周 佩,賀 成

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

0 引言

抽水蓄能電站作為一種重要的可再生能源發(fā)電方式,隨著能源需求的增加和環(huán)保意識的提高,得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。而地下廠房的建筑結(jié)構(gòu)中,巖壁吊車梁是承載起吊設(shè)備重量并保護(hù)廠房結(jié)構(gòu)安全的重要部分。巖錨梁屬大體積結(jié)構(gòu)混凝土,溫控要求嚴(yán)格,一般建議在低溫季節(jié)澆筑,以保證混凝土施工質(zhì)量,然而在實際施工過程中,由于各種因素影響,加之進(jìn)度節(jié)點要求,不得不在高溫季節(jié)澆筑,高溫下進(jìn)行混凝土澆筑施工存在一些困難和挑戰(zhàn),混凝土在高溫下的凝固過程受到環(huán)境溫度、澆筑溫度的影響,容易導(dǎo)致混凝土表面開裂等不良現(xiàn)象。

另外,目前巖錨梁混凝土模板支撐體系已由原來的普通鋼管腳手架支撐過渡到采用定型盤扣式腳手架施工,支模體系整體較為規(guī)范。模板根據(jù)不同項目業(yè)主及設(shè)計相關(guān)要求采用鋼模板或木模板。鋼模板平整度、剛度、接縫處理較好,但模板造價較高,由于巖錨梁施工速度較快,且拆模時間要求嚴(yán)格,模板周轉(zhuǎn)率較低,一次投入較大,導(dǎo)致施工成本較高,同時受巖臺開挖面平整度影響,鋼模板與巖面相接處縫隙處理工作量較大;木模板造價相對較低,但受模板本身材料及模板生產(chǎn)工藝限制,整體平整度及模板接縫錯臺等問題將影響混凝土外觀質(zhì)量。

因此,本文旨在探討高溫下抽水蓄能電站巖錨梁混凝土澆筑施工的關(guān)鍵技術(shù)。通過對模板結(jié)構(gòu)及支撐體系優(yōu)化、溫控技術(shù)和巖錨梁施工過程控制的綜合分析,提出了一種有效的高溫澆筑施工方案。

1 模板結(jié)構(gòu)及支撐體系優(yōu)化

1.1 模板結(jié)構(gòu)設(shè)計

模板選擇是抽水蓄能電站巖錨梁混凝土澆筑施工中的重要環(huán)節(jié)。在選擇模板時,需要考慮混凝土的外觀質(zhì)量和施工效率。首先,在保證混凝土外觀質(zhì)量的前提下,應(yīng)選擇耐用、結(jié)構(gòu)合理的模板,模板的材質(zhì)和加工工藝應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度,以承受混凝土施工過程中的自重和震動;其次,模板的安裝和拆除過程要方便快捷,以提高施工效率;此外,模板的表面應(yīng)平整、光滑,防止混凝土產(chǎn)生裂縫和毛細(xì)孔,影響混凝土的質(zhì)量和外觀。在模板選擇過程中,還應(yīng)考慮節(jié)約成本和資源的因素,選擇可循環(huán)使用的模板,減少浪費(fèi)和環(huán)境污染。通過合理選擇模板,可以為巖錨梁混凝土高溫澆筑提供良好的施工條件,保證混凝土的質(zhì)量和施工進(jìn)度。

針對巖錨梁混凝土的特點,采用普通木模板澆筑后會不同程度地存在蜂窩、麻面等質(zhì)量缺陷,同時,受木模板本身質(zhì)量影響,模板接縫處由于模板厚度差造成錯臺等問題。為解決上述問題,研究設(shè)計一種新型模板結(jié)構(gòu),即采用普通木模板+PE板的模板結(jié)構(gòu)體系。PE板具有表面光滑平整、韌性高,抗拉,耐腐蝕,耐低溫,耐磨性能好等特點,放置在與混凝土接觸面?zhèn)?可有效避免或減少蜂窩麻面的等缺陷的產(chǎn)生。同時,PE板與木模板采用錯縫布置(見圖1),可有效減小錯臺和模板縫,提高巖錨梁模板平整度;PE板表面光滑,表面具有一層保護(hù)膜在模板安裝前拆去,無需再涂刷脫模劑即可達(dá)到鏡面效果。

