巴萊水電站導流洞進口漸變段混凝土施工技術(shù)

雷 建 中, 夏 海 龍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

巴萊水電站位于馬來西亞沙撈越州拉讓江上游支流巴萊河上，距離拉讓江匯流處約95 km。該工程的施工導流采用全年擋水圍堰、隧洞導流方式，導流標準為500 a一遇洪水重現(xiàn)期，相應導流流量為4 837 m3/s。2條長約1.2 km、凈直徑為12 m的馬蹄形斷面導流隧洞均布置在巴萊河左岸。導流洞工程標段于2017年8月20日開工，于2020年10月1日順利完成施工和移交。

導流洞進水口結(jié)構(gòu)采用塔式取水設(shè)計，1號隧洞與2號隧洞塔式取水口為獨立結(jié)構(gòu)，沿水流方向依次布置攔污柵段、通倉段及閘門段。塔體中間設(shè)一道閘墩，閘墩與邊墻通過胸墻連接成整體。單個塔體寬度為17 m，順水流方向長38 m，進水塔基高程為34 m，塔頂高程為70 m。

每條導流洞進水塔與洞身襯砌段之間均設(shè)置了12 m長的漸變段結(jié)構(gòu)。漸變段由凈寬12.7 m、凈高12 m的矩形斷面漸變至凈直徑12 m的馬蹄形斷面。漸變段基礎(chǔ)高程為34 m，漸變段混凝土底板高程為36 m，漸變段內(nèi)表面拱頂高程為48 m，漸變段頂部高程為50.5 m。漸變段底板混凝土厚度為2 m，邊墻混凝土厚度為2.5 m左右(沿軸線方向內(nèi)輪廓漸變、混凝土在不同位置厚度有變化)，頂部混凝土厚度為2.5 m。漸變段結(jié)構(gòu)混凝土等級為C30[1]，設(shè)置兩層鋼筋，主筋主要為Φ32 mm螺紋鋼、間距100 mm，縱向鋼筋主要為Φ20 mm和Φ25 mm螺紋鋼、間距200 mm，兩層鋼筋網(wǎng)之間設(shè)置Φ16 mm的抗剪掛鉤配筋。進水塔及漸變段剖面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 進水塔及漸變段剖面圖

鑒于導流洞進口漸變段混凝土結(jié)構(gòu)體型復雜，施工工期緊張，施工難度較大，施工具體面臨以下問題：

(1)漸變段結(jié)構(gòu)體型復雜。漸變段結(jié)構(gòu)為凈寬12.7 m、凈高12 m的矩形斷面漸變至凈直徑12 m的馬蹄形斷面的異形結(jié)構(gòu)。尤其是漸變段內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)體型尤為復雜，內(nèi)表面模板設(shè)計和加工難度大。漸變段結(jié)構(gòu)內(nèi)、外輪廓見圖2。

圖2 漸變段結(jié)構(gòu)內(nèi)、外輪廓示意圖

(2)面對實現(xiàn)導流洞移交等合同里程碑的工期壓力，留給漸變段混凝土施工的工期僅為2個月左右。鑒于漸變段施工工期非常緊張，進而對模板加工和現(xiàn)場鋼筋、模板安裝、滿堂架支撐搭設(shè)和混凝土澆筑等各個環(huán)節(jié)和工序的施工速度要求較高。

(3)漸變段頂部混凝土的設(shè)計厚度為2.5 m，對模板支撐體系要求很高。經(jīng)過綜合分析計算最終確定漸變段頂部混凝土分兩層澆筑，頂部第一層混凝土主要依靠滿堂架管體系承重，而頂部第二層混凝土澆筑主要依靠已澆筑的第一層混凝土承重。

(4)巴萊水電站項目所處位置無對外公共道路交通，物資運輸主要依靠河運。對此，漸變段混凝土施工需統(tǒng)籌考慮現(xiàn)場材料情況和經(jīng)濟性等因素，需要盡量利用現(xiàn)場現(xiàn)有材料，減少外購材料，避免因需等待外購材料運輸而影響到現(xiàn)場施工。闡述了面對所遇到的具體問題，對導流洞進口漸變段混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)的選定過程。

2 導流洞進口漸變段混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)的選定

根據(jù)導流洞漸變段混凝土施工特點和面臨的問題，技術(shù)人員從鋼筋、止水及埋件安裝、模板加工安裝、混凝土運輸及澆筑等關(guān)鍵工序著手分析得出導流洞進口漸變段混凝土關(guān)鍵施工技術(shù)主要包括漸變段內(nèi)表面模板及支撐體系的選型、設(shè)計、加工和安裝。而對于外表面模板及支撐體系選用常規(guī)技術(shù)方案即可。另外，漸變段拱頂以上的頂部混凝土澆筑分層的第1層澆筑高度需要注意和滿堂架支撐計算采用的邊界條件相匹配，不得超過滿堂架支撐計算采用的頂部混凝土澆筑厚度，以確保頂部混凝土澆筑期間支撐體系的穩(wěn)定，確保施工安全。

