泄洪深孔鋼襯底部混凝土施工及接觸灌漿技術淺析

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，成都，611130)

泄洪孔是水電站控制泄洪，調節(jié)水庫水位，保證防洪度汛安全的重要水工建筑結構。為避免特高拱壩泄洪孔受高速水流氣蝕和懸移質對孔道的破壞，全孔道過流面采取鋼襯襯砌。鋼襯結構底部受狹窄空間約束、結構復雜、工序多，是混凝土施工質量控制的薄弱環(huán)節(jié)，需要引起高度重視。

1 溪洛渡水電站泄洪深孔概況

1.1 大壩泄洪深孔結構

溪洛渡水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高285.5m，正常蓄水位600m，拱壩12#-19#壩段各設置有8個泄洪深孔沿溢流中心線對稱布置，泄洪深孔工作水頭100m，設計單孔泄量1545m3/s。泄洪深孔孔道空間形狀采用“壓力上翹型或下彎型”，進口呈喇叭形，尺寸5.20m×14.00m(寬×高)，孔身尺寸從孔身段到出口壓力平彎段由5.2m×10.5m(寬×高)逐漸過渡至6.0m×6.7m(寬×高)。泄洪深孔鋼襯所用鋼材為不銹鋼復合鋼板，厚度20mm，復層材質為雙相不銹鋼00Cr22Ni5Mo3N(2205)鋼板。為增加深孔鋼襯剛度，在整個孔身鋼板外側面上焊接環(huán)向、縱向加勁肋，并在加勁肋上布設加固錨筋。

1.2 鋼襯底部混凝土施工難點

(1)鋼襯寬度5.2m，四周布置有三層20cm×20cm鋼筋網(wǎng)和1.5m長、間排距1.0m×1.0m的密集錨筋，底部布置鋼支撐架，鋼襯底部空間狹小，混凝土澆筑困難。

(2)鋼襯底部混凝土澆筑后鋼襯底板容易出現(xiàn)脫空區(qū)，處理好脫空問題的難度大。

2 混凝土澆筑方案和工藝

2.1 混凝土澆筑方案

鋼襯底部采取預留空腔法施工工藝，鋼襯焊接及鋼筋安裝等作業(yè)完成后的底部空間高度約2m，底部空腔采用自密實混凝土澆筑。

(2)根據(jù)鋼襯外形結構形式，1#、2#、7#、8#深孔出口段鋼襯底部與水平面成5°和3°角度，鋼襯安裝與鋼襯底部混凝土澆筑先后一次性完成施工。3#、4#、5#、6#深孔出口段鋼襯底部與水平面12°、25°角度向上傾斜，鋼襯底部混凝土與鋼襯安裝分水平段和上挑段兩階段交替施工完成。

2.2 混凝土澆筑工藝

2.2.1 混凝土模板

深孔鋼襯底部上游側采用內拉組合鋼模配合木模板，側面為大壩全懸臂鍵槽模板，下游側采用懸臂大模板。

2.2.2 混凝土澆筑設備配置

混凝土采用3臺纜機9m3吊罐從供料平臺吊運運輸至倉面，每個深孔配置兩套泵送設備，鋼襯內配置節(jié)長1.0m的泵管和相應的彎管?；诶|機運輸混凝土能力和混凝土坯層允許覆蓋時間要求，鋼襯底部混凝土采用平鋪法施工。混凝土初凝時間為8h～10h，上下坯層允許間歇時間控制在4h以內，按照連續(xù)、均衡、快速澆筑的原則配置混凝土施工設備。

2.2.3 鋼襯底部U型受料坑

為給鋼襯底部自密實混凝土澆筑提供入倉條件，鋼襯周邊預先分層澆筑混凝土形成8m～10m寬的“U”形槽。鋼襯底部外圍部位鋼筋及埋件相對較少，混凝土采用40cm～55cm厚的三級配富漿混凝土、四級配混凝土進行平鋪法澆筑，分別從上游、左側及右側三個方向按兩側向中部澆筑形成側向臺階(見圖1)，總體向下游推進。

