陳光國(guó),孫 磊

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)二公司,成都,610091)

1 工程概況

山西天橋水電站大壩除險(xiǎn)加固工程位于黃河中游北干流上,施工基坑緊鄰原建筑物的泄水閘,上游圍堰布置時(shí)充分利用原建筑物的導(dǎo)墻分段設(shè)計(jì)。為保證圍堰不占?jí)盒顾ǖ?又不占?jí)杭庸坦こ痰氖┕せ?臨近導(dǎo)墻段設(shè)計(jì)為混凝土圍堰,遠(yuǎn)離導(dǎo)墻部位設(shè)計(jì)為土石圍堰。根據(jù)原建筑物導(dǎo)墻前端的地形條件,圍堰形式擬采用重力式水下混凝土結(jié)構(gòu);圍堰底部高程為822.0m～830.0m,底部最大寬度為8m。設(shè)計(jì)圍堰按10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),考慮交通需要,確定圍堰頂部高程為836.0m,最大堰高14m;迎水面采用直墻式,背水面采用臺(tái)階式設(shè)計(jì),堰頂寬根據(jù)后期交通需要確定為6.0m;混凝土圍堰與原建筑物導(dǎo)墻平順連接,圍堰設(shè)計(jì)軸線長(zhǎng)46m,水下混凝土澆筑工程量約3000m3。

水下混凝土施工特點(diǎn):①水下施工條件差,存在較大的安全隱患。本施工區(qū)域緊靠泄洪閘進(jìn)口,庫(kù)區(qū)內(nèi)流態(tài)復(fù)雜。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料反映,3、4月份平均氣溫在7℃左右,河水溫度低,不適宜人工水下清基、立模等工作;②水下施工難度大,工期緊。黃河河水渾濁,全憑潛水員的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行水下定位,完成水下各個(gè)項(xiàng)目施工。同時(shí),水下混凝土施工安排在汛前,黃河3月底才解凍,有效施工工期僅105天,工期緊;③技術(shù)要求高,施工質(zhì)量難?；炷羾邽橹亓κ交炷翐跛畤?要求本身具有一定的穩(wěn)定性和防滲能力。由于混凝土在澆筑過(guò)程中無(wú)法振搗,主要靠漿柱的自重壓力自行密實(shí),故無(wú)法直觀了解澆筑情況,必須做好混凝土配合比設(shè)計(jì)。

2 施工工藝

2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)混凝土圍堰設(shè)計(jì)圖紙測(cè)放軸線控制點(diǎn)和結(jié)構(gòu)邊線,水上采用浮標(biāo)做標(biāo)記,并將相應(yīng)點(diǎn)、線延伸引至陸上。同時(shí)完成水下混凝土施工的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作,包括模板制作、浮箱準(zhǔn)備、供風(fēng)供電系統(tǒng)、專業(yè)人員與機(jī)具配備等。

2.2 水下土方開挖

水下土方開挖常規(guī)采用小型挖泥船施工。本項(xiàng)目開工前電站有兩天沖沙放水時(shí)段,庫(kù)水位降至825.0m,充分利用這一有利條件,采用PC400反鏟直接進(jìn)行淤積層開挖。

2.3 施工平臺(tái)搭設(shè)

水下作業(yè)需要搭設(shè)水上施工平臺(tái)。施工平臺(tái)采用浮箱拼接形成,包括一艘工作船、一艘模板安裝船和一艘浮吊船。采用6只浮箱(浮箱尺寸6m×3m×1.5m)拼裝成澆筑船,澆筑船中間圍成長(zhǎng)12m寬8.5m空腔,作為模板安裝和混凝土澆筑的通道,并布置有1.5m3的下料斗。根據(jù)混凝土圍堰澆筑倉(cāng)面布置,距結(jié)構(gòu)邊線不小于1m的范圍布置下料導(dǎo)管,導(dǎo)管間距按4m控制。

