蘇阿皮蒂水電站廠房蝸殼混凝土澆筑質(zhì)量控制

李躍龍，童世雄，王 峰，李 杰

(1.四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川 成都 610051；2.中國(guó)水利電力對(duì)外有限公司，北京 100120)

1 工程概況

蘇阿皮蒂水利樞紐工程位于幾內(nèi)亞境內(nèi)孔庫(kù)雷河中游，電站廠房為壩后式地面廠房，位于左岸發(fā)電引水壩段，設(shè)置4臺(tái)112.5 MW立軸混流式發(fā)電機(jī)組，采用“一機(jī)一管”布置。廠房總長(zhǎng)120.00 m，總寬60.30 m，總高度50.2 m。主要建筑物包括主機(jī)間、安裝間、GIS 樓及出線、副廠房、尾水建筑物等。廠區(qū)平臺(tái)高程 119.70 m，尾水管出口底板高程 93.20 m，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線高程105.00 m。主機(jī)間單臺(tái)機(jī)組二期混凝土長(zhǎng)度為19.0 m，寬度為17.5m，高度為7.2 m，對(duì)應(yīng)高程為102.00～109.20 m，蝸殼鋼管內(nèi)徑為4.8～1.6 m，座環(huán)直徑為5.4 m。

2 蝸殼混凝土施工技術(shù)特點(diǎn)

(1) 蝸殼外圍鋼筋分布密集，數(shù)量多，外形尺寸變化大，鋼筋安裝困難。

(2) 蝸殼混凝土被稱為水電站廠房混凝土的“心臟”，是最關(guān)鍵和最難澆筑的部位。

(3) 蝸殼二期混凝土施工工藝復(fù)雜，特別是蝸殼底部、座環(huán)陰角部位施工空間狹小，外部的混凝土難以進(jìn)入，混凝土澆筑難度大。

(4) 根據(jù)蝸殼設(shè)計(jì)圖紙及蝸殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，由于蝸殼底部鋼筋密集、機(jī)電安裝的支撐、支架較多，導(dǎo)致底部空間十分狹小，人無(wú)法進(jìn)入，故該部位混凝土是否能夠最大程度的澆筑密實(shí)是施工的關(guān)鍵。

(5) 座環(huán)安裝精度要求高，混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的浮力和擠壓對(duì)蝸殼和座環(huán)影響較大。

3 施工方法及混凝土澆筑質(zhì)量控制

為確保蝸殼混凝土施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，澆筑前，蘇阿皮蒂水利樞紐項(xiàng)目參建各方對(duì)廠房蝸殼混凝土澆筑施工方案進(jìn)行多次開(kāi)會(huì)討論，不斷優(yōu)化施工方案，最終達(dá)成一致意見(jiàn)，提出了一套切實(shí)可行的施工方案，經(jīng)實(shí)踐證明該方案是可行的。

3.1 施工分層

根據(jù)座環(huán)結(jié)構(gòu)及蝸殼斷面特點(diǎn)，為避免蝸殼陰角部位混凝土脫空，同時(shí)考慮混凝土入倉(cāng)能力，并滿足蝸殼“混凝土澆筑速度不應(yīng)超過(guò)300 mm/h”的要求，蝸殼二期混凝土共分三層澆筑。澆筑起止高程為102.00～109.20 m，高度7.20 m。第一層為102.00～104.4 m，第二層為104.4～107.5 m，第三層為107.5～ 109.2 m，具體分層示意詳見(jiàn)圖1。

圖1 蝸殼分層示意(單位：m)

3.2 施工分塊及澆筑順序

座環(huán)和蝸殼安裝精度要求高，混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生的浮力和擠壓對(duì)蝸殼和座環(huán)影響較大。為確保蝸殼及座環(huán)在混凝土澆筑過(guò)程中偏移、變形不超標(biāo)，采取對(duì)單臺(tái)機(jī)組蝸殼底部第一層混凝土分4個(gè)象限施工，即Ⅰ～Ⅳ象限，對(duì)角2個(gè)象限同時(shí)澆筑， 形成4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的混凝土澆筑區(qū)域。各象限布置情況詳見(jiàn)圖2。第一層澆筑采用順序?qū)ΨQ澆筑，其中Ⅱ、Ⅳ象限為先澆塊，Ⅰ、Ⅲ象限為后澆塊；第二層采用平鋪法澆筑，第三層采用臺(tái)階法澆筑。

圖2 混凝土澆筑區(qū)域示意

3.3 混凝土入倉(cāng)方式

根據(jù)蝸殼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，蝸殼底部距離混凝土面的距離在0.63～2.22 m之間，蝸殼與座環(huán)蝶形邊陰角部位空間狹小，錐管及蝸殼外圍鋼筋密集，混凝土很難進(jìn)入到蝸殼底部及陰角部位，易形成空腔，為了確?；炷翝仓|(zhì)量，蝸殼二期混凝土澆筑采用門(mén)機(jī)+溜筒+混凝土輸送泵+自制入料槽進(jìn)行聯(lián)合澆筑。

