大型水電站蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑

孟福強(qiáng)

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 工程簡(jiǎn)介

蝸殼通常采用分塊B610CF高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼板制作，最大板厚約80 mm。蝸殼分25節(jié)，每節(jié)分1～3塊不等，工地現(xiàn)場(chǎng)對(duì)蝸殼瓦塊進(jìn)行拼裝、焊接、加固。在機(jī)坑里進(jìn)行掛裝、調(diào)整和焊接。

蝸殼外表面不設(shè)置彈性層，蝸殼全部焊接后進(jìn)行4.95 MPa水壓試驗(yàn)并保壓，1.7 MPa澆筑混凝土。用于蝸殼水壓試驗(yàn)封堵蝸殼進(jìn)口用的試驗(yàn)鋼悶頭，在保壓澆筑混凝土完成后將被割除，用于后續(xù)機(jī)組。

通過蝸殼水壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)了蝸殼、座環(huán)焊縫焊接質(zhì)量，測(cè)量了蝸殼膨脹量。蝸殼保壓澆筑混凝土，省去了傳統(tǒng)的在蝸殼表面鋪設(shè)彈性墊層和在蝸殼腰線裝焊集水槽的繁瑣，并通過蝸殼中的水冷卻澆筑混凝土產(chǎn)生的熱量，避免因混凝土發(fā)熱引起蝸殼、座環(huán)變形。通過蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑混凝土也達(dá)到了部分消除蝸殼、座環(huán)焊接的殘余應(yīng)力，檢驗(yàn)蝸殼和座環(huán)設(shè)計(jì)的合理性及結(jié)構(gòu)的整體安全性，做好蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行及振動(dòng)穩(wěn)定有至關(guān)重要的作用。

2 水壓試驗(yàn)前需完成的工作

2.1 蝸殼支墩及拉緊器檢查

蝸殼底部B型支墩的切向支撐板安裝完成，待B型支墩澆筑完成并達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后，拆除蝸殼底部的臨時(shí)支撐，頂緊蝸殼A型支墩上的千斤頂螺栓，旋緊蝸殼腰部拉緊器。

2.2 蝸殼內(nèi)壁管路封堵檢查

封堵蝸殼各孔口，包括蝸殼排水閥、蝸殼進(jìn)人門、測(cè)壓管，壓力鋼管排水管等。需要采取焊接封堵的，應(yīng)采取局部預(yù)熱，預(yù)熱溫度與蝸殼焊縫預(yù)熱溫度相同。

2.3 蝸殼焊接無(wú)損檢測(cè)

蝸殼水壓試驗(yàn)前，所有蝸殼環(huán)縫、縱縫、碟形邊、開孔位置焊縫、悶頭焊縫、封堵板焊縫及臨時(shí)構(gòu)件割除并打磨的焊縫須經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格。

2.4 蝸殼內(nèi)支撐割斷檢查

割除蝸殼內(nèi)支撐時(shí)嚴(yán)禁傷到母材，應(yīng)在距蝸殼過流面2～4 mm位置處割斷，余下部分使用磨光機(jī)打磨光滑，做MT或PT探傷合格后，并進(jìn)行防腐處理。

2.5 座環(huán)封水環(huán)安裝

座環(huán)封水環(huán)為分瓣到貨，現(xiàn)場(chǎng)組裝進(jìn)行封焊，過程關(guān)注封水環(huán)圓度及半徑。封水環(huán)安裝關(guān)鍵是密封環(huán)的安裝。密封環(huán)安裝前實(shí)測(cè)盤根槽深度、寬度及盤根直徑，確認(rèn)盤根壓縮量合適。對(duì)封水環(huán)與盤根貼合的部位進(jìn)行清洗和砂紙打磨，去除毛刺等雜物。吊裝封水環(huán)并調(diào)整至機(jī)組中心，確保四周與座環(huán)上下鏜口間隙均勻。安裝時(shí)應(yīng)涂抹潤(rùn)滑脂，緩慢用力頂入座環(huán)與封水環(huán)間隙內(nèi)，對(duì)稱把合封水環(huán)螺栓。最后進(jìn)入蝸殼內(nèi)部，檢查座環(huán)與封水環(huán)之間盤根壓縮情況，正常情況為盤根緊貼座環(huán)與封水環(huán)，并略有凸出。

3 蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑

3.1 蝸殼變形監(jiān)測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，均布架設(shè)百分表對(duì)蝸殼進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，同時(shí)在悶頭處增加一塊百分表，用于水壓試驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)蝸殼進(jìn)水管節(jié)蝸殼悶頭及進(jìn)口管節(jié)里程變化。蝸殼變形監(jiān)測(cè)支架采用14號(hào)槽鋼及焊接鋼管制作，與地面土建鋼筋搭焊牢固。

3.2 座環(huán)變形監(jiān)測(cè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，均布架設(shè)百分表通過座環(huán)上法蘭、中法蘭軸向和徑向?qū)ψh(huán)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。也可適當(dāng)增加使用數(shù)顯百分表，用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)座環(huán)上法蘭面變形和位移情況，準(zhǔn)確判斷水壓試驗(yàn)過程座環(huán)變形規(guī)律。座環(huán)變形監(jiān)測(cè)支架采用14號(hào)槽鋼及焊接鋼管制作，成“井”字型，底部與未和座環(huán)連接且已澆筑的錐管內(nèi)壁焊接牢固。

