白鶴灘泄洪洞出口雙扭面挑流鼻坎混凝土施工技術(shù)研究

彭培龍，劉凡，陳敏，劉文娟

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

白鶴灘泄洪洞出口挑流鼻坎采用明渠形式，直接與龍落尾反弧末端連接，采用雙扭面的布置形式，總體上呈左高右低、近低遠高的布置。其中1#挑流鼻坎為斜切坎，左邊墻長46m，右邊墻長32.5m，邊墻高12m～16m，左邊墻末端最低，起挑高程650m；2#挑流鼻坎為扭曲鼻坎，左邊墻長44m，右邊墻長32m，邊墻高12m～16.5m，左邊墻末端最低，起挑高程650m；3#挑流鼻坎為扭曲鼻坎，左邊墻長59m，右邊墻長47.9m，邊墻高12m～16m，左邊墻末端最低，起挑高程649.6m，前接一8%直段。1#-3#挑流鼻坎斷面均為U形，左邊墻靠基巖，厚4m，右邊墻臨空，厚4.5m。挑流鼻坎表層1.5m采用C9060抗沖耐磨混凝土，下部采用C9030混凝土，結(jié)構(gòu)物特征如圖1。

圖1 白鶴灘泄洪洞出口挑流鼻坎結(jié)構(gòu)三維模型

2 白鶴灘挑流鼻坎混凝土施工方法介紹

白鶴灘泄洪洞出口挑流鼻坎采用明渠形式+雙扭面的布置形式[1]，總體上呈左高右低、近低遠高的布置。因出口工程邊坡退坡開挖導(dǎo)致現(xiàn)場施工場地狹窄，主要利用門機和“挑流鼻坎大跨度常態(tài)混凝土布料系統(tǒng)”進行低坍落度混凝土澆筑[2]，施工布置詳見圖2。為保證挑流鼻坎曲面邊墻及底板過流面混凝土施工質(zhì)量，本論文分別從挑流鼻坎曲面邊墻施工及底板引軌翻模最佳擬合設(shè)計方面進行研究，從而實現(xiàn)過流面混凝土全面精品工程。

圖2 挑流鼻坎施工三維布置示意

3 挑流鼻坎混凝土施工技術(shù)攻關(guān)

3.1 挑流鼻坎曲面邊墻施工技術(shù)研究

白鶴灘泄洪洞3個挑流鼻坎總體上呈右高左低、近低遠高的布置。為了獲得較好的水流流態(tài)，挑坎底板采用雙扭面布置，邊墻采用圓弧過渡，因邊墻體型各異、同一挑坎不同斷面體型不同，不具備模板循環(huán)利用的條件，因此，考慮工程建設(shè)成本，未采用定制曲面模板的方式，而采用平面模板按照折線代圓的方式控制澆筑體型。為了提高曲面邊墻體型精度和過流面施工質(zhì)量，采用了大模板折線代圓、水平縫無缺陷施工、螺栓孔無缺陷修補等技術(shù)實現(xiàn)挑流鼻坎曲面邊墻體型精準、無缺陷。

3.1.1 模板選擇

模板尺寸通過圓曲線半徑和設(shè)計要求體型誤差不大于±1cm，不平整度為3mm/2m的標準，并結(jié)合施工效率綜合考慮。其中圓曲線按照挑流鼻坎結(jié)構(gòu)線最小半徑200m進行控制，若最小半徑體型偏差值及不平整度滿足要求，則其他圓曲線均滿足要求，分析過程詳見圖3，最終選取大模板參數(shù)為1.5m×4.7m，最大不平整度3mm/2m靠尺，最大體型偏差1.4mm，滿足設(shè)計體型及不平整度控制要求。

圖3 泄洪洞出口挑流鼻坎邊墻直線代圓誤差分析

3.1.2 澆筑分區(qū)分層

挑流鼻坎混凝土按照先墊座混凝土、再邊墻襯砌混凝土、最后底板過流面混凝土的施工順序，底板墊座混凝土采用階梯式澆筑體型，因此，邊墻與底板過流面的相貫線為由低到高的多段線，使得邊墻模板安裝基準面不在同一水平面，為了保證邊墻澆筑質(zhì)量和便于邊墻大模板的安裝，需首先形成多個臺階狀水平基準面。邊墻澆筑時順水流方向分段長度按照10m～15m進行控制，高度方向上按照4.5m進行分層。以3號泄洪洞挑流鼻坎為例，分倉情況如圖4所示。

