淺談蓄能電站混凝土施工技術(shù)

中國水利水電第五工程局有限公司

摘要：蓄能電站具有保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的作用，其工程項目的建設越來越多。本文結(jié)合某蓄能電站工程實例，分析了蓄能電站混凝土施工的重難點，通過混凝土配合比設計、混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的選擇及布置、混凝土倉面設計三方面介紹了混凝土的施工設計，并詳細分析了混凝土施工工藝及混凝土施工的溫度控制措施，以期能為類似工程提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：蓄能電站；混凝土；重難點分析；設計；施工技術(shù)

引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的電網(wǎng)規(guī)模也越來越大，電網(wǎng)調(diào)峰矛盾日益突出。而蓄能電站以其能夠解決電力系統(tǒng)日益突出的調(diào)峰問題，發(fā)揮調(diào)壓調(diào)相及事故備用作用，保證電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要作用，其工程建設越來越多。在蓄能電站的施工過程中，混凝土施工是整個工程建設中的重難點，如何合理設計蓄能電站的混凝土施工，采取科學的混凝土施工技術(shù)進行蓄能電站混凝土施工是當前的一個重要課題。鑒于此，筆者進行了相關(guān)的介紹。

1工程概況

某蓄能電站的工程類型為大（1）型Ⅰ等，該工程主要包括上水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、地面開關(guān)站及下水庫等樞紐工程。上水庫工程主要由主壩、西副壩、西南副壩及進出水口組成。主壩為混凝土重力壩，壩頂高程737.5m，壩頂長度107.0m，最大壩高42.5m；西副壩和西南副壩均為鋼筋混凝土面板堆石壩，其中西副壩最大壩高57.7m，壩頂長度367.5m，西南副壩最大壩高37.4m壩頂長度311.2m。

上水庫工程主體混凝土及鋼筋混凝土工程量約14.6萬m3。根據(jù)混凝土抗壓、抗凍、抗?jié)B指標要求，各部位混凝土型號共計21種。（1）主壩混凝土工程。主要為大壩現(xiàn)澆混凝土、壩頂預制梁混凝土等。（2）副壩混凝土工程。主要為西副壩、西南副壩混凝土面板、趾板、防浪墻、擋墻、路面等。（3）庫盆混凝土工程。主要為庫盆混凝土齒槽、斷層混凝土回填等。（4）進、出水口工程。主要為前池底板及邊墻、擴散段結(jié)構(gòu)、漸變段、上庫事故閘門豎井及啟閉機房、攔污柵檢修平臺的混凝土等。（5）庫岸混凝土工程。主要為南庫岸無砂混凝土及趾板、面板及防浪墻混凝土等，以及路面、電纜溝、排水溝、截水溝、排水渠、集水槽等的混凝土澆筑等。（6）導流洞及后期改建混凝土工程。主要為導流洞襯砌、封堵混凝土等。（7）其他混凝土工程。主要為勘探平洞及斷層混凝土回填、灌漿平洞混凝土襯砌等混凝土工程。

2施工條件

（1）施工道路?，F(xiàn)有地方旅游公路通過，該旅游公路基本滿足工程對外交通運輸要求。新建上、下庫連接公路，路面寬6.0m，混凝土路面，全長約11.57km。

（2）施工用電。庫盆、進出水口、壩頭、營地及西北庫岸均設置有變壓器，從各分區(qū)變壓器的10kV主干線路引出，向整個工程的施工區(qū)和生活區(qū)提供電源，變壓器大小根據(jù)用電負荷確定。根據(jù)需要，在兩個拌和系統(tǒng)各配備1臺200kW柴油發(fā)電機組備用，并配置2臺150kW移動式柴油發(fā)電機組作為澆筑工作面?zhèn)溆秒娫础?/p>

（3）施工用水。生產(chǎn)用水取自庫尾，修建貯水圍堰攔住庫底徑流及滲水，設立1處抽水泵站，抽至容積約350m3高位水池，鋪設供水管路供生活、生產(chǎn)用水。

