堰閘段泄水底孔鋼板襯砌施工實踐

梁 丹，韋慶華，梁 毅，裴承若

（廣西水利電力職業技術學院，南寧 350003）

1 概述

巴基斯坦阿萊瓦水電站總裝機容量為2×60.5 MW，是一座高水頭、長隧洞引水式水電站，凈水頭為687.0 m。混凝土壩由左副壩段、進水口壩段、堰閘壩段和右副壩組成，最大壩高65 m，壩軸線長120 m，頂寬10 m，最大底寬42 m。堰閘壩段設3 個泄水底孔，孔口尺寸為7.0 m×8.5 m，進口體型為橢圓形。本工程河流為山區河流，曾受2005 年里氏7.6 級南亞大地震影響，河流推移質顆粒大且含量高，堰閘段的泄流底孔和消力池的過流表面均要承受高速推移質水流的沖刷，故要求采用厚度為30 mm的Q345B鋼板對堰閘段的泄流底孔進行底襯和側襯，鋼襯總面積約1512m2，共計421.3 t。底襯下凈空不足500 mm，錨筋一端與底襯肋條相焊接，另一端與預埋的錨板焊接，布置規格為@500×1000 mm。

本工程過流面襯砌施工的重點難點：

（1）工作面非常狹窄，支撐加固難度大，混凝土下料平倉振搗困難。

（2）工期緊張，堰閘段的底襯和側襯安裝和襯板下混凝土澆筑占直線工期，會影響蓄水節點目標。

以底襯為例，施工程序見圖1。

圖1 施工工序圖

2 鋼襯板的加工與安裝

2.1 鋼板加工

（1）下料。將底襯鋼板和側襯鋼板分為直段和彎段下料。直鋼板為整體型鋼板，如圖2 中編號為S2、S5、S6 的底襯板以及多數側襯板。彎曲襯板應根據軋制機的軋制寬度限制進行切割，比如底板S23 的整板尺寸為1998 mm×6996 mm×30 mm，寬度6996 mm已超出現有卷板機2.5 m的軋制寬度上限，需切成三塊卷制，相應襯板號分別為S23-1、S23-2、S23-3，各板全部進行對應編號[1]。

圖2 泄洪道側面鋼襯板編號

（2）卷板和裝配。為便于檢查軋制精度，在正式卷板前應按照設計半徑制作一塊對照檢查用的鋼樣板。正確軋制的成型板放置在有支撐的平臺上或平整地面上，避免撞擊等導致曲率半徑變形。分開卷制的鋼板，如S23-1、S23-2、S23-3在后方工作間完成拼裝成S23。考慮道路運輸條件和工作面采用門機或塔機進行提升安裝，除與閘門槽連接的后期封板為獨立塊外，在合理加固前提下，可在工作間將兩塊相鄰的板焊接在一起，以減少現場焊接工作量，加快施工速度。

（3）焊接和運輸。拼焊前再次檢查尺寸方向正確后進行自動埋弧焊接。所有的工作間焊縫均需超聲檢測并達到I 級焊縫標準，同時按圖紙平整度要求對焊縫進行打磨。鋼襯瓦片經工程師檢查合格和同意后用平板車運輸至工地EL.1210 平臺，再由施工門機轉運至工作面。

2.2 鋼襯安裝和加固

（1）安裝準備。清理工作面內預埋錨板的表面沾漿，測量放出每個閘孔中心線，沿水流方向距離閘孔中心線4 m 處清晰標記出WU0-006.200、WU0-002.350、WD0+007.180 和WD0+0 032.400 樁號以及EL.1211高程點。

（2）底襯板安裝。底襯和側襯的安裝方向均為自下游向上游推進，以2 塊板為一組，共10 組安裝順序第一組為S24、S23和S22。

第一步：24#、23#、22#鋼襯板的安裝、調整和固定→第二步：21#、20#、19#鋼襯板的調整和固定→第三步：22#、21#鋼襯板的焊接→第四步：18#、17#、16#鋼襯板的安裝、調整和固定→第五步：19#、18#襯板的焊接......最后，安裝和調整1#鋼襯板，并與2#鋼襯板焊接，最后一項工作是各段鋼襯板接縫的打磨。

相鄰兩塊鋼襯板在車間完成焊接組合，相對于全部鋼襯板在現場安裝和焊接，可大幅減少工作量，比如S24、S23 鋼襯板。考慮到在大量鋼襯板安裝的過程中，沿水流方向上，安裝的總長度累積的誤差可能超過規范要求，應調整靠近閘門槽嵌入部分的板和最后一塊待安裝的板。安裝卸料底孔底板后，應考慮兩種動力墊，一種是安裝后固定鋼襯，以防止鋼襯因重力下沉，固定強度不得造成鋼襯局部凹陷，另一種是二期混凝土澆注時，混凝土振動會壓迫鋼襯，使鋼襯浮起或局部凸起。