(1)項目部結(jié)合現(xiàn)場材料情況和工期要求分析比較了若干個漸變段的內(nèi)表面模板及支撐體系方案。

漸變段常用的定型鋼模板+方木排架支撐的漸變段模板及支撐體系存在耗費大量的方木、方木排架加工速度慢、排架重量大、移動安裝困難和定型鋼模板外部訂購耗時長等問題。采用這種類型的支撐體系，一方面難以實現(xiàn)導流洞漸變段2個月完成施工的工期目標，另一方面需要耗費大量的木材。

項目部根據(jù)漸變段內(nèi)表面結(jié)構(gòu)特點(由7個面組成：4個曲面和3個三角形平面)和現(xiàn)場施工條件，最終確定了采用木模板加工制作4個曲面模板、現(xiàn)場安裝三角形平面部分的模板和滿堂支撐架管的方案作為漸變段內(nèi)表面模板及支撐體系施工方案。

(2)鑒于漸變段外表面結(jié)構(gòu)較為簡單，采用常規(guī)普通木模板和架管腳手架支撐施工方案即可。

(3)由于漸變段結(jié)構(gòu)鋼筋設(shè)計量較大，主要采用常規(guī)安裝方法，鋼筋的連接以搭接綁扎方法為主(按合同BS英標規(guī)范，不允許焊接)，局部采用套筒機械連接方式。

(4)根據(jù)現(xiàn)場施工條件，混凝土入倉主要采用HBT60混凝土拖泵接泵管泵送入倉。

3 導流洞進口漸變段混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)的應用

3.1 漸變段內(nèi)表面模板及滿堂架支撐體系的設(shè)計、加工及安裝

在最終確定選用木模板加工制作4個曲面模板、現(xiàn)場安裝三角形平面部分的木模板方案后，首先開始設(shè)計和制作曲面模板。4個曲面模板的順利設(shè)計加工是確保所選定的模板支撐體系應用的重中之重。

經(jīng)過計算和調(diào)整，最終確定曲面模板的模板面由5 mm厚層板加25 mm厚、100 mm寬木板條兩層組成。單根次圍檁選用4層、18 mm厚、150 mm寬的木板組合而成，單根主圍檁選用兩根直徑48 mm、壁厚3.6 mm的架管組成[2]。沿水流方向每間隔0.75 m設(shè)置一道次圍檁固定和加固曲面模板，每道次圍檁的長度和弧度按照對應樁號的漸變斷面確定。

曲面模板在綜合廠內(nèi)進行加工制作。先加工次圍檁，然后用5 mm厚的層板和25 mm厚、100 mm寬的木板條加工制作曲面，最終進行曲面模板和次圍檁的拼裝。

曲面模板及圍檁在綜合廠加工完成并在漸變段底板混凝土澆筑完成后，即可將曲面模板運輸至漸變段場地進行安裝。首先安裝漸變段底部兩個左右曲面模板。完成底部左右曲面模板安裝后，現(xiàn)場采用普通木模板進行左右兩側(cè)兩塊三角形平面部分模板的安裝。模板安裝的同時開展鋼筋安裝和滿堂架管支撐系統(tǒng)的搭設(shè)。然后進行高程42 m以下邊墻的澆筑；之后繼續(xù)安裝鋼筋、安裝固定頂部兩個曲面模板以及在現(xiàn)場利用普通木模板進行頂部三角形平面部分模板的安裝。

滿堂支撐架體系搭設(shè)的高度為12 m，主要采用直徑48 mm、壁厚3.6 mm的鍍鋅鋼管搭設(shè)?；跐u變段拱頂以上頂部結(jié)構(gòu)混凝土第一層澆筑厚度1 m的條件和架管自身參數(shù)開展立桿穩(wěn)定性計算、搭設(shè)高度驗算和地基承載力驗算等，最終確定滿堂架的立桿橫距為0.7 5 m、立桿縱距為0.75 m，步距為0.9 m[3]。在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每隔6 m左右設(shè)置豎向剪刀撐，剪刀撐的角度為45°～60°。

現(xiàn)場滿堂支撐架體系搭設(shè)前，應根據(jù)滿堂架設(shè)計參數(shù)計算立桿、橫桿以及其他構(gòu)造件等所需鋼管的數(shù)量和長度，做好架管材料和扣件等材料的準備工作。對于非標準長度鋼管，需要提前在綜合廠內(nèi)完成切割備用。

滿堂支撐架的搭設(shè)必須由經(jīng)過專業(yè)培訓的架子工嚴格按照設(shè)計間排距和構(gòu)造要求進行搭設(shè)，相鄰立桿架管接頭應交錯布置。搭設(shè)完成后、經(jīng)技術(shù)、安全部門驗收合格后方可投入使用。

