提升流道襯砌混凝土外觀質(zhì)量的工藝研究與實(shí)踐

王 戰(zhàn) 新，石 強(qiáng)，劉 向 榮

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

白鶴灘水電站位于川滇交界的金沙江下游河段，屬大(1)型工程，電站左右岸各并排布置8條引水隧洞。其中左岸8條引水隧洞中的單條隧道長389.146～408.246 m。引水流道由上平段、上彎段、豎井段、下彎段及下平段組成；上平段混凝土襯砌尺寸為(159.444～169.544)×8.8×11(m)(長×寬×高)漸變?yōu)橹睆?1 m的圓形與豎井壓力鋼管相連接。

鑒于流道混凝土襯砌外觀質(zhì)量缺陷是影響水電工程安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，必須綜合考慮影響混凝土澆筑外觀質(zhì)量的各種情況，掌握施工中可能出現(xiàn)各種問題的解決方法與對策，以保障襯砌混凝土澆筑內(nèi)實(shí)外光及外表面少缺無缺，提高其耐沖磨性能[1]。為了保證流道混凝土襯砌施工的外觀質(zhì)量，迫切需要研究一套操作簡便、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的流道混凝土襯砌施工工藝與工法。筆者以白鶴灘水電站為例，介紹了提升流道襯砌混凝土外觀質(zhì)量的工藝研究與實(shí)踐過程。

2 原襯砌施工工藝存在的缺陷及其產(chǎn)生原因分析

2.1 原施工工藝及其實(shí)施效果

引水流道底板采用拼裝鋼模、翻模抹面工藝施工，混凝土澆筑表面光潔、體型較好，滿足要求。邊頂拱采用Φ48鋼管承重排架支撐、拉桿緊固、自制雙Φ32×9 m圓弧鋼筋圍檁控制圓度、P3015鋼模雙面膠貼縫、“U”形扣拼裝；預(yù)埋灌漿管采用編織物封孔、緊貼模板、油漆標(biāo)記。

(1)原襯砌工藝存在的問題與處理。①模板拼縫、拉桿孔隙封閉不嚴(yán)導(dǎo)致漏漿而形成麻面。采用雙面膠貼縫、原子灰勾縫過渡、打磨平整。②邊頂拱模板與底板老混凝土面之間存在縫隙，導(dǎo)致漏漿、爛根的產(chǎn)生。對底板施工縫側(cè)表面進(jìn)行拉線打磨處理，貼雙面膠后使其拼縫嚴(yán)密。③環(huán)向圍檁與模板未緊貼，導(dǎo)致澆筑時(shí)模板下沉、混凝土澆筑成型偏差大。在圍檁與模板未緊貼部位采用木楔楔緊。④對預(yù)埋灌漿管孔口采用編織物封堵，拆模后不易找到且因編織物封堵易漏漿，拆除后管口質(zhì)量差、易破損。采用編織物包裹管口后用透明膠帶纏裹。

(2)澆筑后的外觀效果。拆模后，混凝土澆筑密實(shí)、外觀整體較好，但仍存在以下問題：①模板拼縫處錯(cuò)臺、砂線、麻面集中凸顯；②拉桿孔周邊麻面集中；③預(yù)埋灌漿孔口混凝土不密實(shí)、破損；④流道環(huán)向體型超標(biāo)較多。

2.2 原工藝造成的缺陷原因分析

針對原襯砌工藝造成的混凝土外觀缺陷的產(chǎn)生，施工局組織技術(shù)與質(zhì)量骨干人員進(jìn)行了深入分析研究，得到了以下認(rèn)識：

(1)施工人員質(zhì)量意識不足、技能欠缺?；炷烈r砌施工前期的準(zhǔn)備工作不充分，對現(xiàn)場一線質(zhì)量技術(shù)骨干人員質(zhì)量意識教育不到位，在施工過程中不能及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)與解決問題；對施工人員的專業(yè)分工不明確、工序?qū)I(yè)培訓(xùn)與交底的針對性模糊。

(2)施工機(jī)具使用不規(guī)范。如在模板上需要開拉桿孔、鋼模板背楞變形等，施工人員直接采用電焊割孔、錘擊進(jìn)行修復(fù)而導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生。

(3)材料選擇不當(dāng)。①模板的選擇、拉桿孔間隙封閉不當(dāng)。對于方形漸變?yōu)閳A形隧道襯砌，重點(diǎn)應(yīng)解決“四角”由平面向曲面轉(zhuǎn)換的問題，而采用平面鋼模面板拼縫所產(chǎn)生的拼裝縫隙、錯(cuò)臺不可避免；對于拉桿孔隙簡單地采用原子灰勾縫，在澆筑振搗過程中極易開裂、脫落而失效，從而產(chǎn)生漏漿甚至漲模。②模板拼裝“U”形扣易松動(dòng)。對于周轉(zhuǎn)性模板，當(dāng)其經(jīng)過多次安拆后模板楞板均會(huì)產(chǎn)生不同程度地變形，加之 “U”形扣安拆過程的敲擊甚至暴力拆卸導(dǎo)致“U”形扣變形，在混凝土澆筑振搗過程中易松動(dòng)甚至脫落。

