勝利水電站廠房結(jié)構(gòu)大二期施工技術(shù)研究

石 橋， 曾 建， 仵 凌 豐

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610037)

1 概 述

勝利水電站的新建廠房位于天全縣下寺溝右岸已建廠區(qū)樞紐左側(cè)的一級(jí)階地上，總裝機(jī)容量為2×20 MW。電站廠房軸線為N32°24’4”W，其安裝間布置于主機(jī)間右側(cè)，副廠房布置于主廠房下游側(cè)。主機(jī)間尺寸為31.5 m×18.9 m×37.63 m，機(jī)組安裝高程為673.5 m。主機(jī)間分三層布置：底層為蝶閥層，地面高程為670.1 m；中間一層為水輪機(jī)層，地面高程為676 m；上層為發(fā)電機(jī)層，地面高程為683.1 m。安裝間布置在主機(jī)間右側(cè)，平面尺寸為15 m×18.9 m×23.15 m，新老電站室外地面高程一致，均為686.5 m，共用一個(gè)回車場(chǎng)，安裝間地面高程高于發(fā)電機(jī)層，為686.7 m。副廠房位于主廠房下游尾水流道上方，尺寸為31.5 m×8 m×19 m。進(jìn)廠道路從下游原進(jìn)廠公路進(jìn)入，該公路跨尾水暗渠。

2 工程難點(diǎn)與施工方案的研究

新電站廠房設(shè)計(jì)方案中的巖石開挖坡比較陡(均為1∶0.1～1∶0.3)，且前期設(shè)計(jì)工作中的地勘深度不夠，支護(hù)形式較為薄弱，加之該工程地處的天全縣雨水豐沛，年均降雨天數(shù)達(dá)300 d以上。在這種惡劣的氣候條件下，廠房基坑若繼續(xù)下挖，邊坡很可能經(jīng)受不住雨水的浸潤(rùn)及沖刷而產(chǎn)生塌方，對(duì)廠房的下一步施工安全是嚴(yán)峻的考驗(yàn)。2016年11月底，廠房施工在采取“不爆破，勤支護(hù)”的前提下其上游邊坡仍在剛開挖至671 m高程后、還未來(lái)得及支護(hù)的情況下產(chǎn)生了大塌方，隨后對(duì)廠房上游邊坡實(shí)施的垮塌處理占用了關(guān)鍵施工線路上的工期2個(gè)月，這對(duì)首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)無(wú)疑是雪上加霜。因此，如何在確保廠房安全施工前提的同時(shí)按期完成首臺(tái)機(jī)組發(fā)電的目標(biāo)成為該工程的難點(diǎn)之一。

鑒于新建廠房布置的較為緊湊，基坑上、左、右三邊均為高陡邊坡，坡頂不具備形成大型設(shè)備的安裝場(chǎng)地，廠房開挖完成后原作為唯一施工道路的跨尾水渠進(jìn)場(chǎng)公路將被挖斷且渠頂兩岸的場(chǎng)地受限，不具備架橋施工的條件，導(dǎo)致肘管、蝸殼等大型設(shè)備安裝通道只有從下游側(cè)的尾水渠內(nèi)進(jìn)入。但尾水渠反坡段底板坡比為1∶4.11，坡長(zhǎng)為30 m，不具備大型設(shè)備直接運(yùn)輸進(jìn)入基坑安裝的條件，需采用分塊、多次轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入廠房現(xiàn)場(chǎng)拼接安裝的方式，這對(duì)設(shè)備安裝質(zhì)量的控制極為不利；另外，由于尾水渠暗涵結(jié)構(gòu)施工既是恢復(fù)進(jìn)場(chǎng)公路用于橋機(jī)安裝的必要條件，也是老電站機(jī)組恢復(fù)發(fā)電的先決條件。同時(shí)，由于肘管、蝸殼等大型設(shè)備的安裝通道同暗涵的結(jié)構(gòu)施工及雨季快速的穩(wěn)固邊坡方案存在沖突，因此，如何解決肘管、蝸殼等的安裝通道是該工程遇到的又一個(gè)難點(diǎn)。