圖4 臺階狀水平基準面示意

3.1.3 邊墻模板設(shè)計

為保證挑流鼻坎邊墻澆筑體型，增加過流面大模板控制面積，防止水平搭接縫施工缺陷，綜合研究分析決定，邊墻立模原則為“首倉定大模板高程控制線，其余倉位與首倉大模板高程一致”的原則進行施工。大模板無法安裝區(qū)域(即邊墻底部臺階區(qū)域)采用木模板進行施工。為保證臺階區(qū)域模板施工質(zhì)量，經(jīng)市場調(diào)研分析，采用靜曲強度高、表面耐磨性能強、彎曲彈性模量大、加熱后尺寸變化率小的膠合板模板(塑料面片)。

3.1.4 水平縫無缺陷工藝

常規(guī)高邊墻混凝土施工過程中，存在因水平施工縫由于高程存在誤差、上下澆筑層強度不一致等問題，導(dǎo)致水平施工縫存在質(zhì)量缺陷。為保證挑流鼻坎水平施工縫，經(jīng)綜合研究決定，在模板設(shè)計階段充分考慮上口搭接高度，在模板上部布設(shè)高程控制線，等邊墻混凝土澆筑到該高程后，嚴格進行人工收面(過程清除浮漿，保證混凝土強度)。混凝土澆筑后，對上口收線高程及體型控制2cm范圍內(nèi)進行打磨+切縫處理，施工工藝詳見圖5。

圖5 邊墻水平施工縫施工工藝示意

3.1.5 接安螺栓孔處理

模板拆除后留有大量的接安螺栓孔，螺栓孔的回填主要采用預(yù)縮砂漿，也是支洞封堵的一個質(zhì)量控制重點。施工工藝流程：拆除接安螺栓→清孔、拉毛→水泥漿打底→分層填實→收面、抹光→養(yǎng)護。

(1)清孔拉毛。由于部分接安螺栓孔在澆筑時有漿液滲入及采用套管孔壁光滑，為保證回填料與混凝土緊密貼合，需對接安螺栓孔面進行清孔、拉毛處理。采用手持式擴孔機對接安螺栓進行擴孔處理，擴孔深度4cm，直徑5cm，并利用電鉆對鉆孔面進行刻紋處理。拉毛完成采用高壓水沖洗干凈，晾干后進行回填施工。

(2)對接安螺栓孔底、孔壁采用0.5∶1的水泥漿液用毛刷均勻涂刷打底處理，確保回填料與周邊貼合緊密，涂刷厚度2mm。

(3)回填采用預(yù)縮砂漿嚴格按照配合比拌制，預(yù)縮時間不少于30min，達到手攥成團手潮濕的標準。分層回填松鋪厚度按3cm控制，然后用橡膠錘+搗棍錘擊密實，用力錘擊次數(shù)不少于25次，面層返漿為止；擊實完成后用鋼刷對回填面進行拉毛，利于層間結(jié)合。

(4)回填至過流面層回填面略高于過流面5mm，然后用砂抹搓平，再用鐵抹反復(fù)壓抹收面，壓抹收面時自下而上，直至面層光滑平整，一般不少于5遍。由于收面對孔周邊造成一定污染，用濕、干抹布結(jié)合擦凈污染面。

(5)接安螺栓孔的養(yǎng)護采用粘貼保鮮膜保濕養(yǎng)護。

3.2 挑流鼻坎底板引軌翻模最佳擬合設(shè)計

根據(jù)泄洪洞工程水力學(xué)模型及理論驗算，挑流鼻坎段最大流速達47m/s。為了獲得較好的水流流態(tài)，挑坎底板采用雙扭面布置，雙扭曲面方程為(以2#挑流鼻坎底板雙扭曲面方程為例)：

x2+[Z-R(y)]2=R(y)2

R(y)=75-(75-65)/18.9274×(10.6774-y)

