杜 江

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 611730)

1 概 述

卡洛特水電站修建在巴基斯坦北部印度河支流吉拉姆河(Jhelum)上。項目總投資約16.5億美元,采用BOOT方式投資建設[1]。該電站裝機容量為720 MW(4×180 MW),多年平均年發(fā)電量約32.06億kW·h,最大壩高95.5 m,年利用小時數(shù)為4 452 h。電站建成后可滿足巴基斯坦210萬個家庭的用電需求。

該工程為單一發(fā)電的水電樞紐工程,系由大壩、泄水、沖沙及引水發(fā)電系統(tǒng)等主體建筑物組成,攔河大壩為瀝青混凝土心墻土石壩。

廠房為壩后式,共安裝4臺機組,其單臺機組安裝蝸殼管節(jié)36節(jié),采用彈性墊層方案。蝸殼管節(jié)組裝焊接完成、支撐焊接牢固并經驗收合格后即可啟動蝸殼二期混凝土的澆筑施工,管道埋件、基坑里襯繼續(xù)向上安裝,待蝸殼和發(fā)電機層二期混凝土全部施工完成后向機電安裝部門移交發(fā)電機組安裝工作面。

2 重難點問題分析與施工規(guī)劃

2.1 重難點問題分析

(1)蝸殼二期混凝土澆筑是該電站工程施工的關鍵線路,其結構形式復雜,施工難度較大;土建作業(yè)、機電安裝交叉施工干擾較大。因此,協(xié)調好土建、機電工程間的交叉作業(yè)是保證該電站施工工期的關鍵點。

(2)蝸殼二期混凝土內各種預埋管道、監(jiān)測埋件等較多,故防止錯埋、漏埋是其難點。

(3)鑒于座環(huán)支墩和蝸殼支墩密集且蝸殼底部鋼襯距離一期混凝土面間隙較小(最小部位僅0.95 m),倉號的準備受空間限制,鋼筋安裝的難度大;蝸殼外包的徑向、環(huán)向鋼筋隨蝸殼結構三維漸變,鋼筋的下料、制作與安裝是其難點。

(4)在蝸殼陰角、蝸殼底部預埋補充灌漿管路,并在混凝土澆筑過程中保證該管路的安全及蝸殼二期混凝土較長施工期管路的維護是保證灌漿質量的重點。

(5)鑒于蝸殼陰角和底部結構復雜、空間狹小、鋼筋密集、預埋件數(shù)量和種類多,控制蝸殼鋼襯底部脫空范圍是蝸殼二期混凝土施工的難點,亦為質量控制的重點,也是整個蝸殼二期混凝土澆筑施工成敗的關鍵點。

(6)做好蝸殼抬動和位移的預防措施并在混凝土澆筑過程中嚴格控制、監(jiān)測是保證混凝土澆筑順利實施的重點。

(7)鑒于蝸殼二期混凝土體積大,蝸殼陰角、底部采用自密實混凝土時其膠凝材料摻量大,因此,做好溫控措施、防止混凝土溫度裂縫是保證二期混凝土施工質量的重點。

2.2 施工規(guī)劃

(1)通道布置。進場道路及施工通道因其為不同的項目而各有不同,但其一般情況下均通過廠外交通進入安裝間后再進入蝸殼施工區(qū)域?；炷吝\輸?shù)缆吠ㄟ^場外交通進入安裝間,故需根據項目的特殊性考慮不同的入倉方式,并在安裝間劃定混凝土的澆筑場地。

(2)風、水、電的布置。

施工用水:除規(guī)劃沖倉、養(yǎng)護施工用水外,應當單獨布置一條溫控冷卻水供水線路。

施工用風:宜在蝸殼施工區(qū)域的上下游各布置一條供風線路。

施工用電:必須綜合考慮蝸殼焊接、混凝土施工的總用電量,在蝸殼施工的上下游各布置一條供電線路。

總體而言,風、水、電的布置應能夠滿足從先澆筑的機組往后澆筑的機組分期延伸的要求。該工程采用在安裝間設置總開關的方式,沿1號機組向4號機組延伸,與蝸殼二期混凝土施工順序一致。

