白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾底板混凝土施工技術(shù)研究

劉喆

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

0 引言

隨著我國(guó)水電工程的開(kāi)發(fā)逐漸轉(zhuǎn)移到高山峽谷地區(qū)，高壩大庫(kù)成為水資源利用和開(kāi)發(fā)的首選，但其泄水建筑物的水頭越來(lái)越高，導(dǎo)致泄水流速高、泄洪功率大，防空蝕破壞的技術(shù)難度凸顯。

白鶴灘水電站布置了世界上最大的無(wú)壓直泄洪洞室群，無(wú)壓泄洪洞的常見(jiàn)體型主要有：“一坡到底”“龍?zhí)ь^”和“龍落尾”等型式。由于“龍?zhí)ь^”型式相當(dāng)長(zhǎng)的一段隧洞要承受高速水流作用，流速高且壓力不連續(xù)，最容易產(chǎn)生空蝕破壞；雖然“一坡到底”型式流速相對(duì)較低，但底坡緩、水流Fr數(shù)低，很難形成穩(wěn)定空腔和良好的通氣效果，摻氣效果難以保證，摻氣坎將成為空化空蝕破壞的潛在源；“龍落尾”型式是將總水頭的85%集中在15%的洞長(zhǎng)范圍消落，存在流速高、流程短、坡度陡容易發(fā)生空化水流，但其摻氣設(shè)施效果明顯，采用摻氣減蝕和高強(qiáng)抗蝕耐磨混凝土可以避免高速水流的空蝕破壞，洞身運(yùn)行安全度相對(duì)較高[1]。為此，白鶴灘泄洪洞選擇“龍落尾”型式。

1 白鶴灘龍落尾段概況

金沙江白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是世界上在建的第一大水電站。電站共布置3條泄洪洞均在左岸，是世界上最大的無(wú)壓直泄洪洞，由進(jìn)水口、洞身平洞段、洞身龍落尾段和挑流鼻坎組成。其中洞身龍落尾段包括渥奇曲線段、斜坡段、反弧段及下平段。渥奇曲線根據(jù)拋物線運(yùn)動(dòng)方程設(shè)計(jì)，曲線為z=x2/500+0.0150x；斜坡段為渥奇曲線與反弧之間的連接過(guò)渡段，1號(hào)和2號(hào)泄洪洞坡比為1∶4，3號(hào)泄洪洞坡比為1∶3.72，反弧段位于斜坡段下游。3號(hào)泄洪洞受地形條件限制在反弧末端與挑流鼻坎之間增加了一段下平段，坡度為8%，具有“高流速、大泄量、變斷面、陡傾角”的特點(diǎn)，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 龍落尾段設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)

每條泄洪洞龍落尾段均布置3道摻氣坎，由底摻氣和側(cè)摻氣組成，襯砌斷面為城門(mén)洞形，斷面尺寸為(15～16.5)m×18m(寬×高)城門(mén)洞形。全斷面鋼筋混凝土襯砌，底板為C9060抗沖耐磨混凝土，出口段30m范圍襯砌厚度為1.5m，其余洞段襯砌厚度均為1.2m。

2 抗沖耐磨混凝土配合比

國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)大斷面泄洪隧洞襯砌混凝土普遍采用坍落度為140mm～160mm的泵送混凝土。為了提高抗沖耐磨能力，在混凝土中摻硅粉、鋼纖維、HF粉等摻合料，導(dǎo)致混凝土和易性降低，施工難度變大，施工質(zhì)量難以控制；又因摻入硅粉混凝土干縮量大，容易在表面出現(xiàn)大量龜裂紋。為解決上述問(wèn)題，白鶴灘水電站進(jìn)行了摻硅粉和不摻硅粉平行試驗(yàn)，試驗(yàn)表明不摻硅粉抗沖磨混凝土能更好地解決混凝土裂縫問(wèn)題[2]。泄洪洞龍落尾抗沖磨混凝土使用低熱水泥、高性能減水劑，提高混凝土的和易性和早期抗裂能力，降低坍落度損失，同時(shí)澆筑低坍落度混凝土可大量減少混凝土膠凝材料，降低混凝土內(nèi)部絕熱溫升，降低混凝土裂縫風(fēng)險(xiǎn)?；炷潦┕づ浜媳纫?jiàn)表2。

表2 C9060W10F150抗沖磨混凝土施工配合比

3 低坍落度混凝土入倉(cāng)系統(tǒng)

