泵站出水流道混凝土施工分層技術分析與應用

(湖北大禹水利水電建設有限責任公司，湖北 武漢 430061)

1 工程概況

金口二站為新建泵站，位于武漢市江夏區(qū)金水閘東側、金口電排站西側，為湖北省水利“補短板”重點工程之一。建成后可與金口電排站協(xié)同工作，提高金水河流域的排澇標準，降低區(qū)域洪澇災害的損失，改善區(qū)內生產活動和水環(huán)境條件。

金口二站裝機容量3×3750kW，設計抽排流量96m3/s，為Ⅱ等工程、大(2)型泵站。主要建筑物包括進口引渠段、攔污柵橋、前池、主泵房、安裝間、副廠房、出口防洪閘、穿堤箱涵、消力池、出口渠道等。

2 出水流道混凝土施工難點

金口泵站出水流道設計為低駝峰式現澆混凝土結構型式，為大體積變截面空間曲面結構，位于主泵房水泵層與密封層之間，共三孔。出水流道中心長21.590m，流道凈寬3.450～8.600m，凈高2.985～3.721m，其下部最大空間高度5.4m(高程13.16～18.56m)，構筑物外部高度為6.1m(高程18.56～24.66m)，合計最大高度11.5m。詳見圖1。

根據《水利泵站施工及驗收規(guī)范》(GB/T 51033—2014)6.4.2條“進出水流道應分別按已擬定的澆筑單元整體澆筑，每一澆筑單元不應再分塊，也不應分期澆筑”和6.4.4條“與水相接觸的圍護結構，如擋水墻、閘墩等宜與流道一次立模、整體澆筑”的要求，泵站出水流道本體及其四周的擋水墻及閘墩等須一次性整體澆筑。

由于出水流道混凝土體積大，且下部空間較高，造成出水流道下部的承重模板及其支撐體須承受很大的荷載，且支撐體高度較大，一般滿堂鋼管支撐架難以滿足支撐穩(wěn)定要求。若要滿足承重模板支撐體系的承載力和穩(wěn)定性要求，需較大的施工成本，且施工工期較長。

3 施工難點技術分析

過去類似泵站出水流道下部承重模板支撐大都采用大圓木密間距支撐，鋪墊鋼板、槽鋼作底模，這種方案，木材耗用量大，支撐體搭設時間長，加固復雜困難，后期需要調整時費工費時，難以調整到位。若采用鋼桁架、組合梁等大跨度結構作承重梁，立柱采用鋼管組合柱或混凝土預制柱支撐，將造成一次性投入較大，很不經濟。

本工程施工前期，項目部技術人員對出水流道下部承重模板擬采用鋼管滿堂支撐的方案進行初步設計，選取出水流道駝峰處所在斷面作為典型斷面進行受力分析計算。該斷面設計混凝土厚度3.1m，其中流道上部混凝土厚1.113m，流道下部混凝土厚1.987m，合計厚度3.1m，為出水流道除分流墩外設計厚度最大部位。按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》(JGJ 130—2011)中的相關規(guī)定，經受力分析計算，其模板支撐體系為立桿間距600mm×400mm，步距600mm，已接近滿堂支撐架(剪刀撐設置加強型)布置體系的上限(立桿間距400mm×400mm，步距600mm)?？梢娨獫M足分流墩部位混凝土(厚度6.1m)的承重模板支撐穩(wěn)定要求，鋼管滿堂支撐架立桿間距及步距尺寸還須布置更小。由于鋼管立桿間距和步距太小，將造成鋼管滿堂架搭設加固非常困難，難以實施。

4 解決思路

4.1 對規(guī)范的理解

《水利泵站施工及驗收規(guī)范》(GB/T 51033—2014)條文說明第6.4.1條規(guī)定：“泵站混凝土的滲水、漏水一般發(fā)生在施工縫或施工冷縫處。因此，混凝土施工要盡量保持構筑物的整體性，少設施工縫，特別是要控制設置垂直施工縫，進出水流道一般要整體性澆筑，這也是泵站混凝土施工的一大特點?！憋@然，出水流道可設施工縫，但為保證流道不沿施工縫漏水、滲水，施工縫要控制穿過流道。

4.2 解決思路

針對上述難點分析和對規(guī)范的理解，參考類似工程的施工經驗，經反復研究，決定對出水流道混凝土進行適當分層，讓先期澆筑的下層底板鋼筋混凝土結構承擔出水流道上層結構的自重和施工荷載，出水流道下部的鋼管滿堂支撐架體僅承擔先期澆筑底板的混凝土自重和施工荷載。這樣一來，就減輕了出水流道下部承重模板的支撐荷載。

