鎮(zhèn)安抽水蓄能電站針梁臺(tái)車襯砌底部氣泡控制措施探討

侯 娟

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

鎮(zhèn)安抽水蓄能電站是我國(guó)西北地區(qū)開工建設(shè)的首個(gè)抽蓄電站工程，也是陜西省目前在建的最大水力發(fā)電站。電站樞紐主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房及開關(guān)站等建筑物組成。下水庫(kù)2#泄洪排沙洞布置在月河右岸，進(jìn)口位于下庫(kù)面板壩上游，全長(zhǎng)876.7 m，由進(jìn)口引渠段、進(jìn)水塔段、有壓洞身段、工作閘室段、無壓洞身段、挑流鼻坎段組成。其中有壓段洞身長(zhǎng)653.7 m，縱向坡度i=3.57%，洞身標(biāo)準(zhǔn)斷面為圓形，洞徑4 m。襯砌砼厚度60 cm（底部100 cm），為抗沖耐磨C35W8F100 砼，分倉(cāng)長(zhǎng)度10 m。抗沖耐磨混凝土摻入有硅粉及聚丙烯纖維。

根據(jù)其體型特點(diǎn)和工期要求，采用1 套針梁臺(tái)車襯砌施工。在第一倉(cāng)拆模后發(fā)現(xiàn)，在針梁底部45°范圍內(nèi)氣泡密集，且超過設(shè)計(jì)要求（直徑或深度≤5 mm）的數(shù)量較多，影響砼外觀評(píng)定。為降低氣泡發(fā)生率，減小氣泡直徑和深度，結(jié)合本工程實(shí)際，通過6 m 試驗(yàn)塊對(duì)比澆筑試驗(yàn)，從各方面對(duì)底部氣泡控制措施進(jìn)行了探討。

2 氣泡產(chǎn)生原因分析

2.1 原材料及抗沖耐磨混凝土施工性能分析

受客觀地理因素影響，工程采用洞室開挖料粉碎的機(jī)制砂和骨料。料源主要為花崗閃長(zhǎng)巖，且受洞室圍巖情況影響，質(zhì)量不穩(wěn)定。破碎后機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)大、石粉含量偏高，骨料級(jí)配不良，混凝土和易性較差。抗沖耐磨砼摻硅粉和聚丙烯纖維后，實(shí)際施工通過泵送入倉(cāng)后流動(dòng)性差。在后期的試驗(yàn)塊澆筑中通過3 家不同廠家生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑對(duì)比，見表1。

由表1 可知，抗沖耐磨混凝土采用長(zhǎng)安育才外加劑后外觀質(zhì)量明顯優(yōu)于其他外加劑，表面氣泡消減效果顯著。頂拱部位常態(tài)混凝土采用蘇博特外加劑外觀質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。綜合考慮，抗沖耐磨混凝土外加劑選用長(zhǎng)安育才外加劑，常態(tài)混凝土選用蘇博特外加劑。

表1 生產(chǎn)性試驗(yàn)情況分析表

2.2 針梁臺(tái)車模板影響分析

針梁底部結(jié)構(gòu)形狀影響，在底部45°圓心角范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的底弧模板與平鋪后的混凝土表面的切線夾角較小，氣泡沿模板表面的排出路徑較長(zhǎng)，排氣不暢，角度較緩，是形成氣泡的主要原因。針梁底部距離上一級(jí)窗口過高，無法有效觀察底部排氣和澆筑情況。當(dāng)混凝土與底模相接觸后再振搗混凝土?xí)r，混凝土中的氣泡逸至模板面無法擴(kuò)散形成。

2.3 施工方法及工藝分析

為徹底找到施工因素對(duì)氣泡產(chǎn)生的影響，開展了試驗(yàn)塊澆筑。試驗(yàn)塊采用6 m 長(zhǎng)半圓形底模，盡可能達(dá)到與洞室襯砌同等條件。受坡度影響，澆筑的先后順序以及底部的下料強(qiáng)度、鋪料厚度都影響氣泡的排除。振搗的時(shí)間長(zhǎng)短在后期的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)也有一定的關(guān)系，并非振搗時(shí)間越長(zhǎng)，氣泡數(shù)量越少，存在一定階段氣泡隨振搗時(shí)間的延長(zhǎng)而增多的現(xiàn)象。氣泡數(shù)量與振搗時(shí)間的關(guān)系，見圖1。

