地下廠房巖壁梁混凝土施工工藝研究

陸 璐

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司 山東泰安 271000)

1 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，巖壁梁施工技術(shù)在地下廠房中的應(yīng)用取得了新的突破。巖壁梁作為廠房工程的施工重點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)高、難度大及質(zhì)量要求高。而針對巖壁梁施工技術(shù)還未形成相應(yīng)的理論體系，對于施工過程中支架搭設(shè)、模板安裝、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等方面的研究還未建立相關(guān)體系，亟需研究。

孫會想[1]等對全液壓自行式臺車澆筑巖壁吊車梁混凝土施工技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，實(shí)現(xiàn)了巖壁吊車梁澆筑機(jī)械化、流水化、集成化作業(yè)。蔡波[2]等通過楊房溝水電站工程，采用極限平衡法對地下廠房巖壁梁的穩(wěn)定性問題進(jìn)行深入研究，對巖壁梁的混凝土施工進(jìn)行系統(tǒng)性分析。柴余松[3]按照《地下廠房巖壁吊車梁設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行巖壁吊車梁設(shè)計，通過一段時間的運(yùn)行證明其結(jié)構(gòu)和錨固設(shè)計的合理性。任王貴[4]等依托周寧抽水蓄能電站巖壁吊車梁混凝土施工，結(jié)合以往成功經(jīng)驗，通過對巖壁吊車梁混凝土施工各環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，取得了良好的效果。粟雄[5]認(rèn)為巖壁吊車梁作為水電站地下廠房工程的施工重點(diǎn)，施工技術(shù)要求高、施工難度大，能綜合反映地下廠房的整體施工質(zhì)量。

本文以文登抽水蓄能電站為例，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，對巖壁梁混凝土施工進(jìn)行工藝研究，以確保巖壁梁的施工質(zhì)量。

2 工程概況

文登抽水蓄能電站地下主廠房開挖高度53.5 m，分七層進(jìn)行開挖施工。巖壁吊車梁(以下簡稱巖壁梁)位于主廠房第Ⅱ?qū)由舷掠芜厜ΓL194.5 m(廠左0＋178.5～廠右0＋016.0)，高程范圍為61.85～59.32 m，梁體高2.53 m，梁面寬1.65 m。巖壁梁上部開挖寬度為26.5 m，下部開挖寬度25 m。

廠房巖壁梁結(jié)構(gòu)的組成部分有一期混凝土、二期混凝土及預(yù)埋設(shè)施。一期混凝土為C25二級配常態(tài)混凝土，二期混凝土為C30一級配常態(tài)混凝土。巖壁梁跳倉澆筑，分倉長度為10.5 m、10 m、8.05 m、7.3 m、11 m，上、下游均為 10.5 m ×14 ＋11 m×2＋7.3 m×1＋8.05 m×1＋10 m×1，共38倉。

主廠房巖壁梁部位地層巖性主要為中生代印支期黑云角閃石英二長巖，裂面多平直粗糙，多閉合，無充填，少量充填巖屑，裂隙發(fā)育間距大于2 m。裂隙走向與廠房軸線交角30°～55°。從揭露情況看，廠房區(qū)地下水不豐富，圍巖多干燥，局部潮濕，僅局部沿結(jié)構(gòu)面有滴水現(xiàn)象，基巖裂隙水滲水量隨季節(jié)變化不明顯。

圖1為巖壁梁開挖示意圖，圖2為地下廠房巖壁梁斷面圖。

圖1 巖壁梁開挖示意(單位：cm)

圖2 地下廠房巖壁梁斷面(高程單位：m；長度單位：mm)

3 巖壁梁混凝土施工要求及工藝流程

(1)在進(jìn)行模板拉筋之前，在巖壁梁上安裝系統(tǒng)錨桿，并將其焊接牢固。

(2)巖壁梁上的軌道、管線路等預(yù)埋件做好相應(yīng)的保護(hù)措施，以防堵塞預(yù)埋管。

(3)巖壁梁的原材料滿足施工及設(shè)計指標(biāo)要求。

(4)巖壁梁混凝土澆筑時，需控制混凝土入倉溫度、澆筑質(zhì)量及后期養(yǎng)護(hù)。

根據(jù)以上施工規(guī)程，結(jié)合現(xiàn)場施工重難點(diǎn)，介紹巖壁梁混凝土施工工藝，主要包括巖臺表面處理、排架施工、模板安裝、鋼筋及預(yù)埋件安裝、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護(hù)等工序。

工藝流程見圖3。

圖3 巖壁梁混凝土施工流程

4 巖壁梁支架施工工藝

4.1 支架搭設(shè)技術(shù)要求

(1)技術(shù)參數(shù)

巖壁梁腳手架分為模板支撐架及施工平臺支撐架，均采用承插型盤扣式鋼管支架。立桿采用φ60×3.2 mm無縫鋼管，水平桿和斜桿采用φ48×3.2 mm無縫鋼管。斜桿和模板支撐架高度3.84 m。桿橫距0.6 m、縱距0.9 m，步距1.0 m。模板支撐架和邊墻系統(tǒng)錨桿可靠連接。施工平臺腳手架高度6.65 m，寬1.86 m，沿主副廠房軸線方向搭設(shè)，桿步距同支撐架。巖壁梁承插型盤扣式鋼管支架布置如圖4所示。

