殷本林，喬介平，張宇

(1.中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 611730;2.二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610051)

1 概述

隨著水電工程向高海拔和高峽谷地區(qū)轉(zhuǎn)移，水電站壩高不斷提高，壩前水頭不斷提升，水電工程引水發(fā)電、泄洪消能等部位混凝土受到高水頭、大流速水流沖擊，磨蝕破壞嚴(yán)重。目前廣泛使用具有較好抗沖擊、耐磨性能的硅粉抗沖耐磨混凝土。但由于硅粉抗沖耐磨混凝土自身具有內(nèi)聚力大、粘稠，表面水分散失較快，早期干縮較大，膠凝材料用量大等特點(diǎn)，極易產(chǎn)生干縮裂縫和溫控裂縫，特別是在圓形或弧形等平滑過流面部位，受材料、條件和工藝水平的影響，會出現(xiàn)平整度差、大范圍氣泡、局部出現(xiàn)混凝土龜裂等質(zhì)量問題。導(dǎo)致工程后期將投入大量的人力、物力和資金進(jìn)行修補(bǔ)處理。

錦屏一級水電站壩高305m，為在建工程世界第一雙曲拱壩。為了保證壩后水墊塘等部位在高水頭、高速水流下不出現(xiàn)嚴(yán)重的沖刷磨蝕，采用按特性分區(qū)域施工、自制輔助施工設(shè)施和新材料綜合使用等工藝，較好地解決了反弧型過流面抗沖耐磨混凝土施工的難題。

錦屏一級水電站設(shè)計(jì)壩高305m，水墊塘消能水頭290m，設(shè)計(jì)最大泄洪流量10577m3/s，塘內(nèi)動水壓力和脈沖為9.55×9.8kPa。水墊塘為復(fù)式梯形斷面，長380m，底寬45m，高66m，水墊深50m。在邊墻高程1600m以下其面層0.4 m厚為C9050硅粉抗沖耐磨混凝土。水墊塘邊墻和底板交接處設(shè)計(jì)為半徑5m的反弧型過流面，將水平底板和坡度為1∶0.5的邊墻平順銜接(圖1)。

圖1 錦屏一級水電站水墊塘反弧型過流面結(jié)構(gòu)示意圖

2 施工特點(diǎn)

(1)反弧型過流面不平整度要求高，表面質(zhì)量要求高。按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求，硅粉混凝土厚度嚴(yán)格控制在40cm，過流面的不平整度控制在6 mm以內(nèi)。

(2)硅粉抗沖耐磨混凝土自身內(nèi)聚力大、粘稠，膠凝材料用量大，混凝土鋪攤、振搗及抹面困難。且硅粉抗沖耐磨混凝土表面水分散失較快，早期干縮較大，極易產(chǎn)生干縮裂縫和溫控裂縫。

(3)反弧型混凝土面與底板相交部位角度較小，施工要求必須與下部底板混凝土一同澆筑，硅粉抗沖耐磨混凝土入倉困難，振搗困難，混凝土自身大量的水泡、氣泡無法排除，將導(dǎo)致硅粉混凝土過流面產(chǎn)生大量的氣泡。

(4)錦屏一級水電站干濕季節(jié)分明，晝夜溫差極大，抗沖耐磨混凝土失水極快，極易干縮形成裂縫。雨季暴雨頻率高，強(qiáng)度大，過流面施工中的保濕和防水對施工質(zhì)量非常重要。

3 施工工藝及改進(jìn)

3.1 施工工藝流程

反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝流程見圖2。

圖2 反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝流程圖

3.2 特性區(qū)劃分

根據(jù)反弧型過流面的設(shè)計(jì)體型和硅粉抗沖耐磨混凝土的性能指標(biāo)，將反弧型過流面分為傾角小于30°的緩傾區(qū)域和傾角大于30°的陡傾區(qū)域，根據(jù)區(qū)域傾角的特點(diǎn)，分別采用相適應(yīng)的施工工藝。對于傾角小于30°的緩傾區(qū)域采用定型鋼軌、輔助器收面工藝;對于傾角大于30°的陡傾區(qū)域采用模板表面張貼混凝土改性膜的工藝進(jìn)行施工。

