高水頭高速水流反弧型過流面抗沖耐磨混凝土施工工藝

殷本林，喬介平，張宇

(1.中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 611730;2.二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川成都 610051)

1 概述

隨著水電工程向高海拔和高峽谷地區(qū)轉(zhuǎn)移，水電站壩高不斷提高，壩前水頭不斷提升，水電工程引水發(fā)電、泄洪消能等部位混凝土受到高水頭、大流速水流沖擊，磨蝕破壞嚴重。目前廣泛使用具有較好抗沖擊、耐磨性能的硅粉抗沖耐磨混凝土。但由于硅粉抗沖耐磨混凝土自身具有內(nèi)聚力大、粘稠，表面水分散失較快，早期干縮較大，膠凝材料用量大等特點，極易產(chǎn)生干縮裂縫和溫控裂縫，特別是在圓形或弧形等平滑過流面部位，受材料、條件和工藝水平的影響，會出現(xiàn)平整度差、大范圍氣泡、局部出現(xiàn)混凝土龜裂等質(zhì)量問題。導(dǎo)致工程后期將投入大量的人力、物力和資金進行修補處理。

錦屏一級水電站壩高305m，為在建工程世界第一雙曲拱壩。為了保證壩后水墊塘等部位在高水頭、高速水流下不出現(xiàn)嚴重的沖刷磨蝕，采用按特性分區(qū)域施工、自制輔助施工設(shè)施和新材料綜合使用等工藝，較好地解決了反弧型過流面抗沖耐磨混凝土施工的難題。

錦屏一級水電站設(shè)計壩高305m，水墊塘消能水頭290m，設(shè)計最大泄洪流量10577m3/s，塘內(nèi)動水壓力和脈沖為9.55×9.8kPa。水墊塘為復(fù)式梯形斷面，長380m，底寬45m，高66m，水墊深50m。在邊墻高程1600m以下其面層0.4 m厚為C9050硅粉抗沖耐磨混凝土。水墊塘邊墻和底板交接處設(shè)計為半徑5m的反弧型過流面，將水平底板和坡度為1∶0.5的邊墻平順銜接(圖1)。

圖1 錦屏一級水電站水墊塘反弧型過流面結(jié)構(gòu)示意圖

2 施工特點

(1)反弧型過流面不平整度要求高，表面質(zhì)量要求高。按照設(shè)計技術(shù)要求，硅粉混凝土厚度嚴格控制在40cm，過流面的不平整度控制在6 mm以內(nèi)。

(2)硅粉抗沖耐磨混凝土自身內(nèi)聚力大、粘稠，膠凝材料用量大，混凝土鋪攤、振搗及抹面困難。且硅粉抗沖耐磨混凝土表面水分散失較快，早期干縮較大，極易產(chǎn)生干縮裂縫和溫控裂縫。

(3)反弧型混凝土面與底板相交部位角度較小，施工要求必須與下部底板混凝土一同澆筑，硅粉抗沖耐磨混凝土入倉困難，振搗困難，混凝土自身大量的水泡、氣泡無法排除，將導(dǎo)致硅粉混凝土過流面產(chǎn)生大量的氣泡。

(4)錦屏一級水電站干濕季節(jié)分明，晝夜溫差極大，抗沖耐磨混凝土失水極快，極易干縮形成裂縫。雨季暴雨頻率高，強度大，過流面施工中的保濕和防水對施工質(zhì)量非常重要。

3 施工工藝及改進

3.1 施工工藝流程

反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝流程見圖2。

圖2 反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝流程圖

3.2 特性區(qū)劃分

根據(jù)反弧型過流面的設(shè)計體型和硅粉抗沖耐磨混凝土的性能指標(biāo)，將反弧型過流面分為傾角小于30°的緩傾區(qū)域和傾角大于30°的陡傾區(qū)域，根據(jù)區(qū)域傾角的特點，分別采用相適應(yīng)的施工工藝。對于傾角小于30°的緩傾區(qū)域采用定型鋼軌、輔助器收面工藝;對于傾角大于30°的陡傾區(qū)域采用模板表面張貼混凝土改性膜的工藝進行施工。

