”的建設(shè)目標(biāo)。對(duì)于泄洪洞而言精品工程的實(shí)質(zhì)就是做到“體型精準(zhǔn)、平整光滑、耐磨防裂”。具體指標(biāo)如下：

(1)混凝土外觀質(zhì)量色澤均勻，無(wú)垂直升坎、跌坎，無(wú)凹坑、無(wú)“砂眼”，無(wú)缺陷，成“鏡面”效果；

(2)襯砌平均體型偏差±10mm，體型檢測(cè)符合率≥95%；

(3)混凝土不平整度平均值控制在4mm/2m，平整度合格率達(dá)95%。

為了達(dá)到精品工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，白鶴灘泄洪洞工程除了全面采用低熱水泥、首次采用5cm～7cm低坍落度混凝土，按照先邊墻再頂拱后底板的襯砌工序等技術(shù)措施外，還開(kāi)展了底板“預(yù)埋隱軌精細(xì)收面工藝”的研究，本文將重點(diǎn)介紹底板收面工藝。

2 底板混凝土方案

從方便現(xiàn)場(chǎng)備倉(cāng)并考慮澆筑能力和臺(tái)車(chē)的安全運(yùn)行以及溫控防裂四方面考慮，泄洪洞底板采用12m分塊長(zhǎng)度進(jìn)行全幅分塊澆筑。為了減少混凝土單方水泥用量，降低水化熱，本工程采用了5cm～7cm低坍落度混凝土入倉(cāng)，對(duì)此選用了6m3自卸汽車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸，經(jīng)中轉(zhuǎn)料斗后，再通過(guò)改制扒渣機(jī)和TB1100布料機(jī)進(jìn)行入倉(cāng)。入倉(cāng)工藝見(jiàn)圖1所示。

圖1 泄洪洞底板入倉(cāng)工藝

底板混凝土采用臺(tái)階法鋪料，臺(tái)階高度為50cm，寬度2.5m～3m?；炷敛捎萌斯こ枝?00振搗棒振搗，施工縫止水部位采用φ70振搗棒振搗，避免對(duì)銅止水的破壞。

底板混凝土施工質(zhì)量主要取決于最后一層坯層澆筑和混凝土收面，收面工藝流程：混凝土平倉(cāng)振搗→三輥軸初平(5遍)→校核高程、平整度→拆除樣架→回填、振搗→抹面機(jī)圓盤(pán)整平(2次)→檢查平整度→抹面機(jī)圓盤(pán)局部整平→拆除圓盤(pán)→抹面機(jī)刀片收光(2遍)→人工收面(3遍)。

3 收面工藝要點(diǎn)

3.1 施工縫處理

與底板澆筑相關(guān)的施工縫面主要有底板兩側(cè)與已澆筑邊墻相交面，前后兩倉(cāng)相鄰縫面。為了避免邊墻與底板相交縫面鑿毛處理時(shí)對(duì)已成型邊墻造成不規(guī)則的破壞，在大面鑿毛前，按先劃線再切割的方式進(jìn)行處理。對(duì)于相鄰底板之間的接縫主要是控制其澆筑成型質(zhì)量，以及備倉(cāng)過(guò)程中防止已成型的棱角造成破壞，導(dǎo)致下倉(cāng)澆筑時(shí)接縫的不規(guī)則。由于底板澆筑時(shí)堵頭模板選用的是普通組合鋼模板，其剛度和表面平整度相對(duì)較低，為了形成較好的澆筑縫面，在組合鋼模板頂部采用14#槽鋼作為模板，澆筑完成后采用帶翼緣板的角鋼對(duì)混凝土棱角進(jìn)行有效保護(hù)。

3.2 隱軌布置

根據(jù)過(guò)流斷面尺寸及收面三輥軸參數(shù)，每倉(cāng)順?biāo)鞣较虿贾?條隱軌。隱軌主要由支架和軌道兩部分組成，其中支架又由φ28的樣架筋和頂部“U”型托組成，為了便于隱軌高程的精確微調(diào)，樣架筋和“U”型托之間采用套筒連接，其布置間距為1m。軌道采用φ48壁厚3.5mm的鋼管，為了防止混凝土整平過(guò)程中軌道撓度過(guò)大，在鋼管內(nèi)灌注水泥砂漿以提高其抗彎剛度，同時(shí)也為了實(shí)現(xiàn)分區(qū)域收面和軌道的快速拆除，在12m長(zhǎng)度范圍內(nèi)軌道分兩節(jié)安裝。