(3)排污方式。蝸殼二期混凝土施工期間利用吊物孔將污水排放至廊道、匯至集水井、沉淀后集中抽排。

(4)施工照明。在上下游墻較高位置分別設置大功率投光燈,并對遮光部位增設倉內照明。

(5)施工分層與分塊。根據蝸殼和座環(huán)的結構形式以及混凝土施工規(guī)范要求,結合該工程所配置的入倉手段,蝸殼二期混凝土在高度方向共分5個澆筑層。其中第1層分為4個澆筑塊;第2～5層為整體澆筑,不再分塊。二期混凝土施工分層、分塊情況見圖1,二期混凝土施工首層分塊情況見圖2。

圖1 二期混凝土施工分層、分塊示意圖

圖2 二期混凝土施工首層分塊示意圖

蝸殼二期混凝土第一層的分層高度至少需達到座環(huán)鋼襯面底部,以保證首層混凝土澆筑收倉后不會出現(xiàn)內高外低(蝸殼陰角部位高,外側混凝土低)的情況,進而保證新澆筑的混凝土不會在自重的作用下往蝸殼外側流動,從而最大限度地保證蝸殼陰角部位混凝土填充密實。

二期混凝土澆筑至蝸殼頂部時,宜一次性覆蓋蝸殼頂部的外包鋼筋,從而減少混凝土澆筑期間對蝸殼外包鋼筋污染后的清理工作。其他分層情況根據工程入倉手段、澆筑能力、預埋件位置確定。

(6)施工順序?；A環(huán)、座環(huán)安裝間組裝焊接并吊裝就位→蝸殼安裝驗收→蝸殼二期混凝土施工。首層混凝土按Ⅰ象限—Ⅲ象限—Ⅳ象限—Ⅱ象限”的順序施工。

(7)入倉手段。

混凝土拌和及運輸:采用混凝土拌和系統(tǒng)集中供料,混凝土攪拌運輸車運輸。

混凝土入倉手段:采用混凝土拖式泵或車泵泵送入倉;橋機配合吊罐輔助入倉。分別在廠房尾水和安裝間設置入倉平臺。單倉混凝土澆筑設備的配置經計算確定,其必需滿足倉號澆筑強度要求并配置備用入倉手段。

3 模板、鋼筋與埋件的施工

(1)模板:施工縫面的模板采用木模板以適應蝸殼縱向鋼筋自由穿過施工縫的需求;結構縫為非永久外露面,采用組合鋼模板。

(2)鋼筋:由于蝸殼外包鋼筋體型復雜,三維漸變鋼筋多,蝸殼支撐多,空間狹小,為便于鋼筋的安裝,在滿足鋼筋搭接規(guī)范[2]的情況下,對于該工程考慮對特殊位置多搭接,對蝸殼底部120°范圍及陰角水流向鋼筋均采用4 m/段,腰部采用6 m/段,頂部采用12 m/段;垂直水流向鋼筋在蝸殼腰線位置進行錯搭接。

(3)埋件的施工。蝸殼二期混凝土內的預埋件主要包括冷卻水管、鋼襯底部接觸灌漿管路、一、二期分縫面接觸灌漿埋管、彈性墊層、監(jiān)測儀器等。

①冷卻水管。該工程選用直徑32 mm、壁厚2 mm的HDPE管用做混凝土溫度控制的冷卻水管,冷卻水管埋設的間排距、層間距根據計算確定。該工程采用的冷卻水管間排距為1 m×1 m,高度方向的層距為1.5 m。為保證混凝土內部通水冷卻效果,該工程采用單根冷卻水管長度不大于150 m、水平布置和豎向布置相結合的方式敷設冷卻水管。所埋設的冷卻水管不得正對振搗孔,以防止振搗時破壞?；炷翝仓?采用電偶線對混凝土內部溫度進行監(jiān)測。

②灌漿管路。針對蝸殼陰角和蝸殼底部120°范圍的灌漿,該工程采用塑料拔管成孔與預埋灌漿管相結合的方式并設置了一套出漿盒灌漿系統(tǒng)。塑料拔管的目的是保證蝸殼底部接觸面形成橫向灌漿通道,以保證灌漿的漿液通暢并具有較大的覆蓋面積。出漿盒系統(tǒng)為主要的灌漿系統(tǒng),緊貼蝸殼鋼襯壁的出漿盒為主要的灌漿手段,與出漿盒相連的管道為灌漿管。

