構(gòu)皮灘水電站第三級升船機塔柱混凝土施工技術(shù)

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州　350003)

構(gòu)皮灘水電站第三級垂直升船機是國內(nèi)外規(guī)模最大的卷揚垂直提升下水式升船機，薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。通過合理布置，優(yōu)化混凝土施工方案、合理組織施工資源等各項措施，克服了升船機施工高度大、跨度大、結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜、模板用量及備倉起吊工程量大、混凝土溫控要求高、高空作業(yè)多等施工難點，通過優(yōu)化設(shè)計與施工方案，嚴(yán)格把控施工工藝，保證了混凝土連續(xù)、高效、均衡施工，確保了施工質(zhì)量。

1　概　述

構(gòu)皮灘水電站位于烏江干流貴州省余慶縣境內(nèi)，上游距烏江渡水電站137km，下游距河口涪陵455km。工程開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧航運、防洪等綜合利用，水庫正常蓄水位630.00m，總庫容64.51億m3，調(diào)節(jié)庫容29.02億m3，電站裝機容量3000MW，是烏江干流梯級開發(fā)的控制性工程。

通航建筑物級別為Ⅳ級，通行500t級船舶，工程位于構(gòu)皮灘水電站左岸，型式為帶中間渠道的三級垂直升船機，由上游和下游引航道、三級垂直升船機和兩級中間渠道組成，線路總長2306m，最高通航水頭199m。第三級垂直升船機由船廂室和下閘首兩部分組成。船廂室平面結(jié)構(gòu)呈矩形，長81.00m，總寬44.00m，建筑總高度127.50m，提升高度為79m。采用平板筏型基礎(chǔ)，建基面高程417.00m，筏板厚度6.50m；兩側(cè)承重塔柱均為封閉式筒體結(jié)構(gòu)，筒體平面尺寸均為75.50m×10m，各設(shè)8個平衡重井、1個滲漏集水井和1個樓梯井；兩側(cè)塔柱之間為寬18.00m的船廂室，塔柱頂部通過梁板聯(lián)成整體并構(gòu)成上部主機房的基礎(chǔ)；主機房為框架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架屋蓋，機房內(nèi)對稱布置8套卷揚提升機構(gòu)及其輔助設(shè)備。下閘首主體結(jié)構(gòu)長17.00m，總寬47.00m，高33.00m。

2　塔柱筒體混凝土施工工藝

2.1　入倉方式

混凝土水平運輸，采用自卸車和混凝土攪拌運輸車。第三級垂直升船機塔柱高程423.50～450.00m混凝土采用高架門機吊運入倉，對工程量較大的倉塊，采用傳統(tǒng)的溜槽輔助入倉澆筑；高程450.00～520.50m混凝土采用門塔機吊運入倉，左側(cè)筒體混凝土采用MQ600B/30門機澆筑，右側(cè)筒體混凝土采用D1100-63塔機澆筑。

2.2　施工機械設(shè)備布置

2.2.1門塔機布置

a.高程450.00m以下，布置一臺MQ600B/30高架門機，安裝在第三級垂直升船機船廂室底板，布置高程為423.50m，門機中心軸線Y=-023.9，行走范圍為X=1571.7～X=1638.7。門機工作半徑17～50m，最大起重量30t，軌距7.0m。采用25t汽車吊，輔助門機吊運施工機具、材料及模板安裝。高程423.50m門機布置如圖1所示。

b.高程450m以上，布置3臺塔機、1臺門機，布置在第三級升船機塔柱周邊，分別為1號D1100-63塔機，2號、3號TC7035B塔機，4號MQ600B/30高架門機。1 號塔機安裝中心樁號為X=1597.0、Y=4.5，覆蓋半徑為60m；2號塔機安裝中心樁號為X=1554.0、Y=-37.0，覆蓋半徑為55m；3號塔機安裝中心樁號為X=1638.0、Y=-37.0，覆蓋半徑為55m；4號門機安裝中心樁號為X=1545.5～X=1617.5、Y=-52.5，行走范圍為72m，覆蓋半徑為50m。高程450.00m門塔機布置如圖2所示。