圖1 鋼襯底部混凝土澆筑預留“U”形槽

2.2.4 鋼襯底部混凝土入倉

鋼襯底部空間采用自密實混凝土澆筑，由纜機吊罐直接下料至鋼襯側面受料點，混凝土靠流動性擴散。鋼襯底部靠近中間底板區(qū)域在鋼襯底板設置下料孔，采用泵送混凝土補充進料。鋼襯下游上斜段底部區(qū)在鋼襯下游尾部設置集料斗和溜槽，由纜機吊罐下料。

2.2.5 鋼襯底部混凝土澆筑

鋼襯底部澆筑的自密實混凝土擴散度控制在550mm～600mm，混凝土通過鋼襯兩側已澆筑坯層形成的臨時預留坑主受料口進料后流入“U”形槽內，受料坑間距按6m布置。澆筑從上游向下游方向推進，為使混凝土充分排氣和充填密實，人工手持振搗棒從側面趕料振搗，采用長柄振搗器和軟管振搗器在鋼襯底部下料孔部位進行輔助振搗增加混凝土流動范圍，鋼襯底部灌漿孔打開排氣，直至澆筑高程高過鋼襯底板。鋼襯兩側約2m范圍澆筑二級配混凝土。

為保證鋼襯底部澆筑密實，每節(jié)鋼襯底板中部布置有4個孔徑φ25mm的排氣孔和1個φ200mm混凝土下料孔(見圖2)，采取泵送混凝土從鋼襯底板下料孔送料補充澆筑填充密實。澆筑過程中用錘擊法檢查鋼襯底部夾氣脫空情況，當排氣孔出漿時即可判斷鋼襯底部混凝土充填飽滿。

圖2 鋼襯底板下料孔及排氣孔布置

2.2.6 鋼襯變形控制

鋼襯底部高流態(tài)混凝土澆筑時需防止鋼襯抬動變形，鋼襯內應安設支撐、鋼襯外兩側通過斜拉桿加固。澆筑過程中，鋼襯底板范圍內兩側應均勻下料，分層高度兩側澆筑高差應嚴格控制。抬動變形觀測裝置布置鋼襯底板，澆筑過程中安排人員觀測變形移位，鋼襯抬動變形量控制在0.1mm范圍內。

混凝土澆筑完成后，通過錘擊法檢查鋼襯底部的脫空情況，繪制脫空分布圖。經(jīng)檢查，鋼襯底板與底部混凝土的脫空厚度平均處于0.5cm～1cm，脫空面積占鋼襯總面積約60%左右。

2.3 混凝土溫控防裂措施

鋼襯底部澆筑的混凝土級配小，水泥量高，混凝土溫度控制難度大，主要從如下方面強化混凝土溫控防裂：

(1)采用預冷混凝土，出機口溫度控制在7℃以內；

(2)白天氣溫超過23℃或日照強烈時，對澆筑倉面采取噴霧降溫措施；

(3)鋼襯底部布置兩層冷卻水管，每層冷卻水管設置單獨回路，自密實混凝土部位冷卻水管水平間距為0.5m×1.0m，單根冷卻水管總長不超過200m；

(4)深孔鋼襯底板倉間歇期一般30d～45d，長間歇層澆筑外摻PVA纖維混凝土，澆筑完成后覆蓋2cm厚的雙層保溫被。

3 鋼襯底部接觸灌漿

3.1 接觸灌漿系統(tǒng)

鋼襯底板在混凝土澆筑后冷卻收縮會形成脫空，在混凝土齡期90d后進行接觸灌漿。由于鋼襯底部寬度大，脫空區(qū)接觸灌漿效果控制難度大。接觸灌漿系統(tǒng)由鋼襯肋板串漿孔、灌漿排氣槽(排氣支管)、灌漿并聯(lián)管和灌漿引管等組成。

3.1.1 鋼襯肋板串漿孔

由于深孔鋼襯縱向加勁肋間距1.75m，橫向加勁肋間距0.5m，鋼襯底板與加勁肋分隔成相對封閉區(qū)。為保證接觸灌漿效果，在肋板上設置串漿孔不少于2個，鋼襯進口的前三排橫肋和鋼襯出口處最后排的橫肋不布置串漿孔。