3.3 模板、配件的改造和設(shè)計

3.3.1 緩傾區(qū)域的定型鋼軌和輔助收面工具

根據(jù)反弧型過流面的弧度、弧長，采用定型鋼模板加工成寬度為15cm的定型鋼軌，定型鋼軌表面光滑，與設(shè)計混凝土面貼合，定型鋼模板的縱肋作為定型鋼軌的兩翼，高5.5cm(圖3)。

根據(jù)定型鋼軌距離加工成在兩個定型鋼軌之間上下滑動的收面裝置，輔助收面采用10cm×10cm的方木加工，兩側(cè)位于定型鋼軌兩翼上各10cm，方木與混凝土接觸的表面打磨光滑或包裹薄白鐵皮，以保證收面質(zhì)量平整光滑。

3.3.2 陡傾區(qū)域改性膜模板

圖3 緩傾區(qū)域定型鋼軌和輔助收面工具的施工照片

在模板表面使用的改性膜是一種改善混凝土表面質(zhì)量性能的新技術(shù)材料。其復(fù)合層結(jié)構(gòu)等效孔徑D95遠小于30μm，可以確保空氣和水分透出而水泥顆粒和骨料結(jié)合的膠凝物被滯留在透水模板布內(nèi)側(cè)的混凝土表面，從而使得結(jié)構(gòu)體表面形成一層富含水化硅酸鈣的致密硬化層，有效減少了混凝土的蜂窩、麻面。同時，透水模板布具有保水性，可以改善混凝土的初期養(yǎng)護條件。

為試驗改性膜在反弧型過流面抗沖耐磨混凝土中的運用，通過試驗方法，在試驗倉進行了多次對比試驗，分別在不同部位的模板內(nèi)使用改性膜、按常規(guī)工藝加強復(fù)振等。根據(jù)試驗成果，得出在大于30°陡傾區(qū)域使用改性膜后抗沖耐磨混凝土表面質(zhì)量最優(yōu)的結(jié)論。因此，反弧面傾角大于30°的陡傾區(qū)域硅粉抗沖耐磨混凝土施工時，在模板表面采用張貼混凝土改性膜新材料的措施。

3.3.3 研究發(fā)明了模板配件陰螺紋連接螺桿

陰螺紋連接螺桿采用φ18圓鋼制作，單根長度32cm，采用車床加工。陰螺紋連接螺桿模板外側(cè)一端為方便拆卸用的方形斷面。方形斷面下端為陽螺紋，螺紋直徑φ14，在模板外側(cè)與鋼架管圍柃連接，鋼墊板及螺母固定。陰螺紋連接螺桿伸入模板內(nèi)側(cè)長度約15cm，端頭內(nèi)車絲形成陰螺紋，陰螺紋直徑φ12，與模板內(nèi)φ12圓鋼拉條陽螺紋相連接。

陰螺紋連接螺桿的獨特造型設(shè)計使其可在定型鋼軌或模板拆除后迅速采用扳手將其卸出混凝土表面，在抗沖耐磨混凝土未終凝之前進行孔洞的回填和收面，保證整個過流面的平順和光滑(圖4)。

圖4 陰螺紋連接螺桿結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 模板安裝

將加工好的定型鋼軌在現(xiàn)場根據(jù)測量放線安裝完成后，在鋼軌背面安裝與定型鋼軌具有相同弧度的弧形圍柃，弧形圍柃采用陰螺紋連接螺桿與倉號內(nèi)的螺桿相連接(圖5)。

圖5 定型鋼軌及輔助收面工具結(jié)構(gòu)示意圖

對傾角大于30°的陡傾區(qū)域過流面表面安裝已完成改性膜張貼的模板，安裝支撐改性膜模板所采用的支撐鋼筋和混凝土預(yù)制墊塊。陰螺紋連接螺桿從模板中預(yù)留的孔洞穿過，在倉號內(nèi)側(cè)用拉桿固定，外側(cè)采用墊片或“3”型扣與圍柃連接固定。

