構皮灘水電站第三級升船機塔柱混凝土施工技術

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州　350003)

構皮灘水電站第三級垂直升船機是國內外規模最大的卷揚垂直提升下水式升船機，薄壁鋼筋混凝土結構。通過合理布置，優化混凝土施工方案、合理組織施工資源等各項措施，克服了升船機施工高度大、跨度大、結構體型復雜、模板用量及備倉起吊工程量大、混凝土溫控要求高、高空作業多等施工難點，通過優化設計與施工方案，嚴格把控施工工藝，保證了混凝土連續、高效、均衡施工，確保了施工質量。

1　概　述

構皮灘水電站位于烏江干流貴州省余慶縣境內，上游距烏江渡水電站137km，下游距河口涪陵455km。工程開發任務以發電為主，兼顧航運、防洪等綜合利用，水庫正常蓄水位630.00m，總庫容64.51億m3，調節庫容29.02億m3，電站裝機容量3000MW，是烏江干流梯級開發的控制性工程。

通航建筑物級別為Ⅳ級，通行500t級船舶，工程位于構皮灘水電站左岸，型式為帶中間渠道的三級垂直升船機，由上游和下游引航道、三級垂直升船機和兩級中間渠道組成，線路總長2306m，最高通航水頭199m。第三級垂直升船機由船廂室和下閘首兩部分組成。船廂室平面結構呈矩形，長81.00m，總寬44.00m，建筑總高度127.50m，提升高度為79m。采用平板筏型基礎，建基面高程417.00m，筏板厚度6.50m；兩側承重塔柱均為封閉式筒體結構，筒體平面尺寸均為75.50m×10m，各設8個平衡重井、1個滲漏集水井和1個樓梯井；兩側塔柱之間為寬18.00m的船廂室，塔柱頂部通過梁板聯成整體并構成上部主機房的基礎；主機房為框架結構、網架屋蓋，機房內對稱布置8套卷揚提升機構及其輔助設備。下閘首主體結構長17.00m，總寬47.00m，高33.00m。

2　塔柱筒體混凝土施工工藝

2.1　入倉方式

混凝土水平運輸，采用自卸車和混凝土攪拌運輸車。第三級垂直升船機塔柱高程423.50～450.00m混凝土采用高架門機吊運入倉，對工程量較大的倉塊，采用傳統的溜槽輔助入倉澆筑；高程450.00～520.50m混凝土采用門塔機吊運入倉，左側筒體混凝土采用MQ600B/30門機澆筑，右側筒體混凝土采用D1100-63塔機澆筑。

2.2　施工機械設備布置

2.2.1門塔機布置

a.高程450.00m以下，布置一臺MQ600B/30高架門機，安裝在第三級垂直升船機船廂室底板，布置高程為423.50m，門機中心軸線Y=-023.9，行走范圍為X=1571.7～X=1638.7。門機工作半徑17～50m，最大起重量30t，軌距7.0m。采用25t汽車吊，輔助門機吊運施工機具、材料及模板安裝。高程423.50m門機布置如圖1所示。

b.高程450m以上，布置3臺塔機、1臺門機，布置在第三級升船機塔柱周邊，分別為1號D1100-63塔機，2號、3號TC7035B塔機，4號MQ600B/30高架門機。1 號塔機安裝中心樁號為X=1597.0、Y=4.5，覆蓋半徑為60m；2號塔機安裝中心樁號為X=1554.0、Y=-37.0，覆蓋半徑為55m；3號塔機安裝中心樁號為X=1638.0、Y=-37.0，覆蓋半徑為55m；4號門機安裝中心樁號為X=1545.5～X=1617.5、Y=-52.5，行走范圍為72m，覆蓋半徑為50m。高程450.00m門塔機布置如圖2所示。

圖1　高程423.50m門機布置 (單位：m)

圖2　高程450.00m門塔機布置 (單位：m)

2.2.2安全爬梯布置

在第三級垂直升船機左右筒體外側高程450.00m平臺各布置兩架安全爬梯，用于施工作業人員和檢查人員上下的施工通道。

2.3　混凝土施工方案

2.3.1施工程序

倉面處理→鋼筋安裝→模板吊裝→預埋件安裝→倉面沖洗及驗收→混凝土澆筑→養護。

2.3.2分層分塊

第三級升船機塔柱筒體順流向長81.70m，設1縱2橫3條寬槽，將筒體分為左1、左2、左3、右1、右2、右3共6個井筒施工。塔柱筒體原則上按3m進行分層澆筑，遇特殊結構局部調整。塔柱筒體分塊見圖3。

圖3　塔柱筒體分塊 (單位：cm)

