高速水流流道底板混凝土收面工藝研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概況

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，其規模為目前在建的世界第一。電站泄洪靠雙曲拱壩壩身表孔、深孔、泄洪洞相結合，其中泄洪洞采取在左岸單側布置共3條。泄洪洞洞身為城門洞型，過流斷面尺寸寬×高為15m×18m，襯砌混凝土厚度1m～2.5m，過流面(直墻和底板)采用C9040混凝土，非過流面(頂拱)采用C9030混凝土。受地形條件的限制，泄洪洞采用平段加龍落尾相結合的布置型式，單條泄洪洞最長達2.4km，整個洞室群長6.7km且全洞無壓布置，設計流速最大近50m/s。

基于白鶴灘水電站的設計規模為在建世界第一、建成后僅次于三峽位居第二，同時，白鶴灘工程的建設位于溪洛渡、向家壩、錦屏等相似規模電站之后，因此，白鶴灘工程的建設提出了創建“精品工程”的建設目標。對于泄洪洞而言精品工程的實質就是做到“體型精準、平整光滑、耐磨防裂”。具體指標如下：

(1)混凝土外觀質量色澤均勻，無垂直升坎、跌坎，無凹坑、無“砂眼”，無缺陷，成“鏡面”效果；

(2)襯砌平均體型偏差±10mm，體型檢測符合率≥95%；

(3)混凝土不平整度平均值控制在4mm/2m，平整度合格率達95%。

為了達到精品工程質量標準，白鶴灘泄洪洞工程除了全面采用低熱水泥、首次采用5cm～7cm低坍落度混凝土，按照先邊墻再頂拱后底板的襯砌工序等技術措施外，還開展了底板“預埋隱軌精細收面工藝”的研究，本文將重點介紹底板收面工藝。

2 底板混凝土方案

從方便現場備倉并考慮澆筑能力和臺車的安全運行以及溫控防裂四方面考慮，泄洪洞底板采用12m分塊長度進行全幅分塊澆筑。為了減少混凝土單方水泥用量，降低水化熱，本工程采用了5cm～7cm低坍落度混凝土入倉，對此選用了6m3自卸汽車進行運輸，經中轉料斗后，再通過改制扒渣機和TB1100布料機進行入倉。入倉工藝見圖1所示。

圖1 泄洪洞底板入倉工藝

底板混凝土采用臺階法鋪料，臺階高度為50cm，寬度2.5m～3m。混凝土采用人工持φ100振搗棒振搗，施工縫止水部位采用φ70振搗棒振搗，避免對銅止水的破壞。

底板混凝土施工質量主要取決于最后一層坯層澆筑和混凝土收面，收面工藝流程：混凝土平倉振搗→三輥軸初平(5遍)→校核高程、平整度→拆除樣架→回填、振搗→抹面機圓盤整平(2次)→檢查平整度→抹面機圓盤局部整平→拆除圓盤→抹面機刀片收光(2遍)→人工收面(3遍)。

3 收面工藝要點

3.1 施工縫處理

與底板澆筑相關的施工縫面主要有底板兩側與已澆筑邊墻相交面，前后兩倉相鄰縫面。為了避免邊墻與底板相交縫面鑿毛處理時對已成型邊墻造成不規則的破壞，在大面鑿毛前，按先劃線再切割的方式進行處理。對于相鄰底板之間的接縫主要是控制其澆筑成型質量，以及備倉過程中防止已成型的棱角造成破壞，導致下倉澆筑時接縫的不規則。由于底板澆筑時堵頭模板選用的是普通組合鋼模板，其剛度和表面平整度相對較低，為了形成較好的澆筑縫面，在組合鋼模板頂部采用14#槽鋼作為模板，澆筑完成后采用帶翼緣板的角鋼對混凝土棱角進行有效保護。

3.2 隱軌布置

根據過流斷面尺寸及收面三輥軸參數，每倉順水流方向布置3條隱軌。隱軌主要由支架和軌道兩部分組成，其中支架又由φ28的樣架筋和頂部“U”型托組成，為了便于隱軌高程的精確微調，樣架筋和“U”型托之間采用套筒連接，其布置間距為1m。軌道采用φ48壁厚3.5mm的鋼管，為了防止混凝土整平過程中軌道撓度過大，在鋼管內灌注水泥砂漿以提高其抗彎剛度，同時也為了實現分區域收面和軌道的快速拆除，在12m長度范圍內軌道分兩節安裝。