（4）混凝土原材料。混凝土骨料及碎石由地下工程的開挖料軋制而成，水泥、鋼筋、銅止水等由甲方供應，面板混凝土使用外購河砂。

3 混凝土施工難點和重點

根據(jù)設計要求及現(xiàn)場施工條件，本工程混凝土施工存在以下難點和重點：（1）上庫混凝土施工強度較大，施工點多面廣，場內(nèi)施工布置及合理安排施工程序是重點。（2）混凝土面板防裂是重點，需從配合比設計、拌和物控制、施工控制和養(yǎng)護等多方面著手，制定詳細的措施，嚴格施工質(zhì)量管理，確保面板澆筑質(zhì)量。（3）混凝土施工跨越夏季和冬季，夏季混凝土的溫控、冬季混凝土的保溫是重點和難點。（4）拌和系統(tǒng)是混凝土施工的龍頭，其選型和布置是重點。（5）混凝土外觀質(zhì)量的控制是重點，關(guān)鍵在模板的設計和原材料的使用。

4 配合比設計

4.1 混凝土設計要求

除了混凝土的抗壓、抗?jié)B、抗凍指標以外，根據(jù)人工碎石堿活性偏大的實際，設計要求膠凝材料參加粉煤灰以中和骨料堿活性，摻量20%以上，同時，提出了各類型的混凝土拌和物和易性、流動性要求。

4.2 原材料及其性能檢測

水泥采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰采用F類Ⅱ級粉煤灰，外加劑采用高性能減水劑和引氣劑，另外根據(jù)需求選用了膨脹劑和面板混凝土用聚丙烯纖維。粗、細骨料采用地下廠房開挖料加工而成，經(jīng)檢測其堿活性超標，粗骨料中徑含量偏少、石粉含量偏大，細骨料細度模數(shù)偏大，需要加大粉煤灰含量和調(diào)整粗、細骨料的比例。通過對以上原材料的檢測以及各種相容性試驗，所選用材料性能符合要求。

4.3 配合比試配

按照強度保證率95%、概率度系數(shù)1.65進行混凝土試配，面板混凝土摻加0.9kg/m3聚丙烯纖維，最終選定的主要配合比如表1所列。

表1主要混凝土配合比

5 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)選擇和布置

5.1 混凝土施工強度

根據(jù)混凝土施工進度安排，高峰月澆筑發(fā)生在2014年11月，強度為16030m3/月，澆筑主要部位有：主壩混凝土、西副壩面板混凝土、西南副壩面板混凝土、進出水口及閘門井混凝土、庫底基礎處理混凝土、庫岸基礎及面板混凝土。

5.2 拌和系統(tǒng)選擇及布置

上水庫混凝土工程主要分為高程716m混凝土作業(yè)面及735m高程作業(yè)面。根據(jù)工作面分布和施工強度綜合考慮，布置庫底的HZS-90拌和系統(tǒng)及高程733m進場道路平臺側(cè)的HZS-120拌和系統(tǒng)。根據(jù)計算，2套拌和系統(tǒng)額定生產(chǎn)強度可達到120m3/h，同時，通過施工倉號分塊計算法對混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的復核計算，充分考慮倉位面積、澆筑層厚、混凝土初凝時間、水平及垂直運輸條件等因素，拌和系統(tǒng)可滿足施工需要。

6 主要部位混凝土倉面設計

混凝土倉面澆筑工藝設計主要包括澆筑塊單元編碼、結(jié)構(gòu)形狀、埋件位置、各種混凝土的工程量、澆筑方法（臺階法、平鋪法、層厚、次序、方向等）、澆筑時間、澆筑手段，倉面設備及人員配置、溫控措施、澆筑注意事項及有關(guān)示意圖等內(nèi)容。

6.1主壩

6.1.1澆筑分倉

按照壩段進行分段，按3m高分層，上下游間不分倉，局部分層厚度根據(jù)廊道位置及結(jié)構(gòu)形狀適當調(diào)整，以此方式進行混凝土分倉澆筑（見圖1）。

圖1 混凝土重力壩分區(qū)（高程單位：m；尺寸單位：cm）

6.1.2 澆筑方式

采用自卸車運輸、門機吊罐入倉，局部輔以長臂反鏟及溜槽等手段入倉，臺階法澆筑，臺階層厚50cm，從上游向下游推進，人工平倉、振搗。

6.1.3 模板設計

本工程主要采用大壩專用模板，根據(jù)部位不同輔以專用模板和木模板。模版分部位選型如表2所列。

表2 模板分部位選型

6.2 進出水口

6.2.1 方變圓漸變段

（1）模板。漸變段結(jié)構(gòu)為方變圓結(jié)構(gòu)，沿洞軸線結(jié)構(gòu)尺寸不斷變化，故采用木拱架組合異形模板澆筑，內(nèi)側(cè)采用滿堂鋼管排架加可調(diào)支撐作為支撐（見圖2）。

