固增水電站調(diào)壓室混凝土澆筑施工技術(shù)研究

蔣 裕 飛

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

0 前 言

近年來(lái)，隨著水電工程開(kāi)發(fā)的不斷深入，一批地質(zhì)條件復(fù)雜且開(kāi)挖斷面巨大的調(diào)壓室相繼開(kāi)工建設(shè)，其施工期的混凝土澆筑和運(yùn)行期的結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題非常突出，已成為制約水電工程建設(shè)周期、投資和安全的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。為此，本文結(jié)合固增水電站調(diào)壓室工程實(shí)例，從施工難點(diǎn)，主要施工方案及施工難點(diǎn)的解決措施3方面進(jìn)行了總結(jié)和探討。

1 工程概況

固增水電站系木里河干流河段“一庫(kù)六級(jí)” 開(kāi)發(fā)方案中的第五級(jí)，位于四川省木里縣固增鄉(xiāng)，為低閘引水式電站，由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房等建筑物組成。調(diào)壓室為地下埋藏式，呈跑道形布置，總長(zhǎng)40.0 m，其中兩端半圓半徑均為8.0 m，中間直段長(zhǎng)24.0 m，調(diào)壓室寬度為16.0 m，底板建基面起算總高82.5 m，下部57 m設(shè)置兩孔檢修閘門(mén)，井內(nèi)在該段設(shè)置閘墩牛腿。調(diào)壓室穹頂采用錨噴支護(hù)加工字鋼，邊墻采用鋼筋混凝土襯砌，下部襯厚1.0 m，上部襯厚0.6 m，調(diào)壓室底板及下部流道底板采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚1.5 m；底部流道、井筒及阻抗板進(jìn)行固結(jié)灌漿，其中底部流道邊墻和底板固結(jié)灌漿深入基巖3.0 m，間排距3.0 m交錯(cuò)布置；阻抗板固結(jié)灌漿深入基巖5.0 m，間排距3.0 m交錯(cuò)布置；井筒固結(jié)灌漿深入基巖9.0 m，間排距3.0 m交錯(cuò)布置。調(diào)壓室的典型斷面如圖1。

圖1 調(diào)壓室典型剖面示意(單位：cm)

調(diào)壓室混凝土澆筑施工道路由2條組成，1條為上部通道從交通洞到達(dá)調(diào)壓室上部，1條為下部通道，通過(guò)引水隧洞6號(hào)施工支洞從引水隧洞尾部到達(dá)調(diào)壓室底部。

2 施工難點(diǎn)

固增水電站跑道形調(diào)壓室施工主要存在以下難點(diǎn):(1)調(diào)壓室襯砌混凝土澆筑結(jié)構(gòu)面大，且上下結(jié)構(gòu)差異較大；(2)材料及混凝土運(yùn)輸量大，施工通道較少，材料垂直及水平運(yùn)輸困難；(3)施工高差大、安全風(fēng)險(xiǎn)高；(4)工期緊張。

3 主要施工方案

3.1 調(diào)壓室混凝土施工順序

阻抗板以下流道施工(高程2 175.00～2 179.80 m)→阻抗板施工(高程2 179.80～2 181.30 m)→下部井筒及閘墩混凝土施工(高程2 181.30～2 234.00 m)→上部井筒及啟閉機(jī)排架柱施工(高程2 234.00～2 246.00 m)→頂部井筒混凝土施工(高程2 246.00～2 257.50 m)。

3.2 混凝土分層分倉(cāng)

井筒及閘墩混凝土分層高度為1.5 m(部分結(jié)構(gòu)變化段除外)，啟閉機(jī)排架混凝土分層高度為3.0 m。

3.3 工期計(jì)劃及施工強(qiáng)度

為滿足首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)，混凝土澆筑需要在8個(gè)月內(nèi)完成。具體澆筑安排為：阻抗板及以下，2個(gè)月；阻抗板至2 234.00 m高程閘墩段，4個(gè)月；2 234.00 m以上高程，2個(gè)月。月平均施工高度約為10 m，月高峰施工高度15 m(10倉(cāng)/月)。

3.4 模板及支撐體系

由于固增水電站調(diào)壓井上下部結(jié)構(gòu)不同且存在異型結(jié)構(gòu)及牛腿，同時(shí)在不同高程需考慮襯砌、固結(jié)灌漿、啟閉機(jī)排架柱等同步作業(yè)，從方案的可行性、安全、進(jìn)度、成本考慮將原投標(biāo)階段的滑模更改為散裝組合鋼模板+施工排架的方案[1]。

4 施工技術(shù)難題及解決措施

4.1 高排架施工的安全風(fēng)險(xiǎn)控制

本工程阻抗板以下施工高度為4.8 m，采用滿堂支撐排架進(jìn)行施工；高程2 246.00 m以上施工排架搭設(shè)在已澆筑完成的牛腿上；阻抗板2 181.3 m高程至2 246.0 m高程之間總計(jì)64.7 m，為本工程安全風(fēng)險(xiǎn)最大的部位，施工時(shí)采用以下措施:

4.1.1 改善搭設(shè)方案——化整為零

根據(jù)規(guī)范要求，搭設(shè)高度50 m及以上落地式鋼管腳手架工程、分段架體搭設(shè)高度20 m及以上懸挑式腳手架工程，為超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程[1]。排架的安全風(fēng)險(xiǎn)跟搭設(shè)高度息息相關(guān)，要減小安全風(fēng)險(xiǎn)需采用分段搭設(shè)。因此，將約65 m高的施工排架劃分為結(jié)構(gòu)受力單獨(dú)的3個(gè)施工排架體系，即1個(gè)高30 m的落地式腳手架，2個(gè)不超過(guò)18 m高的懸挑式腳手架。通過(guò)改變施工方案，可將超過(guò)一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程降低為危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。

4.1.2 嚴(yán)格設(shè)計(jì)架體結(jié)構(gòu)

為滿足混凝土及后續(xù)灌漿、缺陷修補(bǔ)施工要求，調(diào)壓井腳手架搭設(shè)寬度按3排2.6 m寬設(shè)計(jì)，西昌木里縣落地式腳手架及懸挑腳手架設(shè)計(jì)參數(shù)[2-3]見(jiàn)表1～2。

根據(jù)表1～2可見(jiàn)，落地式腳手架搭設(shè)時(shí)，為滿足結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，底部18 m，采用雙立桿。懸挑排架搭設(shè)時(shí)，預(yù)埋鋼構(gòu)件采用I16工字鋼，工字鋼深入混凝土1 m，且工字鋼錨入主體混凝土鋼筋中聯(lián)合受力。預(yù)埋的工字鋼采用下?lián)紊侠M(jìn)行輔助受力，形成穩(wěn)定的雙三角受力體系，下?lián)尾捎脛傂赃B接，上拉采用鋼繩的柔性斜拉，具體見(jiàn)圖2。

表1 調(diào)壓井三排落地腳手架搭設(shè)技術(shù)參數(shù)

表2 調(diào)壓井懸挑腳手架搭設(shè)技術(shù)參數(shù)

圖2 懸挑工字鋼加固示意(單位：m)

懸挑排架立桿直接支撐在懸挑梁上，為確保上部架體的穩(wěn)定。采用在I16工字鋼懸挑梁上焊接15 cm長(zhǎng)的Φ25 mm的鋼筋，立桿套在其外，同時(shí)在立桿下部設(shè)置掃地桿，見(jiàn)圖3。

圖3 立桿與懸挑梁連接示意

4.1.3 排架搭設(shè)過(guò)程監(jiān)測(cè)及預(yù)警

(1)監(jiān)測(cè)控制。采用全站儀、卷尺對(duì)架體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)支架的沉降、位移和變形。

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置。施工排架觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在立桿1.2 m標(biāo)高處，用“+”字標(biāo)出對(duì)比點(diǎn)，固定觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)在堅(jiān)固基礎(chǔ)上設(shè)置，采用鋼釘或鋼筋頭在混泥土中預(yù)埋，柱或混泥土墻邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)直接在澆筑好的混泥土上用鋼釘釘入混泥土中作為固定對(duì)比觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置間距不超過(guò)20 m。

(3)儀器設(shè)備配置。監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備配置表3。

表3 監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備一覽

(4)日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。日常檢查、巡查重點(diǎn)部位如:桿件的設(shè)置和連接，掃地桿、連墻件、支撐，剪刀撐等構(gòu)件是否符合要求；連墻件是否松動(dòng)；架體是否有不均勻沉降，垂直度偏差；施工過(guò)程中是否有超載現(xiàn)象；安全防護(hù)措施是否符合規(guī)范要求；架體與桿件是否有變形現(xiàn)象；地基是否有積水，底座是否松動(dòng)，立桿是否符合要求等。

(5)監(jiān)測(cè)要求及預(yù)警。架體搭設(shè)期間，監(jiān)測(cè)頻率不超過(guò)3～5 d/次；架體使用期間，監(jiān)測(cè)頻率不超過(guò)10～15 d/次，要求監(jiān)測(cè)直至腳手架完全拆除。每搭完一步腳手架后，應(yīng)按表4校正步距、縱距、橫距及立桿的垂直度。架體頂端水平位移預(yù)警值25 mm，垂直度變化預(yù)警值20 mm或沉降預(yù)警值20 mm；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)必須立即停止施工，疏散人員，并及時(shí)進(jìn)行加固處理。

表4 腳手架搭設(shè)允許偏差及檢驗(yàn)方法

4.2 施工空間狹小混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度不足

固增水電站調(diào)壓井混凝土澆筑分層高度為50 cm，若采用平鋪法施工，混凝土初凝時(shí)間按照4 h計(jì)算，混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到25 m3/h，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工布置及入料條件，采用1臺(tái)泵機(jī)入倉(cāng)的方式，風(fēng)險(xiǎn)較大；加之采用平鋪法施工，混凝土泵管會(huì)在狹長(zhǎng)的施工工作面上來(lái)回移動(dòng)施工，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