圖1　高程423.50m門機布置 (單位：m)

圖2　高程450.00m門塔機布置 (單位：m)

2.2.2安全爬梯布置

在第三級垂直升船機左右筒體外側(cè)高程450.00m平臺各布置兩架安全爬梯，用于施工作業(yè)人員和檢查人員上下的施工通道。

2.3　混凝土施工方案

2.3.1施工程序

倉面處理→鋼筋安裝→模板吊裝→預(yù)埋件安裝→倉面沖洗及驗收→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)。

2.3.2分層分塊

第三級升船機塔柱筒體順流向長81.70m，設(shè)1縱2橫3條寬槽，將筒體分為左1、左2、左3、右1、右2、右3共6個井筒施工。塔柱筒體原則上按3m進(jìn)行分層澆筑，遇特殊結(jié)構(gòu)局部調(diào)整。塔柱筒體分塊見圖3。

圖3　塔柱筒體分塊 (單位：cm)

2.3.3塔柱筒體施工流程

a.為保證6個倉塊均衡施工，減少門塔機相互干擾，有效提高門塔機利用率，確保第三級升船機施工進(jìn)度，根據(jù)門塔機布置情況，對6個倉塊備倉、混凝土澆筑施工流程如下規(guī)劃：?左側(cè)筒體，左3→左2→左1；?右側(cè)筒體，右3→右2→右1。左右側(cè)筒體施工順序不得隨意改變。

b.每個倉塊，按鋼筋安裝→模板安裝→倉面沖洗及驗收→混凝土澆筑循環(huán)推進(jìn)。

c.施工過程中，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時做好生產(chǎn)協(xié)調(diào)管理，合理安排施工工序，加強工序銜接，安排好施工流水作業(yè)。

2.3.4設(shè)計與施工方案優(yōu)化

根據(jù)設(shè)計圖紙，第三級升船機塔柱筒體在高程431.00m、450.00m、474.00m、489.00m、504.00m、509.50m均設(shè)有檢修平臺梁板，采用現(xiàn)澆與塔柱筒體形成整體。采用現(xiàn)澆施工，模板、支架安裝工作量大，對施工進(jìn)度影響較大，為此對第三級升船機檢修平臺進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，根據(jù)施工現(xiàn)場已有設(shè)備起重能力，采用預(yù)制吊裝施工。

2.4　鋼筋施工

a.墻體鋼筋主要采用滾軋直螺紋套筒連接。

b.寬槽鋼筋采用鋼筋跨過寬槽縫的架設(shè)方式，待寬槽后澆塊澆筑完畢72h內(nèi)，按設(shè)計尺寸用砂輪切割機將過縫鋼筋切斷，形成鋼筋接頭，待混凝土冷至穩(wěn)定溫度后，于寬槽回填前進(jìn)行擠壓套筒連接。

c.墻體豎筋不宜超過收倉線1.5m，以便于混凝土下料和振搗。

d.每層鋼筋按設(shè)計高程定位準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制間排距，并按照技術(shù)要求規(guī)定的先后順序綁扎。鋼筋埋設(shè)及安裝精度滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

2.5　塔柱筒體模板施工

升船機塔柱筒體結(jié)構(gòu)為高層建筑物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土模板用量大，采用的模板型式成為保證塔柱高質(zhì)量、快速、安全施工的關(guān)鍵因素。

a.根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點，塔柱筒體主要采用3m×3m懸臂翻升模板，局部采用組合小鋼模拼裝。塔柱樓梯井、電纜豎井及樓梯板采用1830mm×915mm×18mm膠合板，施工縫等位置則采用散裝木模板。

b.升船機機房底板、大梁及塔柱箱梁橫跨升船機船廂室，凈寬18.0m。由于跨度、高度大，施工非常不便。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，塔柱箱梁采用貝雷梁作為現(xiàn)澆大箱梁支架；機房底板采用貝雷架+滿堂支架施工，貝雷架作為縱梁，支撐結(jié)構(gòu)為鋼管支架。在塔柱筒體澆筑到相應(yīng)高程時預(yù)埋工字鋼，兩側(cè)的貝雷片用槽鋼將貝雷梁連接成一個整體。

