新川沙河工程泵閘異形流道施工質量監控措施研究

梁金凱（上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707）

0 引 言

吳淞江工程是國務院批復的太湖流域防洪規劃、太湖流域水資源綜合規劃等流域重大規劃的綜合治理骨干工程之一，也是國務院批復的重大項目之一。該工程的實施將進一步提高流域區域防洪排澇、水資源配置能力，改善水生態環境和航運條件，是解決太湖流域水利問題的一項重要民生工程。工程建設對上海市城鄉除澇、引清調水、生態景觀和內河航運等都具有顯著效益。

1 項目概況

吳淞江工程（上海段）的新川沙河段的泵閘樞紐工程，是上海段重要的入江口門，建設意義更是重中之重。吳淞江工程（上海段）的新川沙河段泵閘樞紐工程是水利部重大項目之一，是上海地區少有的部級重大項目，也是上海市目前為止規模最大的泵閘工程。工程等別為Ⅱ等，泵閘樞紐主要建筑物級別為1級、次要建筑物級別為3級，防洪標準為防御流域100年一遇洪水，除澇標準為20～30年一遇最大24 h面雨量；泵閘樞紐工程防潮標準為200年一遇高潮位+12級風；抗震設防烈度按7度設防。泵閘由150 m3/s引排雙向泵站和總凈寬60 m節制閘組成，流道層5臺機組采用一列式布置，水泵機組中心距為9.7 m，機組之間隔墩厚1.2 m，邊墩厚為1.6 m，垂直水流方向流道總寬50.5 m。底板順水流方向長46 m，垂直水流方向寬50.5 m。計劃開工日期為2020年10月15日，計劃完工日期為2023年12月30日。2023年5月31日，新川沙河段泵閘樞紐工程完成通水驗收并通水。

2 流道施工重難點分析

（1）流道結構復雜，施工精度要求高。泵站下部異形流道結構復雜，施工精確度要求高，且受支撐影響，施工難度大，流道模板施工是本工程的重難點，泵站內外河流道平面布置圖如圖1所示。

圖1 泵站內外河流道平面布置圖

（2）本工程泵站采用5臺30 m3/s豎井貫流泵，在上海市水利工程同類泵中單機流量和水泵直徑（達3 270 mm）均為最大，水泵制造、安裝難度大。

（3）進一步研究“流道工程施工質量監控措施”，使流道工程質量達到設計及規范要求，對保證工程進度、工程質量、工程安全，以及節約成本具有重要意義。

3 準備階段主要監控措施

3.1 技術準備

3.1.1 運行特性曲線分析

施工前，除認真研究施工圖紙和規范外，為深入了解水泵的運行特性，還著重研究了彎導葉雙向豎井貫流泵正向排澇運行曲線和彎導葉雙向豎井貫流泵反向引水運行曲線，熟悉并分析水泵在正、反向運行時的特性，為流道施工做好技術準備。

3.1.2 物理裝置模型試驗

為進一步驗證水泵物理裝置的可靠性，保證工程質量，經各參建方慎重協商和溝通，委托相關高校和研究單位進行了豎井貫流泵裝置模型試驗，并出具了CFD數值優化報告，得出了試驗結論并提出建議，為后續施工的順利實施奠定了堅實基礎。

3.2 模板工程

施工前，針對異形流道結構，結合以往工程經驗，采用BIM技術建立流道模型，進行分片設計，然后交由廠家按模型進行精細化數控加工制作，生產后由廠家預拼裝，編號后運至施工現場，施工現場再根據分片組裝圖將模版安裝成型，為保證流道結構模板的施工質量打下了堅實基礎。

3.3 材料及溫控措施

3.3.1 膠凝材料選擇

混凝土的水化熱主要由膠凝材料決定，在保證工程質量的前提下，盡量減少水化熱的產生，針對單純使用水泥以及使用水泥、粉煤灰和礦渣三者混合作為膠凝材料的情況，進行膠凝材料放熱速率對比試驗和膠凝材料累積放熱量對比試驗。結果表明混合膠凝材料在這兩方面的試驗結果均優于水泥，因此，選擇混合膠凝材料，有效降低了水化熱。

3.3.2 配合比試驗

根據總體施工方案部署和現場實際情況，流道混凝土施工時面臨諸多不利的因素，主要影響因素有水泵底板的強約束、澆筑長度較長（20～21 m）且厚度較大、結構異形且斷面變化較大、混凝土強度等級較高以及施工時氣溫較高，由此導致流道混凝土結構防控裂縫出現的壓力較大。原計劃4月份澆筑流道混凝土，受疫情影響工期延誤至6月份方可施工。為確保流道混凝土澆筑完成后不出現裂縫，針對原計劃采用的普通混凝土加水管冷卻方案（工況1）和用抗裂混凝土加水管冷卻方案（工況2）2種工況，開展了泵站流道有限元模型工況評估。評估結果表明，工況1的分隔墩混凝土內部點開裂風險超過1.0，開裂風險非常高；分隔墩表面點開裂風險接近1.0，開裂風險很高；工況2的分隔墩混凝土內部點開裂風險控制在0.75以下，分隔墩表面點基本開裂風險在0.4以下，采用抗裂混凝土，補償了混凝土收縮變形，抑制了水化速度，開裂風險得到有效的控制。根據評估結果選擇了采用抗裂混凝土加水管冷卻方案（工況2），有效降低了混凝土的開裂風險。

