固增水電站調壓室混凝土澆筑施工技術研究

蔣 裕 飛

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

0 前 言

近年來，隨著水電工程開發的不斷深入，一批地質條件復雜且開挖斷面巨大的調壓室相繼開工建設，其施工期的混凝土澆筑和運行期的結構安全性問題非常突出，已成為制約水電工程建設周期、投資和安全的關鍵技術問題。為此，本文結合固增水電站調壓室工程實例，從施工難點，主要施工方案及施工難點的解決措施3方面進行了總結和探討。

1 工程概況

固增水電站系木里河干流河段“一庫六級” 開發方案中的第五級，位于四川省木里縣固增鄉，為低閘引水式電站，由首部樞紐、引水系統、地面廠房等建筑物組成。調壓室為地下埋藏式，呈跑道形布置，總長40.0 m，其中兩端半圓半徑均為8.0 m，中間直段長24.0 m，調壓室寬度為16.0 m，底板建基面起算總高82.5 m，下部57 m設置兩孔檢修閘門，井內在該段設置閘墩牛腿。調壓室穹頂采用錨噴支護加工字鋼，邊墻采用鋼筋混凝土襯砌，下部襯厚1.0 m，上部襯厚0.6 m，調壓室底板及下部流道底板采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚1.5 m；底部流道、井筒及阻抗板進行固結灌漿，其中底部流道邊墻和底板固結灌漿深入基巖3.0 m，間排距3.0 m交錯布置；阻抗板固結灌漿深入基巖5.0 m，間排距3.0 m交錯布置；井筒固結灌漿深入基巖9.0 m，間排距3.0 m交錯布置。調壓室的典型斷面如圖1。

圖1 調壓室典型剖面示意(單位：cm)

調壓室混凝土澆筑施工道路由2條組成，1條為上部通道從交通洞到達調壓室上部，1條為下部通道，通過引水隧洞6號施工支洞從引水隧洞尾部到達調壓室底部。

2 施工難點

固增水電站跑道形調壓室施工主要存在以下難點:(1)調壓室襯砌混凝土澆筑結構面大，且上下結構差異較大；(2)材料及混凝土運輸量大，施工通道較少，材料垂直及水平運輸困難；(3)施工高差大、安全風險高；(4)工期緊張。

3 主要施工方案

3.1 調壓室混凝土施工順序

阻抗板以下流道施工(高程2 175.00～2 179.80 m)→阻抗板施工(高程2 179.80～2 181.30 m)→下部井筒及閘墩混凝土施工(高程2 181.30～2 234.00 m)→上部井筒及啟閉機排架柱施工(高程2 234.00～2 246.00 m)→頂部井筒混凝土施工(高程2 246.00～2 257.50 m)。

3.2 混凝土分層分倉

井筒及閘墩混凝土分層高度為1.5 m(部分結構變化段除外)，啟閉機排架混凝土分層高度為3.0 m。

3.3 工期計劃及施工強度

為滿足首臺機組發電目標，混凝土澆筑需要在8個月內完成。具體澆筑安排為：阻抗板及以下，2個月；阻抗板至2 234.00 m高程閘墩段，4個月；2 234.00 m以上高程，2個月。月平均施工高度約為10 m，月高峰施工高度15 m(10倉/月)。

3.4 模板及支撐體系

由于固增水電站調壓井上下部結構不同且存在異型結構及牛腿，同時在不同高程需考慮襯砌、固結灌漿、啟閉機排架柱等同步作業，從方案的可行性、安全、進度、成本考慮將原投標階段的滑模更改為散裝組合鋼模板+施工排架的方案[1]。

4 施工技術難題及解決措施

4.1 高排架施工的安全風險控制

本工程阻抗板以下施工高度為4.8 m，采用滿堂支撐排架進行施工；高程2 246.00 m以上施工排架搭設在已澆筑完成的牛腿上；阻抗板2 181.3 m高程至2 246.0 m高程之間總計64.7 m，為本工程安全風險最大的部位，施工時采用以下措施:

4.1.1 改善搭設方案——化整為零

根據規范要求，搭設高度50 m及以上落地式鋼管腳手架工程、分段架體搭設高度20 m及以上懸挑式腳手架工程，為超過一定規模的危險性較大的分部分項工程[1]。排架的安全風險跟搭設高度息息相關，要減小安全風險需采用分段搭設。因此，將約65 m高的施工排架劃分為結構受力單獨的3個施工排架體系，即1個高30 m的落地式腳手架，2個不超過18 m高的懸挑式腳手架。通過改變施工方案，可將超過一定規模的危險性較大的分部分項工程降低為危險性較大的分部分項工程。

4.1.2 嚴格設計架體結構

為滿足混凝土及后續灌漿、缺陷修補施工要求，調壓井腳手架搭設寬度按3排2.6 m寬設計，西昌木里縣落地式腳手架及懸挑腳手架設計參數[2-3]見表1～2。

根據表1～2可見，落地式腳手架搭設時，為滿足結構受力計算，底部18 m，采用雙立桿。懸挑排架搭設時，預埋鋼構件采用I16工字鋼，工字鋼深入混凝土1 m，且工字鋼錨入主體混凝土鋼筋中聯合受力。預埋的工字鋼采用下撐上拉進行輔助受力，形成穩定的雙三角受力體系，下撐采用剛性連接，上拉采用鋼繩的柔性斜拉，具體見圖2。

表1 調壓井三排落地腳手架搭設技術參數

表2 調壓井懸挑腳手架搭設技術參數

圖2 懸挑工字鋼加固示意(單位：m)

懸挑排架立桿直接支撐在懸挑梁上，為確保上部架體的穩定。采用在I16工字鋼懸挑梁上焊接15 cm長的Φ25 mm的鋼筋，立桿套在其外，同時在立桿下部設置掃地桿，見圖3。