c.機房底板、大梁及塔柱箱梁牛腿采用預(yù)埋定位錐、高強錨筋，并采用高強螺栓固定鋼牛腿、布置鋼桁架支撐，面板為1830mm×915mm×18mm膠合板。

d.每個倉位在立模之前，必須有滿足精度要求的測量控制點和高程點。對于結(jié)構(gòu)、體形比較復(fù)雜的部位，加密控制點。

e.模板安裝后嚴(yán)格進(jìn)行校對，特別對升船機機房底板、大梁塔柱箱梁、牛腿等重要部位的模板，對其剛度、支撐加固方法和牢靠程度、面板的光潔平整度、接縫的密實度等進(jìn)行重點檢查，確保模板尺寸準(zhǔn)確、平整、光潔、接縫嚴(yán)密、固定牢靠。

2.6　混凝土澆筑

2.6.1主體混凝土澆筑

a.第三級垂直升船機塔柱由6 個井筒組成，井筒墻壁厚1～1.7m，保證混凝土均勻連續(xù)入倉是關(guān)鍵。左右側(cè)門塔機均可覆蓋整個第三級垂直升船機，混凝土澆筑時可相互補充，澆筑過程中遇門塔機出現(xiàn)故障時，可調(diào)用相應(yīng)門(塔)機繼續(xù)澆筑。特殊情況下，可采用2號、3號塔機(TC7035B)輔助澆筑。

b.塔柱筒體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度高、鋼筋及一期埋件安裝工程量大，但混凝土量相對較小。為了防止一次下料過多，導(dǎo)致混凝土沖擊模板造成模板變形和混凝土振搗不密實，在吊罐下料口接下料軟管，可均勻下料和鋪料，保證倉內(nèi)每個部位鋪料厚度基本一致，確保混凝土施工質(zhì)量。

c.混凝土采用臺階法澆筑，從一端向另一端均衡上升，鋪層厚度為30～50cm，鋪料長度8～12m，鋼筋密集區(qū)或澆筑盲區(qū)鋪料寬度適當(dāng)縮短。鋪料長度在滿足間歇時間前提下，盡可能取大值，以充分發(fā)揮機械生產(chǎn)效率、避免接頭處漏振。

d.混凝土采用φ50mm、φ70mm插入式振搗器振搗，澆搗過程中嚴(yán)禁用振搗棒直接觸動模板和鋼筋，防止鋼筋、預(yù)埋件和模板的位置發(fā)生偏移。每一振點的混凝土振搗延續(xù)時間，以混凝土泛出漿液不再明顯下沉和不出現(xiàn)氣泡為準(zhǔn)。

2.6.2寬槽回填

第三級升船機船廂室底板及兩側(cè)筒體施工期設(shè)1縱2橫3條寬1.2m的寬槽，將船廂室分為6個澆筑塊施工，寬槽設(shè)置高程為417.00～474.00m。

a.為保證寬槽回填混凝土與老混凝土結(jié)合良好，在進(jìn)行回填混凝土前，寬槽內(nèi)壁需打毛并沖洗干凈。

b.寬槽內(nèi)斷開的水平鋼筋用冷擠壓套筒連接，鋼筋密集處采用搭接焊連接。

c.混凝土采取攪拌運輸車運輸，塔機掛2m3吊罐配合溜筒下料入倉的方式澆筑。寬槽回填采用預(yù)冷混凝土，澆筑溫度控制在12～14℃。布料時采用平鋪法從一端向另一端有序推進(jìn)，每層混凝土厚度不超過50cm；下料后先平倉后振搗，采用φ100mm高頻振搗器結(jié)合φ50mm軟軸振搗器振搗。