在此基礎上，委托有關單位做了混凝土配合比試驗，主要根據水泥用量和粉煤灰用量的不同，試驗了4種配合比，并根據混凝土試塊強度試驗結果，優選出最終的配合比，并出具了混凝土配合比試驗報告，作為施工依據。

3.3.3 分倉澆筑順序

（1）設置依據：根據GB 50666—2011《混凝土結構工程施工規范》8.3.11條，超長混凝土澆筑施工可留設施工縫分倉澆筑，分倉澆筑時間不應小于7 d。

（2）流道混凝土總方量約5 000 m3，考慮到澆搗倉面較大，防止上下層澆搗時間間隔過長出現冷縫。

（3）該部位屬于大體積混凝土澆搗施工，由于結構特性，無法留置后澆帶，采用分倉澆搗對大體積混凝土裂縫控制極為有利。

流道澆筑順序示意圖如圖2所示，圖中編號①、②、③為內河側；編號④、⑤、⑥為外河側，編號也對應澆筑順序，0.1高程以下后澆帶如圖“L”樣式。

圖2 流道澆筑順序示意圖

3.3.4 冷卻水管布置施工期間采用預埋鋼管通水冷卻，通水流量為3.0 m3/h，冷卻水管采用直徑為42.4 mm的鋼管，壁厚為2.5 mm，通水時間自開始澆筑至14 d齡期，并采用了智能通水管路系統。該系統主要工作原理是電磁閥在接收可編程脈沖控制儀器輸出的信號后能自動開啟或關閉閥門，從而實現控制水管中的水流的通斷。

3.3.5 智能溫控系統

為適時掌握混凝土內部溫升情況，控制內外溫差在規范允許的范圍內，防止混凝土表面開裂，現場采用了智能溫控系統。該系統包括數字測溫系統和智能通水系統，可實時在線采集混凝土內部溫度和通水流量相關參數，并與通水冷卻系統聯動伺服，便于及時調控。該系統在本工程水閘底板混凝土澆筑過程中已經使用，收到較好效果。

3.4 混凝土生產及澆筑方案

3.4.1 混凝土廠家選擇

由各參建方共同到廠家做全面考察，先后對拌合樓、外加劑添加點、原材料倉庫、廠家試驗室和調度室等做了深入細致的了解，共同商議后確定混凝土供應廠家。

3.4.2 混凝土澆筑方案優化

攻堅克難，申報水務局科研課題并結合開展BIM應用，模擬復雜工況下深基坑大體積混凝土施工，進行多方案比選，大大提高工程方案可視化及可實施性。

場外運輸和場內運輸路線事前認真規劃，初步確定可行線路，并在此基礎上，利用大型車輛實地開行，充分了解各條線路的實際情況，經綜合比較后選擇出最優的場外和場內運輸路線，確保混凝土供應順暢，為流道混凝土順利澆筑打下了良好基礎。

對流道混凝土澆筑需要使用的主要設備在專項方案中做了計算和分析，監理工程師認真進行了核對，并逐件檢查，保證能正常使用且落實到位。

3.4.3 物聯網監控混凝土生產

采用物聯網技術，通過物聯網實時監控混凝土的生產和運輸情況，及時跟蹤發貨進度和運輸車輛行程，確保澆筑過程中混凝土的及時供應和調度，保證混凝土澆筑過程連續、可控，效果明顯。

4 實施階段主要監控措施

4.1 加強混凝土生產管控

在澆筑前3 d，前往混凝土廠家對原材料及生產、運輸設備配置情況進行檢查，合理選擇運輸時間，確定最優路線。

混凝土澆筑前，在混凝土廠家進行原材料取樣檢測，檢測材料的含泥量、含水量等指標，確保原材料滿足施工要求。

混凝土生產過程中，要求對骨料采取適當的噴淋降溫措施，降低混凝土的出機溫度，提高混凝土流動度，減少混凝土坍落度損失；對碳纖維添加過程進行旁站，確保添加量滿足設計要求；安排人員駐場對混凝土生產與運輸情況進行實時監督，督促混凝土廠家供料不間斷，防止澆筑間隙時間過長產生冷縫。

混凝土澆筑過程中，核實每車混凝土的強度等級、澆筑部位和方量，每100 m3相同配合比的混凝土做1次坍落度試驗，嚴格控制混凝土坍落度在14±2mm之間。

4.2 加強混凝土澆筑管控

在混凝土澆筑前，督促項目部組織管理人員向操作班組進行技術交底，使其掌握澆搗方案、質量要求和關鍵部位的施工工藝；由于流道高度超過2 m，為防止混凝土澆搗離析，下料前在各個倉面間隔設置下料串筒，確保混凝土自由下料高度不超過設計要求，混凝土澆筑過程逐層上升，保證在下層混凝土初凝前澆筑上層混凝土。