項(xiàng)目部針對(duì)以上施工難點(diǎn)進(jìn)行研究分析后最終決定將勝利水電站新建廠房結(jié)構(gòu)施工方案調(diào)整為大二期結(jié)構(gòu)方式施工，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)施工方式，可以有效解決狹窄地形條件下廠房結(jié)構(gòu)的施工難點(diǎn)；同時(shí)其質(zhì)量、安全的控制也能得到充分保障，且較常規(guī)結(jié)構(gòu)方式施工工期至少可以提前1～2個(gè)月。

3 廠房大二期結(jié)構(gòu)采用的關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 施工方案的調(diào)整

該廠房于2017年5月下旬開挖完成后，廠房及尾水渠邊坡出現(xiàn)發(fā)育程度、深度不同的多組裂隙；同時(shí)，毗鄰新建廠房的老廠房2號(hào)機(jī)旁的沉降縫正處于初期發(fā)育階段，老廠房左側(cè)巖石邊坡坡體內(nèi)的卸荷裂隙深度較大。

面臨即將到來(lái)的雨季，如何快速穩(wěn)固新、老廠房及尾水渠邊坡，在保證安全的前提下進(jìn)行新廠房結(jié)構(gòu)的施工，同時(shí)確保老電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行是新廠房施工方案首先需要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。

基于現(xiàn)狀，項(xiàng)目部及時(shí)同參建各方溝通，將廠房由常規(guī)逐層上升的結(jié)構(gòu)施工方案調(diào)整為大二期結(jié)構(gòu)的施工方案：利用快速上升的廠房周邊框架結(jié)構(gòu)穩(wěn)固邊坡，同時(shí)優(yōu)先打通進(jìn)入安裝間的通道，為橋機(jī)的安裝提供便利，這樣實(shí)施既可以保證安全，同時(shí)又解決了肘管、蝸殼、橋機(jī)等大型設(shè)備的運(yùn)輸及安裝通道問(wèn)題，進(jìn)而為下一步機(jī)組設(shè)備的安裝提供了充足的工期保障。

3.2 新增設(shè)廠房結(jié)構(gòu)施工通道

由于施工方案的調(diào)整，原尾水渠內(nèi)的下基坑施工道路將無(wú)法使用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，最后選定在下寺溝沖溝左岸修建道路、跨鋼結(jié)構(gòu)橋至廠房上游邊坡同左側(cè)邊坡交角處的坡頂旁灘地上，最后回填土石作為廠房結(jié)構(gòu)施工期間的通道。同時(shí)，將TC6013塔機(jī)改設(shè)在下寺溝右岸灘地的回填體上，以便于廠房結(jié)構(gòu)施工材料的垂直運(yùn)輸。

3.3 蝶閥室增設(shè)下游墻

由于廠房四周墻設(shè)計(jì)為雙層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻高22.2 m，其厚度最薄弱處僅為1.2 m。經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，單獨(dú)的墻體上升無(wú)法確保一期結(jié)構(gòu)及邊坡的安全穩(wěn)定，需要在薄弱處的墻體中下部加設(shè)墻板結(jié)構(gòu)才能滿足廠房四周墻的安全穩(wěn)定。對(duì)此，項(xiàng)目部會(huì)同參建各方進(jìn)行商議并經(jīng)設(shè)計(jì)人員研究計(jì)算后確定了以下方案：在蝶閥室的下游增設(shè)了一道40 cm厚的雙層鋼筋網(wǎng)混凝土墻與蝶閥室頂板及廠房上游墻連接形成整體式框架結(jié)構(gòu)；左右邊墻在滿足后期機(jī)組安裝的前提下形成臺(tái)階形式的墩墻，而下游的尾水閘墩按原設(shè)計(jì)方案同步澆筑上升，封閉成環(huán)，最終確保了廠房四周墻及邊坡的安全穩(wěn)定性。

3.4 混凝土施工

勝利水電站廠房混凝土水平運(yùn)輸主要采用三輛8 m3混凝土罐車從集中布置的攪拌站經(jīng)由廠房新增設(shè)的結(jié)構(gòu)施工通道運(yùn)輸至廠房上、左側(cè)邊坡交界處的平臺(tái)上?；炷恋拇怪边\(yùn)輸采用泵車泵送入倉(cāng)，對(duì)于局部邊角及泵車無(wú)法企及的部位輔以緩降溜桶和塔機(jī)入倉(cāng)。