3.3 蝸殼水壓試驗(yàn)設(shè)備布置

在蝸殼悶頭附近布置打壓設(shè)備，并配制供水箱和供水管路，現(xiàn)場(chǎng)采用型鋼制作水壓泵操作平臺(tái)，水箱可采用2～3個(gè)串聯(lián)的空油桶制作，在連通管路上增加濾網(wǎng)，用于過濾水中雜質(zhì)。在悶頭處的排水管口加裝堵板，進(jìn)行焊接封堵，并在堵板上開孔，焊接排水管及安裝排水球閥。

3.4 蝸殼水壓試驗(yàn)

所有設(shè)備、管路等布置檢查完畢后，對(duì)蝸殼進(jìn)行充水。充水速度不宜過快，蝸殼悶頭上的充水接口和排氣閥保持敞開，能夠排出蝸殼內(nèi)部氣體。充水過程中重點(diǎn)檢查排水閥、封水環(huán)、蝸殼進(jìn)人門及其他管路封堵點(diǎn)，不得有滲水現(xiàn)象。

蝸殼充水完畢，進(jìn)行聯(lián)合檢查無(wú)異常后，正式開始蝸殼水壓試驗(yàn)。采用百分表對(duì)座環(huán)、蝸殼進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按圖1所示步驟準(zhǔn)確記錄蝸殼水壓試驗(yàn)期間座環(huán)及蝸殼的變形量。蝸殼試驗(yàn)壓力上升和下降速度應(yīng)≤0.1 MPa/min，到預(yù)定壓力和保壓相應(yīng)時(shí)長(zhǎng)后，分別對(duì)百分表讀數(shù)進(jìn)行記錄，并在水壓試驗(yàn)過程中關(guān)注百分表變化是否規(guī)律，可能出現(xiàn)座環(huán)、蝸殼焊縫應(yīng)力釋放導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)值突變情況。

圖1 蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑曲線示意圖

3.5 蝸殼保壓澆筑

蝸殼水壓試驗(yàn)合格后，拆除蝸殼監(jiān)測(cè)支架和百分表，保留座環(huán)內(nèi)部監(jiān)測(cè)架及百分表，以備蝸殼保壓澆筑時(shí)監(jiān)測(cè)座環(huán)變形。復(fù)測(cè)座環(huán)中心、方位、水平，再次檢查蝸殼腰部支墩千斤頂預(yù)緊情況、腰部拉緊器預(yù)緊情況，合格后按圖紙要求，對(duì)座環(huán)基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行最終對(duì)稱預(yù)緊。

多層、分塊、對(duì)稱進(jìn)行蝸殼外圍混凝土澆筑，澆筑過程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土最大澆筑速度不超過300 mm/h，澆筑高度差不超過200 mm。每倉(cāng)液態(tài)混凝土高度禁止超過700 mm。澆筑過程中，如發(fā)現(xiàn)座環(huán)位移超過0.3 mm，應(yīng)立即調(diào)整混凝土澆筑順序和方式。在蝸殼保壓澆筑過程中及終止?jié)仓?2 h內(nèi)，檢查蝸殼內(nèi)水溫及壓力，并對(duì)座環(huán)變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般為2 h記錄一次，澆筑完成12 h后每天檢查一次蝸殼內(nèi)水溫及壓力。隨著混凝土溫度的升高，蝸殼內(nèi)的水溫和水壓也逐漸增加。為了避免在澆筑過程中溫度上升過多引起蝸殼、座環(huán)變形，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土澆筑順序、入倉(cāng)混凝土高度和速度等[1]，也可通過預(yù)先鋪設(shè)冷卻水環(huán)管、混凝土養(yǎng)護(hù)期外部灑水等降溫措施控制混凝土溫升速度，盡量保障蝸殼內(nèi)部水溫控制在15℃～20℃標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，若溫度超出范圍，應(yīng)根據(jù)不同水溫對(duì)蝸殼內(nèi)壓力進(jìn)行調(diào)整，確保蝸殼保壓澆筑質(zhì)量。保壓澆筑時(shí)溫度與保壓壓力曲線如圖2所示。

圖2 溫度與保壓壓力曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

大型水電站蝸殼通常采用瓦塊現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接、管節(jié)掛裝焊接工藝施工，現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)繁多，焊工技能水平不一，施工環(huán)境復(fù)雜，通過蝸殼水壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)了蝸殼、座環(huán)焊縫焊接質(zhì)量，測(cè)量了蝸殼膨脹量[2]。通過蝸殼保壓澆筑混凝土，省去了傳統(tǒng)的在蝸殼表面鋪設(shè)彈性墊層和在蝸殼腰線裝焊集水槽的繁瑣，并通過蝸殼中的水冷卻澆筑混凝土產(chǎn)生的熱量，避免因混凝土發(fā)熱引起蝸殼、座環(huán)變形[3]。通過蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑混凝土也達(dá)到了部分消除蝸殼、座環(huán)焊接的殘余應(yīng)力，檢驗(yàn)蝸殼和座環(huán)設(shè)計(jì)的合理性及結(jié)構(gòu)的整體安全性，做好蝸殼水壓試驗(yàn)及保壓澆筑對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行及振動(dòng)穩(wěn)定也具有至關(guān)重要的作用。