天橋水電站大壩上游圍堰水下混凝土施工淺談

陳光國,孫 磊

(中國葛洲壩集團二公司,成都,610091)

1 工程概況

山西天橋水電站大壩除險加固工程位于黃河中游北干流上,施工基坑緊鄰原建筑物的泄水閘,上游圍堰布置時充分利用原建筑物的導墻分段設計。為保證圍堰不占壓泄水通道,又不占壓加固工程的施工基坑,臨近導墻段設計為混凝土圍堰,遠離導墻部位設計為土石圍堰。根據原建筑物導墻前端的地形條件,圍堰形式擬采用重力式水下混凝土結構;圍堰底部高程為822.0m～830.0m,底部最大寬度為8m。設計圍堰按10年一遇洪水標準,考慮交通需要,確定圍堰頂部高程為836.0m,最大堰高14m;迎水面采用直墻式,背水面采用臺階式設計,堰頂寬根據后期交通需要確定為6.0m;混凝土圍堰與原建筑物導墻平順連接,圍堰設計軸線長46m,水下混凝土澆筑工程量約3000m3。

水下混凝土施工特點:①水下施工條件差,存在較大的安全隱患。本施工區域緊靠泄洪閘進口,庫區內流態復雜。據當地氣象資料反映,3、4月份平均氣溫在7℃左右,河水溫度低,不適宜人工水下清基、立模等工作;②水下施工難度大,工期緊。黃河河水渾濁,全憑潛水員的施工經驗進行水下定位,完成水下各個項目施工。同時,水下混凝土施工安排在汛前,黃河3月底才解凍,有效施工工期僅105天,工期緊;③技術要求高,施工質量難。混凝土圍堰為重力式混凝土擋水圍堰,要求本身具有一定的穩定性和防滲能力。由于混凝土在澆筑過程中無法振搗,主要靠漿柱的自重壓力自行密實,故無法直觀了解澆筑情況,必須做好混凝土配合比設計。

2 施工工藝

2.1 施工準備

根據混凝土圍堰設計圖紙測放軸線控制點和結構邊線,水上采用浮標做標記,并將相應點、線延伸引至陸上。同時完成水下混凝土施工的各項準備工作,包括模板制作、浮箱準備、供風供電系統、專業人員與機具配備等。

2.2 水下土方開挖

水下土方開挖常規采用小型挖泥船施工。本項目開工前電站有兩天沖沙放水時段,庫水位降至825.0m,充分利用這一有利條件,采用PC400反鏟直接進行淤積層開挖。

2.3 施工平臺搭設

水下作業需要搭設水上施工平臺。施工平臺采用浮箱拼接形成,包括一艘工作船、一艘模板安裝船和一艘浮吊船。采用6只浮箱(浮箱尺寸6m×3m×1.5m)拼裝成澆筑船,澆筑船中間圍成長12m寬8.5m空腔,作為模板安裝和混凝土澆筑的通道,并布置有1.5m3的下料斗。根據混凝土圍堰澆筑倉面布置,距結構邊線不小于1m的范圍布置下料導管,導管間距按4m控制。

2.4 基巖面清淤

水下土方開挖至基巖且開挖范圍滿足混凝土圍堰施工要求后,由潛水員采用清於管和水槍進行水下清理。清淤管直徑宜采用25cm的鋼管,由10m3空壓機供氣,潛水員水下用高壓水槍將基巖上的泥土全部擾動,采用清淤管排至施工部位以外。

2.5 水下錨桿施工

錨桿主要用于焊接拉條加固模板。鉆孔采用HPR20294型的液壓動力鉆,鉆孔直徑45mm,成孔后采用高壓水槍清孔。經孔深檢查和孔內清理滿足施工要求后,進行安放錨固劑、插桿的工藝施工。錨固劑采用藥卷式水下錨固劑,進場后經抽樣檢查合格后方能使用。

2.6 模板施工

水下模板采用可拆卸的組合鋼模板,根據倉面尺寸,在澆筑船上采用螺栓連接拼裝,由澆筑船運送到施工部位再整體吊入水中。吊裝拼模板采用簡易型三角支架配合手動葫蘆,安裝前在模板四周設置定位纜繩。整體型鋼模板水平位置的調整,由澆筑平臺上的纜繩控制;定位測量采用交會法進行,由測距儀和經偉儀測量控制;模板的垂直度可用掛重球方法直接檢查。測量方法:在鋼模板的中心預先電焊一根豎向圓鋼(φ12mm×1.5m),并涂上紅白油漆作為鋼模板中心標志,此標志垂直于鋼模板平面,岸上1臺儀器對準軸線,另一臺儀器對準中心,有專人負責指揮安裝。