(1)門(mén)機(jī)布置于廠房上游，用3 m3混凝土吊罐可直接入倉(cāng)，澆筑蝸殼外側(cè)混凝土，在距離蝸殼殼體2.0 m范圍內(nèi)，不得設(shè)置下料點(diǎn)，以防止沖擊蝸殼導(dǎo)致變形超標(biāo)。

(2)溜筒受料點(diǎn)布置于廠房119.70 m尾水平臺(tái)，混凝土攪拌罐車(chē)通過(guò)尾水平臺(tái)直接供料。采用溜筒支撐架合理布置于蝸殼兩側(cè)，溜筒安裝靈活機(jī)動(dòng)，可為倉(cāng)內(nèi)各部位供料(蝸殼下部和陰角除外)。

(3)采用布置在廠房上游的2臺(tái)HBT60型混凝土輸送泵(1臺(tái)備用)泵送混凝土，主要負(fù)責(zé)各象限內(nèi)蝸殼底部及陰角部位混凝土澆筑，同時(shí)根據(jù)倉(cāng)面混凝土上升情況及時(shí)調(diào)整。主泵管從混凝土輸送泵接出，由上游副廠房延伸至倉(cāng)內(nèi)，并通過(guò)提前預(yù)埋φ150的分泵管(不再拆除)將混凝土泵送至蝸殼陰角部位，泵管布置情況詳見(jiàn)圖3。

圖3 泵管布置

(4) 陰角部位混凝土澆筑。因陰角部位有肋板隔離形成多個(gè)獨(dú)立空腔，預(yù)埋在蝸殼底部陰角部位的泵管難以將混凝土進(jìn)入到每個(gè)空腔內(nèi)，此時(shí)，采用自制混凝土入料槽從座環(huán)上的預(yù)留孔進(jìn)行灌料(開(kāi)倉(cāng)前加工至少兩個(gè)自制混凝土入料槽，入料槽的形狀及尺寸根據(jù)座環(huán)及預(yù)留孔的形狀尺寸進(jìn)行加工)。

3.4 混凝土澆筑質(zhì)量控制

蝸殼混凝土澆筑施工質(zhì)量控制難度主要表現(xiàn)為底部第一層混凝土，其中鋼筋、埋件密集，蝸殼底部區(qū)域空間狹小，座環(huán)蝶形邊陰角部位進(jìn)料困難，不易澆筑密實(shí)。針對(duì)上述難點(diǎn)，專門(mén)制定出符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際專門(mén)的倉(cāng)面設(shè)計(jì)，明確了蝸殼第一層混凝土澆筑方式、注意事項(xiàng)、質(zhì)量控制點(diǎn)。

3.4.1第一層混凝土澆筑

蝸殼底部距離混凝土面的距離在0.63～2.22 m之間，蝸殼與座環(huán)蝶形邊陰角部位空間狹小，蝸殼外圍鋼筋密集，因此，蝸殼底部、錐管周?chē)?、陰角部位不易澆筑密?shí)，易形成空腔。為保證蝸殼混凝土澆筑密實(shí)，通過(guò)提前安裝泵管至蝸殼陰角部位(此泵管不再拆除)，并抬高出口位置，保障陰角混凝土覆蓋量，如圖4所示。

圖4 第一層混凝土澆筑

3.4.1.1 混凝土入倉(cāng)質(zhì)量控制

蘇阿皮蒂?gòu)S房蝸殼第一層混凝土上游象限澆筑采用MQ600B門(mén)機(jī)作為入倉(cāng)手段，下游象限澆筑用溜筒作為入倉(cāng)手段。溜筒受料點(diǎn)布置在廠房119.70尾水平臺(tái)，蝸殼第一層混凝土倉(cāng)面高程102.00 m，高度達(dá)17.7 m，混凝土入倉(cāng)后易出現(xiàn)骨料分離。為改善骨料分離現(xiàn)象，蝸殼底部第一層混凝土第一坯層澆筑一級(jí)配混凝土，并在溜筒出口處搭設(shè)滑槽(滑槽下部設(shè)置緩沖板)，使混凝土輸送至象限內(nèi)每一個(gè)澆筑區(qū)域且保證混凝土不離析。倉(cāng)內(nèi)設(shè)置專人負(fù)責(zé)，將局部集中的的粗骨料分散至砂漿較多處，對(duì)骨料集中區(qū)加強(qiáng)振搗。