3 鋼襯部位的加固與混凝土澆筑

3.1 鋼襯的加固

（1）鋼襯拼縫、固定。鋼襯固定主要通過底座支承固定、鋼襯板內部支撐、外部型鋼斜拉固定3種方式，（如圖3）鋼襯板外支撐待混凝土澆筑完成后拆除，支承的鋼架與側向拉型鋼則與鋼襯板一道永久埋于混凝土內，待澆筑混凝土時，鋼襯板兼作為混凝土模板[2]。

圖3 鋼襯板加固示意圖

（2）制作支承鋼架初步固定。鋼襯板定位后，將焊接固定在底襯板的板肋上的支腿，并將其與軌道焊接連接，使鋼襯板與支承鋼架形成一個剛性整體結構。

（3）側面進一步固定。為防止混凝土澆筑時，由于鋼襯兩側混凝土澆筑不均衡而造成其發生側向移動，在鋼襯兩側沿水流方向布置槽鋼側向拉桿。

（4）內部支撐型鋼的制作安裝。在混凝土澆筑時，因為高流態的混凝土將對鋼襯板的側向和頂部形成巨大的壓力，進而造成鋼襯變形，必須在鋼襯內部設置內支撐結構。根據工程施工合同，鋼襯制作單位應按框架單元（包含鋼襯安裝內支撐）交付安裝單位，但因本工程鋼襯結構形式不適用于框架組裝后安裝，因此將鋼襯單節框架組裝焊接、內支撐制作及裝配交由安裝單位完成。內支撐根據鋼襯分節情況，一般取距管口0.5 m進行布置，并將各榀內支撐連接成剛性較強的整體。

3.2 混凝土澆筑方案

溢流面的混凝土采用二期澆筑法，鋼襯底部采取預留臺階，鋼襯焊接及鋼筋安裝等作業完成后，底部臺階至鋼板間高度約1.8～1.5 m，（如圖4所示）溢流面采用高流態混凝土澆筑，由施工門機提升料罐至鋼襯板上預留的進料口，或者鋼襯側面受料點，混凝土靠流動性填充倉面。局部門機無法澆筑的部位，在鋼襯板底部靠近中間底板區域在鋼襯底板設置下料孔，采用泵送混凝土入倉，在鋼襯板擋墻的下游上斜段底部區，以及鋼襯下游尾部安裝集料斗和溜槽，輔助門機料罐進料。

圖4 預留空腔二期混凝土澆筑

鋼襯板底部澆筑混凝土由于振搗較為困難，采用擴散度控制在550～600 mm 的自密實混凝土，混凝土通過鋼襯預留孔進料后流入倉面，通過人工手持振搗棒從側面振搗，采用長柄振搗棒和軟管振搗棒在鋼襯板底部下料孔部位進行平倉振搗，并增加混凝土流動范圍，充分利用鋼襯底部灌漿孔排除空氣，保證混凝土充滿倉面，排除空氣，直至澆筑高程高于鋼襯底板。

在混凝土澆筑質量控制上，為保證鋼襯底部澆筑密實，及時排除氣體是關鍵，每節鋼襯底板中部，分別布置有孔徑Φ25 mm 的排氣孔，以及Φ200 mm混凝土下料孔，（如圖5 所示）局部采取泵送混凝土從鋼襯底板下料孔送料補充澆筑的手段，以保證倉內混凝土填充密實。澆筑過程中，安排專人采用錘擊法檢查鋼襯底部夾氣脫空情況，如果排氣孔排出的是振搗產生的泛漿，即可判斷鋼襯底部的混凝土已經充填飽滿。

圖5 鋼襯板預留進料孔和排氣孔

在混凝土澆筑完成后，待混凝土硬化，也可以通過敲擊的方式檢查鋼襯底部與混凝土結核面的脫空情況，并繪制脫空分布圖。經檢查，本項目的鋼襯底板與底部混凝土的脫空厚度為0.2～1.1 cm之間，脫空面積占鋼襯總面積約18%左右。

3.3 鋼襯變形控制

在鋼襯板內部澆筑高流態混凝土，由于初凝時間相對滯后，在澆筑過程中，需防止混凝土產生的壓力，造成鋼襯板的抬動變形，為此，鋼襯內應安設支撐、鋼襯外兩側通過斜拉桿的加固必須非常牢固。并對澆筑過程嚴格控制，比如鋼襯底板范圍內兩側應均勻下料，兩側澆筑高差應控制在50 cm之內。本項目通過安裝抬動變形觀測儀，對鋼襯底板進行監控，澆筑過程中安排專人觀測、記錄變形移位，確保鋼襯板的抬動變形量控制在0.1 mm的范圍內。