（2）澆筑。利用8m3混凝土攪拌車運輸，布置1臺混凝土泵（HBT60C型）泵送混凝土入倉。泵管沿線接入，搭設鋼管架固定泵管。50mm軟軸振搗棒人工振搗。

圖2 漸變段模板支撐結(jié)構(gòu)

6.2.2 上平方段

模板采用鋼拱架組合普通鋼模板，澆筑方法同漸變段。

6.2.3 擴散段、攔污柵段、前池段、攔渣坎

（1）底板采用普通鋼模板組立，側(cè)墻、中墩、邊墩采用拼裝大模板配合普通鋼模板，頂板（防渦梁）采用普通鋼模板，滿堂鋼管架支撐，頂板支撐為Φ48mm鋼管桁架，每榀桁架用Φ48mm鋼管連成整體；鋼支撐為鋼管支撐，利用可調(diào)支撐調(diào)節(jié)，托梁為I10工字鋼。（2）防渦梁段墩頭模板采用半圓弧形定型鋼模板，主要用于上游迎水面弧形墩頭部位，邊墩采用單片1/4圓弧鋼模板，中隔墩采用兩片1/4圓弧鋼模板。（3）攔渣坎模板采用普通鋼模板組立。（4）混凝土由8m3混凝土罐車運料至現(xiàn)場，汽車天泵或拖泵泵送入倉，人工平倉，50mm插入式振搗器振搗混凝土。

6.2.4 二期混凝土

二期混凝土主要分布在進、出水口攔污柵、閘門井門槽、底坎、閘門井頂楣。門楣部位采用定做木模板，其余采用組合鋼模板?；炷敛捎?m3混凝土罐車運輸。二期混凝土多在狹窄部位或鋼筋、埋件較密的部位進行澆筑，采用坍落度較大的一級配混凝土?；炷林饕捎昧锊巯到y(tǒng)入倉，尺寸較小部位如門槽結(jié)構(gòu)，一次性立模，設振搗窗口，窗口緊隨混凝土上升封堵?；炷琳駬v主要采用50mm軟軸插入式振搗器，特殊部位采用人工插釬搗實。

6.3 副壩混凝土工程

6.3.1 滑模制作、安裝

副壩混凝土采用無軌滑膜施工工藝。根據(jù)總工期安排和面板數(shù)量，滑模總共設計4套，整體式，單個重量7.5t，由寬度不同鋼面板組合而成，中間采用高強螺栓連接，滑模兩端各挑出30cm，滑板寬1.1m、用厚12mm鋼板制作，用工字鋼、槽鋼加三角襯板與底模焊成整體。頂部設操作平臺，尾部設抹面平臺，平臺上設置擋腳板和雨棚。經(jīng)驗算，滑膜自重能承受混凝土振搗時產(chǎn)生的浮托力?；Ｖ虚g空腹部分作為壓重備用空間，可視具體情況需要增加壓重，提高滑膜抗浮能力?；啥嗽O掛鉤，與牽引鋼絲繩及手動葫蘆連接，增加滑膜安全系數(shù)（見圖3）。

圖3 混凝土面板滑模施工工藝

6.3.2 側(cè)模制作、安裝

側(cè)模設計為鋼木模板，確保側(cè)模的穩(wěn)定性和剛度。側(cè)模厚10cm，標準塊長4m，根據(jù)縫長拼接而成。豎向用12mm槽鋼整體螺接，頂面安裝100mm×50mm×5mm鍍鋅鐵片做倒角，槽鋼頂面焊接鍍鋅鐵片做為臺車滑行軌道。模板底部采用10cm×10cm方木與槽鋼用鐵釘相接，方木靠混凝土側(cè)鋸寬1.3cm、高5cm槽用于固定銅止水鼻子。模板的高度通過方木與槽鋼間加楔塊調(diào)整。每塊模板用三個三角架（20mm鋼筋）固定，每個三角架側(cè)面設2道螺栓穿孔，孔位與模板孔相對應，兩個斜撐上各焊接1對法蘭用于精確調(diào)整位置。