圖1 模板結(jié)構(gòu)側(cè)面及正面示意

1.2 模板支撐加固體系優(yōu)化

模板支撐加固體系是巖錨梁混凝土施工的安全和質(zhì)量保證。首先,模板支撐加固材料的選擇要符合施工要求,并且具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;其次,模板支撐體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計要能承載巖錨梁混凝土澆筑施工過程中的結(jié)構(gòu)及施工荷載,同時,巖錨梁下部結(jié)構(gòu)為斜面,需要考慮斜面支撐方式;此外,模板加固體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮現(xiàn)場可操作性及重復(fù)周轉(zhuǎn)利用等因素。

1.2.1 模板支撐結(jié)構(gòu)

目前巖錨梁混凝土模板支撐體系已由原來的普通鋼管腳手架支撐過渡到采用定型盤扣式腳手架施工,盤扣式腳手架具有規(guī)格尺寸統(tǒng)一、組合靈活、搭設(shè)方便等優(yōu)點,可較好的適應(yīng)不同搭設(shè)高度,同時,能提高搭設(shè)效率,根據(jù)現(xiàn)場實際開挖及混凝土澆筑情況,設(shè)計混凝土模板支撐腳手架及操作平臺腳手架搭設(shè)參數(shù)。

在模板支撐架系底部采用20 cm厚的C20混凝土作為腳手架搭設(shè)基礎(chǔ),保證腳手架基礎(chǔ)穩(wěn)定堅實,模板支撐架與施工通道腳手架分開搭設(shè),避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致模板變形、移位。模板支撐架高度為3.0m、寬1.2 m,立桿縱距為0.6 m、橫距為0.6 m、步距為1.0m,利用邊墻已施工的系統(tǒng)錨桿作為連墻件,連墻件間按“兩步三跨”設(shè)置。施工通道腳手架高度為5.4m、寬1.8 m,沿主副廠房軸線方向搭設(shè)長度為156.5 m,立桿縱距為0.9 m、橫距為0.9 m、步距為1.5 m,采用φ48 mm鋼管設(shè)置連墻件,與邊墻上已施工的錨桿焊接。

1.2.2 斜面支持結(jié)構(gòu)

基于巖錨梁底部為斜面結(jié)構(gòu),為保證模板及支撐體系受力均衡,設(shè)計了一種可整體拆裝的“三角架”(見圖2),“三角架”采用∟5角鋼、[10槽鋼、φ48鋼管按巖錨梁設(shè)計結(jié)構(gòu)焊接加工,施工過程中整體吊裝,通過腳手架頂托進(jìn)行調(diào)平,保證模板安裝平整。

圖2 “三腳架”結(jié)構(gòu)示意

1.2.3 模板加固體系

傳統(tǒng)巖錨梁施工模板采取在倉內(nèi)設(shè)置拉筋進(jìn)行加固,模板拆除后還需對拉筋頭、錐形套空洞進(jìn)行封堵處理,費(fèi)時費(fèi)力還影響混凝土外觀質(zhì)量。采用一種外拉內(nèi)撐的模板加固體系(見圖3),在巖錨梁結(jié)構(gòu)上下各設(shè)置一排φ20、L=2.0m@1.0m模板拉筋錨桿,在模板外側(cè)水平方向布置I12工字鋼,間距45 cm;豎向布置雙拼I12工字鋼,間距1m,模板拉筋與錨桿焊接后采用螺栓固定在雙拼工字鋼外側(cè)。

2 溫控技術(shù)

巖壁吊車梁混凝土為高約束區(qū)混凝土,混凝土厚度較大,屬大體積混凝土,加之在高溫季節(jié)澆筑,為避免或減少混凝土裂縫,保證混凝土施工質(zhì)量,降低混凝土水化熱,需采取一定溫控措施:如混凝土預(yù)冷、通水冷卻、保溫養(yǎng)護(hù)等[1]。

2.1 溫度監(jiān)測

在巖錨梁混凝土施工過程中做好溫度監(jiān)測工作,包括對拌合站環(huán)境溫度、混凝土原材料溫度、混凝土出機(jī)口溫度、洞內(nèi)環(huán)境溫度、混凝土入倉溫度、混凝土內(nèi)部溫度、混凝土表面溫度等進(jìn)行監(jiān)測,及時對溫度監(jiān)測資料進(jìn)行分析,根據(jù)分析成果確定冷卻水系統(tǒng)工作時間和撤銷保溫措施時間。