4 鋼襯板的接縫灌漿

4.1 制漿系統

鋼襯接觸灌漿有范圍大，但是耗漿量小的特點，擬現場搭設臨時制漿站配制漿液。接觸灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度42.5 MPa，細度小于80 μm，水泥的其他質量指標需符合現行國家規范的要求。施工前采購并加工預埋可重復接觸灌漿管的灌漿主管、支撐固定裝置。使用前要進行壓力試驗，驗證并記錄灌漿管出漿口可打開和閉合的壓力。

4.2 接觸灌漿埋管

在鋼襯板的內側埋設接觸灌漿埋管，埋管采用可重復灌漿管，用焊槍在鋼襯板的肋板上開出半圓孔，灌漿埋管從半圓孔中過，并用專用的固定卡緊貼固定在鋼襯板內側。在可重復灌漿管兩側端部用Φ20 mmPVC管相接，其中一根作為進漿管，另一根作為回漿管、排氣管，以及灌漿管。各種功用的管在安裝完成后，用塑料布封口做好保護，并作好標記，避免后續灌漿施工中出現混淆。在混凝土澆筑過程中，特別注意保護管口不被破壞。在施灌之前，必須對灌漿管路進行全面檢查，確保管路無堵塞的現象。

（1）灌漿主管預埋。灌漿主采管采用PVC 管材，埋設方式與充氣拔管基本相同，把PVC 管材貼合安裝在鋼襯板底部表面，并保證與充氣拔管的布置相垂直，并利用鋼襯加勁肋板上的開孔，把灌漿主管與所有的充氣拔管節點串聯起來。

（2）排氣管預埋。當預埋灌漿的拔管的布設，超出了鋼襯板所需的接觸灌漿范圍，用三通管將所有的灌漿拔管連接到Φ25PVC 管件，將多余的灌漿液引排出倉面，并同時作為排氣及回漿管。

（3）預埋充氣管拔管。混凝土澆筑前，首先對預埋拔管進行充氣，待混凝土澆筑完畢，混凝土已經初凝后，放干預埋充氣管中的空氣，使埋管脫離混凝土，人工從埋管引出部位將預埋充氣管抽出，最終形成接觸灌漿通道[3]。

4.3 灌漿管路連接及通氣檢查

溢流面底部混凝土澆筑完成后，在各個拔管節點部位將Φ32 mmPVC 灌漿主管割開，使其與埋設形成的拔管灌漿通道連通，將空壓機接入拔管，并吹入高壓風，檢查灌漿通道的連通情況。同時，灌漿前對襯砌混凝土的施工縫或施工缺陷、倉號兩端堵頭進行全面檢查，對可能漏漿的部位進行事先封堵處理。

4.4 接觸灌漿

在堰面混凝土澆筑完成28 d，達到齡期強度后，即可開始鋼襯板接觸灌漿施工，為減緩漿液干縮對灌漿質量的影響，本項目在秋冬季節施灌。接觸灌漿由低處孔向高處孔灌（自下游孔向上游孔）；先灌1 管，在2、3 管回漿量、濃度與進漿量、濃度相同時再將1、2、3 并管灌注；灌漿時注入水灰比為0.5∶1 的水泥漿，灌注壓強取0.2 MPa。當達到設計壓力后，灌漿孔停止吸漿，并繼續灌注5 min即可結束灌漿；每次完成灌漿后，用低壓水流沖洗灌漿管。

堰面水平鋼襯板的接觸灌漿，采用抬動觀測儀進行監控。在施工前，將抬動觀測儀表安裝在灌漿部位鋼襯板內表面，觀察儀表的擺動，在灌漿過程中追蹤控制施灌壓力[4]。

5 結語

在阿萊瓦水電站堰閘段泄流底孔及消力池的鋼襯板制作安裝、混凝土澆筑和接觸灌漿的施工中，可以總結出以下幾個要點：

（1）泄洪道鋼襯板的制作和安裝是確保水利工程安全運行的重要環節。通過采用現代化的制作工藝和標準化的施工，在后方場地預制拼裝鋼襯板，可大幅提高鋼襯板的安裝效率，本項目通過預拼裝的方式，將計劃工期縮短了近一個月的時間。

（2）混凝土澆筑是構建泄洪道結構的關鍵步驟。通過科學合理的澆筑工藝和正確選擇混凝土材料，可以保證結構的強度和耐久性，并達到設計要求。

（3）接觸灌漿是為了確保鋼襯板與混凝土之間具有良好的粘結性能。選擇合適的灌漿材料和施工工藝，以及密實的施工操作，可以提高接觸灌漿層的質量，保證工程的安全可靠性。

高速過流堰面的鋼襯板制作安裝、混凝土澆筑和接觸灌漿，是高水頭水電站施工的質量控制的關鍵工序，對于保障工程的正常運行和安全性具有重要意義，通過本項目施工過程的研究和總結，可以提供一些有益的建議和指導，為相關工程的實施提供參考。