鍋浪蹺水電站大壩面板施工技術(shù)

柳 啟 超, 劉 永 剛

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司 四川 成都 611130)

1 工程概況

四川天全鍋浪蹺水電站系青衣江一級支流天全河梯級開發(fā)中的龍頭電站,位于四川省雅安市天全縣紫石鄉(xiāng)境內(nèi),為單一發(fā)電工程。本電站裝機3×70 MW+1臺10 MW生態(tài)機組,總庫容1.84億m3,具有年調(diào)節(jié)能力。

電站大壩為混凝土面板堆石壩,布置于兩河匯口下游700 m處,最大壩高186.3 m、壩頂軸線長360 m、壩頂高程1 283.30 m,正常蓄水位1 280.00 m,設計洪水位1 280.56 m,校核洪水位1 282.34 m。壩體填筑結(jié)構(gòu)自上游向下依次為擠壓邊墻、墊層料、過渡料、堆石料等;擠壓邊墻上游外緣為壩體擋水面板;大壩于2022年4月底填筑到頂,壩體總填筑量735萬m3。

2 大壩面板設計

大壩面板為C30W12F100鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),面板從壩基高程1 098.90～高程1 280.50 m,共計高181.6 m,面板為“頂部薄底部厚”的漸變式結(jié)構(gòu),由103.9 cm漸變至40.0 cm;其厚度(t)與壩高按關(guān)系下式t= 0.4+0.003H計算。

式中t為面板厚度;H為計算斷面至防浪墻底面的垂直高度,m。

根據(jù)本工程特點,設計上將面板劃分為兩岸受拉區(qū)和中部受壓區(qū)。大壩面板共計41塊(幅),平面面積6.5萬m2,面板寬度為6 m、12 m。塊間設置垂直縫,面板與壩基和兩岸趾板間為周邊縫, 縫底均設一道銅片止水,縫面頂部設塑性填料止水。大壩面板空間平面布置如圖1:

圖1 大壩面板空間平面布置圖

面板混凝土施工主要包括:基礎(擠壓邊墻)脫空檢查處理與坡面整修、基礎坡面噴涂乳化瀝青、鋼筋制作安裝、側(cè)模及止水安裝、混凝土澆筑與養(yǎng)護等。

根據(jù)施工實際情況,大壩面板施工總體規(guī)劃分為3期澆筑:Ⅰ期高程1 182.00 m以下、Ⅱ期高程1 182.00～1 122.00 m、Ⅲ期高程1 122.00 m以上。

3 施工特點及重難點

3.1 技術(shù)質(zhì)量的要求嚴格

《面板混凝土堆石壩施工規(guī)范(DL/T5128-2009)》第8.3.2條要求:為減少面板澆筑后壩體沉降對面板變形的影響、控制面板的脫空和結(jié)構(gòu)性裂縫;在面板施工前,壩體預沉降期宜為3～6個月,面板頂部處壩體沉降速率3 mm/m～ 5 mm/m之內(nèi)。面板分期施工時,先期施工的面板頂部填筑應有一定超高(至少5 m)[1]。設計具體要求:

(1)在大壩面板澆筑前面板對應范圍內(nèi)已填筑壩體沉降期≥5個月、且面板頂部處的壩體沉降速率≤3 mm/m。并強調(diào)這是雙控指標,須同時滿足。此外設計要求先期施工的面板頂部填筑超高≥10.0 m。

(2)基礎面(擠壓邊墻)表面平整度修整按照“鑿高補底”的原則進行處理,并按照6 m×6 m網(wǎng)格進行測量復核,基礎面平整度控制在±50 mm之內(nèi)。

(3)須確保面板基礎面與填筑料之間無脫空。設計要求按照“每一塊面板不少于1條檢測線”的頻率進行基礎面脫空情況的雷達聲波檢測。

(4)面板混凝土入倉塌落度《施工規(guī)范》要求為3～7 cm。本工程中設計要求為3～5 cm。結(jié)合其他工程經(jīng)驗,該塌落度偏低,不利于混凝土的入倉以及澆筑振搗后的收面。