圖3 立桿與懸挑梁連接示意

4.1.3 排架搭設過程監測及預警

(1)監測控制。采用全站儀、卷尺對架體進行監測，主要監測支架的沉降、位移和變形。

(2)監測點設置。施工排架觀測點設置在立桿1.2 m標高處，用“+”字標出對比點，固定觀測標準點在堅固基礎上設置，采用鋼釘或鋼筋頭在混泥土中預埋，柱或混泥土墻邊監測點直接在澆筑好的混泥土上用鋼釘釘入混泥土中作為固定對比觀測點，監測點設置間距不超過20 m。

(3)儀器設備配置。監測儀器設備配置表3。

表3 監測儀器設備一覽

(4)日常監測項目。日常檢查、巡查重點部位如:桿件的設置和連接，掃地桿、連墻件、支撐，剪刀撐等構件是否符合要求；連墻件是否松動；架體是否有不均勻沉降，垂直度偏差；施工過程中是否有超載現象；安全防護措施是否符合規范要求；架體與桿件是否有變形現象；地基是否有積水，底座是否松動，立桿是否符合要求等。

(5)監測要求及預警。架體搭設期間，監測頻率不超過3～5 d/次；架體使用期間，監測頻率不超過10～15 d/次，要求監測直至腳手架完全拆除。每搭完一步腳手架后，應按表4校正步距、縱距、橫距及立桿的垂直度。架體頂端水平位移預警值25 mm，垂直度變化預警值20 mm或沉降預警值20 mm；監測數據超過預警值時必須立即停止施工，疏散人員，并及時進行加固處理。

表4 腳手架搭設允許偏差及檢驗方法

4.2 施工空間狹小混凝土入倉強度不足

固增水電站調壓井混凝土澆筑分層高度為50 cm，若采用平鋪法施工，混凝土初凝時間按照4 h計算，混凝土入倉強度應達到25 m3/h，根據現場施工布置及入料條件，采用1臺泵機入倉的方式，風險較大；加之采用平鋪法施工，混凝土泵管會在狹長的施工工作面上來回移動施工，安全風險大。

鑒于上述兩點原因，采用臺階法施工，并在閘墩與右端墻交界處設置一道臨時施工縫，縫面設置一道臨時的分縫模板，縫內設置651豎向橡膠止水，寬度為40 cm，混凝土澆筑時，從閘墩處堵頭模板處開始，沿左端墻向右端墻進行，澆筑方法采用臺階法，分層高度為50 cm，每次鋪料長度為20 m，閘墩處可適當調整，一圈澆筑臨近完成時，逐步拆除堵頭模板，并進行縫面處理，在臨時施工縫位置收倉，完成本層澆筑。這樣通過臺階法及臨時垂直施工縫面的設置，既解決了入倉強度較低帶來的混凝土澆筑質量問題，又解決了混凝土泵管來回移動的安全風險，并保證了混凝土澆筑的連續性。

4.3 閘墩處固結灌漿與混凝土澆筑的穿插作業

由于檢修閘門閘墩混凝土部位澆筑厚度較大(最大約8 m)，其他部位主要為1 m，考慮閘墩部位固結灌漿后期鉆孔及混凝土澆筑階段灌漿預埋管的不可操作性，閘墩部位占壓段的固結灌漿采用無蓋重固結灌漿，即在混凝土澆筑前進行固結灌漿施工，其他部位采用有蓋重固結灌漿，在混凝土澆筑時，預埋灌漿管在混凝土澆筑完成后鉆孔灌漿。

4.4 施工交通緊張、材料運輸困難

調壓井混凝土半成品約1.5萬m3，結構鋼筋1 000 t，架管及型鋼約150 t，混凝土施工材料運輸工程量大、難度大，合理利用上下部2條施工道路，對調壓井混凝土順利施工非常重要。為了解決上述問題采取了如下措施:

(1)阻抗板澆筑完成后，在滿足承載力的要求下利用阻抗板儲備部分結構鋼筋及施工架管。

(2)合理規劃施工道路，上部通道主要運輸鋼筋、架管、施工工器具及零星施工材料，再通過穹頂上設置的卷揚機運輸入倉；下部通道，主要承擔混凝土運輸，通過布置在調壓井底部流道上的混凝土泵機輸送入倉[4]。

5 結 語

目前固增水電站調壓室襯砌混凝土已按預定節點完成施工，且質量可控，在施工進度、安全、質量等方面得到了有效的控制。為總結本工程的經驗及教訓，給今后類似項目建設提供參考，歸納了以下幾點：

(1)在調壓井開挖階段，特別是上部穹頂開挖階段，應整體謀劃混凝土澆筑、固結灌漿以及金屬結構安裝的整體施工布置，為后續施工提供良好的條件，特別是井內垂直及水平運輸設備的規劃和實施。

(2)通過排架方案設計化整為零，減小施工排架安全風險，在搭設和使用過程中采用全站儀等監測設備，制定監測方案，為排架的安全，保駕護航。

(3)通過混凝土臺階法施工和臨時垂直施工縫的設置，既可以解決混凝土入倉強度問題，也減少了混凝土泵管多次來回移動，保證了混凝土施工的連續性和澆筑進度。

(4)合理規劃混凝土襯砌與固結灌漿的關系，采用了無蓋重固結灌漿和蓋重固結灌漿相結合的方式，可以有效解決閘墩處固結灌漿的問題。

(5)受限于井內的異型結構，未使用滑模施工工藝，采用傳統的散裝組合鋼模板+施工排架的施工方案，雖可按期完成任務，但工期壓力較大，人工成本增加，安全風險項目增多。