3.5 混凝土澆筑

緩傾區(qū)域的混凝土澆筑采用門機或長臂反鏟下料，振搗采用φ100插入式振搗棒振搗均勻。混凝土振搗完成后，采用輔助收面工具對定型鋼軌之間的硅粉抗沖耐磨混凝土進行收面。定型鋼軌之間的硅粉抗沖耐磨混凝土收面完成后，進行定型鋼軌及圍柃的拆除。首先將弧形圍柃及橫向圍柃拆下，用扳手將陰螺紋連接螺桿拆除，并保證硅粉抗沖耐磨混凝土過流面無任何鐵件外露。定型鋼軌拆除后，使用粗骨料較少的富漿抗沖耐磨混凝土對拆除時預(yù)留的孔洞進行回填，木錘敲擊搗實，表面壓面收光。

對陡傾區(qū)域的混凝土澆筑采用門機和溜筒入倉，φ100插入式振搗器振搗，注意振搗棒避免觸碰混凝土表面的改性膜。

3.6 保溫、保濕及養(yǎng)護措施

(1)為減少硅粉抗沖耐磨混凝土水化熱造成的混凝土裂縫，硅粉抗沖耐磨混凝土出機口溫度應(yīng)盡量降低，擬定通過降低骨料溫度、加冰拌制等手段將硅粉抗沖耐磨混凝土出機口溫度控制在10℃。

(2)在高溫季節(jié)混凝土運輸過程中，運輸車輛應(yīng)根據(jù)情況采用外貼泡沫板、遮蓋保溫被等措施防止運輸過程中的溫度回升。在澆筑過程中，采取在倉號內(nèi)用噴霧水槍進行噴霧作業(yè)，以散射太陽光并降低倉內(nèi)溫度，硅粉抗沖耐磨混凝土施工宜安排在夜間低溫時段施工，盡量避免在白天高溫時段施工。

(3)抹面完成的反弧型硅粉抗沖耐磨混凝土過流面在白天應(yīng)覆蓋保溫被進行保溫，防止外界熱量倒灌及表面失水。混凝土過流面應(yīng)保持濕潤狀態(tài)，防止出現(xiàn)干燥、龜裂，進而發(fā)展成為深層裂縫。混凝土終凝后，在反弧段過流面頂部懸掛花管進行流水養(yǎng)護。

4 工藝效果

采用改進、優(yōu)化后的反弧型過流面硅粉抗沖耐磨混凝土施工工藝，施工完成后的過流面表面光滑，平整度好，符合設(shè)計弧形斷面要求，混凝土表面無氣泡、干縮裂縫、鐵件外露等常規(guī)混凝土施工工藝的質(zhì)量缺陷，硅粉抗沖耐磨混凝土澆筑完成后無需重新進行修補施工作業(yè)，從而大幅度節(jié)約了混凝土表面修補所需的人力、物力的昂貴費用，施工速度快，效率高(圖6)。

5 結(jié)語

(1)錦屏一級水電站水墊塘反弧型過流面采用按特性分區(qū)施工，經(jīng)實踐證明是可行、可靠的。該工藝既解決了反弧型抗沖耐磨混凝土過流面施工質(zhì)量問題，又保證了施工進度，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

圖6 施工完成后的水墊塘和反弧型硅粉抗沖耐磨混凝土過流面照片

(2)積極運用改性膜新技術(shù)材料，經(jīng)多次試驗，得出了最優(yōu)的使用部位和工藝以及反弧型抗沖耐磨混凝土施工質(zhì)量改進的新方法。

(3)自制的散拼模板陰螺紋連接螺桿，有效地解決了常規(guī)模板使用造成大量修補的費用和經(jīng)濟問題，并且由于該裝置加工簡單、成本低、易于操作，具有很好的推廣價值。

［1］付元初，譚靖夷，等.水利水電工程施工手冊.第3卷，混凝土工程［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］庸 本.特種混凝土設(shè)計與施工(精)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［3］馮乃謙.高強混凝土技術(shù)［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，1992.