座環(huán)、基礎環(huán)上預留有孔洞,兼做振搗和排氣孔,每2個預留孔布置一根直徑20 mm的塑料拔管;蝸殼底部在所布置的主灌漿管上安裝三通管,將塑料拔管與三通連接。蝸殼底部混凝土初凝后進行拔管,分別向蝸殼內側和外側將塑料拔管拔出,拔管后將在混凝土與蝸殼鋼材間形成灌漿通道,該灌漿通道與預埋的主灌漿管共同形成蝸殼底部的灌漿通道。

出漿盒系統(tǒng)的灌漿管路也采用直徑20 mm的硬質塑料軟管,設置范圍與拔管范圍相同,沿管路方向安裝出漿盒,漿液從出漿盒貼合的蝸殼鋼襯面出漿,該工程出漿盒的間距按2 m設置。

拔管成孔和出漿盒灌漿系統(tǒng)均根據蝸殼二期混凝土首層分塊獨立設置、分塊灌漿。蝸殼底部拔管管路布置情況見圖3,蝸殼底部出漿盒管路平面布置情況見圖4。

圖3 蝸殼底部拔管管路布置圖

圖4 蝸殼底部出漿盒管路平面布置圖

拔管施工與混凝土澆筑同步進行,待混凝土澆筑至蝸殼底部接觸面后,拔管施工人員密切關注混凝土性能,待覆蓋拔管的混凝土初凝時即進行拔管。啟動拔管時先對塑料管進行小幅度拉拔,當遇到的阻力過小時則表示混凝土凝結時間不足,為防止塌孔,應停止拔管,待混凝土凝結后再進行拔管。

一期和二期混凝土分縫面的接觸灌漿采用預埋出漿盒系統(tǒng)并與蝸殼同期灌漿。

③彈性墊層。該工程蝸殼采用彈性墊層方案,彈性墊層為L-600型高壓聚乙烯閉孔泡沫板,厚度為3～12 mm。施工工藝為:將彈性墊層和蝸殼鋼襯表面清理干凈,在彈性墊層粘貼表面上和與之相應的鋼襯表面上均勻涂刷膠粘劑并待其適當晾干,將其一端貼緊已施工的彈性墊層縫面,先將靠近縫面約20%的彈性墊層表面仔細貼合已刷膠的鋼襯表面并施壓,自貼合端向自由端有序壓合,輔以木榔頭或橡膠榔頭敲擊排氣。粘貼彈性墊層時應注意其方向,厚度不同的彈性墊層應按設計圖紙粘貼到與其相對應的部位。彈性墊層應錯縫粘貼,對于相互結合的端面涂膠粘合。

④監(jiān)測埋件與機電埋件的埋設。機電埋件與監(jiān)測埋件按照設計圖紙安裝,并與鋼筋施工同步埋設,不單獨占用蝸殼二期混凝土施工的直線工期。

4 變形監(jiān)測

蝸殼二期混凝土澆筑期間的監(jiān)測主要為抬動監(jiān)測和變形監(jiān)測。抬動監(jiān)測主要是監(jiān)測蝸殼二期混凝土施工期間液態(tài)混凝土產生的浮托力導致的蝸殼豎向變形[3];變形監(jiān)測主要是監(jiān)測蝸殼四周不平衡澆筑二期混凝土導致的蝸殼水平位移。

監(jiān)測點的設置需同時滿足監(jiān)測蝸殼的上浮(徑向變形)和位移(環(huán)向變形)。監(jiān)測的時間段為第1、2層二期混凝土的澆筑和灌漿過程;監(jiān)測的目的:確保座環(huán)和蝸殼變形受控,提供監(jiān)測支撐數(shù)據,調控二期混凝土的入倉強度。

4.1 監(jiān)測點的布置

座環(huán)監(jiān)測點布置在基坑內的座環(huán)面上,每90°范圍分別布置環(huán)向和徑向2個監(jiān)測點,合計8個監(jiān)測點;4個徑向監(jiān)測點,4個環(huán)向監(jiān)測點。