龍落尾段低坍落度混凝土入倉(cāng)系統(tǒng)由長(zhǎng)距離下行膠帶機(jī)、滑框布料機(jī)組成。

3.1 長(zhǎng)距離下行膠帶機(jī)設(shè)計(jì)

3.1.1 膠帶機(jī)選型

研究發(fā)現(xiàn)，快代謝組的氯吡格雷使用率顯著高于替格瑞洛。雖然快代謝型患者可常規(guī)服用氯吡格雷，但仍有2例患者改用了替格瑞洛。經(jīng)隨訪了解到，這些患者在醫(yī)生處知曉了氯吡格雷與替格瑞洛的療效對(duì)比后，在經(jīng)濟(jì)允許的情況下，主動(dòng)改用替格瑞洛。而慢代謝組則顯著低于替格瑞洛，中代謝組與替格瑞洛使用率相當(dāng)。

膠帶機(jī)選用21kW、1.2m/s小功率，低轉(zhuǎn)速電機(jī)，供料強(qiáng)度20m3/h。膠帶機(jī)架體采用“U”形斷面，下部采用兩根10號(hào)槽鋼支撐縱梁，皮帶采用650mm寬“V”形皮帶，皮帶下部采用35°“V”形承載托輥，間隔3m布置一道回程皮帶托輥。為了防止皮帶運(yùn)行偏移，縱向每隔3m布置一道壓輥。膠帶機(jī)整體斷面寬度0.95m、高度0.45m，單層皮帶按50m長(zhǎng)設(shè)計(jì)，為了便于膠帶架體的安裝，膠帶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為6m，節(jié)與節(jié)之間在現(xiàn)場(chǎng)拼裝完成后采用銷軸連接。

3.1.2 支撐體系設(shè)計(jì)

綜合考慮最遠(yuǎn)150m受料運(yùn)輸距離、膠帶機(jī)靈活伸縮、拆裝轉(zhuǎn)移方便，將膠帶機(jī)分三層相互搭接布置，層間預(yù)留間隙便于膠帶機(jī)伸縮，扣件式腳手架搭設(shè)支撐架，膠帶機(jī)下部縱梁與架體之間布置14號(hào)槽鋼作為滑行軌道，通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引上行，每次移動(dòng)距離0.8m，與混凝土澆筑推進(jìn)速度相匹配，長(zhǎng)距離下行送料系統(tǒng)見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 長(zhǎng)距離下行送料系統(tǒng)

3.2 滑框布料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

滑框布料系統(tǒng)解決倉(cāng)內(nèi)水平布料問(wèn)題，需要布料裝置隨混凝土澆筑同步移動(dòng)，且能與長(zhǎng)距離下行膠帶機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)?；虿剂舷到y(tǒng)主要由外部套框、內(nèi)部布料膠帶機(jī)、行走軌道、行走機(jī)構(gòu)、防滑裝置、防碰撞裝置組成。

3.2.1 外部套框

外面套框?yàn)椤伴T(mén)”式斷面，長(zhǎng)度為11m，寬度1.8m，高度1.8m，采用14號(hào)槽鋼焊接成型，在長(zhǎng)度方向上每2m布置加固外框，提高整個(gè)門(mén)架的整體剛度。

3.2.2 內(nèi)部膠帶機(jī)

內(nèi)部膠帶機(jī)采用“U”形斷面，輕型鋼結(jié)構(gòu)，斷面寬度0.9m，高度0.6m，長(zhǎng)度8.5m，通過(guò)齒條與外部套框連接，7.5kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)左右伸縮，650mm寬度皮帶進(jìn)行混凝土運(yùn)輸。為了防止布料時(shí)混凝土骨料分離，兩端設(shè)置滿鋪橡膠片的集料斗，混凝土經(jīng)過(guò)膠帶機(jī)后與集料斗內(nèi)壁產(chǎn)生軟碰撞，經(jīng)減速和集料后實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)下料。在膠帶機(jī)兩端電機(jī)下部與回程皮帶向切部位布置一道合金鋼刮刀，防止皮帶粘漿過(guò)多造成混凝土砂漿流失。

3.2.3 行走系統(tǒng)