鑒于上述兩點(diǎn)原因，采用臺(tái)階法施工，并在閘墩與右端墻交界處設(shè)置一道臨時(shí)施工縫，縫面設(shè)置一道臨時(shí)的分縫模板，縫內(nèi)設(shè)置651豎向橡膠止水，寬度為40 cm，混凝土澆筑時(shí)，從閘墩處堵頭模板處開(kāi)始，沿左端墻向右端墻進(jìn)行，澆筑方法采用臺(tái)階法，分層高度為50 cm，每次鋪料長(zhǎng)度為20 m，閘墩處可適當(dāng)調(diào)整，一圈澆筑臨近完成時(shí)，逐步拆除堵頭模板，并進(jìn)行縫面處理，在臨時(shí)施工縫位置收倉(cāng)，完成本層澆筑。這樣通過(guò)臺(tái)階法及臨時(shí)垂直施工縫面的設(shè)置，既解決了入倉(cāng)強(qiáng)度較低帶來(lái)的混凝土澆筑質(zhì)量問(wèn)題，又解決了混凝土泵管來(lái)回移動(dòng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，并保證了混凝土澆筑的連續(xù)性。

4.3 閘墩處固結(jié)灌漿與混凝土澆筑的穿插作業(yè)

由于檢修閘門(mén)閘墩混凝土部位澆筑厚度較大(最大約8 m)，其他部位主要為1 m，考慮閘墩部位固結(jié)灌漿后期鉆孔及混凝土澆筑階段灌漿預(yù)埋管的不可操作性，閘墩部位占?jí)憾蔚墓探Y(jié)灌漿采用無(wú)蓋重固結(jié)灌漿，即在混凝土澆筑前進(jìn)行固結(jié)灌漿施工，其他部位采用有蓋重固結(jié)灌漿，在混凝土澆筑時(shí)，預(yù)埋灌漿管在混凝土澆筑完成后鉆孔灌漿。

4.4 施工交通緊張、材料運(yùn)輸困難

調(diào)壓井混凝土半成品約1.5萬(wàn)m3，結(jié)構(gòu)鋼筋1 000 t，架管及型鋼約150 t，混凝土施工材料運(yùn)輸工程量大、難度大，合理利用上下部2條施工道路，對(duì)調(diào)壓井混凝土順利施工非常重要。為了解決上述問(wèn)題采取了如下措施:

(1)阻抗板澆筑完成后，在滿足承載力的要求下利用阻抗板儲(chǔ)備部分結(jié)構(gòu)鋼筋及施工架管。

(2)合理規(guī)劃施工道路，上部通道主要運(yùn)輸鋼筋、架管、施工工器具及零星施工材料，再通過(guò)穹頂上設(shè)置的卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)輸入倉(cāng)；下部通道，主要承擔(dān)混凝土運(yùn)輸，通過(guò)布置在調(diào)壓井底部流道上的混凝土泵機(jī)輸送入倉(cāng)[4]。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前固增水電站調(diào)壓室襯砌混凝土已按預(yù)定節(jié)點(diǎn)完成施工，且質(zhì)量可控，在施工進(jìn)度、安全、質(zhì)量等方面得到了有效的控制。為總結(jié)本工程的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，給今后類(lèi)似項(xiàng)目建設(shè)提供參考，歸納了以下幾點(diǎn)：

(1)在調(diào)壓井開(kāi)挖階段，特別是上部穹頂開(kāi)挖階段，應(yīng)整體謀劃混凝土澆筑、固結(jié)灌漿以及金屬結(jié)構(gòu)安裝的整體施工布置，為后續(xù)施工提供良好的條件，特別是井內(nèi)垂直及水平運(yùn)輸設(shè)備的規(guī)劃和實(shí)施。

(2)通過(guò)排架方案設(shè)計(jì)化整為零，減小施工排架安全風(fēng)險(xiǎn)，在搭設(shè)和使用過(guò)程中采用全站儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備，制定監(jiān)測(cè)方案，為排架的安全，保駕護(hù)航。

(3)通過(guò)混凝土臺(tái)階法施工和臨時(shí)垂直施工縫的設(shè)置，既可以解決混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度問(wèn)題，也減少了混凝土泵管多次來(lái)回移動(dòng)，保證了混凝土施工的連續(xù)性和澆筑進(jìn)度。

(4)合理規(guī)劃混凝土襯砌與固結(jié)灌漿的關(guān)系，采用了無(wú)蓋重固結(jié)灌漿和蓋重固結(jié)灌漿相結(jié)合的方式，可以有效解決閘墩處固結(jié)灌漿的問(wèn)題。

(5)受限于井內(nèi)的異型結(jié)構(gòu)，未使用滑模施工工藝，采用傳統(tǒng)的散裝組合鋼模板+施工排架的施工方案，雖可按期完成任務(wù)，但工期壓力較大，人工成本增加，安全風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目增多。