混凝土澆筑過程中，安排專人負責檢查模板，同時，為控制單側模板的側壓力，采用平鋪法進行混凝土澆筑，確保模板在混凝土澆筑過程不發生變形、移位。

安排專人負責用振搗棒進行振搗，振搗時深入下層5～10 cm，當進行邊墩、中墩等與流道結合部位的混凝土澆筑時，在澆筑至流道頂標高時應間隔15～20 min再進行吊模部位澆筑，防止混凝土側冒；加強混凝土振搗質量控制，做到不漏振、不超振；在混凝土初凝前和混凝土預沉后、終凝前2 h采取2次或多次抹面壓實，防止混凝土表面產生細小裂縫。

4.3 加強澆筑層施工縫面管控

在澆筑混凝土前，對已硬化混凝土表面進行處理，清除垃圾、表面松動石子和軟弱混凝土層，同時加以鑿毛，并用水沖刷干凈且充分濕潤，及時清除表面積水；同時清除鋼筋上油污、水泥砂漿及浮銹等雜物；施工縫位置的鋼筋回彎時，做到鋼筋周圍的混凝土不受松動和破壞，并根據受力情況設置抗裂鋼筋。

4.4 加強混凝土養護管控

混凝土澆筑完畢后，及時安排作業人員進行抹平收光處理，并及時進行養護，完成澆搗后，先在混凝土表面覆蓋一層塑料薄膜保濕，再覆蓋一層土工布進行保溫。及時開展混凝土灑水養護措施，混凝土養護期間嚴格按照有關規范要求進行，養護時間不少于14 d。

4.5 加強混凝土溫度管控

泵站流道混凝土澆筑屬于大體積混凝土澆筑，本工程通過在混凝土內部預埋水管，利用智能溫控系統，來控制冷卻水的開關及流量，確保流道混凝土內外溫差不超過規范要求，較好地實現了溫度控制，有效預防了溫度裂縫的產生。

4.6 加強模板拆除管控

混凝土養護齡期達到規范要求后，經同意后進行拆除模板作業。模板拆除前，項目部對作業人員進行技術交底，使用專用拆模工具，杜絕現場野蠻拆除作業，確保混凝土不受磕碰和損壞，保證外觀質量；拆除過程中，嚴格按照規范及方案要求，根據混凝土強度等級、溫度及濕度進行模板拆除作業，側模拆模時間控制在混凝土澆筑完成后不少于7 d。拆除作業選在白天溫度較高時段，確保結構內外溫差≤20 ℃時進行拆除，拆模后及時覆蓋養護，防止混凝土出現裂縫。

5 實施效果

混凝土澆筑施工過程規范有序，嚴格按照方案實施，混凝土供應及時，泵站流道混凝土澆筑時間、間隔時間等均滿足規范要求，模板無變形、位移及破壞等情況，澆筑過程順利完成，未發生任何意外情況。

澆筑完成后及時開展養護工作，采用智能溫控系統，將內外溫差控制在規范允許的范圍內，未超過標準要求；到期拆模后，現場實體混凝土表面平整、光滑，線條順直，結構尺寸偏差通過實測滿足設計及規范要求，無露筋、蜂窩、麻面、孔洞、夾渣、疏松、裂縫、外形缺陷等情況，混凝土外觀質量較好。

施工單位現場制作的混凝土試塊和監理部制作的平行檢測試塊28 d檢測報告均滿足相關規范要求。

6 結 語

6.1 加強事前預控，重視技術準備

本項目意義重大，各參建方高度重視，在事前預控方面做了充分策劃并認真落實，先后開展了運行特性曲線分析、物理裝置模型試驗、利用BIM技術優化了鋼模板分片設計和加工、膠凝材料選擇和配合比試驗，以及開展了大體積混凝土課題研究等技術準備，為后續流道混凝土的順利施工奠定了堅實基礎，收到較好的效果，值得總結和推廣。

6.2 嚴格過程管理，確保施工質量

施工過程中，嚴格按照前期技術準備和專項施工方案實施，程序嚴謹，措施到位，過程順利、有序，按進度計劃圓滿完成工程任務，未發生任何工程質量和安全事故，確保了流道混凝土澆筑質量。

6.3 推進智能監控，提升管理水平

大型水利項目采用智能監控措施已基本形成了趨勢，中、小項目尚在探索過程中。本項目先后應用了物理裝置模型試驗、BIM技術、有限元模型評估、智能溫控和物聯網監控等先進技術，初步實現了用數據說話、過程實時監控以及科學決策，保證了工程質量，切實提升了現場管理能力和水平，也為進一步推動中、小型水利工程智慧工地建設做出了有益的探索和嘗試，具有重要的意義。