(5)為減少基礎面對面板的約束,設計要求基礎面(擠壓邊墻)全坡面設置乳化瀝青(三油兩砂工藝)噴涂層。

(6)要求面板混凝土內(nèi)粉煤灰為I級粉煤灰。

3.2 施工環(huán)境惡劣

《面板混凝土堆石壩施工規(guī)范》(DL/T 5128-2009)8.1.9條要求:面板混凝土施工應避開高溫、負溫、多雨、大風季節(jié)[2]。而鍋浪蹺項目所在區(qū)域素有“天漏”之稱,常年多雨,多年平均降水日數(shù)為235.7 d;氣候環(huán)境因素對面板施工存在顯著負面影響和制約。

3.3 高陡邊坡施工操作困難

面板施工一般均在高陡斜坡面上進行,本工程中壩前坡面坡比為1∶1.4、坡面較陡,自頂部施工平臺至面板底部斜坡長達239 m。就連人員上下都要依靠牽引繩攀爬,存在材料運輸、高陡邊坡上進行鋼筋、模板止水安裝等工序操作和施工輔助設施建設十分困難的問題。

3.4 技術(shù)管理難度大

前面已述本工程面板為“頂部薄底部厚”的漸變式結(jié)構(gòu),由底部103.9 cm漸變至頂部40.0 cm,每一塊面板不同高程部位鋼筋尺寸、模板尺寸均不相同,且每一塊面板結(jié)構(gòu)形式及配筋要求也不相同。此外,面板塊間分縫的止水形式及要求繁多,均對面板施工技術(shù)管理帶來較大挑戰(zhàn)。

3.5 施工安全風險較大

大壩面板施工在高陡長斜坡面上進行,根據(jù)其施工特點并結(jié)合住建部《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》以及國家能源局《電力建設工程施工安全管理導則》NB/T 10096-2018的相關(guān)規(guī)定和要求,大壩面板施工屬于“超危大工程”[3]。

本工程大壩高186.3 m,壩前坡面坡比為1∶1.4,坡面較陡,自頂部施工平臺至面板底部斜長長達239 m;高陡長斜坡面上的施工材料運輸、施工人員通行、施工期間安全防護與管控等方面均面臨較為突出的安全管理風險。

3.6 面板施工工序多、工作量大、工期緊、施工強度大

每一塊面板施工主要涉及基礎脫空情況檢查與處理、基礎面平整度處理、乳化瀝青層施工、鋼筋制作安裝、止水施工、模板安裝加固、混凝土澆筑與養(yǎng)護等工序,工序十分繁雜。

《面板混凝土堆石壩施工規(guī)范》(DL/T 5128-2009)8.1.9條要求:面板混凝土施工應避開高溫、負溫、多雨、大風季節(jié)[4]。而鍋浪蹺常年多雨。結(jié)合業(yè)主規(guī)劃的下閘蓄水工期要求,經(jīng)商議確定一期面板選擇在2020年11月下旬～ 2021年1月下旬澆筑,而二期面板直到2021年3月中旬壩體沉降檢測數(shù)據(jù)出來才能澆筑,二期面板施工時段為2021年3月下旬至5月下旬。每一期面板施工僅有2～3個月,施工工期相當緊張、施工作業(yè)強度大。

4 主要施工過程及具體措施

4.1 面板施工總體規(guī)劃及施工流程

大壩面板混凝土施工材料加工及運輸在壩體頂部平臺上進行。面板施工整體上采用分期(高程上)、分塊跳倉(先澆筑1號、3號、5號、7號、9號…單號塊、之后穿插澆筑2號、4號、6號、8號、雙號塊)澆筑的方式進行。此方式的優(yōu)點是能夠大限度減少面板側(cè)模的模板安裝工作量、降低相鄰板塊之間材料運輸和施工的相互干擾。