(4)施工方法不嚴(yán)謹(jǐn)。①模板縫補(bǔ)材料未達(dá)到強(qiáng)度即開倉澆筑。②預(yù)埋灌漿管孔口封閉方式選擇不當(dāng)。施工人員因快捷施工而采取簡易編織物封口且不規(guī)范，導(dǎo)致拆模后埋管管口難以準(zhǔn)確找到，四處敲擊或撕扯編織物又導(dǎo)致管口混凝土破損。③環(huán)向圍檁支撐系統(tǒng)穩(wěn)定性不足。采用雙根Φ32鋼筋作為環(huán)向圍檁，混凝土澆筑時(shí)混凝土的側(cè)壓力傳遞至鋼筋圍檁再至排架頂托過程中，由于鋼筋圍檁加工弧度的偏差與排架和頂托支撐之間間隙的雙重誤差作用導(dǎo)致混凝土局部體型超標(biāo)。

(5)施工環(huán)境受限。引水隧洞混凝土襯砌采用承重排架施工，操作空間狹小，對圍檁、模板安裝位置的精準(zhǔn)性難以準(zhǔn)確判斷。

(6)檢測手段不足。由于事前未系統(tǒng)布設(shè)混凝土形體監(jiān)測設(shè)施，在承重排架密集的倉號，測量儀器無法跟蹤觀測混凝土的變形偏差。

總之，邊頂拱混凝土外觀存在較多缺陷的根本原因是由于倉號準(zhǔn)備工作不足、套用老施工工藝、方法、與實(shí)際施工工況不符所致。

3 工藝改進(jìn)研究

結(jié)合之前對倉號襯砌外觀缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行的分析，施工局組織質(zhì)量、技術(shù)系統(tǒng)的精干力量采用“PDCA”“頭腦風(fēng)暴法”聯(lián)合攻關(guān)，提出了一套技術(shù)可行、保證質(zhì)量、又符合現(xiàn)場施工實(shí)際的施工工藝。

3.1 質(zhì)量意識、責(zé)任感同步強(qiáng)化提升

通過組織技術(shù)與質(zhì)量集中培訓(xùn)、專項(xiàng)措施與工序檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場局部交底培訓(xùn)、現(xiàn)場倉內(nèi)指導(dǎo)施工、倉號澆筑事前聯(lián)合交底、澆筑過程專項(xiàng)培訓(xùn)、拆模完成后的總結(jié)分析等管理手段促進(jìn)施工人員質(zhì)量意識、技能及責(zé)任心的提升。

同時(shí)，通過對施工工序定人定崗、責(zé)任到人、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)、處罰，確保了責(zé)任明確、獎(jiǎng)懲分明。同時(shí)，對質(zhì)量缺陷采取 “四不放過”原則進(jìn)行追究與改進(jìn)。

3.2 模板方案的優(yōu)化

(1)定型無拉桿模板的設(shè)計(jì)。流道襯砌模板的設(shè)計(jì)決定了混凝土澆筑外觀質(zhì)量的優(yōu)劣、缺陷產(chǎn)生的多少，亦影響到后期缺陷處理的投入。該項(xiàng)目擬在邊頂拱采用鋼模臺車和承重排架+無拉桿定型鋼模兩種方案中進(jìn)行比較選擇。

在引水上平洞設(shè)置了一條貫穿8條引水隧洞的施工支洞兼顧壓力鋼管運(yùn)輸，故將引水上平洞襯砌分前后兩段，上平洞前半段總襯砌施工長度為96.154～103.847 m，進(jìn)口20 m段為方形漸變圓形洞段，距進(jìn)口42.216～57.447 m段分布半徑為30 m、長9.179～15.231 m的轉(zhuǎn)彎段。引水上平洞前半段中便于鋼模臺車施工的直線段總長度約為67 m，按臺車12 m長計(jì)算可澆筑6倉。由于單洞施工倉數(shù)極少，故導(dǎo)致鋼模臺車倒運(yùn)安拆頻繁，攤銷成本高。因此，對鋼模臺車方案不予考慮。