2.4 基巖面清淤

水下土方開挖至基巖且開挖范圍滿足混凝土圍堰施工要求后,由潛水員采用清於管和水槍進(jìn)行水下清理。清淤管直徑宜采用25cm的鋼管,由10m3空壓機(jī)供氣,潛水員水下用高壓水槍將基巖上的泥土全部擾動(dòng),采用清淤管排至施工部位以外。

2.5 水下錨桿施工

錨桿主要用于焊接拉條加固模板。鉆孔采用HPR20294型的液壓動(dòng)力鉆,鉆孔直徑45mm,成孔后采用高壓水槍清孔。經(jīng)孔深檢查和孔內(nèi)清理滿足施工要求后,進(jìn)行安放錨固劑、插桿的工藝施工。錨固劑采用藥卷式水下錨固劑,進(jìn)場(chǎng)后經(jīng)抽樣檢查合格后方能使用。

2.6 模板施工

水下模板采用可拆卸的組合鋼模板,根據(jù)倉(cāng)面尺寸,在澆筑船上采用螺栓連接拼裝,由澆筑船運(yùn)送到施工部位再整體吊入水中。吊裝拼模板采用簡(jiǎn)易型三角支架配合手動(dòng)葫蘆,安裝前在模板四周設(shè)置定位纜繩。整體型鋼模板水平位置的調(diào)整,由澆筑平臺(tái)上的纜繩控制;定位測(cè)量采用交會(huì)法進(jìn)行,由測(cè)距儀和經(jīng)偉儀測(cè)量控制;模板的垂直度可用掛重球方法直接檢查。測(cè)量方法:在鋼模板的中心預(yù)先電焊一根豎向圓鋼(φ12mm×1.5m),并涂上紅白油漆作為鋼模板中心標(biāo)志,此標(biāo)志垂直于鋼模板平面,岸上1臺(tái)儀器對(duì)準(zhǔn)軸線,另一臺(tái)儀器對(duì)準(zhǔn)中心,有專人負(fù)責(zé)指揮安裝。

安裝整體模板時(shí),為保證模板的平整度,在模板制作過(guò)程中,四周采用法蘭螺栓做可調(diào)支撐,安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)整。模板底部打定位樁,四面打斜撐撐牢固定,底部有縫隙的部位,用模板封堵。模板拉條采用不小于φ16mm的圓鋼,對(duì)穿拉條按1.0m×1.0m梅花型間隔布置。為確?；炷羾叩恼w穩(wěn)定,在垂直圍堰軸線的施工縫上設(shè)置梯形鍵槽。

2.7 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑主要工藝流程為:平臺(tái)及導(dǎo)管的布置→安放砂包→儲(chǔ)料→開澆→提升導(dǎo)管→檢測(cè)→結(jié)束。

混凝土材料選用C20泵送混凝土,二級(jí)配,坍落度控制在18cm左右,攤擴(kuò)度大于45cm。水下混凝土的施工質(zhì)量首先取決于配合比設(shè)計(jì)。結(jié)合多個(gè)工程的經(jīng)驗(yàn),水下混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),膠凝材料必須大于420kg,才能滿足流動(dòng)性需要。

水下混凝土澆筑采用導(dǎo)管法進(jìn)行,導(dǎo)管直徑為φ250mm,橫向布置兩個(gè)導(dǎo)管,間距 4m,縱向布置3根,間距4m。澆筑時(shí),導(dǎo)管輪流進(jìn)行,不留施工縫,一次澆筑完畢。導(dǎo)管長(zhǎng)度選用2m和0.5m,每套導(dǎo)管長(zhǎng)、短導(dǎo)管相互搭配,便于提升導(dǎo)管過(guò)程中拆卸。提升導(dǎo)管采用簡(jiǎn)易三腳架配合手動(dòng)葫蘆,根據(jù)下料量和導(dǎo)管提升長(zhǎng)度判斷埋深,由人工手動(dòng)提升。

水下澆筑混凝土?xí)r,首批進(jìn)入導(dǎo)管的混凝土不少于1.5m3,確保導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于80cm。