單塊面板混凝土施工流程見圖2。

圖2 單塊面板混凝土施工流程圖

4.2 具體過程及主要措施

4.2.1 基礎面測量及處理

按照6 m×6 m網(wǎng)格進行基礎面(擠壓邊墻外表面)測量檢查;按照“鑿高補底”的原則進行處理,使基礎面平整度控制在±50 mm之內(nèi)。

4.2.2 擠壓墻脫空檢查及處理

設計要求按照“每一塊面板不少于1條檢測線”的頻率進行基礎面脫空情況雷達聲波和結(jié)合現(xiàn)場人工檢查的方式進行檢測,對于局部存在脫空的部位使用M5砂漿重新進行填補和找平。

4.2.3 基礎面分縫處斷縫、砂漿墊層找平

先測量出面板分縫線,用電鎬每間隔2 cm破洞壁一次,頂部破除清理形成貫通槽,破除深度20 cm;以分縫線為中心線進行M5砂漿墊層找平,以保證止水基礎平整,便于側(cè)模安裝和滑模施工。

4.2.4 基礎面表面乳化瀝青(三油兩砂層)噴涂

噴涂乳化瀝青施工在擠壓邊墻經(jīng)過脫空檢查、坡面修整和“W”型銅止水下部砂漿墊層施工完成后進行。先將擠壓墻表面清理干凈,利用坡面材料運輸臺車裝載噴涂機和乳化瀝青、細砂等材料,由上而下噴涂。第一層乳化瀝青噴護后,并在瀝青固化前人工均勻撒上一層細砂(用量約0.002～0.003 m3/m2),待乳化瀝青固化后,用滾輪輕壓一遍,之后用掃帚清掃干凈,再噴第二層,并再次在表面人工均勻撒一層細砂(用量約0.002～0.003 m3/m2),待乳化瀝青固化后,用滾輪輕壓一遍,然后清掃一遍,再噴第三層,形成一層厚約3 mm的“三油兩砂”乳化瀝青砂柔性隔離層。

4.2.5 坡面牽引系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

將10 t卷揚機安裝固定在工字鋼底座上,采用混凝土預制塊壓重,依靠制塊壓重及底部基座與大壩填筑平臺的摩擦力來克服滑模及其配重對卷揚機的拉力,并在基座前緣埋設2根插筋,以穩(wěn)固卷揚機系統(tǒng)。每2臺卷揚機為一組,采用“一閘控兩機+單閘單機”相結(jié)合。待兩臺卷揚機就位后,進行聯(lián)動試驗,確保兩臺卷揚機工作時能夠同步運行。

4.2.6 坡面運輸臺車

坡面材料運輸臺車長6 m/9 m,現(xiàn)場加工驗收后,由坡面牽引系統(tǒng)控制其在擠壓邊墻坡面(或面板表面)上下行走,用于施工材料的運輸。

4.2.7 鋼筋施工

鋼筋加工在壩頂平臺上設置的加工棚內(nèi)進行,加工成型后,由卷揚機牽引的坡面材料運輸車運送至每一塊面板安裝作業(yè)面。

結(jié)構(gòu)鋼筋安裝前,先在混凝土擠壓墻表面按4 m的間排距布置插筋,插筋錨入擠壓墻50 cm,并在插筋上焊接結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎所需的架立鋼筋,架立鋼筋施工完成后,進行結(jié)構(gòu)鋼筋安裝施工?？v向(主筋)鋼筋采用機械連接,橫向(分布筋)鋼筋采用焊接,焊接長度10 d,相鄰鋼筋接頭交錯布置。安裝好的鋼筋要平整,間距要均勻。