3.3 模板、配件的改造和設(shè)計(jì)

3.3.1 緩傾區(qū)域的定型鋼軌和輔助收面工具

根據(jù)反弧型過流面的弧度、弧長，采用定型鋼模板加工成寬度為15cm的定型鋼軌，定型鋼軌表面光滑，與設(shè)計(jì)混凝土面貼合，定型鋼模板的縱肋作為定型鋼軌的兩翼，高5.5cm(圖3)。

根據(jù)定型鋼軌距離加工成在兩個定型鋼軌之間上下滑動的收面裝置，輔助收面采用10cm×10cm的方木加工，兩側(cè)位于定型鋼軌兩翼上各10cm，方木與混凝土接觸的表面打磨光滑或包裹薄白鐵皮，以保證收面質(zhì)量平整光滑。

3.3.2 陡傾區(qū)域改性膜模板

圖3 緩傾區(qū)域定型鋼軌和輔助收面工具的施工照片

在模板表面使用的改性膜是一種改善混凝土表面質(zhì)量性能的新技術(shù)材料。其復(fù)合層結(jié)構(gòu)等效孔徑D95遠(yuǎn)小于30μm，可以確保空氣和水分透出而水泥顆粒和骨料結(jié)合的膠凝物被滯留在透水模板布內(nèi)側(cè)的混凝土表面，從而使得結(jié)構(gòu)體表面形成一層富含水化硅酸鈣的致密硬化層，有效減少了混凝土的蜂窩、麻面。同時，透水模板布具有保水性，可以改善混凝土的初期養(yǎng)護(hù)條件。

為試驗(yàn)改性膜在反弧型過流面抗沖耐磨混凝土中的運(yùn)用，通過試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)倉進(jìn)行了多次對比試驗(yàn)，分別在不同部位的模板內(nèi)使用改性膜、按常規(guī)工藝加強(qiáng)復(fù)振等。根據(jù)試驗(yàn)成果，得出在大于30°陡傾區(qū)域使用改性膜后抗沖耐磨混凝土表面質(zhì)量最優(yōu)的結(jié)論。因此，反弧面傾角大于30°的陡傾區(qū)域硅粉抗沖耐磨混凝土施工時，在模板表面采用張貼混凝土改性膜新材料的措施。

3.3.3 研究發(fā)明了模板配件陰螺紋連接螺桿

陰螺紋連接螺桿采用φ18圓鋼制作，單根長度32cm，采用車床加工。陰螺紋連接螺桿模板外側(cè)一端為方便拆卸用的方形斷面。方形斷面下端為陽螺紋，螺紋直徑φ14，在模板外側(cè)與鋼架管圍柃連接，鋼墊板及螺母固定。陰螺紋連接螺桿伸入模板內(nèi)側(cè)長度約15cm，端頭內(nèi)車絲形成陰螺紋，陰螺紋直徑φ12，與模板內(nèi)φ12圓鋼拉條陽螺紋相連接。

陰螺紋連接螺桿的獨(dú)特造型設(shè)計(jì)使其可在定型鋼軌或模板拆除后迅速采用扳手將其卸出混凝土表面，在抗沖耐磨混凝土未終凝之前進(jìn)行孔洞的回填和收面，保證整個過流面的平順和光滑(圖4)。

圖4 陰螺紋連接螺桿結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 模板安裝

將加工好的定型鋼軌在現(xiàn)場根據(jù)測量放線安裝完成后，在鋼軌背面安裝與定型鋼軌具有相同弧度的弧形圍柃，弧形圍柃采用陰螺紋連接螺桿與倉號內(nèi)的螺桿相連接(圖5)。

圖5 定型鋼軌及輔助收面工具結(jié)構(gòu)示意圖

對傾角大于30°的陡傾區(qū)域過流面表面安裝已完成改性膜張貼的模板，安裝支撐改性膜模板所采用的支撐鋼筋和混凝土預(yù)制墊塊。陰螺紋連接螺桿從模板中預(yù)留的孔洞穿過，在倉號內(nèi)側(cè)用拉桿固定，外側(cè)采用墊片或“3”型扣與圍柃連接固定。