在混凝土澆筑過程中,應(yīng)至少每4 h測量一次混凝土的原材料溫度、出機(jī)口溫度、入倉溫度、外界氣溫,并做好記錄?；炷羶?nèi)部溫度監(jiān)測在每倉混凝土內(nèi)埋設(shè)3支溫度計,澆筑完成后立即開始,3 d內(nèi)每隔4 h監(jiān)測一次,3 d后每天至少測溫2次。其內(nèi)容包括混凝土表面溫度、環(huán)境溫度、混凝土內(nèi)部上中下層的溫度。溫度計布置示意見圖4。

圖4 溫度計布置示意

2.2 混凝土預(yù)冷

混凝土預(yù)冷是抽水蓄能電站巖錨梁混凝土高溫澆筑施工中的一項關(guān)鍵技術(shù)。在混凝土澆筑之前,采取適當(dāng)?shù)念A(yù)冷措施可以有效控制混凝土的入倉溫度,避免高溫對混凝土的不利影響。

(1)拌合站的骨料倉全部采用彩鋼瓦搭建防雨防曬棚,骨料倉為半封閉結(jié)構(gòu),也對皮帶輸送機(jī)搭建遮陽設(shè)施,避免太陽直射照曬。骨料存儲時,將運(yùn)輸?shù)焦橇蟼}內(nèi)的粗細(xì)骨料用裝載機(jī)增加堆料高度,并有足夠的儲備;在氣溫極高的特殊時段,采用噴霧灑水降溫方式降低骨料表面溫度。

(2)水泥進(jìn)場后嚴(yán)格控制入罐溫度不能超過65 ℃,在混凝土拌制前檢查水泥溫度控制在35～60 ℃。同時對水泥罐采用外壁淋水降溫。

(3)通過加冰措施降低拌合用水溫度,水溫控制在5 ℃,以降低混凝土拌合后出機(jī)口溫度。

(4)對運(yùn)輸混凝土的罐車采取保溫措施,降低混凝土運(yùn)輸過程中的溫升。

2.3 通水冷卻

為了有效控制混凝土的溫度,在巖錨梁混凝土高溫澆筑施工中,采用了通水冷卻的溫控技術(shù)。通水冷卻主要用于控制最高溫度、基礎(chǔ)溫差和內(nèi)外溫差在設(shè)計允許范圍內(nèi),將混凝土冷卻到要求的溫度。為了防止水管冷卻時水溫與混凝土溫差過大,冷卻速度過快和冷卻幅度太大而產(chǎn)生裂縫,要對冷卻水溫、冷卻速度、允許冷卻時間進(jìn)行適當(dāng)控制。根據(jù)技術(shù)要求,在混凝土開始澆筑即開始初期通水,通水時間一般為14 d?；炷翜囟扰c水溫之差不超過20 ℃,冷卻水溫度不高于22 ℃,通水流量1.5～2.0m3/h,冷卻時混凝土日降溫不應(yīng)超過0.5～1 ℃,冷卻水進(jìn)出口方向應(yīng)24 h交換一次[2-3]。

2.3.1 冷卻水管埋設(shè)

采用φ28 mm壁厚2 mm鋼管作為冷卻水管,沿長度方向水平埋設(shè),水平間距為1.0m,距離模板50 cm;豎向共設(shè)兩層冷卻水管,層間距1.5 m。進(jìn)水口及出水口均布置在巖壁吊車梁頂部,便于通水操作。為保證通水冷卻質(zhì)量,冷卻水管安裝完成后在混凝土澆筑前進(jìn)行通水測試,對漏水處采用接頭連接后重新測試,確保連接處不漏水。

2.3.2 通水冷卻

埋設(shè)冷卻水管屬于初期通水冷卻,初期通水冷卻的目的為削減最高溫升,通水在混凝土澆筑完成后立刻進(jìn)行,考慮巖錨梁混凝土澆筑過程中不同倉位澆筑時間不同,導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度差異較大,采用統(tǒng)一的循環(huán)水供水系統(tǒng)無法滿足不同倉位、不同混凝土溫度的需求,現(xiàn)場采用布置“單倉循環(huán)系統(tǒng)”,結(jié)構(gòu)示意見圖5。