廠房結(jié)構(gòu)施工總體上按3～4.5 m分層，自下而上進(jìn)行施工，先底板、后四周墻，然后為排架柱及吊車梁，最后施工大二期基坑部位的大體積混凝土及發(fā)電機(jī)層板、梁、柱等。四周墻的框架呈整體上升，先后施工的墻體在不侵占結(jié)構(gòu)的前提下錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)縫。廠房大二期混凝土施工情況見圖1。

圖1 廠房大二期混凝土施工圖

3.5 主機(jī)間下游墻采用的施工技術(shù)

預(yù)留大二期結(jié)構(gòu)的施工方式為先澆筑廠房的四周框架體，中間機(jī)組部位的混凝土澆筑待相應(yīng)的機(jī)組設(shè)備安裝完成后再進(jìn)行。由于在電站機(jī)組后期運(yùn)行時(shí)蝸殼、肘管內(nèi)的水頭壓力較大，對(duì)水輪機(jī)層以下一、二期混凝土結(jié)構(gòu)的施工縫面及鋼肘管與混凝土結(jié)構(gòu)的尾水?dāng)U散段結(jié)合處的處理尤為關(guān)鍵，一旦處理不好，將會(huì)造成水輪機(jī)層的機(jī)組設(shè)備被滲水侵蝕。

項(xiàng)目部技術(shù)人員在仔細(xì)分析和研究了多種方案后，最終決定采取以下幾種方案對(duì)一、二期混凝土結(jié)構(gòu)施工縫面進(jìn)行加強(qiáng)處理：(1)主機(jī)間下游墻逐層上升時(shí)，對(duì)水輪機(jī)層及以下施工縫面采用臺(tái)階形式上升；(2)所有的施工縱縫不允許設(shè)置通縫，而將其設(shè)置為齒槽的形狀，且在混凝土立面及平面設(shè)置Φ22 mm鋼筋作為過(guò)縫鋼筋，間排距為50 cm×50 cm，梅花形布置；(3)在主機(jī)間下游墻內(nèi)設(shè)置垂直梯形狀鍵槽，鍵槽內(nèi)同樣設(shè)置過(guò)縫鋼筋，并在鋼肘管與混凝土尾水?dāng)U散段結(jié)合處增設(shè)膨脹止水條及加強(qiáng)鋼筋[1]；(4)在一、二期混凝土結(jié)合部位預(yù)先埋設(shè)灌漿花管，以備在滲水的情況下進(jìn)行灌漿處理[2]。

由于對(duì)混凝土施工縫面采用的處理方案較為全面，老電站恢復(fù)發(fā)電后，既使新老電站尾水渠交匯處的水位壅高至676 m高程，廠房水輪機(jī)層以下的混凝土結(jié)構(gòu)亦未出現(xiàn)滲水情況。

3.6 肘管及蝸殼的安裝施工

進(jìn)入安裝間的施工通道形成后，在橋機(jī)安裝準(zhǔn)備、安裝施工期間，采用100 t汽車吊將1號(hào)機(jī)肘管分兩節(jié)吊至預(yù)先在主機(jī)間底板上安裝的自制小車上，然后利用50 t卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引就位。行走軌道采用工字鋼、槽鋼沿主機(jī)間縱橫軸線兩側(cè)對(duì)稱布設(shè)，待1號(hào)機(jī)肘管定位安裝完成后將其拆除。2號(hào)機(jī)肘管及1、2號(hào)機(jī)的蝸殼安裝施工待橋機(jī)形成后進(jìn)行安裝定位。

為確保蝸殼的安裝精度，避免混凝土溫度應(yīng)力造成錐管與座環(huán)之間的偏差過(guò)大，需要采用小結(jié)構(gòu)的混凝土座環(huán)支墩作為蝸殼精準(zhǔn)定位的基礎(chǔ)。待座環(huán)精準(zhǔn)定位及安裝完成后，先澆筑錐管外圍的混凝土，然后再進(jìn)行錐管的定位安裝，最后澆筑錐管層的外包混凝土。

3.7 廠房四周框架的腳手架搭設(shè)