布料系統(tǒng)的行走主要通過(guò)手動(dòng)倒鏈進(jìn)行牽引，共布置有兩組，跨距6m，每組行程系統(tǒng)由前后兩個(gè)支撐腿和行走輪組成，在鋼筋網(wǎng)上利用槽鋼鋪設(shè)行走輪軌道。龍落尾底板屬于邊坡面，為了保證在不同坡度情況下布料系統(tǒng)均呈水平狀態(tài)，在前后行走支腿與外套框之間設(shè)置鉸接點(diǎn)，并在后支腿上布置調(diào)平旋轉(zhuǎn)絲杠實(shí)現(xiàn)滑框調(diào)平功能，每次布料系統(tǒng)移動(dòng)行程為80cm。

3.2.4 安全裝置

龍落尾底板澆筑過(guò)程中，存在的主要安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)為：下行布料系統(tǒng)傾翻下滑風(fēng)險(xiǎn)和水平布料系統(tǒng)左右伸縮布料碰撞擠傷施工人員。采取的技術(shù)措施：①采用倒鏈牽引緩慢行走且始終與鋼筋網(wǎng)片處于鎖定狀態(tài)；②在行走軌道上每0.8m開(kāi)方孔安裝防滑掛鉤；③在內(nèi)部伸縮膠帶機(jī)兩端安裝碰撞限位開(kāi)關(guān)，實(shí)施觸碰自動(dòng)停機(jī)。

3.3 聯(lián)動(dòng)運(yùn)行措施

該系統(tǒng)入倉(cāng)運(yùn)輸環(huán)節(jié)多，任何一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題可能導(dǎo)致混凝土堆積造成混凝土澆筑中斷。因此，對(duì)受料點(diǎn)、下行膠帶機(jī)、滑框布料裝置采用了聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題均能讓整個(gè)系統(tǒng)緊急制動(dòng)，直至排除故障。

4 底板隱軌循環(huán)翻模系統(tǒng)

該系統(tǒng)由定制鋁合金模板、支撐系統(tǒng)、定位系統(tǒng)等組成。

4.1 模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模板采用強(qiáng)度高、重量輕的鋁合金模板，標(biāo)準(zhǔn)模板長(zhǎng)2.7m、寬0.4m，模板面板不平整度2m靠尺檢測(cè)小于1mm，邊肋垂直、光滑，確保在模板拼接完成后結(jié)合緊密、不漏漿。模板縱向預(yù)留4個(gè)定位錐孔，通過(guò)細(xì)絲定位螺栓與隱軌連接固定。在模板邊肋每隔20cm預(yù)留一個(gè)錐形銷孔，用于模板安裝完成后模板之間連接加固，使模板之間形成整體，利于體型精準(zhǔn)控制。另外考慮襯砌斷面變化，定制部分小模板用于底板斷面擴(kuò)大部位模板安裝。循環(huán)模板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 循環(huán)翻模模板結(jié)構(gòu)

4.2 隱軌系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隱軌系統(tǒng)由高5cm的槽鋼樣架、φ3cm螺桿和φ8cm定位錐組成，利用錨筋焊接樣架和三角撐固定槽鋼，布置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4、圖5。

標(biāo)準(zhǔn)樣架長(zhǎng)度為6m，由于渥奇曲線段和反弧段為曲面體型，而模板為平面結(jié)構(gòu)，需要以直代圓的方式進(jìn)行擬合。龍落尾渥奇曲線段以R=257.5m圓弧代替拋物線方程；反弧段的圓弧半徑R=300m，單塊模板的寬度為40cm，采用折線代圓的長(zhǎng)度必須為40cm的倍數(shù)，折線長(zhǎng)度不同時(shí)，弦長(zhǎng)誤差不同，具體詳見(jiàn)表3。另外，龍落尾不平度為3mm/2m靠尺，便于施工、加工方便選擇弦長(zhǎng)按照2m進(jìn)行折線代圓控制。

表3 龍落尾底板模板軌道控制精度計(jì)算

圖4 隱軌加固方式示意

圖5 隱軌安裝效果

4.3 模板安裝累計(jì)誤差消零

模板安裝過(guò)程中不可避免存在安裝技術(shù)誤差，為了防止模板安裝時(shí)受累計(jì)誤差影響無(wú)法安裝，每6塊模板為一組，組和組之間預(yù)留2cm間隙，消除累計(jì)誤差。

5 底板循環(huán)翻模施工技術(shù)