2.3.3塔柱筒體施工流程

a.為保證6個倉塊均衡施工，減少門塔機相互干擾，有效提高門塔機利用率，確保第三級升船機施工進度，根據門塔機布置情況，對6個倉塊備倉、混凝土澆筑施工流程如下規劃：?左側筒體，左3→左2→左1；?右側筒體，右3→右2→右1。左右側筒體施工順序不得隨意改變。

b.每個倉塊，按鋼筋安裝→模板安裝→倉面沖洗及驗收→混凝土澆筑循環推進。

c.施工過程中，需根據現場實際情況及時做好生產協調管理，合理安排施工工序，加強工序銜接，安排好施工流水作業。

2.3.4設計與施工方案優化

根據設計圖紙，第三級升船機塔柱筒體在高程431.00m、450.00m、474.00m、489.00m、504.00m、509.50m均設有檢修平臺梁板，采用現澆與塔柱筒體形成整體。采用現澆施工，模板、支架安裝工作量大，對施工進度影響較大，為此對第三級升船機檢修平臺進行設計優化，根據施工現場已有設備起重能力，采用預制吊裝施工。

2.4　鋼筋施工

a.墻體鋼筋主要采用滾軋直螺紋套筒連接。

b.寬槽鋼筋采用鋼筋跨過寬槽縫的架設方式，待寬槽后澆塊澆筑完畢72h內，按設計尺寸用砂輪切割機將過縫鋼筋切斷，形成鋼筋接頭，待混凝土冷至穩定溫度后，于寬槽回填前進行擠壓套筒連接。

c.墻體豎筋不宜超過收倉線1.5m，以便于混凝土下料和振搗。

d.每層鋼筋按設計高程定位準確，嚴格控制間排距，并按照技術要求規定的先后順序綁扎。鋼筋埋設及安裝精度滿足設計及相關規范要求。

2.5　塔柱筒體模板施工

升船機塔柱筒體結構為高層建筑物，結構復雜，混凝土模板用量大，采用的模板型式成為保證塔柱高質量、快速、安全施工的關鍵因素。

a.根據工程結構特點，塔柱筒體主要采用3m×3m懸臂翻升模板，局部采用組合小鋼模拼裝。塔柱樓梯井、電纜豎井及樓梯板采用1830mm×915mm×18mm膠合板，施工縫等位置則采用散裝木模板。

b.升船機機房底板、大梁及塔柱箱梁橫跨升船機船廂室，凈寬18.0m。由于跨度、高度大，施工非常不便。根據以往施工經驗，塔柱箱梁采用貝雷梁作為現澆大箱梁支架；機房底板采用貝雷架+滿堂支架施工，貝雷架作為縱梁，支撐結構為鋼管支架。在塔柱筒體澆筑到相應高程時預埋工字鋼，兩側的貝雷片用槽鋼將貝雷梁連接成一個整體。

c.機房底板、大梁及塔柱箱梁牛腿采用預埋定位錐、高強錨筋，并采用高強螺栓固定鋼牛腿、布置鋼桁架支撐，面板為1830mm×915mm×18mm膠合板。

d.每個倉位在立模之前，必須有滿足精度要求的測量控制點和高程點。對于結構、體形比較復雜的部位，加密控制點。

e.模板安裝后嚴格進行校對，特別對升船機機房底板、大梁塔柱箱梁、牛腿等重要部位的模板，對其剛度、支撐加固方法和牢靠程度、面板的光潔平整度、接縫的密實度等進行重點檢查，確保模板尺寸準確、平整、光潔、接縫嚴密、固定牢靠。

2.6　混凝土澆筑

2.6.1主體混凝土澆筑

a.第三級垂直升船機塔柱由6 個井筒組成，井筒墻壁厚1～1.7m，保證混凝土均勻連續入倉是關鍵。左右側門塔機均可覆蓋整個第三級垂直升船機，混凝土澆筑時可相互補充，澆筑過程中遇門塔機出現故障時，可調用相應門(塔)機繼續澆筑。特殊情況下，可采用2號、3號塔機(TC7035B)輔助澆筑。

b.塔柱筒體結構復雜、施工難度高、鋼筋及一期埋件安裝工程量大，但混凝土量相對較小。為了防止一次下料過多，導致混凝土沖擊模板造成模板變形和混凝土振搗不密實，在吊罐下料口接下料軟管，可均勻下料和鋪料，保證倉內每個部位鋪料厚度基本一致，確保混凝土施工質量。

c.混凝土采用臺階法澆筑，從一端向另一端均衡上升，鋪層厚度為30～50cm，鋪料長度8～12m，鋼筋密集區或澆筑盲區鋪料寬度適當縮短。鋪料長度在滿足間歇時間前提下，盡可能取大值，以充分發揮機械生產效率、避免接頭處漏振。

d.混凝土采用φ50mm、φ70mm插入式振搗器振搗，澆搗過程中嚴禁用振搗棒直接觸動模板和鋼筋，防止鋼筋、預埋件和模板的位置發生偏移。每一振點的混凝土振搗延續時間，以混凝土泛出漿液不再明顯下沉和不出現氣泡為準。