安裝整體模板時,為保證模板的平整度,在模板制作過程中,四周采用法蘭螺栓做可調支撐,安裝時進行調整。模板底部打定位樁,四面打斜撐撐牢固定,底部有縫隙的部位,用模板封堵。模板拉條采用不小于φ16mm的圓鋼,對穿拉條按1.0m×1.0m梅花型間隔布置。為確保混凝土圍堰的整體穩定,在垂直圍堰軸線的施工縫上設置梯形鍵槽。

2.7 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑主要工藝流程為:平臺及導管的布置→安放砂包→儲料→開澆→提升導管→檢測→結束。

混凝土材料選用C20泵送混凝土,二級配,坍落度控制在18cm左右,攤擴度大于45cm。水下混凝土的施工質量首先取決于配合比設計。結合多個工程的經驗,水下混凝土配合比設計時,膠凝材料必須大于420kg,才能滿足流動性需要。

水下混凝土澆筑采用導管法進行,導管直徑為φ250mm,橫向布置兩個導管,間距 4m,縱向布置3根,間距4m。澆筑時,導管輪流進行,不留施工縫,一次澆筑完畢。導管長度選用2m和0.5m,每套導管長、短導管相互搭配,便于提升導管過程中拆卸。提升導管采用簡易三腳架配合手動葫蘆,根據下料量和導管提升長度判斷埋深,由人工手動提升。

水下澆筑混凝土時,首批進入導管的混凝土不少于1.5m3,確保導管埋入混凝土的深度不小于80cm。

導管埋入最小深度:Hmin=I×Lt

式中:I——混凝土拌合物在倉面的擴散坡率,取0.15～0.2;

Lt——導管間距,取4m 。

所以,Hmin=0.2×2=0.8m

考慮拌合物下落速度要求,根據以往類似工程的施工經驗,水下澆筑水深16m左右時,最小埋深取0.8m。因此本工程水下導管最小埋深取0.8m。

為保證水下混凝土能順暢通過導管下注,不出現堵塞現象,可通過導管頂部高出澆筑時水位的最小高度控制:

Ha=P-(RC-RW)×Hac/Rc

式中:P——導管底部的最小超壓力,取 7.5t/m2;

Rc——水下混凝土的容重取2.4t/m3;

Rw ——水的容重取1t/m3;

Hac——水面至己澆筑混凝土面的高度,取最小值為0。

所以,Ha=3m

根據以往類似工程的施工經驗,防止澆筑時不出現導管堵塞等現象,Ha取3m。因此,水下澆筑平臺承料斗設置于超出水面3m處。

混凝土生產系統的布置:水下混凝土澆筑時,上升速度一般控制在0.3m/h左右,根據倉位大小計算入倉強度為28.8m3/h。采用2臺0.75m3攪拌機生產混凝土,混凝土的生產能力為:V=60÷3×0.75×2=30m3/h。混凝土泵選用HB-60型,輸送能力60m3/h,輸送距離可達200m,滿足混凝土澆筑強度要求。

2.8 模板拆除

在混凝土達到終凝后拆除模板,采用浮吊配合人工進行。利用浮吊吊住模板,潛水員用氣焊水下割除螺桿,模板脫落后,緩緩提升浮吊。

2.9 縫面處理

水下縫面不能進行沖毛處理,采用人工開挖鍵槽,埋設間排距1.5m的插筋(埋深1.0m,外露1.0m)進行處理。

3 注意事項

(1)首批灌注混凝土所需的數量,應能滿足導管首次埋深(深度≥0.8m)和填充導管底部的需要。

(2)混凝土澆筑開始后應能確保混凝土連續施工。

(3)在澆筑過程中,應經常檢查倉內混凝土面位置,并及時調整導管埋深。

(4)應根據拌合樓生產強度確定倉位大小,確保在先澆筑的混凝土初凝前完成混凝土澆筑。

4 結語

水下混凝土施工屬于特種混凝土施工,實質是將拌制的高流態混凝土,用各種工程手段送入水下預定部位硬化成型。在水利水電工程建筑方面,水下混凝土主要應用于圍堰修建或邊坡防護。水下混凝土施工要求較高,混凝土本身應具有足夠的流動性和抗泌水、抗分離的穩定性。為了確保水下混凝土的穩定性,抑制水下混凝土施工中的骨料分離,保證混凝土施工質量,施工時主要從兩方面進行調整:一是在澆筑過程中混凝土盡可能不與水接觸;二是添加外加劑,保證混凝土在水中不分散、不離析。水下混凝土澆筑需要專業的施工隊伍,其清基、立模、錨桿等工序和水上作業類似,關鍵是水下混凝土的配合比設計、下料導管埋深、混凝土上升速度,均需要進行專門的研究。