5.1 循環(huán)翻模工藝基本原理

備倉(cāng)時(shí)先將隱軌、定位錐和首排模板全部安裝完成，啟動(dòng)混凝土澆筑，同步澆筑逐排安裝模板。隨著混凝土澆筑，位于已澆面的混凝土具備拆模抹面條件時(shí)，拆除模板和定位錐，進(jìn)行抹面。同時(shí)將拆除的模板經(jīng)清洗后立即用于上游側(cè)的模板安裝，以此類推實(shí)現(xiàn)下游側(cè)拆模抹面、上游側(cè)安裝澆筑的施工循環(huán)，滿足混凝土循環(huán)翻模流水作業(yè)，解除了常規(guī)滑模施工中混凝土的可塑性對(duì)混凝土澆筑速度的限制。

5.2 混凝土澆筑

龍落尾底板混凝土逆水流形成臺(tái)階，垂直水流布料，坯層厚度40cm，下部?jī)蓚€(gè)坯層φ100振搗棒振搗，振搗間距40cm，振搗60s。最后一坯層為防止模板抬動(dòng)變形，用φ70振搗棒振搗，振搗間距35cm，振搗時(shí)間40s。

5.3 四位一體收面工藝

對(duì)混凝土收面通過(guò)工序、時(shí)間、混凝土可塑狀態(tài)、目標(biāo)“四位一體”對(duì)各步進(jìn)行精細(xì)控制，控制最大不平整度<2mm/2m靠尺。

第一步：模板拆除。通過(guò)試驗(yàn)確定拆模時(shí)間為覆蓋后6h，拆除首塊后檢查混凝土可塑狀態(tài)，復(fù)核混凝土收面時(shí)機(jī)，用手指按壓下沉約3mm時(shí)拆模為最佳。模板拆除后立即進(jìn)行清洗，為循環(huán)使用做準(zhǔn)備。

第二步：浮漿清除。在模板拆除后混凝土表面有約2mm～3mm的浮漿，需刮除以提高混凝土表面抗沖磨性能。

第三步：定位錐拆除及回填。拆除定位錐，利用事先預(yù)留的備料進(jìn)行分層回填、搗實(shí)，確?；靥罨炷撩軐?shí)性。

第四步：人工搓毛。采用砂抹搓毛，通過(guò)搓抹將表層具備可塑性的混凝土搓平，對(duì)局部有氣泡或坑洼部位，搓毛深度按最低點(diǎn)控制，單塊搓毛時(shí)間約15min并用2m靠尺檢查不平整度≤3mm。

第五步：人工收光。在面層搓毛后待1h利用鐵抹收光，通過(guò)人工收光實(shí)現(xiàn)過(guò)流面混凝土壓實(shí)、抹光的效果，收光過(guò)程利用6m靠尺進(jìn)行檢查，使不平整度≤2mm。

第六步：抹面機(jī)收光。在人工收光后6h進(jìn)行抹面機(jī)收光，混凝土表面手指按壓有指紋但無(wú)明顯下沉?xí)r為宜，抹面機(jī)收光采用帶刀片的抹面機(jī)，通過(guò)抹面機(jī)收光進(jìn)一步提高表面混凝土的密實(shí)度與光滑度。

5.4 保濕養(yǎng)護(hù)

抹面機(jī)收光后的混凝土表面，立即對(duì)表面進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，然后覆蓋塑料保鮮膜保濕養(yǎng)護(hù)。24h后在覆膜上部覆蓋土工布，對(duì)土工布進(jìn)行噴水濕潤(rùn)[3]。

目前，白鶴灘泄洪洞工程已累計(jì)運(yùn)行248h，運(yùn)行后進(jìn)洞檢查無(wú)任何損傷、破壞，整體效果完美如初，鏡面猶在。

圖6 龍落尾段底板施工期效果

圖7 龍落尾段底板過(guò)流面效果

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾段底板混凝土研發(fā)了新設(shè)備、革新了新工藝。革新了低坍落度混凝土配合比，取消了硅粉，改善了性能，解決了溫度裂縫問(wèn)題。長(zhǎng)距離下行輸料系統(tǒng)攻克了大坡度工況下遠(yuǎn)距離低坍落度混凝土運(yùn)輸難題，入倉(cāng)效率達(dá)到15m3/h，實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆筑。循環(huán)翻模技術(shù)避免了模板上浮的問(wèn)題，規(guī)避了滑動(dòng)拉裂的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了平均體型偏差5mm，不平整2m靠尺檢測(cè)1.5mm。使用該套系統(tǒng)和工藝，使整體施工效率提高了30%，實(shí)現(xiàn)了“體型精準(zhǔn)、平整光滑、無(wú)裂無(wú)缺、鏡面效果”的建設(shè)目標(biāo)。