側(cè)模安裝在垂直縫底止水安裝完成后進行，每塊面板模板安裝分三角塊起始部分和全斷面兩部分同時進行，安裝前模板表面涂刷脫模劑。側(cè)模安裝時，在倉面兩側(cè)布設坡面小車，5t卷揚機牽引運輸材料。側(cè)模安裝按自下而上的順序進行，依據(jù)分縫設計線和測量放線安裝模板，模板與固定三角架底部加木楔調(diào)整，然后用20mm、長40cm鋼釬固定。模板安裝偏差要求±2.5mm，垂直度±3mm，用2m長的直尺檢查最大偏差±3mm。側(cè)模安裝如圖4所示。

圖4 面板澆筑側(cè)模組

6.3.3 料斗、溜槽制作、安裝

面板混凝土澆筑時混凝土輸送用下料斗溜槽方案。每一澆筑倉面按對稱位置安裝1個進料斗，2條溜槽。料斗上口寬2.4m，料斗掛在鋼筋網(wǎng)片上，設地錨，下掛溜槽；溜槽采用1.2mm厚的鍍鋅鐵皮加工而成，每個溜槽為梯形，底寬40cm，高30cm，長2.0m。溜槽沿長度方向每1m設1個鐵箍，溜槽與溜槽之間通過掛鉤連接。溜槽每3～4節(jié)與坡面鋼筋綁扎牢固。為保障混凝土澆筑強度，每個結(jié)構(gòu)塊澆筑時在長度方向平行布置兩條溜槽，溜槽的末端可左右方向移動。為防止混凝土在下料過程中水分損失及飛濺傷人，溜槽敞開表面部分采用無紡布進行覆蓋。

6.3.4 卷揚機底座及配重塊制作

運料小車及滑模的運行靠安裝在岸坡頂端基巖平臺上的10t卷揚機牽引。為便于卷揚機的安裝、就位、移位，用I20工字鋼制作底座，以便固定卷揚機。卷揚機安放于岸坡頂部，距上游邊緣約1.5m的位置，繩筒的中點正對滑模的吊耳，然后再吊裝碼放混凝土預制塊壓重。

7 混凝土施工工藝

7.1 倉位準備

當混凝土澆筑倉位的鋼筋綁扎、模板安裝、止水系統(tǒng)安放、各種預埋件埋設等工作完成后，采用人工將倉位內(nèi)的焊渣、木屑、雜物等清除干凈，自檢合格后申報驗收。

7.2平倉振搗

主壩混凝土采用臺階法澆筑，MQ600門機配3m3和1m3吊罐入倉。進出水口、啟閉機房混凝土采用全面分層澆筑法，罐車運輸，地泵或汽車泵入倉。面板混凝土采用小型自卸車運輸，溜槽入倉。澆筑過程中，盡量將混凝土搗實至可能的最大密實度，每一位置的振搗時間以混凝土不再顯著下沉、不出現(xiàn)氣泡并泛漿為準，同時避免振搗過度。振搗按順序進行，以免造成漏振。對于鋼筋較密集部位采取人工平倉并加強振搗，防止漏振。振搗器距模板的垂直距離不小于振搗器有效半徑的1/2，并不得觸動鋼筋、止水及預埋件。澆筑的第一坯混凝土以及在兩罐混凝土卸料后的接觸處須加強振搗。

7.3收倉及沖毛處理

收倉時倉內(nèi)機械設備按順序依次退出。若是結(jié)構(gòu)面層，則做人工收漿抹面處理，否則等混凝土達到一定強度后（30%），采用高壓水槍沖毛或人工鑿處理。沖毛標準為沖去乳皮和灰漿，混凝土表面積水由渾變清、露出砂粒微露小石為止。

7.4 混凝土養(yǎng)護

面板采取長流水養(yǎng)護。在壩頂安裝25mm塑料管，每隔20～30cm鉆1mm左右的小孔，孔口對面板不間斷流水養(yǎng)護。其余部位采取灑水養(yǎng)護，在混凝土澆筑完畢后6～18h內(nèi)開始進行，并用土工布等保水材料進行覆蓋。

8 混凝土溫度控制

根據(jù)設計要求及大體積混凝土溫控要求，本工程溫控要點主要有：（1）