為降低基礎對面板的約束,保證混凝土面板與基礎擠壓邊墻相對分離,在進行混凝土澆筑的同時,將混凝土澆筑將錨入擠壓墻的插筋沿擠壓墻表面割除,使插筋在擠壓墻表面處斷開。

4.2.8 面板塊間分縫處止水施工

在完成分縫處底止水基礎砂漿找平和倉面結(jié)構(gòu)鋼筋安裝完成后,進行面板垂直縫底部“W”型銅止水的安裝。先沿分縫中心線鋪設PVC塑料墊板,然后將銅止水成型機放置在壩頂施工平臺面板分縫中心對應位置上,銅止水帶喂料進入止水成型機,經(jīng)過成型機后直接進入對應的分縫位置,再進行人工復核和微調(diào),確保銅鼻子中心線與分縫中心線重合。然后進行銅鼻子內(nèi)橡膠棒、泡沫板填充以及封口膠帶貼合。銅止水安裝誤差最大偏移量不超過5 mm。銅止水接頭采用雙面焊,搭接長度不小于20 mm,焊接后采用“浸煤油”的方式進行檢查。面板混凝土內(nèi)止水施工及安裝尺寸允許誤差見表1。

表1 面板混凝土內(nèi)止水施工及安裝尺寸允許誤差表

4.2.9 模板系統(tǒng)

(1)面板正面模板為廠家定制的滑模、側(cè)面模板為5 cm厚的鋼/木定型模板。側(cè)模安裝在垂直縫底止水安裝完成后進行,安裝前模板表面涂刷脫模劑,側(cè)模安裝按照編號自下而上的順序進行,依據(jù)分縫設計線和測量放線進行側(cè)模安裝固定;側(cè)模頂部采用∠50 mm×50 mm×5 mm角鋼作為滑模軌道。

(2)滑?？傞L13 m/7 m,寬1.2 m,委托專業(yè)廠家定做。用25 t汽車吊將滑模吊運至相應面板位置,再通過壩頂施工平臺上的卷揚機牽引移動,在已安裝好的面板底部端頭的側(cè)模頂部就位。

4.2.10 溜槽制安

每個面板倉號布置一條溜槽。溜槽采用輕型、耐磨、光潔、高強度的鐵皮制作,每節(jié)長1.5 m,半圓形斷面,深32 cm,開口寬15 cm。溜槽每隔15 m左右設一混凝土緩沖器擋板。

4.2.11 混凝土澆筑及養(yǎng)護

4.2.11.1 混凝土工藝試驗

面板混凝土澆筑前在參建各方的見證下,針對面板混凝土不同配合比進行澆筑工藝的生產(chǎn)性試驗。經(jīng)工藝實驗驗證,最終選用C30W12F100(設計塌落度130～150 mm)這一配合比。

4.2.11.2 混凝土澆筑

混凝土運輸采用3臺9 m3混凝土罐車,通過前述的溜槽系統(tǒng)入倉。混凝土澆筑按分層攤鋪和振搗的原則,每層的攤鋪厚度為25～30 cm(斜長約40～50 cm左右),相鄰兩層間的鋪料時間間隔15 min左右。滑模上安裝3臺Φ70 mm插入式振搗器、2臺Φ30 mm插入式振搗器,劃段專人負責。Φ30 mm振搗器負責止水部位的混凝土振搗,范圍為1.5 m。振搗時間以混凝土表面不再明顯下沉,不出現(xiàn)氣泡并泛漿時視為振搗密實,一般情況下每一處振搗時間控制在15～20 s左右。同時在澆筑過程中認真做好混凝土溫度和入倉塌落度的檢測。

4.2.11.3 滑模滑升及收面

澆筑過程中,通過高程1 232.00 m平臺上的卷揚機牽引滑模上升,每澆筑一層(25～30 cm)混凝土提升一次滑模,每次滑升的幅度控制在30 cm,滑模的滑升速度與澆筑強度、脫模時間相適應,平均滑升速度控制在1.0～1.5 m/h?；g隔時間不超過30 min,滑?；龝r做到平穩(wěn)、均衡上升?；；?立即對出模后的混凝土進行第一次人工木模收面,采用2 m靠尺刮平,用2 m靠尺檢查復核平整度不大于5 mm。2～3 h后(初凝時)采用人工二次收面。