3　混凝土溫度控制

3.1　混凝土設(shè)計允許最高溫度

設(shè)計允許最高溫度見下表。

設(shè)計允許最高溫度表　單位：℃

3.2　寬槽回填混凝土溫控要求

a.船廂室底板及兩側(cè)筒體施工期設(shè)1縱2橫3條寬槽，將船廂室分為6個澆筑塊施工。

b.待兩側(cè)筒體澆筑到高程450.00m后，利用低溫季節(jié)進(jìn)行縱、橫向?qū)挷刍靥畈⒖p，將船廂室下部結(jié)構(gòu)連成整體。

c.待完成擋土墻周邊回填，再分塊澆筑高程450.00m以上的筒體結(jié)構(gòu)至頂。

d.筒體混凝土澆筑至頂后，利用低溫季節(jié)將筒體高程450.00～463.00及高程500.00m以上的橫向?qū)挷刍靥畈⒖p，使整個船廂室構(gòu)聯(lián)成一整體結(jié)構(gòu)。

e.第三級升船機船廂室底板施工期準(zhǔn)穩(wěn)定溫度為13.5℃。兩側(cè)混凝土塊體原則上應(yīng)有6個月以上齡期，至少不能低于3個月并采取埋設(shè)冷卻水管通制冷水措施，將塊體冷卻至準(zhǔn)穩(wěn)定溫度再回填預(yù)冷混凝土。

3.3　溫控措施

a.根據(jù)設(shè)計要求，高程437.00m以下塔柱筒體混凝土需埋設(shè)冷卻水管通水冷卻。

?初期通水采用水溫8～10℃的制冷水，通水時間10～15d，在澆筑收倉后12h內(nèi)開始通水，通水流量不小于18L/min。

?每年9月初對當(dāng)年5—8月澆筑的大體積混凝土、10月初對當(dāng)年4月及9月澆筑的大體積混凝土、11月初對當(dāng)年10月澆筑的大體積混凝土開始進(jìn)行中期通水冷卻，削減混凝土內(nèi)外溫差。

b.中期通水采用江水進(jìn)行，通水時間1.5～2個月，以塊體溫度達(dá)到20～22℃為準(zhǔn)，水管通水流量應(yīng)達(dá)到20～25L/min。

c.需進(jìn)行寬槽回填的部位，在灌漿前必須進(jìn)行后期通水冷卻(制冷水或江水)。

?應(yīng)保證通水連續(xù)，混凝土與冷卻水之間的溫差不宜超過20～25℃，通制冷水時不小于18L/min，通江水時應(yīng)達(dá)到20～25L/min。

?根據(jù)混凝土內(nèi)部埋設(shè)的電子測溫儀檢測情況及時調(diào)整通水流量，控制塊體降溫速度不大于1℃/d。

?預(yù)埋冷卻水管在后期通水完成后，按監(jiān)理人的要求采用0.5∶1水泥漿進(jìn)行封堵回填。

4　結(jié)　語

在參建單位共同努力下，克服了大量高空作業(yè)、臨邊作業(yè)、門塔機密集布置，起吊作業(yè)頻繁等安全管控難點，攻克了升船機施工高度、跨度大，結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，施工難度大、工期緊張等系列難題，通過合理布置，優(yōu)化混凝土施工方案，合理組織施工資源等各項措施，構(gòu)皮灘水電站第三級垂直升船機主體工程于2016年5月順利封頂，圓滿按計劃完成通航建筑物工程的里程碑節(jié)點，按期向機電安裝單位移交工作面。通過優(yōu)化設(shè)計與施工方案，嚴(yán)格施工工藝，第三級垂直升船機單元工程優(yōu)良率達(dá)96%，工程整體施工質(zhì)量得到了水電工程質(zhì)量監(jiān)督總站專家組的肯定。上述施工工藝，可供類似的升船機工程施工參考。

[1]謝建民,肖備.施工現(xiàn)場設(shè)施安全設(shè)計計算手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[2]蔣正榮.建筑施工計算手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[3]GB 50666—2011 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[4]JGJ 80—2016 建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.