蝸殼監(jiān)測點布置在蝸殼頂部,每90°范圍布置2個監(jiān)測點,共8個。

4.2 監(jiān)測要求

座環(huán)、蝸殼的變形值為:座環(huán)環(huán)向和徑向變形≤0.2 mm;蝸殼偏移≤2.5 mm。相應的監(jiān)測要求為:

(1)正常情況下的觀測頻次為30 min/次。

(2)當座環(huán)變形達到0.1 mm時,監(jiān)測人員需及時預警,增加監(jiān)測頻率,降低混凝土入倉速度。

(3)當座環(huán)變形達到0.15 mm時,監(jiān)測人員需立即報警,暫?；炷翝仓?調整混凝土入倉方式后方可繼續(xù)澆筑。

(4)蝸殼變形監(jiān)測方式與座環(huán)相同,預警值和報警值分別為1.5 mm和2 mm。

(5)首層每倉混凝土澆筑完成后均需對座環(huán)進行測量,并將其與原始基準數(shù)據、混凝土入倉前數(shù)據進行對比分析。

(6)復測:第1～2層蝸殼二期混凝土澆筑完成后,實施測量對座環(huán)進行終了復核并與蝸殼、座環(huán)的驗收測量數(shù)據進行對比,旨在為后續(xù)機電安裝提供測量依據。

該工程4臺發(fā)電機組蝸殼二期混凝土澆筑監(jiān)測數(shù)據顯示:座環(huán)環(huán)向和徑向變形均小于0.1 mm,蝸殼偏移變形小于1 mm。

5 混凝土與灌漿施工

5.1 混凝土澆筑準備

混凝土澆筑前應進行詳細的聯(lián)合驗收,驗收內容包括預埋件數(shù)量、位置的準確性、倉面清理情況、冷卻水管通水檢查、變形監(jiān)測點、灌漿系統(tǒng)逐個檢查、施工通道等。

5.2 混凝土布料、平倉與振搗

根據項目中的設備配置情況,第1～2層蝸殼二期混凝土澆筑采用平鋪法,澆筑振搗坯層的厚度為30 cm。根據機電設計圖紙要求,需要嚴格控制新鮮混凝土厚度,其液態(tài)混凝土與蝸殼接觸后倉內的厚度不大于60 cm,相應的混凝土入倉上升速度不大于0.3 m/h,混凝土澆筑時需嚴格控制其初凝時間;蝸殼二期混凝土首層澆筑時,按分塊獨立對稱方式澆筑;待新鮮混凝土接觸蝸殼外包鋼筋后即更換自密實混凝土澆筑;待自密實混凝土接觸蝸殼底部后啟動蝸殼陰角自密實混凝土澆筑。蝸殼首層二期混凝土澆筑關鍵技術[4]在其他論文中已有詳細描述,在此不再贅述。

在蝸殼二期混凝土第3～5層澆筑時其不受澆筑速度影響,但需保證下一層混凝土覆蓋前上一層混凝土不得發(fā)生大面積初凝。澆筑第3層時,該層同時含有C25和C40兩種標號的混凝土,不單獨分倉澆筑C40混凝土;施工時,首先采用C40混凝土對該區(qū)域進行澆筑,待C40混凝土超出圖紙所示區(qū)域后立即覆蓋C25混凝土。

混凝土初凝前應進行充分振搗,直到混凝土不再明顯下沉、大氣泡也不再冒出、開始泛漿為止。盡量避免振搗器碰撞蝸殼、冷卻水管等埋件?；炷翝仓栏癜凑帐諅}線收倉,混凝土澆筑層收倉初凝后,對施工縫面采用高壓水沖毛。

5.3 養(yǎng)護及通水冷卻

混凝土澆筑結束后6～18 h開始養(yǎng)護。開倉澆筑混凝土一旦覆蓋冷卻水管應立即通冷卻水或系統(tǒng)水以降低混凝土內部的溫度。

根據溫度控制計算結果:該工程在4～10月高溫季節(jié)澆筑施工時,采用10 ～12 ℃的制冷水通水冷卻,控制通水流量為17～25 L/min;當采用14～16 ℃的河水冷卻時,將通水流量控制在20～25 L/min。其余時間段采用河水通水冷卻,將通水流量控制在15～20 L/min?；炷羶炔孔罡邷囟瘸霈F(xiàn)前,將通水流量控制在15～25 L/min;最高溫度出現(xiàn)后,將通水流量控制在12～17 L/min[5]。