3.4.1.2 陰角部位澆筑質(zhì)量控制

當(dāng)混凝土澆筑到蝸殼底部一定高度，外面的混凝土無(wú)法進(jìn)入陰角部位形成空腔時(shí)，采用輸送泵對(duì)空腔部位進(jìn)行混凝土澆筑。澆筑的過(guò)程中，通過(guò)座環(huán)上預(yù)留的φ92的澆搗灌漿孔對(duì)陰角部位混凝土充填情況進(jìn)行觀察，如果混凝土從澆搗灌漿孔涌出后對(duì)孔口進(jìn)行臨時(shí)封閉，直到本區(qū)域內(nèi)全部孔口冒漿或未冒漿但泵管無(wú)法再供料時(shí)停止泵管澆筑。如混凝土未從澆搗灌漿孔涌出且存在空腔，則利用自制混凝土入料槽從澆搗灌漿孔進(jìn)行細(xì)石混凝土澆筑，直至將區(qū)域內(nèi)的澆搗灌漿孔全部填滿。此時(shí)，澆搗灌漿孔的外側(cè)還存在一些且相互隔開(kāi)的空腔，則采用座環(huán)上的φ40通氣孔充填砂漿，直到每個(gè)通氣孔都填滿。同時(shí)，門(mén)機(jī)和溜筒繼續(xù)澆筑蝸殼外側(cè)的混凝土，保持內(nèi)外平衡，防止座環(huán)、蝸殼偏移。

3.4.1.3 振搗

蝸殼外圍和底部能正常振搗的部位采用常規(guī)的φ100的變頻振搗器進(jìn)行振搗，常規(guī)振搗器振搗不到位的地方采用加長(zhǎng)把手的振搗器進(jìn)行振搗，盡量將每個(gè)部位振搗密實(shí)，確保澆筑質(zhì)量。陰角部位采用φ30軟軸振搗棒從澆搗灌漿孔進(jìn)行振搗。

3.4.1.4 變形監(jiān)測(cè)

蝸殼第一層混凝土澆筑，當(dāng)同一倉(cāng)兩對(duì)角象限澆筑高差較大時(shí)，蝸殼受混凝土擠壓、抬動(dòng)，易產(chǎn)生變形。為防止座環(huán)與蝸殼變形超標(biāo)，澆筑期間機(jī)電安裝與土建施工方面同時(shí)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。

土建施工監(jiān)測(cè)：分別在蝸殼外側(cè)腰線+X、-X、+Y、-Y軸線方向上設(shè)置4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，使用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每次混凝土澆筑時(shí)，派專人進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，檢測(cè)頻率1次/h，并記錄。

機(jī)電監(jiān)測(cè)：分別在座環(huán)+X、-X、+Y、-Y軸線方向從機(jī)坑錐管內(nèi)焊接引出鋼支架，此支架必須脫離座環(huán)，每個(gè)支架上安裝2個(gè)百分表，一個(gè)監(jiān)測(cè)座環(huán)法蘭軸向位移，一個(gè)監(jiān)測(cè)座環(huán)水平方向位移。澆筑過(guò)程中，派專人進(jìn)行座環(huán)下部法蘭面徑向、軸向水平監(jiān)測(cè)，每0.5 h測(cè)記一次，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，要通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)分析結(jié)果。在正常情況下，對(duì)稱4塊百分表讀數(shù)應(yīng)連續(xù)緩慢變化，否則為設(shè)備碰撞異常數(shù)據(jù)，分析完畢后要及時(shí)按照數(shù)據(jù)調(diào)整土建混凝土澆筑方位和澆筑速度。

混凝土澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制澆筑上升速度，特別是混凝土接近蝸殼后澆筑上升速度≤30 cm/h，并根據(jù)監(jiān)測(cè)成果及時(shí)調(diào)整澆筑速度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，應(yīng)立即報(bào)告并采取相應(yīng)措施(實(shí)際澆筑混凝土上升速度均小于30 cm/h)。

通過(guò)澆筑過(guò)程中對(duì)機(jī)組座環(huán)、蝸殼進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，座環(huán)和蝸殼位置偏差在允許范圍內(nèi)，水平方向位移偏差在±0.03 mm范圍內(nèi)，豎直方向位移偏差±0.04 mm范圍內(nèi)，4臺(tái)機(jī)組的變形均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.4.2第二、三層混凝土澆筑

第一層混凝土澆筑完成14 d后，才開(kāi)始第二層混凝土澆筑，此時(shí)，蝸殼和座環(huán)已基本穩(wěn)定，上面混凝土澆筑對(duì)其影響較少。第二層采用平鋪法正常澆筑，第三層因倉(cāng)面面積較大采用臺(tái)階法澆筑。

4 質(zhì)量檢查

混凝土澆筑完28 d后，采用敲擊法對(duì)蝸殼、錐管周?chē)拿摽涨闆r進(jìn)行檢查，總體效果較好，脫空面積大于0.5 m2的部位1號(hào)機(jī)為10處，主要是由于混凝土干縮導(dǎo)致蝸殼底部脫空，后期采用回填、接觸灌漿處理即可。由于法國(guó)工程師對(duì)溜筒澆筑方法持懷疑態(tài)度，遂采用鉆孔取芯進(jìn)行檢查，芯樣表面光滑、密實(shí)、骨料分布均勻，檢查結(jié)果滿足要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

蘇阿皮蒂水電站4臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組蝸殼混凝土已澆筑完成，從澆筑方法的細(xì)化、澆筑質(zhì)量控制，采取了預(yù)埋泵管、自制入料槽、加工振搗器、控制混凝土上升速度等一系列有效的措施，很好地保證了蝸殼混凝土澆筑質(zhì)量，其他類似項(xiàng)目可參照。