圖2 隱軌布置

現場先進行支撐筋的安裝，支撐筋采用焊接三角斜支撐獨立加固，不得與底板鋼筋焊接，同時，在中部焊接通長鋼筋連接。支撐筋安裝完成后焊接頂托支架，上下游掛設通線控制頂托的基準高程，測量人員復測時只旋轉支架套筒實現隱軌高程的調整、校核。隱軌自上游向下游安裝，距上游縫面的距離不得大于1cm。隱軌安裝完成采用三輥軸來回行走2次進行預壓，主要防止頂托與軌道之間存在縫隙并檢測加固情況，防止變形量過大。單根隱軌驗收點數不得少于10個，高程偏差控制在1mm范圍內。驗收合格后擰緊頂托上部的側向固定螺栓緊固隱軌，防止在施工過程中隱軌發生上浮或偏移。

3.3 混凝土澆筑

為了控制收面時間，縮短鋪料、振搗時間，底板最后一坯層由50cm調整為40cm，同時，坍落度由50mm～70mm調整為70mm～90mm。采用TB110布料機入倉，混凝土布料自上游向下游布料，布料寬度8m，長度10m，布料均勻、無料溝，料堆高度高出過流面15cm。施工人員采用φ100振搗棒振搗，振搗間距40cm，振搗時間60s左右，振搗達到粗骨料不再顯著下沉，表面泛漿即可，嚴禁振搗時間過長導致粗骨料下沉嚴重，造成表面浮漿過厚形成板結現象，降低抗沖磨性能。振搗過程中采用6m靠尺每1m檢查一個平整度斷面，振搗后的平整度值控制在1cm范圍內。

3.4 三輥軸臺車整平

三輥軸臺車參數寬度8m、棍軸為直徑219mm無縫鋼管、2個驅動電機，4個經改裝的附著式振搗器，重量達2t。

三輥軸整平是收面控制的關鍵技術，駕駛三輥軸的人員、補料人員、補料指揮人員、平整度檢測人員均要執行“三定制度”。三輥軸行駛時應垂直于過流面，盡量避免斜向行駛，考慮底板存在1.5%的縱坡，為防止三輥軸振搗導致混凝土“下縮”，向下游行駛時采取靜壓模式，向上游行駛時采取振搗壓模式。每次三輥軸行駛后布料人員根據行駛“印記”對凹坑處進行補料，補料時人員采用鐵鍬均勻撒料通過三輥軸和隱軌行走，嚴禁出現踩踏混凝土面和成堆補料的情況。補料完成后針對補料區再次啟動三輥軸振動，其振動起到振搗、整平、提漿作用。補料完成三輥軸再上下行駛2次后，采用6m靠尺檢查混凝土面的平整度，先檢查順水流方向，靠尺上游端應放置在已澆混凝土面上，利用“地燈”照射靠尺，通過靠尺下部的透光性觀察平整度情況。若局部存在“透光”再采用塞尺檢查，塞尺檢查不平整度小于5mm時不再進行處理；大于5mm時需再次進行補料整平或局部挖除。三輥軸上下游行駛總次數為5次，最后1次采用靜壓，均速行駛，中間不允許停頓，直接將三輥軸行駛至上游倉內。

3.5 隱軌拆除

三輥軸行駛出澆筑倉面，便進行隱軌的拆除。采用鐵鍬刮除周邊混凝土，松開頂托頂部緊固螺栓，逐個拆除隱軌，拆除后采用濕抹布擦拭隱軌，用水沖洗頂托、隱軌。拆除隱軌時影響混凝土面的寬度范圍控制在30cm。隱軌拆除后及時回填混凝土，并采用φ70振搗棒振搗，振搗間距不大于30cm，可等距離45°斜插振搗。振搗后人工自上游向下游采用砂抹反復壓抹，使平整度值控制在2mm以內。