由于廠房一期混凝土結(jié)構(gòu)為先施工四周框架，故其搭設(shè)的腳手架高度最高達(dá)到38.05 m。而經(jīng)計(jì)算得知，廠房基坑內(nèi)無(wú)法預(yù)留足夠的寬度作為落地式腳手架的搭設(shè)基礎(chǔ)平臺(tái)。為確保水輪機(jī)層以上廠房四周墻體、排架柱、連系梁及吊車梁的正常施工，項(xiàng)目部在683.1 m高程附近預(yù)埋了一圈I18工字鋼并與墻內(nèi)的雙層鋼筋網(wǎng)進(jìn)行焊接，間距2 m，內(nèi)外側(cè)外露長(zhǎng)度均為2 m，工字鋼下部設(shè)置I18工字鋼抗剪支撐作為廠房上部腳手架的搭設(shè)平臺(tái)，待廠房混凝土結(jié)構(gòu)澆筑至發(fā)電機(jī)層后再進(jìn)行拆除[3]。

由于廠房施工的立面、平面均存在交叉作業(yè)，特別是上、下施工的安全必須得到保障，項(xiàng)目部在腳手架的臨邊側(cè)均設(shè)置了安全防護(hù)網(wǎng)及防高空墜落的水平網(wǎng)，同時(shí)在腳手架搭設(shè)平臺(tái)外側(cè)及底面設(shè)置了木工板、8 cm厚的木板、Φ25 mm@20 cm×20 cm鋼筋網(wǎng)的三層安全防護(hù)，達(dá)到了預(yù)期的安全目標(biāo)。

3.8 質(zhì)量控制要點(diǎn)

(1)倉(cāng)面的清理與準(zhǔn)備。對(duì)于擬澆筑倉(cāng)面內(nèi)的積水應(yīng)及時(shí)排除，對(duì)地表水、地下水應(yīng)妥善引排，將排水管的出口設(shè)置為單向閥，留待后期集中進(jìn)行灌漿處理。

(2)模板施工。為確?；炷翆娱g縫整齊美觀，不出現(xiàn)吊簾、錯(cuò)縫等質(zhì)量缺陷，在模板上口貼緊靠放2 cm寬的角鋼作為分縫線止?jié){條，采用鐵絲穿模板縫進(jìn)行固定，在上層混凝土拆模時(shí)拆除。止?jié){條拆除后人工調(diào)制同標(biāo)號(hào)砂漿勾縫[4]。

(3)鋼筋制安。由于一、二期混凝土結(jié)構(gòu)施工間隔時(shí)間較長(zhǎng)，鋼筋易銹蝕或被灑落的混凝土污染，對(duì)于預(yù)埋鋼筋需嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求實(shí)施；對(duì)于鋼筋出露的部位需采用防水材料包扎。鋼筋表面應(yīng)潔凈、無(wú)損傷，油漆污染和鐵銹等應(yīng)在使用前清除干凈；對(duì)于帶有顆粒狀或片狀老銹的鋼筋不得使用[5]。

(4)預(yù)埋件安裝。水下部位的預(yù)埋件在機(jī)組充水運(yùn)行后若其表面的鐵銹未處理好、預(yù)埋件的焊接質(zhì)量不過(guò)關(guān)，極易產(chǎn)生滲水現(xiàn)象，因此需要在混凝土澆筑前將穿過(guò)結(jié)構(gòu)部位的預(yù)埋件包裹一圈膨脹止水條用于防水。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上措施的實(shí)施，使廠房大二期結(jié)構(gòu)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)大大增加。為確保廠房大二期方案的安全順利實(shí)施，項(xiàng)目部在加大安全投入的同時(shí)做到了全方位、無(wú)死角的現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管以及變經(jīng)常性教育為日常教育，最終使廠房結(jié)構(gòu)安全順利完成。

廠房第一倉(cāng)混凝土澆筑自2017年5月底開始，至2017年11月中旬完成了廠房一期四周框架混凝土的澆筑，歷時(shí)五個(gè)半月。在保質(zhì)保量的情況下，提前一個(gè)月完成了業(yè)主既定的首臺(tái)機(jī)組發(fā)電目標(biāo)，為后期的機(jī)組安裝及調(diào)試提供了充足的時(shí)間保障，獲得了業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理的一致好評(píng)。所采用的廠房結(jié)構(gòu)大二期施工技術(shù)可供類似工程參考。