3.1.2 灌漿槽系統(tǒng)

鋼襯接觸灌漿槽系統(tǒng)采用“預埋拔管灌漿槽”工藝。主要方法：拔管灌漿槽預先布置在鋼襯底部板面，采用外翻邊槽型鋼定制加工，規(guī)格為30mm×20mm×10mm×2mm，在肋板封閉區(qū)緊貼鋼襯底板面垂直于鋼襯軸線布置，槽型鋼與鋼襯底板間隔0.5m點焊連接，在槽型鋼兩端分別焊接一根φ40鋼套管。灌漿槽內設置φ25mm塑料拔管軟管，安裝到位后對拔管充氣。為便于順利拔管，鋼管應制作成圓弧形，其端頭高出混凝土預澆筑頂面0.3m。在混凝土澆筑完成24h后通過放氣拔管，鋼襯底板的灌漿槽系統(tǒng)即形成了通路(見圖3)。

圖3 鋼襯接觸灌漿預埋拔管灌漿槽

3.1.3 灌漿管路

拔管后的灌漿槽兩端鋼套管作為灌漿支管與排氣、灌漿主管并聯(lián)連接，排氣主管和灌漿主管采用φ40mm鋼管，形成的循環(huán)管路應確保其連接牢固和密封性。灌漿槽通暢性應在灌漿管連接前進行通水檢查，并聯(lián)管應上引至接觸灌漿施工平臺。

3.2 接觸灌漿施工

3.2.1 灌漿材料

在脫空深度大于0.5mm時，可用普通硅酸鹽水泥漿液灌漿；在脫空深度小于0.5mm時，應采用磨細水泥漿液灌漿。鋼襯接觸灌漿漿液水灰比為0.8∶1、0.6∶1兩個比級，漿液粘度小于40s，漿液強度不得低于M40(90d齡期)。

3.2.2 灌漿壓力控制

灌注全過程進行變形觀測，灌漿過程必須緩慢升壓，接觸灌漿壓力控制在0.1MPa，鋼襯變形控制在0.1mm內。

3.2.3 灌漿結束標準

每節(jié)鋼襯分5個區(qū)接觸灌漿，灌漿順序自低向高。灌漿管進漿后流經(jīng)灌漿系統(tǒng)由排氣管排氣、排漿，在排漿濃度達到進漿濃度后改濃比級水灰比灌注，排漿濃度達到最濃一級漿液后閉漿，不吸漿5min后即結束灌漿。

3.3 接觸灌漿檢查

結束灌漿7d～14d后采用聲波測試法結合錘擊法檢查灌漿質量，通過檢查，本工程鋼襯底部脫空面積占鋼襯總面積在10%以下。局部存在的空腔采用鉆孔接觸灌漿法，磁座電鉆開孔。每一個獨立的脫空區(qū)不少于2個布孔，最高處和最低處都應布孔。灌漿孔和排氣孔均為φ12mm孔徑，孔間距小于70cm。補充灌漿盡量多灌注較濃級漿液，灌漿結束后封孔采用焊補法，焊后用砂輪磨平。

鋼襯底部補充接觸灌漿后，通過聲波測試法檢查8個深孔鋼襯底部混凝土密實情況，脫空區(qū)面積均在0.5m2以下，脫空厚度一般在0～3.0mm之間，接觸灌漿質量滿足設計要求。

4 結語

特高拱壩孔口結構復雜，鋼筋多，泄洪深孔是高拱壩結構施工質量控制的重要部位。本工程結合鋼襯結構特點，在鋼襯底部預留“U型槽”，采用自密實混凝土澆筑工藝，既保證了混凝土施工質量，也解決了鋼襯安裝與混凝土澆筑的工期矛盾。在接觸灌漿過程中，布置了“預埋拔管灌漿槽”，避免了灌漿管在澆筑過程中容易被堵的問題，大大減少了鋼襯底部澆筑混凝土的空腔質量隱患。這些新技術和新工藝，對類似工程具有借鑒意義。