2.6.2寬槽回填

第三級升船機船廂室底板及兩側筒體施工期設1縱2橫3條寬1.2m的寬槽，將船廂室分為6個澆筑塊施工，寬槽設置高程為417.00～474.00m。

a.為保證寬槽回填混凝土與老混凝土結合良好，在進行回填混凝土前，寬槽內壁需打毛并沖洗干凈。

b.寬槽內斷開的水平鋼筋用冷擠壓套筒連接，鋼筋密集處采用搭接焊連接。

c.混凝土采取攪拌運輸車運輸，塔機掛2m3吊罐配合溜筒下料入倉的方式澆筑。寬槽回填采用預冷混凝土，澆筑溫度控制在12～14℃。布料時采用平鋪法從一端向另一端有序推進，每層混凝土厚度不超過50cm；下料后先平倉后振搗，采用φ100mm高頻振搗器結合φ50mm軟軸振搗器振搗。

3　混凝土溫度控制

3.1　混凝土設計允許最高溫度

設計允許最高溫度見下表。

設計允許最高溫度表　單位：℃

3.2　寬槽回填混凝土溫控要求

a.船廂室底板及兩側筒體施工期設1縱2橫3條寬槽，將船廂室分為6個澆筑塊施工。

b.待兩側筒體澆筑到高程450.00m后，利用低溫季節進行縱、橫向寬槽回填并縫，將船廂室下部結構連成整體。

c.待完成擋土墻周邊回填，再分塊澆筑高程450.00m以上的筒體結構至頂。

d.筒體混凝土澆筑至頂后，利用低溫季節將筒體高程450.00～463.00及高程500.00m以上的橫向寬槽回填并縫，使整個船廂室構聯成一整體結構。

e.第三級升船機船廂室底板施工期準穩定溫度為13.5℃。兩側混凝土塊體原則上應有6個月以上齡期，至少不能低于3個月并采取埋設冷卻水管通制冷水措施，將塊體冷卻至準穩定溫度再回填預冷混凝土。

3.3　溫控措施

a.根據設計要求，高程437.00m以下塔柱筒體混凝土需埋設冷卻水管通水冷卻。

?初期通水采用水溫8～10℃的制冷水，通水時間10～15d，在澆筑收倉后12h內開始通水，通水流量不小于18L/min。

?每年9月初對當年5—8月澆筑的大體積混凝土、10月初對當年4月及9月澆筑的大體積混凝土、11月初對當年10月澆筑的大體積混凝土開始進行中期通水冷卻，削減混凝土內外溫差。

b.中期通水采用江水進行，通水時間1.5～2個月，以塊體溫度達到20～22℃為準，水管通水流量應達到20～25L/min。

c.需進行寬槽回填的部位，在灌漿前必須進行后期通水冷卻(制冷水或江水)。

?應保證通水連續，混凝土與冷卻水之間的溫差不宜超過20～25℃，通制冷水時不小于18L/min，通江水時應達到20～25L/min。

?根據混凝土內部埋設的電子測溫儀檢測情況及時調整通水流量，控制塊體降溫速度不大于1℃/d。

?預埋冷卻水管在后期通水完成后，按監理人的要求采用0.5∶1水泥漿進行封堵回填。

4　結　語

在參建單位共同努力下，克服了大量高空作業、臨邊作業、門塔機密集布置，起吊作業頻繁等安全管控難點，攻克了升船機施工高度、跨度大，結構體型復雜，施工難度大、工期緊張等系列難題，通過合理布置，優化混凝土施工方案，合理組織施工資源等各項措施，構皮灘水電站第三級垂直升船機主體工程于2016年5月順利封頂，圓滿按計劃完成通航建筑物工程的里程碑節點，按期向機電安裝單位移交工作面。通過優化設計與施工方案，嚴格施工工藝，第三級垂直升船機單元工程優良率達96%，工程整體施工質量得到了水電工程質量監督總站專家組的肯定。上述施工工藝，可供類似的升船機工程施工參考。

[1]謝建民,肖備.施工現場設施安全設計計算手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[2]蔣正榮.建筑施工計算手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2007.

[3]GB 50666—2011 混凝土結構工程施工規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[4]JGJ 80—2016 建筑施工高處作業安全技術規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2016.