圖1 振搗時(shí)間氣泡數(shù)量關(guān)系圖

混凝土振搗時(shí)間過長(zhǎng)，造成混凝土中粗骨料下沉、漿液上泛集中，漿液中含有大量的水泡和氣泡，混凝土凝固后因收縮形成氣泡。

2.4 其他因素分析

倉(cāng)面內(nèi)空間狹小，鋼筋密集，降低了抗沖耐磨混凝土的流動(dòng)性，增加了振搗難度，也導(dǎo)致局部振搗不到位產(chǎn)生大氣泡。由于本工程均為稀軟性混凝土，對(duì)振動(dòng)有效半徑的影響小，試驗(yàn)中通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)A50 振搗棒優(yōu)于A70。同時(shí)，采用脫模劑的色拉油對(duì)氣泡產(chǎn)生無較大影響，但涂刷均勻?qū)γ撃：蟊砻媾艢膺€是有很大改善。

氣泡產(chǎn)生原因影響程度匯總情況見表2。

表2 氣泡產(chǎn)生原因影響程度匯總表

3 施工方法及工藝采取的控制措施及改進(jìn)方法

（1）襯砌方向由上游端向下游進(jìn)行，入倉(cāng)順序由鋼模臺(tái)車下游端向上游端依次進(jìn)行。從下部第一排兩側(cè)窗口對(duì)稱下料，兩側(cè)均勻下料、高差不超過0.5 m。在端模預(yù)留進(jìn)人孔，底部澆筑安排2 人進(jìn)入倉(cāng)面振搗。距離底模20 cm～30 cm 時(shí)，人員爬出，封閉端模。此時(shí)，控制澆筑速度，觀察底模排氣孔開始冒漿，即向前一窗口下料澆筑，直至底部澆完。

（2）減小分層厚度。本工程按40 cm 要求進(jìn)行分層，在縮短氣泡排出路徑的同時(shí)，減少了振搗時(shí)間，降低了對(duì)減水劑氣泡的擾動(dòng)，減少了其合并成大氣泡的機(jī)率。

（3）控制振搗時(shí)間和間距。底部澆筑時(shí)，盡量靠近模板進(jìn)行振搗操作。注意振搗排氣的操作。在進(jìn)行底部排氣振搗時(shí)，應(yīng)通過多個(gè)緩慢提拉振搗棒的動(dòng)作帶出氣泡，加快氣泡排出的速度，控制振搗時(shí)間，減少擾動(dòng)。遵循“快插慢拔”要求，在振搗時(shí)間內(nèi)每棒需操作3 個(gè)以上插拔循環(huán)，每棒振搗時(shí)間為30 s～40 s 左右，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，不允許過振，最長(zhǎng)振搗時(shí)間不能超過45 s。初振完成后，間隔5 min 用附著式振搗器進(jìn)行二次振搗，盡可能將附著在模板面上的氣泡逸出。對(duì)稱啟用四次附著式振搗器，下部已經(jīng)初凝的混凝土表面嚴(yán)禁開啟該部位的附著式振搗器。

（4）其他施工中注意事項(xiàng)。底部人員進(jìn)入倉(cāng)面，輔助平倉(cāng)振搗，倉(cāng)內(nèi)增加移動(dòng)照明，拒絕漏振死角。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)局部受振搗難度大而無把握的部位采用橡皮錘進(jìn)行敲擊，以利于氣泡排出。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)色拉油作為脫模劑可行，但模板要求鋼絲拋光，要求涂抹均勻，若模板表面光潔度高，不建議每倉(cāng)涂刷脫模劑。

4 實(shí)施控制措施及改進(jìn)后的效果

通過以上這些控制措施和改進(jìn)，底部混凝土氣泡量大幅度降低。氣泡直徑絕大部分縮小至5 mm 內(nèi)混凝土表面光滑，外觀質(zhì)量有明顯提高。但底部氣泡仍無法徹底消除，這是與鋼模臺(tái)車自身結(jié)構(gòu)帶來的不足，是不可避免的。這類少量氣泡可在拆模后24 h 內(nèi)及時(shí)修補(bǔ)。修補(bǔ)方法：用鋼釬鉆去氣泡內(nèi)浮漿，涂刷環(huán)氧砂漿抹平即可。

5 結(jié)語

結(jié)合本工程特點(diǎn)與實(shí)際情況，對(duì)針梁鋼模臺(tái)車襯砌混凝土底部氣泡的減少和混凝土外觀質(zhì)量的提高，從原材料、施工工藝方法、臺(tái)車改進(jìn)等方面進(jìn)行了探究。通過一系列控制措施和改進(jìn)，取得了良好的效果，可以為同類工程混凝土氣泡的消減提供思路。