圖2 隱軌布置

現(xiàn)場(chǎng)先進(jìn)行支撐筋的安裝，支撐筋采用焊接三角斜支撐獨(dú)立加固，不得與底板鋼筋焊接，同時(shí)，在中部焊接通長(zhǎng)鋼筋連接。支撐筋安裝完成后焊接頂托支架，上下游掛設(shè)通線控制頂托的基準(zhǔn)高程，測(cè)量人員復(fù)測(cè)時(shí)只旋轉(zhuǎn)支架套筒實(shí)現(xiàn)隱軌高程的調(diào)整、校核。隱軌自上游向下游安裝，距上游縫面的距離不得大于1cm。隱軌安裝完成采用三輥軸來(lái)回行走2次進(jìn)行預(yù)壓，主要防止頂托與軌道之間存在縫隙并檢測(cè)加固情況，防止變形量過(guò)大。單根隱軌驗(yàn)收點(diǎn)數(shù)不得少于10個(gè)，高程偏差控制在1mm范圍內(nèi)。驗(yàn)收合格后擰緊頂托上部的側(cè)向固定螺栓緊固隱軌，防止在施工過(guò)程中隱軌發(fā)生上浮或偏移。

3.3 混凝土澆筑

為了控制收面時(shí)間，縮短鋪料、振搗時(shí)間，底板最后一坯層由50cm調(diào)整為40cm，同時(shí)，坍落度由50mm～70mm調(diào)整為70mm～90mm。采用TB110布料機(jī)入倉(cāng)，混凝土布料自上游向下游布料，布料寬度8m，長(zhǎng)度10m，布料均勻、無(wú)料溝，料堆高度高出過(guò)流面15cm。施工人員采用φ100振搗棒振搗，振搗間距40cm，振搗時(shí)間60s左右，振搗達(dá)到粗骨料不再顯著下沉，表面泛漿即可，嚴(yán)禁振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致粗骨料下沉嚴(yán)重，造成表面浮漿過(guò)厚形成板結(jié)現(xiàn)象，降低抗沖磨性能。振搗過(guò)程中采用6m靠尺每1m檢查一個(gè)平整度斷面，振搗后的平整度值控制在1cm范圍內(nèi)。

3.4 三輥軸臺(tái)車(chē)整平

三輥軸臺(tái)車(chē)參數(shù)寬度8m、棍軸為直徑219mm無(wú)縫鋼管、2個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4個(gè)經(jīng)改裝的附著式振搗器，重量達(dá)2t。

三輥軸整平是收面控制的關(guān)鍵技術(shù)，駕駛?cè)佪S的人員、補(bǔ)料人員、補(bǔ)料指揮人員、平整度檢測(cè)人員均要執(zhí)行“三定制度”。三輥軸行駛時(shí)應(yīng)垂直于過(guò)流面，盡量避免斜向行駛，考慮底板存在1.5%的縱坡，為防止三輥軸振搗導(dǎo)致混凝土“下縮”，向下游行駛時(shí)采取靜壓模式，向上游行駛時(shí)采取振搗壓模式。每次三輥軸行駛后布料人員根據(jù)行駛“印記”對(duì)凹坑處進(jìn)行補(bǔ)料，補(bǔ)料時(shí)人員采用鐵鍬均勻撒料通過(guò)三輥軸和隱軌行走，嚴(yán)禁出現(xiàn)踩踏混凝土面和成堆補(bǔ)料的情況。補(bǔ)料完成后針對(duì)補(bǔ)料區(qū)再次啟動(dòng)三輥軸振動(dòng)，其振動(dòng)起到振搗、整平、提漿作用。補(bǔ)料完成三輥軸再上下行駛2次后，采用6m靠尺檢查混凝土面的平整度，先檢查順?biāo)鞣较?，靠尺上游端?yīng)放置在已澆混凝土面上，利用“地?zé)簟闭丈淇砍?，通過(guò)靠尺下部的透光性觀察平整度情況。若局部存在“透光”再采用塞尺檢查，塞尺檢查不平整度小于5mm時(shí)不再進(jìn)行處理；大于5mm時(shí)需再次進(jìn)行補(bǔ)料整平或局部挖除。三輥軸上下游行駛總次數(shù)為5次，最后1次采用靜壓，均速行駛，中間不允許停頓，直接將三輥軸行駛至上游倉(cāng)內(nèi)。

3.5 隱軌拆除

三輥軸行駛出澆筑倉(cāng)面，便進(jìn)行隱軌的拆除。采用鐵鍬刮除周邊混凝土，松開(kāi)頂托頂部緊固螺栓，逐個(gè)拆除隱軌，拆除后采用濕抹布擦拭隱軌，用水沖洗頂托、隱軌。拆除隱軌時(shí)影響混凝土面的寬度范圍控制在30cm。隱軌拆除后及時(shí)回填混凝土，并采用φ70振搗棒振搗，振搗間距不大于30cm，可等距離45°斜插振搗。振搗后人工自上游向下游采用砂抹反復(fù)壓抹，使平整度值控制在2mm以內(nèi)。