該工程共抽檢蝸殼二期混凝土入倉溫度24個測點,平均入倉溫度為16.8 ℃,合格率為100%。檢測澆筑溫度29次,平均澆筑溫度為18.1 ℃,較入倉溫度上升1.3 ℃。共計安裝了31組電偶線用以監(jiān)測混凝土的內部溫度,其中3組未檢測到數(shù)據,剩余28組檢測到的平均混凝土內部最高溫度為41.7 ℃。混凝土內部的最高溫度為43.2 ℃,最低溫度為39.7 ℃?；炷羶炔康淖罡邷囟染刂圃谠O計要求的最大溫度附近。

5.4 灌 漿

對于蝸殼鋼襯脫空面積超過0.25 m2的部位需要進行補充灌漿,其灌漿壓力不超過0.2 MPa[6]。易出現(xiàn)脫空的部位主要為座環(huán)、基礎環(huán)下部和蝸殼底部120°范圍。灌漿施工方法如下:

(1) 灌漿材料和設備:灌漿用水泥采用普通硅酸鹽水泥,標號為42.5。灌漿設備采用3SNS型灌漿泵,工程施工全過程采用全自動記錄儀記錄漿液灌入數(shù)據,管道暢通性檢查亦同步記錄以作為后期漿液灌入量的依據。

(2) 錘擊檢查:第2層蝸殼二期混凝土澆筑完成后、灌漿前采用錘擊檢查的方法以確定蝸殼及座環(huán)底部的脫空范圍。對于蝸殼和座環(huán)內側的鋼材用油漆做脫空范圍標記,并輔助測量儀器繪制脫空范圍圖,用于灌后復查。

(3) 吹縫:采用風水聯(lián)合沖洗。首先采用水沖洗灌漿管路、縫隙,其順序由高到低,同步檢查灌漿通道是否通暢;再采用高壓風吹出灌漿管路和縫隙內的污物、積水,直至沒有雜物排出。

(4) 漿液及漿液變換:灌漿采用純水泥漿液灌注,漿液水灰比采用0.8∶1和0.5∶1兩個比級,以0.8∶1開灌,盡量多灌0.5∶1的濃漿。

(5) 灌漿:采用由低到高的順序對座環(huán)和蝸殼進行灌漿;當排出的漿液濃度與進漿保持一致時,可以基本確定已完成鋼襯空隙灌漿,持續(xù)灌注5 min后結束灌漿。

該工程單臺發(fā)電機組的最大水泥灌入量為6.86 t,最小水泥灌入量為1.06 t;單臺機組的最大平均單耗為15.3 kg/m2,單臺機組的最小平均單耗為2.4 kg/m2。對比其他同類型項目,該工程蝸殼二期混凝土和蝸殼鋼襯之間的陰角較小,水泥灌入量少,蝸殼底部二期混凝土澆筑質量較好,蝸殼陰角填充率數(shù)據位于行業(yè)前列。

水泥灌漿結束后進行二次脫空檢查,如蝸殼與混凝土接觸面空腔仍然較大,可以采用磁力鉆在蝸殼鋼襯上開孔,采用環(huán)氧漿液進行化學灌漿[7]。

6 結 語

在卡洛特水電站蝸殼二期混凝土施工過程中,項目部技術人員吸取了國內外類似項目蝸殼二期混凝土澆筑的成功經驗,結合卡洛特水電站項目地處巴基斯坦的區(qū)域特點,充分利用了中國水電站施工成功的技術和當?shù)氐馁Y源組織特點,通過提前對蝸殼二期混凝土施工的重難點問題進行剖析和論證,制定了分層分倉、溫控措施、監(jiān)測方法、補充灌漿等一系列優(yōu)化措施,并對其進行了全過程控制和跟蹤。項目部通過提前策劃、過程控制、事后總結、持續(xù)改進,使蝸殼二期混凝土施工的安全性、質量和速度都得到了極大程度的提升,為發(fā)電機組的安裝提供了有利的環(huán)境,為機組的安全運行打下了堅實的基礎。所取得的成功經驗值得其他類似項目借鑒和學習。