(2)施工要求

盤扣式鋼管支架沿梁體縱向搭設(shè)間距600 mm、橫向600 mm。施工平臺支撐架搭設(shè)縱向間距600 mm、橫向900 mm。支架頂部采用U型頂托，絲桿外露長度小于200 mm。頂托上方采用 12型鋼主楞，立桿接頭相互錯開。水平剪刀撐由底、頂共設(shè)置兩道。模板支撐架周圍與邊墻系統(tǒng)錨桿焊接形成一個整體，加強(qiáng)支架的整體穩(wěn)定性。支架層間步距1.2 m。梁底木方小楞(100×100)mm，間距≤250 mm。搭設(shè)采用中心傳力的方式，單根立桿小于12 kN，支承模板的頂部水平桿按受彎構(gòu)件進(jìn)行計算，模板支架的高寬比小于3。

圖4 巖壁梁盤扣式鋼管支架布置

4.2 巖壁梁支架施工

本工程盤扣式支架立桿尺寸有1.2 m、2.4 m、3 m、0.2 m、0.3 m，巖壁梁體支撐架采用2.4 m＋1.2 m組合，并在立桿頂部加設(shè)0.2 m或0.3 m調(diào)節(jié)桿進(jìn)行調(diào)整。頂部立桿采用水平鋼管和扣件連接成一個整體，確保桿體頂部穩(wěn)定性。

(1)排架搭設(shè)前對開挖巖石面進(jìn)行清理并平整場地。進(jìn)行C20混凝土墊層澆筑，厚度20 cm，并測量放出立桿定位點(diǎn)距。

(2)可調(diào)底座根據(jù)測量定位于放樣線，線形順直，與底板墊層牢固連接。

(3)立桿連接套筒接頭的位置，在相同水平高度內(nèi)，錯開不小于75 cm的位置。

(4)第一層橫桿施工完成后，將起步立桿長端插入標(biāo)準(zhǔn)基座的套筒中。

(5)按同步驟安裝第二層橫桿。之后開始安裝豎向斜桿，將斜桿全部按照順時針或逆時針方向組搭，將斜桿套入圓盤大孔位置。

(6)施工對接立桿，將連接棒插入下層管中。按同步驟安裝縱橫向水平桿、斜桿。當(dāng)搭設(shè)到指定層高時，安裝可調(diào)整托座，將可調(diào)整頂托絲管插入頂層立桿管中，再以扳手調(diào)整至所需高度。

(7)支撐架在施工過程中，設(shè)置兩排連墻件，連墻件間距1.5 m，連墻件隨腳手架高度上升同時設(shè)置，通過與拉筋焊接的鋼管與立桿連接，以增加整體穩(wěn)定性。連墻件細(xì)部構(gòu)造如圖5所示。

5 模板工程

5.1 模板體系

因巖壁梁為永久結(jié)構(gòu)，外觀質(zhì)量高，巖壁梁斜面底模板采用竹膠板，直立面模板采用定型鋼模板，堵頭模板和鍵槽模板采用木模板拼裝。斜面模板與基巖面接觸的空隙處采用木條＋砂漿進(jìn)行補(bǔ)縫。

圖5 連墻件細(xì)部構(gòu)造

5.2 底模安裝

排架頂托上工字鋼安裝完成后進(jìn)行型鋼三腳架安裝。型鋼三腳架為定型加工制作，三腳架與底模下部的方木通過中間的1道[10型鋼和3道10×8 cm方木連接，單根長度為 6 m。巖壁梁底部模板采用竹膠板。巖壁梁底模結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 巖壁梁底模結(jié)構(gòu)

底模安裝完成后于巖臺下拐點(diǎn)處利用木條＋砂漿進(jìn)行補(bǔ)縫。側(cè)模安裝時，使用雙面膠條填充側(cè)模與底模之間及側(cè)模之間的縫隙，確保模板面接縫位置平整光滑。

5.3 側(cè)模安裝

側(cè)模為定型鋼模板，單塊長度1.5 m，螺栓連接。立模按測量要求定位，固定于型鋼三腳架的角鋼支撐段，采用側(cè)模螺栓進(jìn)行連接。

側(cè)模采用拉模鋼筋錨桿焊雙φ16拉桿的方式進(jìn)行固定，側(cè)模背后上下均設(shè)置有拉筋孔位的 16型鋼，單根長2.6 m。槽鋼背后上部橫向布置140×10 mm角鋼，下部用寬度18.2 cm和26 cm的鋼板焊接三腳架，單根長6 m，并在寬度為18.2 cm鋼板上穿孔，限位筋、雙螺帽與拉條板固定牢固。