3.5 混凝土澆筑

緩傾區(qū)域的混凝土澆筑采用門機(jī)或長臂反鏟下料，振搗采用φ100插入式振搗棒振搗均勻。混凝土振搗完成后，采用輔助收面工具對定型鋼軌之間的硅粉抗沖耐磨混凝土進(jìn)行收面。定型鋼軌之間的硅粉抗沖耐磨混凝土收面完成后，進(jìn)行定型鋼軌及圍柃的拆除。首先將弧形圍柃及橫向圍柃拆下，用扳手將陰螺紋連接螺桿拆除，并保證硅粉抗沖耐磨混凝土過流面無任何鐵件外露。定型鋼軌拆除后，使用粗骨料較少的富漿抗沖耐磨混凝土對拆除時預(yù)留的孔洞進(jìn)行回填，木錘敲擊搗實(shí)，表面壓面收光。

對陡傾區(qū)域的混凝土澆筑采用門機(jī)和溜筒入倉，φ100插入式振搗器振搗，注意振搗棒避免觸碰混凝土表面的改性膜。

3.6 保溫、保濕及養(yǎng)護(hù)措施

(1)為減少硅粉抗沖耐磨混凝土水化熱造成的混凝土裂縫，硅粉抗沖耐磨混凝土出機(jī)口溫度應(yīng)盡量降低，擬定通過降低骨料溫度、加冰拌制等手段將硅粉抗沖耐磨混凝土出機(jī)口溫度控制在10℃。

(2)在高溫季節(jié)混凝土運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸車輛應(yīng)根據(jù)情況采用外貼泡沫板、遮蓋保溫被等措施防止運(yùn)輸過程中的溫度回升。在澆筑過程中，采取在倉號內(nèi)用噴霧水槍進(jìn)行噴霧作業(yè)，以散射太陽光并降低倉內(nèi)溫度，硅粉抗沖耐磨混凝土施工宜安排在夜間低溫時段施工，盡量避免在白天高溫時段施工。

(3)抹面完成的反弧型硅粉抗沖耐磨混凝土過流面在白天應(yīng)覆蓋保溫被進(jìn)行保溫，防止外界熱量倒灌及表面失水?；炷吝^流面應(yīng)保持濕潤狀態(tài)，防止出現(xiàn)干燥、龜裂，進(jìn)而發(fā)展成為深層裂縫?；炷两K凝后，在反弧段過流面頂部懸掛花管進(jìn)行流水養(yǎng)護(hù)。

4 工藝效果

采用改進(jìn)、優(yōu)化后的反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝，施工完成后的過流面表面光滑，平整度好，符合設(shè)計(jì)弧形斷面要求，混凝土表面無氣泡、干縮裂縫、鐵件外露等常規(guī)混凝土施工工藝的質(zhì)量缺陷，硅粉抗沖耐磨混凝土澆筑完成后無需重新進(jìn)行修補(bǔ)施工作業(yè)，從而大幅度節(jié)約了混凝土表面修補(bǔ)所需的人力、物力的昂貴費(fèi)用，施工速度快，效率高(圖6)。

5 結(jié)語

(1)錦屏一級水電站水墊塘反弧型過流面采用按特性分區(qū)施工，經(jīng)實(shí)踐證明是可行、可靠的。該工藝既解決了反弧型抗沖耐磨混凝土過流面施工質(zhì)量問題，又保證了施工進(jìn)度，取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。

圖6 施工完成后的水墊塘和反弧型硅粉抗沖耐磨混凝土過流面照片

(2)積極運(yùn)用改性膜新技術(shù)材料，經(jīng)多次試驗(yàn)，得出了最優(yōu)的使用部位和工藝以及反弧型抗沖耐磨混凝土施工質(zhì)量改進(jìn)的新方法。

(3)自制的散拼模板陰螺紋連接螺桿，有效地解決了常規(guī)模板使用造成大量修補(bǔ)的費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)問題，并且由于該裝置加工簡單、成本低、易于操作，具有很好的推廣價值。

［1］付元初，譚靖夷，等.水利水電工程施工手冊.第3卷，混凝土工程［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］庸 本.特種混凝土設(shè)計(jì)與施工(精)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］馮乃謙.高強(qiáng)混凝土技術(shù)［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，1992.