導(dǎo)管埋入最小深度:Hmin=I×Lt

式中:I——混凝土拌合物在倉(cāng)面的擴(kuò)散坡率,取0.15～0.2;

Lt——導(dǎo)管間距,取4m 。

所以,Hmin=0.2×2=0.8m

考慮拌合物下落速度要求,根據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),水下澆筑水深16m左右時(shí),最小埋深取0.8m。因此本工程水下導(dǎo)管最小埋深取0.8m。

為保證水下混凝土能順暢通過(guò)導(dǎo)管下注,不出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,可通過(guò)導(dǎo)管頂部高出澆筑時(shí)水位的最小高度控制:

Ha=P-(RC-RW)×Hac/Rc

式中:P——導(dǎo)管底部的最小超壓力,取 7.5t/m2;

Rc——水下混凝土的容重取2.4t/m3;

Rw ——水的容重取1t/m3;

Hac——水面至己澆筑混凝土面的高度,取最小值為0。

所以,Ha=3m

根據(jù)以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn),防止?jié)仓r(shí)不出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞等現(xiàn)象,Ha取3m。因此,水下澆筑平臺(tái)承料斗設(shè)置于超出水面3m處。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的布置:水下混凝土澆筑時(shí),上升速度一般控制在0.3m/h左右,根據(jù)倉(cāng)位大小計(jì)算入倉(cāng)強(qiáng)度為28.8m3/h。采用2臺(tái)0.75m3攪拌機(jī)生產(chǎn)混凝土,混凝土的生產(chǎn)能力為:V=60÷3×0.75×2=30m3/h?；炷帘眠x用HB-60型,輸送能力60m3/h,輸送距離可達(dá)200m,滿足混凝土澆筑強(qiáng)度要求。

2.8 模板拆除

在混凝土達(dá)到終凝后拆除模板,采用浮吊配合人工進(jìn)行。利用浮吊吊住模板,潛水員用氣焊水下割除螺桿,模板脫落后,緩緩提升浮吊。

2.9 縫面處理

水下縫面不能進(jìn)行沖毛處理,采用人工開挖鍵槽,埋設(shè)間排距1.5m的插筋(埋深1.0m,外露1.0m)進(jìn)行處理。

3 注意事項(xiàng)

(1)首批灌注混凝土所需的數(shù)量,應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋深(深度≥0.8m)和填充導(dǎo)管底部的需要。

(2)混凝土澆筑開始后應(yīng)能確保混凝土連續(xù)施工。

(3)在澆筑過(guò)程中,應(yīng)經(jīng)常檢查倉(cāng)內(nèi)混凝土面位置,并及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深。

(4)應(yīng)根據(jù)拌合樓生產(chǎn)強(qiáng)度確定倉(cāng)位大小,確保在先澆筑的混凝土初凝前完成混凝土澆筑。

4 結(jié)語(yǔ)

水下混凝土施工屬于特種混凝土施工,實(shí)質(zhì)是將拌制的高流態(tài)混凝土,用各種工程手段送入水下預(yù)定部位硬化成型。在水利水電工程建筑方面,水下混凝土主要應(yīng)用于圍堰修建或邊坡防護(hù)。水下混凝土施工要求較高,混凝土本身應(yīng)具有足夠的流動(dòng)性和抗泌水、抗分離的穩(wěn)定性。為了確保水下混凝土的穩(wěn)定性,抑制水下混凝土施工中的骨料分離,保證混凝土施工質(zhì)量,施工時(shí)主要從兩方面進(jìn)行調(diào)整:一是在澆筑過(guò)程中混凝土盡可能不與水接觸;二是添加外加劑,保證混凝土在水中不分散、不離析。水下混凝土澆筑需要專業(yè)的施工隊(duì)伍,其清基、立模、錨桿等工序和水上作業(yè)類似,關(guān)鍵是水下混凝土的配合比設(shè)計(jì)、下料導(dǎo)管埋深、混凝土上升速度,均需要進(jìn)行專門的研究。