3.2 漸變段混凝土施工順序及澆筑方法

漸變段結(jié)構(gòu)混凝土的澆筑按照先澆筑底板、再分2個升層澆筑邊墻、最后分2兩個升層澆筑頂部結(jié)構(gòu)的施工順序自下而上共分為5個升層。漸變段順水流方向的長度為12 m，不再分塊/分段，順水流方向一次通倉澆筑。

漸變段開挖和基礎(chǔ)處理完成后進行漸變段底板鋼筋的綁扎、止水及埋件等安裝。由于漸變段底板混凝土澆筑時上游的進水塔已澆筑至一定高度，下游隧洞襯砌段已澆筑完成，因此，底板混凝土澆筑無需模板。在底板鋼筋、止水及埋件安裝完成后即可進行底板混凝土的澆筑，底板2 m厚的混凝土一次澆筑完成。

底板混凝土澆筑完成后，進行高程42 m以下邊墻鋼筋、埋件及止水的安裝和邊墻自制曲面模板的安裝、三角形平面模板的現(xiàn)場安裝。模板安裝的同時開展架管支撐系統(tǒng)的搭設(shè)。然后率先進行高程42 m以下邊墻的混凝土澆筑。之后繼續(xù)安裝完成高程42 m以上邊墻的鋼筋及埋件安裝、曲面模板的固定安裝、頂部三角形平面模板的現(xiàn)場安裝。接著澆筑高程42 m到高程48 m即頂拱以下部分邊墻混凝土的澆筑。

在頂拱高程48 m以下邊墻混凝土澆筑完成后，緊接著完成漸變段頂部的鋼筋安裝和外部木模板的現(xiàn)場安裝。漸變段頂部結(jié)構(gòu)混凝土需分兩個升層澆筑：將第一升層的澆筑層厚控制在1 m以內(nèi)，第二升層直接澆筑到頂。頂部結(jié)構(gòu)第一升層澆筑以滿堂架作為支撐結(jié)構(gòu)并需嚴格控制層厚。頂部結(jié)構(gòu)第二升層的澆筑則以第一升層已澆混凝土作為支撐結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗算需在第一升層混凝土強度達到50%強度以上方可開展第二升層的混凝土澆筑。

混凝土采用8 m3混凝土罐車自拌合樓運輸至工作面附近，然后經(jīng)HBT60拖泵接泵管泵送入倉。漸變段底板和高程48 m以下邊墻澆筑時，混凝土由混凝土罐車運輸至漸變段底板經(jīng)2臺HBT60拖泵泵送入倉，邊墻左右兩側(cè)應對稱上升澆筑[4，5]。高程48 m以上的邊墻混凝土和頂板混凝土澆筑所需的混凝土由罐車運輸至進水口邊坡高程52 m馬道兩側(cè)平臺附近經(jīng)拖泵接泵管泵送入倉。

3.3 漸變段混凝土施工方案實施取得的效果

巴萊水電站導流洞進口漸變段混凝土結(jié)構(gòu)采用的關(guān)鍵施工技術(shù)取得的現(xiàn)場效果良好，以較快的速度完成了曲面定型模板的加工、現(xiàn)場鋼筋、模板和支撐體系的安裝與混凝土澆筑，在2個月左右的時間內(nèi)順利完成了漸變段混凝土施工，實現(xiàn)了預定工期目標。

漸變段混凝土內(nèi)外表觀質(zhì)量合格，順利通過了業(yè)主驗收，漸變段結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量良好。在漸變段混凝土施工期間，現(xiàn)場施工安全受控，未發(fā)生安全事故。對于滿堂支撐架等在其安裝前進行了專項技術(shù)交底，現(xiàn)場安全嚴格按施工方案確定的間排距和構(gòu)造要求實現(xiàn)了安全生產(chǎn)目標。

實踐證明巴萊水電站導流洞進口漸變段混凝土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵施工技術(shù)的合理性、經(jīng)濟性和安全可靠性，為確保導流洞工程整體順利實施和工期目標的實現(xiàn)起到了重要作用。

4 結(jié) 語

巴萊水電站導流洞進口漸變段混凝土施工于2020年6月底啟動、2020年8月底完成，歷時2個月左右順利完成了導流洞進口漸變段異形結(jié)構(gòu)混凝土施工。巴萊水電站導流洞工程于2020年10月1號順利移交給業(yè)主并實現(xiàn)導流目標。

導流洞工程采用的木模板自制曲面模板+現(xiàn)場安裝平面模板+滿堂架管支撐的模板及支撐方案和合理的混凝土分層和入倉等關(guān)鍵技術(shù)是保證兩條導流隧洞漸變段快速安全施工的關(guān)鍵措施，節(jié)省了木材投入，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟指標，所取得的經(jīng)驗對類似漸變段等異形結(jié)構(gòu)混凝土施工具有一定的借鑒意義。