4.2.11.4 混凝土養(yǎng)護

二次收面壓光后并覆蓋土工布進行保溫/保濕。養(yǎng)護期不少于90 d,養(yǎng)護期間要不間斷地灑水,確?；炷撩嫣幱跐駶櫊顟B(tài)。

4.2.12 冬雨季施工措施

(1)滑模設計制造時便考慮了設置防雨棚;

(2)澆筑現(xiàn)場配備油動暖風機,極大改善了低溫天氣下的面板澆筑條件。

5 施工質(zhì)量管控要點

針對大壩面板混凝土的重要性及其施工特點,具體實施過程中重點從以下幾個方面進行質(zhì)量管控:

(1)嚴格控制面板澆筑前面板對應范圍內(nèi)已填筑壩體沉降期、面板頂部處的壩體沉降速率、先期施工的面板頂部填筑超高指標等,不滿足設計及規(guī)范要求的不允許進行面板施工。

(2)嚴格落實“三檢制”,加強對作業(yè)班組的技術(shù)質(zhì)量交底,從管理角度來確保質(zhì)量管理措施落實到位。

(3)加強對砂、石、水泥、鋼材、止水、混凝土等原材料(或半成品)的質(zhì)量檢測,并在見證承包人自檢的基礎上進行監(jiān)理獨立的抽樣檢測,確保所用材料滿足設計要求。值得一提的是該工程中曾存在成品砂備存不足、含水率不穩(wěn)定,導致混凝土來料差異明顯,現(xiàn)場澆筑效率較低、脫模時間難以準確把控的情況,為此專門建設了成品砂控水堆存區(qū)。

(4)基礎面處理。大壩填筑分別于2020年4月22日填筑碾壓至高程1 182.00 m,凈沉降時間滿足設計及規(guī)范要求;面板混凝土澆筑前必須確保各期面板對應范圍內(nèi)已填筑壩體沉降期≥5個月,且面板頂部處的壩體沉降速率≤3 mm/m。

(5)針對每一塊面板基礎面乳化瀝青施工過程及結(jié)果進行監(jiān)督和檢查,確保瀝青與砂料粘結(jié)形成噴涂厚度不小于3 mm的“三油兩砂”乳化瀝青砂柔性結(jié)構(gòu)隔離層。

(6)對每一塊面板的結(jié)構(gòu)鋼筋重點就鋼筋規(guī)格型號、加工尺寸、間距、數(shù)量、機械連接質(zhì)量、焊接質(zhì)量等進行檢查和抽樣檢測,確保趾板結(jié)構(gòu)鋼筋制安質(zhì)量滿足設計要求。

(7)面板混凝土模板安裝后監(jiān)理聯(lián)合承包人對模板安裝尺寸邊界、外立面邊線、坡比、相關(guān)斷面厚度參數(shù)等進行測量檢查復核,確保每一塊趾板結(jié)構(gòu)斷面尺寸、外表面坡比等符合設計要求。

(8)止水施工監(jiān)理要重點檢查。復核止水原材料材質(zhì)、加工成型尺寸、止水埋設的深度、接頭部位的焊接(連接)質(zhì)量、銅鼻子內(nèi)填充與封口保護、安裝位置的準確性、穩(wěn)固性、安裝后保護等方面的內(nèi)容。

(9)面板混凝土澆筑必須做到每一塊(倉)面板澆筑前嚴格落實驗倉,合格后方可進行混凝土澆筑,同時,現(xiàn)場監(jiān)理應對混凝土澆筑入倉的連續(xù)性、均勻性、是否振搗充分、脫模時機、出模后的收面壓光等方面進行檢查和旁站監(jiān)督,最大限度確?；炷恋臐仓^程受控。

(10)混凝土拆模時注意避免損壞板邊部位混凝土,對每一塊面板混凝土在拆模后及時進行灑水保濕養(yǎng)護,使表面保持濕潤狀態(tài);灑水養(yǎng)護周期不少于90 d;并對混凝土拆模后的養(yǎng)護工作進行專項巡視和檢查,如若發(fā)現(xiàn)個別時段內(nèi)存在養(yǎng)護不到位或不及時的立即整改。