3.6 抹面機粗抹

抹面機為油動發動機，先采用砂盤抹面機抹面，抹面機操作人員必須固定，抹面的范圍左右邊墻側抹至距邊10cm左右。開始使用抹面機的時機為施工人員手按混凝土面上層約5mm變形量時，基本為混凝土開始采用三輥軸收面后3h。抹面機砂盤抹面要求先沿垂直水流方向平移再沿順水流方向行走，每次拉移距離不超過30cm，單點處抹面時間30s～40s。抹面機抹面遍數為2遍，前后兩邊無間隔時間，第2遍的轉速高于第1遍轉速。抹面機抹面后采用2m靠尺檢測不平整度控制在2mm，局部位置超標采用抹面機集中點抹面，將高處磨至設計高程面或低處填補混凝土原漿料再采用抹面機集中抹面。

3.7 抹面機精抹

精抹在粗抹第2次抹面完成30min后進行，采用抹面機“刀片”進行抹面，“刀片”角度進行適當調整，最大角度不大于5°。精抹時施工人員需穿淺紋鞋底鞋并對混凝土面是否有砂眼、沙粒進行仔細、全面檢查。精抹的操作順序、移動距離可按照粗抹的標準執行。精抹達到的標準需控制在2mm以內，局部超標點進行標識，在人工收面時進行處理。

3.8 人工壓抹收光

人工抹面執行“定人、定機、定區、定責”，抹面順序自上游向下游，采用6m長靠尺邊檢查邊壓抹，抹面抹子來回抹面3次(6遍)，每次抹面的搭接寬度不小于5cm。人工抹面遍數不少于3遍，每遍間隔時間不小于30min。

人工壓抹完成3h后采用土工布滿倉覆蓋人工灑水保濕養護，10h后采用流水養護。

3.9 特殊部位處理

底板混凝土收面對上下游施工縫面、兩側邊墻“陰角”部位、三輥軸無法施工的部位均要做為特殊部位特殊處理。

(1)上游側抹面施工前要將上游倉位20cm范圍內保濕土工布折起并用抹布對混凝土面擦拭干凈。抹面機砂盤抹面后人工利用砂抹粗抹，間隔30min后采用鐵抹收面，該部位要求與上游混凝土面順接無錯臺，收面時鐵抹要壓邊5cm。下游側需將槽鋼上部的粘漿刮除干凈，收面時鐵抹下游側壓槽鋼3cm。

(2)“陰角”部位主要是兩側距邊墻50cm范圍內，人工采用靠尺利用樣架和邊墻彈線控制收面高程，收面作業時嚴禁采用刮尺刮漿找平，只能利用砂抹反復壓抹高點整平，前兩遍采用砂抹抹面，最后兩遍采用鐵抹壓光收面。“陰角”部位采用專業的“不銹鋼陰陽角抹”進行收面。

(3)三輥軸盲區主要為下游側三輥軸搭接障礙區，該區域作業前要將槽鋼上部的粘漿、雜物清理干凈。在隱軌未拆除前，利用隱軌和槽鋼面采用6m靠尺檢測混凝土面不平整度，采用砂抹反復壓抹收面，整體收面后需間隔30min再進行砂抹的粗抹和精抹。前兩遍采用砂抹抹面，最后兩遍采用鐵抹壓光收面。

圖3 底板混凝土“鏡面”效果

4 底板混凝土收面效果

截至目前泄洪洞底板混凝土襯砌已完成180倉，現場體型檢測3600點，平均體型偏差5mm，符合率100%。不平整度檢測8380點，平均值1.5mm(2m靠尺檢測)，符合率99.9%。混凝土面“零裂縫”，施工縫部位無錯臺，實現了底板混凝土的“無縫搭接”。

5 結語

泄洪洞底板因不平整度、體型超標在高速水流下破壞的案例不計其數，白鶴灘水電站泄洪洞底板混凝土施工采用了新設備“三輥軸”，新工藝“整平、粗抹、精抹、壓抹”等技術，使各項質量檢查指標滿足要求并遠超規范和設計指標，施工效果極好。對類似的大體積混凝土工程有一定的借鑒意義。