引水流道方變圓段的體型隨流道深入不斷變化，承重施工排架密集架設(shè)不利于大模板的運(yùn)轉(zhuǎn)與安裝施工。選用主體為P6015的定型組合鋼模已成為必選，且拼裝組合鋼模安裝速度快、移動(dòng)方便、兼具模板臺車的優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目最終選擇了邊頂拱襯砌定型組合鋼模+端頭采用木模封堵方案。

針對引水隧洞進(jìn)口20 m漸變段“四角”弧度變化分布，將模板分為8個(gè)區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，平面部分采用P6015定型鋼模、弧形部分采用P3015弧形定型模板設(shè)計(jì),平面與弧面相交的相貫線部位采用異形曲面定型鋼模[2]補(bǔ)縫；標(biāo)準(zhǔn)段均采用P6015弧形定型模板設(shè)計(jì)；所有弧形模板圍楞均按模板拼縫切合設(shè)計(jì)，漸變段異形曲面模板均編區(qū)編號順序使用。

鑒于邊頂拱模板拉桿孔數(shù)量巨大、極易產(chǎn)生漏漿而導(dǎo)致混凝土外觀產(chǎn)生缺陷，經(jīng)對邊頂拱混凝土澆筑速度及承重排架系統(tǒng)的承重力進(jìn)行核算：漸變段(最大澆筑高度12.8 m，頂拱最大澆筑厚度3.8 m，分1.5 m、2.3 m兩層分時(shí)澆筑)，澆筑速度為0.5 m/h、混凝土初凝時(shí)間為6 h，采用Φ48×3.6 mm鋼管按橫距0.6 m、縱距0.6 m、步距1.2 m搭設(shè)承重排架，且在距地面20 cm部位縱橫設(shè)掃地桿。標(biāo)準(zhǔn)段(澆筑高度10.4 m，澆筑厚度1 m)澆筑速度為0.5 m/h、混凝土初凝時(shí)間為6 h，采用Φ48×3.6 mm鋼管按橫距0.75 m、縱距0.75 m、步距1 m搭設(shè)承重排架，且在距地面20 cm部位縱橫設(shè)掃地桿。經(jīng)對承重排架立桿、斜撐受力及水平桿側(cè)壓力等進(jìn)行計(jì)算得知：在漸變段、標(biāo)準(zhǔn)段邊頂拱倉號模板不設(shè)拉桿情況下，承重排架的承載力滿足澆筑受力的要求。

(2)模板拼裝。①標(biāo)準(zhǔn)段P6015定型模板、漸變段P3015異形曲面定型模板均采用雙面膠貼縫、雙螺母螺栓連接加固，防止?jié)u變部位在澆筑過程中變形、移位。②對底板及環(huán)向施工縫老混凝土邊墻面10 cm范圍拉線局部打磨，整體清理、消除凸點(diǎn)，使模板與混凝土縫面無縫緊貼，并在底板施工縫第一層模板上設(shè)置一排定位拉桿，確保模板根部穩(wěn)定。③因漸變段弧形模板形狀、尺寸復(fù)雜多變，在制造過程中即編區(qū)編號，在安拆過程中應(yīng)對號安裝與堆存；同時(shí)，拆除過程中不得暴力拆卸，嚴(yán)防異形模板變形、損壞。④由于漸變段頂拱混凝土最大澆筑厚度為3.8 m，考慮到澆筑承重系統(tǒng)的安全實(shí)行了分層澆筑，分層澆筑時(shí)間間隔不小于7 d。

通過對模板設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，模板安裝緊密、無縫無錯(cuò)臺，混凝土外觀光潔、平順、無缺。

3.3 預(yù)埋管孔口塞的創(chuàng)新

灌漿預(yù)埋管采用薄壁鋼管，鋼管管口成批加工，很難做到逐孔放樣緊貼模板。因此，設(shè)計(jì)一種能緊貼模板且在混凝土澆筑過程中不被擠壓變形、連接可靠、安裝方便的裝置十分必要。

灌漿預(yù)埋管孔口混凝土的澆筑質(zhì)量同樣是影響混凝土外觀質(zhì)量的重要部分。灌漿預(yù)埋管采用編織物封孔易造成預(yù)埋管孔口混凝土澆筑不密實(shí)，且拆除過程中極易使孔口混凝土產(chǎn)生破損，故不予考慮。螺絲扣式鋼保護(hù)帽易于安裝，也具備強(qiáng)度要求，但很難緊貼模板澆筑后埋于混凝土內(nèi)、尋找困難，且拆模后其均包裹于混凝土內(nèi)，須敲擊尋找，在拆除過程中易損傷周邊混凝土表面，亦不作考慮。硬質(zhì)橡膠預(yù)埋管孔口塞采用橡膠保護(hù)帽的形式，利用橡膠的彈性變形緊貼模板；在橡膠塞中心設(shè)置孔洞，易于拆卸。橡膠孔塞具有一定的彈性，可緊貼模板、易于制作，成本低廉，采取鐵鉤狀工具即可完成旋轉(zhuǎn)及向外的拆除動(dòng)作，操作熟練后不會(huì)傷及孔口周邊的混凝土，適合于該工程使用。