6 經(jīng)驗教訓

(1)根據(jù)大壩面板施工特點,結(jié)合住建部《危險性較大的分部分項工程安全管理規(guī)定》以及國家能源局《電力建設工程施工安全管理導則》NB/T 10096-2018的相關(guān)規(guī)定,大壩面板施工屬于“超危大工程”?！俺４蠊こ獭睂ｍ検┕し桨负桶踩珜ｍ椃桨疙毎凑障嚓P(guān)規(guī)定的程序要求編制報審,監(jiān)理應嚴格審查承包人提交的《專項施工方案》以及《安全專項方案》并督促承包人落到實處[5]。

(2)嚴格控制面板澆筑前面板對應范圍內(nèi)已填筑壩體沉降期、面板頂部處的壩體沉降速率和先期施工的面板頂部填筑超高量等指標。這是避免面板澆筑后因壩體沉降變形引發(fā)面板裂縫的關(guān)鍵。

(3)根據(jù)面板滑?；炷潦┕みB續(xù)進行的工藝特性,混凝土澆筑一旦開倉后整個過程須連續(xù)澆筑。為確保澆筑連續(xù)性,應從拌合樓工況、混凝土生產(chǎn)、運輸及入倉強度、資源配置、應急處理(如備用電源、防雨措施等)等方面強化保證措施,以確?；炷吝B續(xù)澆筑及滑模均勻提升。

(4)在澆筑過程中,需做好混凝土入倉塌落度、澆筑溫度等方面的記錄?；炷翝仓匿伭蠈雍瘛⒒谐?、滑升時間間隔等基本參數(shù)須結(jié)合實際施工過程進行復核與優(yōu)化調(diào)整。

(5)注重施工質(zhì)量及細節(jié)管理。①大壩面板施工最好是由具有相關(guān)經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍來實施,施工前督促承包人落實并加強技術(shù)或質(zhì)量培訓與交底;②至少提前半年開始落實面板混凝土的配合比試驗工作,須在面板混凝土正式澆筑前對混凝土的生產(chǎn)拌制及運輸方式、入倉方式、塌落度、能否順利澆筑、能否順利收面等方面進行澆筑工藝的驗證試驗;③砂的含水率對面板混凝土性能影響較為明顯,應嚴格控制砂的含水率;④加強對側(cè)模安裝質(zhì)量(精度、穩(wěn)固性等)的管控,施工過程中加強對該部位已施工底層止水的保護,注意該部位的混凝土澆筑密實以及充分振搗;⑤面板分期施工縫處鋼筋不能斷開,同時避免將止水接頭設置在分期分縫處,此外,需特別注意面板混凝土澆筑至相應高程之前須提前并及時將架立筋(插筋)沿擠壓邊墻面割斷,以避免基礎堆面板的不利影響;⑥基礎面乳化瀝青(即三油兩砂層)噴涂施工后常因施工干擾造成破壞,須加強檢查、存在問題的部位須補噴;⑦重視面板混凝土澆筑后的養(yǎng)護工作,按規(guī)范至少養(yǎng)護90 d或至蓄水,避免因混凝土養(yǎng)護工作不到位而產(chǎn)生裂縫。

7 結(jié) 語

鍋浪蹺電站大壩面板施工過程中,參建各方從技術(shù)質(zhì)量、安全和組織管理方面重點加強了對面板澆筑前面板對應范圍內(nèi)已填筑壩體沉降期、面板頂部處的壩體沉降速率和先期施工的面板頂部填筑超高等指標的控制,嚴格按照相關(guān)要求加強了對基礎面處理、過程安全管控、混凝土性能監(jiān)測、前述相關(guān)技術(shù)與質(zhì)量細節(jié)管控等方面的管理,有效保證了大壩面板順利地完成澆筑。面板澆筑完成后,檢查其表面平整度總體滿足設計要求,41塊面板(約6.5萬m2)發(fā)現(xiàn)面板混凝土裂縫總計52條,施工效果明顯優(yōu)于行業(yè)平均水平。