5.4 堵頭模板安裝

混凝土分段跳倉施工時在端頭位置設(shè)置鍵槽。鍵槽模板采用內(nèi)部釘木盒子的方式制作而成，并將鍵槽鋼筋位置標(biāo)識在模板上。用電鉆開孔，以便鍵槽鋼筋安裝。

6 巖壁梁混凝土澆筑施工工藝

混凝土澆筑前進(jìn)行鋼筋綁扎及預(yù)埋件安裝。受拉鋼筋直徑不大于22 mm，受壓鋼筋直徑不大于32 mm，其他鋼筋直徑不大于25 mm。采用綁扎連接，接頭在受拉區(qū)不大于25%[6]，在受壓區(qū)不超50%。

預(yù)埋件安裝包括橋機(jī)軌道鋼板預(yù)埋件、監(jiān)測儀器預(yù)埋件、排水管預(yù)埋件、電纜管預(yù)埋件和水煤氣鋼管預(yù)埋件。通過測量放線確定安裝位置，并固定牢固，圖7～圖8分別為鋼筋及預(yù)埋件安裝現(xiàn)場。

圖7 鋼筋安裝

圖8 預(yù)埋件安裝

6.1 混凝土澆筑

混凝土施工[7]時勻速澆筑，采用清水混凝土，對混凝土外觀要求高[8]。為防止混凝土超高堆置及局部混凝土澆筑過快造成支架失穩(wěn)，巖壁梁混凝土澆筑采用分組分段、分段跳倉、流水作業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化施工。

(1)混凝土拌和

混凝土拌和過程中嚴(yán)格控制原材料溫度、質(zhì)量并檢測碎石、砂等原材的含水率及粗細(xì)骨料超遜徑、細(xì)度模數(shù)及含泥量，確保混凝土拌和質(zhì)量。

(2)混凝土入倉

巖壁梁混凝土采用吊車配合吊罐入倉施工，自下而上分層澆筑，澆筑層厚控制在30～50 cm之間。通過自制鐵皮溜管，控制混凝土下料高度，避免混凝土離析。人工平倉后采用插入式振搗器振搗，快插慢拔，避開鋼筋及預(yù)埋件，每個點(diǎn)振搗時間大于20 s[9]，確保搗固密實(shí)。

(3)收倉抹面

混凝土澆筑完成后及時進(jìn)行收倉、抹面。

6.2 混凝土溫控、養(yǎng)護(hù)技術(shù)

6.2.1 養(yǎng)護(hù)技術(shù)

常規(guī)混凝土澆筑抹面后采用土工布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)[10]，而巖壁梁混凝土澆筑收倉后12～18 h進(jìn)行溫水養(yǎng)護(hù)，用毛氈及塑料薄膜布覆蓋，采用水泵及排水花管均勻灑水，養(yǎng)護(hù)時間不小于28 d。

6.2.2 溫控技術(shù)

(1)澆筑溫控要求

①混凝土澆筑體內(nèi)最高溫度不得超過40℃；

②混凝土澆筑體內(nèi)外溫差應(yīng)不大于20℃；

③混凝土澆筑體的降溫速率不大于1℃/d。

(2)溫度控制

根據(jù)巖壁梁混凝土澆筑要求，入倉溫度為5～22℃。若溫度過高，則需對水泥、骨料進(jìn)行自然降溫或者加冷水拌和的方式；若溫度過低，則需提高堆料高度或者熱水拌和的方式[11-12]。

采用溫水養(yǎng)護(hù)，通過溫度計隨時調(diào)節(jié)養(yǎng)護(hù)水流溫度，滿足混凝土內(nèi)外溫差要求。

6.3 巖壁梁混凝土成形保護(hù)

為確保巖壁吊車梁的穩(wěn)定性，對巖壁梁混凝土進(jìn)行成形保護(hù)。巖壁梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，方可進(jìn)行下一層巖體開挖施工(見圖9)。

圖9 混凝土澆筑完成

7 巖壁梁施工注意事項

(1)腳手架搭設(shè)時，插銷外表面應(yīng)與水平桿和斜桿端扣接內(nèi)表面吻合，抗拔力不得小于3 kN。

(2)支撐模板支架可調(diào)托架伸出頂層水平桿或雙槽鋼托梁的懸臂長度嚴(yán)禁超過65 cm，且絲桿外露長度嚴(yán)禁超過40 cm，可調(diào)托座插入立桿或雙槽鋼托梁長度不得小于15 cm。

(3)2 m以上的懸空、高空作業(yè)必須設(shè)置安全網(wǎng)，作業(yè)人員必須系好安全帶、戴好安全帽、扣好保險鉤。

(4)運(yùn)送物件的各種提升設(shè)備要有可靠的安全裝置；施工人員通過安全通道轉(zhuǎn)運(yùn)各種可提物品。

8 結(jié)論

本文以文登抽水蓄能電站為例，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范制定巖壁梁混凝土施工工藝，對巖壁梁支架施工技術(shù)參數(shù)、施工工序進(jìn)行總結(jié)，并對巖壁梁模板安裝工藝進(jìn)行系統(tǒng)闡述，確定合理的巖壁梁支架、模板施工方法，可為類似工程提供參考。