沿出水流道底部設置水平施工縫，施工縫不穿過出水流道，既能保證出水流道的整體性，滿足規(guī)范要求，又有以下優(yōu)點：

a.第一層的混凝土為薄板，出水流道下部承重模板及其支撐體的承載力、剛度、穩(wěn)定性要求容易滿足。

b.第二層的大體積混凝土的荷載，由先澆的鋼筋混凝土薄板承擔，其承載力、剛度和穩(wěn)定性要求也容易滿足。

5 方案比選

5.1 兩種施工方案的比較

兩種施工方案比較見表1。

表1 兩種施工方案比較

5.2 施工方案的確定

經方案比選，確定采用方案2澆筑出水流道混凝土，即出水流道混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑出水流道底板底層混凝土；第二次澆筑流道底板上層、中墩、邊墩、分流墩及流道頂板等流道結構物。出水流道混凝土分層詳見圖1。

圖1 金口二站主泵房混凝土澆筑分層圖

6 施工分層方案的實施

6.1 下底層鋼筋混凝土結構受力分析結果

經受力分析，先期澆筑的出水流道下底層板，板厚按500mm計算，其鋼筋混凝土結構本身可以承擔上部混凝土自重和施工荷載，僅須在兩流道之間將結構本身設計的底層分布鋼筋間距適當加密，提高其承載力；在下底層板頂面布置一層面層鋼筋，以抵抗邊墻、中隔墻頂部負彎矩，滿足混凝土結構防裂、強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的需要。

6.2 滿堂支撐腳手架布置

先期澆筑的底板，板厚500mm，其下部滿堂支撐腳手架，按照《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范》(JGJ 130—2011)中的相關規(guī)定，經受力分析計算，其模板支撐體系布置為立柱縱橫間距600mm×600mm，橫桿步距900mm，即可滿足支撐穩(wěn)定性要求。

6.3 新老混凝土結合面處理

出水流道底部實施分層澆筑后，為做好新老混凝土結合面的黏結工作，在澆筑出水流道下底層混凝土時預埋了φ16插筋，間距50cm,并對面層進行了鑿毛覆蓋養(yǎng)護毯灑水養(yǎng)護。

6.4 出水流道上層混凝土澆筑質量控制措施

出水流道混凝土在澆筑過程中采取了以下質量控制措施：

a.出水流道混凝土澆筑由倉面兩端向中間進占，于駝峰處匯合。

b.混凝土分層均衡澆筑，層厚控制在20～30cm，澆筑時保持出水流道模板兩側混凝土面均衡上升，避免因澆筑高度不一，導致模板發(fā)生側向位移。

c.嚴格控制澆筑上升速度，防止模板側壓力過大導致模板變形或上浮。

d.澆筑過程中，在流道的內模上布置位移和沉降觀測點，對內模進行位移和沉降監(jiān)測，并及時反饋流道內模偏移情況；及時調整混凝土的上升速度和澆筑順序。

e.流道內模預先安裝智能噴淋管養(yǎng)護系統(tǒng)。在混凝土澆筑和養(yǎng)護期間,依據混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)提供的溫度和濕度數據，自動開啟對內模板的噴水養(yǎng)護，保持內模濕潤。

f.控制混凝土的入倉溫度。為將金口二站出水流道入倉混凝土溫度控制在23°以下，采用低溫水拌制混凝土，提前(約4h)對拌和用水進行加冰冷卻，經檢測該方法可一次性降低拌和用水4.0℃以上。

g.預埋冷卻水管。根據溫控方案計算分析結果，在出水流道混凝土內分層預埋PE冷卻水管。通冷水進行初期冷卻。實施后基本控制住了混凝土內部的最高溫度，降低了混凝土內部的溫升和混凝土內外溫差。

7 實施效果

本工程出水流道混凝土采用商品混凝土，混凝土泵車入倉澆筑。為方便混凝土料順利穿過上下層模板預留的施工窗口，溜管采用PVC抽沙水帶。該水帶具有類似負壓溜管的功能，既能解決混凝土落差大、容易離析的問題，又能保證將混凝土料準確地輸送到流道底部的待澆部位。

金口二站出水流道下底層混凝土于2018年2月13日澆筑完畢，計430m3；于4月8日下午開始澆筑出水流道上層和與之相連的中墩、分流墩及左右邊墻等部位的混凝土，至4月10日結束，共計澆筑混凝土2300m3。混凝土養(yǎng)護到期拆模后，經仔細檢查，除中間流道有少許淺表溫度裂縫外，外觀質量總體良好，見圖2。

同期施工的湖北省洪湖東分塊蓄滯洪區(qū)蓄洪工程腰口泵站采取了同樣的施工分層方案，取得了較好的施工效果。

8 結 語

金口二站出水流道混凝土施工歷時近2個月，共計澆筑混凝土約2730m3。除嚴格按設計圖紙和規(guī)范要求施工外，項目部技術人員結合工程實際情況及以往類似工程經驗，開闊思路，制定了切實可行的出水流道施工分層方案，保證了施工質量、安全；加快了施工進度；節(jié)約了成本。

a.金口二站出水流道混凝土施工分層方案的實施，降低了流道下部承重模板的荷載，使采用鋼管滿堂支撐架作為承重模板的支撐方案具備了實施條件，加快了施工進度，降低了施工成本。

圖2 金口二站出水流道內部實景

b.先期澆筑的出水流道下底層板為后期安裝流道內模板提供了支撐平臺，大大方便了流道內模板的安裝。