3.6 抹面機(jī)粗抹

抹面機(jī)為油動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，先采用砂盤(pán)抹面機(jī)抹面，抹面機(jī)操作人員必須固定，抹面的范圍左右邊墻側(cè)抹至距邊10cm左右。開(kāi)始使用抹面機(jī)的時(shí)機(jī)為施工人員手按混凝土面上層約5mm變形量時(shí)，基本為混凝土開(kāi)始采用三輥軸收面后3h。抹面機(jī)砂盤(pán)抹面要求先沿垂直水流方向平移再沿順?biāo)鞣较蛐凶撸看卫凭嚯x不超過(guò)30cm，單點(diǎn)處抹面時(shí)間30s～40s。抹面機(jī)抹面遍數(shù)為2遍，前后兩邊無(wú)間隔時(shí)間，第2遍的轉(zhuǎn)速高于第1遍轉(zhuǎn)速。抹面機(jī)抹面后采用2m靠尺檢測(cè)不平整度控制在2mm，局部位置超標(biāo)采用抹面機(jī)集中點(diǎn)抹面，將高處磨至設(shè)計(jì)高程面或低處填補(bǔ)混凝土原漿料再采用抹面機(jī)集中抹面。

3.7 抹面機(jī)精抹

精抹在粗抹第2次抹面完成30min后進(jìn)行，采用抹面機(jī)“刀片”進(jìn)行抹面，“刀片”角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最大角度不大于5°。精抹時(shí)施工人員需穿淺紋鞋底鞋并對(duì)混凝土面是否有砂眼、沙粒進(jìn)行仔細(xì)、全面檢查。精抹的操作順序、移動(dòng)距離可按照粗抹的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。精抹達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)需控制在2mm以內(nèi)，局部超標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，在人工收面時(shí)進(jìn)行處理。

3.8 人工壓抹收光

人工抹面執(zhí)行“定人、定機(jī)、定區(qū)、定責(zé)”，抹面順序自上游向下游，采用6m長(zhǎng)靠尺邊檢查邊壓抹，抹面抹子來(lái)回抹面3次(6遍)，每次抹面的搭接寬度不小于5cm。人工抹面遍數(shù)不少于3遍，每遍間隔時(shí)間不小于30min。

人工壓抹完成3h后采用土工布滿倉(cāng)覆蓋人工灑水保濕養(yǎng)護(hù)，10h后采用流水養(yǎng)護(hù)。

3.9 特殊部位處理

底板混凝土收面對(duì)上下游施工縫面、兩側(cè)邊墻“陰角”部位、三輥軸無(wú)法施工的部位均要做為特殊部位特殊處理。

(1)上游側(cè)抹面施工前要將上游倉(cāng)位20cm范圍內(nèi)保濕土工布折起并用抹布對(duì)混凝土面擦拭干凈。抹面機(jī)砂盤(pán)抹面后人工利用砂抹粗抹，間隔30min后采用鐵抹收面，該部位要求與上游混凝土面順接無(wú)錯(cuò)臺(tái)，收面時(shí)鐵抹要壓邊5cm。下游側(cè)需將槽鋼上部的粘漿刮除干凈，收面時(shí)鐵抹下游側(cè)壓槽鋼3cm。

(2)“陰角”部位主要是兩側(cè)距邊墻50cm范圍內(nèi)，人工采用靠尺利用樣架和邊墻彈線控制收面高程，收面作業(yè)時(shí)嚴(yán)禁采用刮尺刮漿找平，只能利用砂抹反復(fù)壓抹高點(diǎn)整平，前兩遍采用砂抹抹面，最后兩遍采用鐵抹壓光收面?！瓣幗恰辈课徊捎脤I(yè)的“不銹鋼陰陽(yáng)角抹”進(jìn)行收面。

(3)三輥軸盲區(qū)主要為下游側(cè)三輥軸搭接障礙區(qū)，該區(qū)域作業(yè)前要將槽鋼上部的粘漿、雜物清理干凈。在隱軌未拆除前，利用隱軌和槽鋼面采用6m靠尺檢測(cè)混凝土面不平整度，采用砂抹反復(fù)壓抹收面，整體收面后需間隔30min再進(jìn)行砂抹的粗抹和精抹。前兩遍采用砂抹抹面，最后兩遍采用鐵抹壓光收面。

圖3 底板混凝土“鏡面”效果

4 底板混凝土收面效果

截至目前泄洪洞底板混凝土襯砌已完成180倉(cāng)，現(xiàn)場(chǎng)體型檢測(cè)3600點(diǎn)，平均體型偏差5mm，符合率100%。不平整度檢測(cè)8380點(diǎn)，平均值1.5mm(2m靠尺檢測(cè))，符合率99.9%?；炷撩妗傲懔芽p”，施工縫部位無(wú)錯(cuò)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了底板混凝土的“無(wú)縫搭接”。

5 結(jié)語(yǔ)

泄洪洞底板因不平整度、體型超標(biāo)在高速水流下破壞的案例不計(jì)其數(shù)，白鶴灘水電站泄洪洞底板混凝土施工采用了新設(shè)備“三輥軸”，新工藝“整平、粗抹、精抹、壓抹”等技術(shù)，使各項(xiàng)質(zhì)量檢查指標(biāo)滿足要求并遠(yuǎn)超規(guī)范和設(shè)計(jì)指標(biāo)，施工效果極好。對(duì)類似的大體積混凝土工程有一定的借鑒意義。