通過灌漿預(yù)埋管孔口塞的應(yīng)用，在混凝土澆筑過程灌漿埋管均未移位、拆模后更利于尋找、拆卸無損，很好地解決了灌漿埋管孔口堵塞問題。

注意事項(xiàng)：預(yù)埋管加固應(yīng)牢固，澆筑過程中應(yīng)避免振搗棒接觸振搗，防止灌漿管移位。

3.4 環(huán)向圍檁方案的優(yōu)化

鑒于雙根Φ32鋼筋環(huán)向圍檁在前期試驗(yàn)倉澆筑中混凝土體型超標(biāo)，證明雙根Φ32鋼筋環(huán)向圍檁在大型隧道混凝土襯砌施工中受動(dòng)載荷影響導(dǎo)致其穩(wěn)定性、剛度不足，技術(shù)人員借鑒鋼模臺車拱架原理對引水流道漸變段、標(biāo)準(zhǔn)段在原承重排架的基礎(chǔ)上，將承重排架分為固定排架、定型拱架[3]兩部分，定型拱架的排距與其承重排架一致，采用Φ48×3.6 mm鋼管根據(jù)不同洞段弧度彎折成型，再根據(jù)弧形拱架受力計(jì)算布置定型拱架內(nèi)支撐間距(內(nèi)支撐采用△形)；該方案制作簡單、成本低廉、易于安拆，對流道混凝土體型控制起到了決定性的作用。

采用定型拱架支撐方案后，襯砌混凝土體型偏差合格率達(dá)到了100%。

注意事項(xiàng)：同側(cè)頂托、拱架系統(tǒng)采用鋼管+扣件方式通長逐根加固，確保了支撐系統(tǒng)受力穩(wěn)定。

3.5 流道直線段排架整體移動(dòng)的優(yōu)化

由于承重排架的安拆耗時(shí)長、勞動(dòng)力消耗大。項(xiàng)目部借鑒臺車移動(dòng)原理，在流道直線洞段承重排架同排立桿底部設(shè)置水平Φ48鋼管作為滑竿，采用20#槽鋼作為軌道槽，通過同步卷揚(yáng)系統(tǒng)進(jìn)行牽引，達(dá)到了排架整體移動(dòng)的目的。通過此項(xiàng)工藝改進(jìn)后的應(yīng)用，排架移動(dòng)實(shí)現(xiàn)了操作簡單、安全可靠的目標(biāo)；同時(shí)也節(jié)約了排架及模板安拆的人力、物力、財(cái)力投入，規(guī)避了模板頻繁安拆、周轉(zhuǎn)產(chǎn)生變形的隱患，有效保障了施工質(zhì)量的穩(wěn)定。

注意事項(xiàng)：排架滑竿、槽鋼軌道槽應(yīng)加密并可靠固定，避免在排架移動(dòng)過程中滑竿脫焊、軌道槽位移與變形。

3.6 測量與監(jiān)測的立體設(shè)計(jì)

在高密排架襯砌部位僅靠測量儀器控制混凝土體型顯然是不可靠、也無法實(shí)現(xiàn)的。

針對這種情況，現(xiàn)場測量技術(shù)人員采取對可視部位特征點(diǎn)測量全程監(jiān)測+中心線與腰線部位線錘法相結(jié)合的過程檢測法，在施工全過程安排專人盯守觀測，確保了襯砌混凝土體型偏差受控。

4 結(jié)論與反思

通過在引水流道中的無拉桿模板設(shè)計(jì)、定型弧形圍檁優(yōu)化、灌漿埋管孔口塞創(chuàng)新、承重排架整體移動(dòng)優(yōu)化等措施的實(shí)施，引水流道襯砌混凝土質(zhì)量得到了保障，多次得到監(jiān)理、業(yè)主及政府質(zhì)量監(jiān)督站專家的高度肯定。目前該套施工工藝已被業(yè)主單位在左右岸尾水?dāng)U散段和尾水連接管等漸變流道洞段推廣應(yīng)用。

受施工條件及成本控制的制約，目前流道采取的異形鋼模拼裝襯砌工藝尚具一定的推廣價(jià)值。但隨著社會(huì)進(jìn)步、科技發(fā)展，“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”已成為建筑行業(yè)的大趨勢；一體化模塊化臺車[4]、可變式伸縮橫移臺車[5]等先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造理念也將成為下階段漸變流道施工工藝的主流。