圖5 “單倉循環(huán)系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)示意

所謂“單倉循環(huán)系統(tǒng)”就是每個倉位設(shè)置一個小型循環(huán)系統(tǒng),以滿足不同澆筑時間混凝土內(nèi)部溫度不同進(jìn)行差異化通水冷卻的需要,該系統(tǒng)主要包括1m3水箱、0.75 kW水泵、熱水器及相應(yīng)管理、閥門等組成,該系統(tǒng)的優(yōu)勢是可根據(jù)每個倉位混凝土內(nèi)部溫度情況適時調(diào)整循環(huán)水水溫,使混凝土溫度與水溫之差不超過20 ℃,避免在進(jìn)行混凝土冷卻的同時造成溫度裂縫。每次使用前應(yīng)對水箱水溫進(jìn)行測量,并根據(jù)混凝土內(nèi)部溫度調(diào)整水溫,若不滿足要求,根據(jù)現(xiàn)場情況可能將冷卻水進(jìn)行初步加熱,冷卻水加熱溫度與混凝土溫度之差不得大于20 ℃,待混凝土溫度有所下降后,根據(jù)量測后混凝土溫度降低冷卻水水溫,水溫與混凝土溫度不得大于20 ℃;同時,在通水冷卻過程中,加強(qiáng)冷卻水的流速控制,保證進(jìn)水口與出水口的溫差不得大于20 ℃。冷卻時混凝土日降溫幅度不應(yīng)超過1 ℃,水流方向應(yīng)每天(24 h)改變一次,使混凝土能均勻冷卻,通水不低于14 d。并指派專人作好詳細(xì)的通水冷卻溫度記錄。

2.4 保溫養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土澆筑完成后水泥水化過程中水化熱較大,混凝土內(nèi)部溫度急劇升高,而混凝土表面與空氣接觸,散熱較快,導(dǎo)致表面溫度遠(yuǎn)低于內(nèi)部溫度,產(chǎn)生溫度梯度,使混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力,溫差應(yīng)力超過了混凝土極限抗拉強(qiáng)度時,混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫;另外,混凝土溫度較高,導(dǎo)致裸露表面水分容易蒸發(fā),混凝土失水嚴(yán)重后表面產(chǎn)生裂縫,嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量?；谏鲜鲇绊?巖錨梁混凝土澆筑完成后需同時對混凝土頂部采取保溫保濕措施養(yǎng)護(hù),具體為混凝土初凝后在表面鋪設(shè)一層土工布并灑水濕潤,后鋪設(shè)一層薄膜減少水分蒸發(fā),最后在上面覆蓋棉被進(jìn)行保溫;混凝土側(cè)模帶模養(yǎng)護(hù),保證混凝土內(nèi)外溫差滿足技術(shù)要求。

3 施工過程控制

巖錨梁混凝土在高溫季節(jié)澆筑時除了采取上述溫控措施外,還應(yīng)對澆筑過程進(jìn)行控制,具體有以下幾點:

(1)選擇合理的澆筑方案。根據(jù)巖錨梁設(shè)計結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求,混凝土坍落度較低,可采用吊車+吊罐或長臂反鏟方式入倉,實際應(yīng)用過程中,由于巖錨梁設(shè)計結(jié)構(gòu)限制,無法采用較大的吊罐澆筑,導(dǎo)致混凝土澆筑效率較低,進(jìn)而造成混凝土運(yùn)輸至現(xiàn)場后不能及時入倉,混凝土溫度升高;采用長臂反鏟澆筑效率較高,混凝土運(yùn)至現(xiàn)場后可及時入倉,有效降低混凝土入倉溫度。

(2)配置應(yīng)急方案或設(shè)備。施工過程中現(xiàn)場應(yīng)配置備用澆筑方案或設(shè)備,以免澆筑設(shè)備故障后造成混凝土冷倉,影響混凝土澆筑質(zhì)量。

(3)選擇合適的澆筑時段。高溫季節(jié)白天溫度較高,導(dǎo)致混凝土原材料溫度較高,盡管采用的混凝土預(yù)冷措施,混凝土出機(jī)口溫度相對還是較高,故選擇夜間澆筑,可降低混凝土入倉溫度。

4 效果總結(jié)

衢江抽水蓄能電站地下廠房巖錨梁單側(cè)長度156.5 m,每倉長度12 m,上下游側(cè)共分26倉,實際澆筑過程中采取了上述措施,歷時24 d圓滿完成了巖錨梁混凝土澆筑,且澆筑質(zhì)量較好,混凝土外觀達(dá)到“鏡面”效果,同時,混凝土裂縫較少,保證了巖錨梁混凝土質(zhì)量。