為了提高挑流鼻坎底板混凝土抗沖耐磨性能，挑流鼻坎底板過流面混凝土采用常態(tài)混凝土澆筑。同時，為保證過流面施工平整度，經(jīng)參建各方研究決策，挑坎過流面采用鋁合金翻模施工工藝。由于其雙流面的特性，只能采用小斷面積分平面進行底板曲面的擬合。為了尋求最佳的擬合積分單元寬度，經(jīng)理論分析、工藝試驗明確采用調(diào)整軌道布置方式，最終實現(xiàn)既能保證體型和平整度，又同時能夠減少施工難度。

通過挑流鼻坎扭曲底面方程分析，底板圓弧半徑隨Y值的變化呈直線形變化，在X值方向切斷面圖則底面襯砌結(jié)構(gòu)線近似直線，但X值方向所有斷面圖底板襯砌結(jié)構(gòu)線斜率不一致，具體體現(xiàn)見圖6。

圖6 挑流鼻坎扭曲底面方程分析

為實現(xiàn)挑流鼻坎雙扭曲面底板混凝土施工，同時保證挑流鼻坎底板體型偏差值控制在±1cm，不平整度控制在3mm/2m。首先通過挑流鼻坎扭曲底面方程進行建模，在雙扭曲面底板上建立單元，分析各控制點的體型偏差值及不平整度值，具體過程詳見圖7。

圖7 挑流鼻坎三維建模及偏差值分析

通過上述過程分析，發(fā)現(xiàn)每一個單元四個頂點高程不一致，且每相鄰兩點的斜率不一致，使得每一個積分單元并不是一個平面，而鋁合金模板是一個剛性的平面，這就導(dǎo)致體型存在偏差。根據(jù)上述結(jié)論，通過三方面進行雙扭曲面底板設(shè)計。

3.2.1 模板安裝寬度及組合單元方面

根據(jù)挑流鼻坎扭曲底面方程分析，挑流鼻坎底板Y值方向均為不同的圓弧半徑，則越往下游方向，兩圓弧之間偏差值越大(圓弧距離及相對曲率變大)。且兩弧線之間半徑差值越大，體型偏差值及不平整度越大，具體體現(xiàn)詳見圖8。通過理論建模分析，最終確定最小模板安裝寬度尺寸為40cm，且模板Y值方向以中軸線為界，分為兩個組合單元進行拼裝施工。

圖8 挑流鼻坎底板模板安裝分析

3.2.2 底板與兩側(cè)邊墻相貫區(qū)域異形模板設(shè)計

挑流鼻坎邊墻兩側(cè)為曲面，導(dǎo)致底板模板與邊墻相交部位無法通過常規(guī)模板搭接形成閉合區(qū)域。為保證混凝土澆筑體型，需提前預(yù)制40cm×5cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm的小模板，通過小模板搭接最終實現(xiàn)兩側(cè)邊墻相貫區(qū)域封閉施工，具體異形模板分布詳見圖9。

圖9 挑流鼻坎底板異形模板分布

3.2.3 底板模板軌道設(shè)計

挑流鼻坎底板設(shè)計體型平差值為3mm/2m，精度要求極高。為實現(xiàn)挑流鼻坎底板模板安裝精度，需對模板設(shè)計能夠精確到毫米級的軌道。經(jīng)施工現(xiàn)場工藝性試驗及生產(chǎn)性試驗，軌道設(shè)計可參照龍落尾底板施工軌道設(shè)計。但挑流鼻坎底板軌道需采用模板四邊均能夠獨立調(diào)整高度的軌道，最小軌道寬度為40cm，與模板參數(shù)匹配，具體詳見圖10。

(a)平面圖 (b)立面圖

4 結(jié)語

白鶴灘泄洪洞雙扭曲面混凝土邊墻施工通過采用曲面邊墻施工技術(shù)，底板通過引軌翻模最佳擬合設(shè)計+人工抹面創(chuàng)新工藝[3]，有效保證了挑流鼻坎混凝土體型精準、平順光滑，施工縫面無縫銜接、橫平豎直，螺栓孔回填密實，無缺損，在保證施工質(zhì)量的同時提升了美觀性，實施效果優(yōu)良。