混凝土分层倒挂施工在柳坪水电站调压室的成功应用

寇有权，曹 勇

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072)

1 前 言

柳坪水电站工程位于四川省阿坝藏族羌族自治州茂县境内，是黑水河干流水电规划“二库五级”开发方案的最下游一个梯级电站。电站装机3台，容量120MW,引水式发电。调压室布置在引水隧洞末端，采用阻抗式，埋藏于地下。井筒呈长而窄的矩形，开挖长133m、宽13m，俯视成30°夹角的“折线”型结构，立面成“中”字型结构，内置闸墩设三孔检修闸门。调压井平面、立面结构分别见图1、2。在中部高程1 819m调纵0+66.7m，布置6m×6m的城门形交通洞；下游高程1 802m调纵0+11.5m，布置6m×5.5m的城门形2号施工支洞。调压室穹顶开挖高程分别为1 827.711m(中部)和1 811.711m(两侧)，底板开挖高程分别为1 743m(中部)和

1 752m(两侧)，最大开挖高度84.711m。调压室内共设计86根钢筋混凝土横向支撑梁(长×宽=1.2m×3.0m)，井壁衬砌混凝土厚1.38m，最大高度81m。

基岩为泥盆系危关群下段第三亚层，千枚岩、砂质千枚岩夹薄～中层变质石英砂岩，千枚岩出露机率较高，岩体多为弱风化、弱卸荷，呈薄层状～块裂结构，以Ⅳ～Ⅴ类围岩为主, 层面裂隙发育，岩体完整性差。

2 施工难点

柳坪水电站调压室设计石方开挖11.5万m3，混凝土4.5万m3，钢筋4 000t。其施工规模及难度，在同类型工程中位居亚洲第一。柳坪水电站超大矩形调压室施工难点：(1)各工序之间穿插频繁，干扰大，安全问题突出；(2)施工材料运输手段单一，人工投入大，机械利用率低；(3)混凝土在调压室内的运输管路长，且由上向下，难度大；(4)井壁混凝土采取倒挂浇筑，施工期间高直边墙的安全、质量风险大。

图1 调压井平面布置

图2 调压井立面布置

3 方案的优化

调压室穹顶开挖衬砌完成、井身开挖至高程1 795m以后，井身开挖与井壁浇筑穿插进行。如果井身每层下挖4.0m，井壁随即浇筑一层，开挖超前混凝土浇筑6m,井壁与相应的对称梁同仓浇筑，在对称梁处适当调整浇筑高度。此方案虽然能保证井壁在施工过程中的稳定，但是混凝土工作面在水平方向移动过于频繁，混凝土与开挖施工干扰太大，同时产生大量的反向施工缝，增加了工程成本，还可能危及调压室的安全运行，并制约工程进度。

经过分析柳坪调压室施工的难点与特点，结合同类型工程的施工经验，将调压室井壁混凝土按高程和施工时段划分为三层施工区，即(1)高程1 795.5～1 824m、(2)1 779.5～1 795.5m、(3)1 753.5～1 779.5m(见图3)。随着开挖下一层，井壁混凝土进行上一层向上浇筑，总体上倒挂进行，每个施工区由下向上施工，一期支护及钢筋安装紧跟开挖面下降。这样最大程度地加快了施工进度，尽可能避免开挖、一期支护、混凝土、灌浆等工序之间的相互干扰，保证施工期间井壁的稳定，同时减少井壁混凝土反向施工缝数量，保证防渗效果。

4 主要施工方法

4.1 穹顶部位

分区完成开挖及混凝土浇筑，包括穹顶混凝土及2m井壁直墙(直墙下部锁口)；再向下进行井身作业。难点在井身高直墙开挖与浇筑。

4.2 井 身

高直墙开挖及井壁混凝土浇筑按分层及分区平行交叉作业。

4.2.1 施工分层分区

图3 调压井立面分层分区布置

将所分的三层施工区每层按平面位置关系再分为三个区，即Ⅰ区(2号施工支洞一侧)为桩号0+00～0+49.2；Ⅱ区(中部)为桩号0+49.2～0+84.2；Ⅲ区为桩号0+84.2～0+133。

4.2.2 施工流程

总体思路：在井壁高程1 795.5m(第一层对称梁高程)、1 779.5m(第三层对称梁高程)浇筑对称梁及梁间井壁混凝土，在空间上形成两条封闭混凝土带(包括对称梁)满足整个井身施工期稳定，同时创造开挖与浇筑上、下分层分区同步进行条件。即在第二层施工区开挖过程中，进行第一层施工区已浇对称梁以上井壁混凝土施工，第三层开挖过程中进行第二层混凝土浇筑作业。第三层开挖结束后，第三层井壁混凝土由高程1 753.5m向上浇筑至1 779.5m高程，整个井壁边墙混凝土浇筑完毕。最后进行高程1 795.5m、1 779.5m两水平反缝处理。为保证井壁悬挂混凝土稳定，所有对称梁与井壁衬砌钢筋连为一体不得断开，所有衬砌钢筋与一期支护锚筋弯勾焊接。

调压井分层分区开挖及衬砌施工流程见图4。

图4 调压井分层、分区开挖及衬砌施工流程

4.2.2.1 第一层高程1 795.5～1 824m施工

调压井Ⅰ区、Ⅲ区第一层对称梁高程1 795.5m，Ⅱ区第一层对称梁高程1 800m。混凝土浇筑滞后开挖6m。井身整体开挖至高程1 794m后：

(1)Ⅱ区施工

a.Ⅱ区留渣体高程1 794～1 796m，以1 796m高程渣体顶面为施工平台，对称梁下部满堂脚手架(底部槽钢铺设固定)，进行Ⅱ区第一层对称梁(高程1 800～1 804m)浇筑作业。为保证在Ⅱ区对称梁浇筑过程中，Ⅰ区、Ⅲ区的正常开挖支护作业,对称梁脚手架搭设城门形悬空架。在13m跨度对称梁支撑脚手架中，中部预留4.5m宽度不设脚手架作为过车通道，通道顶部支撑采用9m型钢铺设在两侧脚手架上，按剪力结构焊接牢固满足对称梁底模支撑。

b.Ⅱ区对称梁范围内混凝土达设计强度后，拆除支撑平台，进行1 794m高程下部开挖。

c.Ⅱ区1 804～1 824m高程井壁边墙混凝土，在对称梁待强时段以及下部一期支护时段，由高程1 804m向上进行井壁混凝土浇筑。

(2)Ⅰ区、Ⅲ区施工：开挖至高程1 790m，预留渣体高程1 790～1 792m,以高程1 792m为施工平台进行Ⅰ区、Ⅲ区第一层对称梁范围(高程1 795.5～1 799.5m)浇筑,混凝土达强度后，进行高程1 790m下部开挖，在下部一期支护期间进行Ⅰ区、Ⅲ区高程1 799.5～1 808m井壁边墙的混凝土浇筑。

4.2.2.2 第二层高程1 779.5～1 795.5m施工

(1)该层施工工艺同第一层。

(2)在高程1 779.5m对称梁达强度后，高程1 787.5m对称梁底模承重排架搭设在下层对称梁高程1 779.5m上。在下层已浇筑对称梁上水平铺设3根I20工字钢。同时在待浇筑对称梁之间用φ48钢管按照剪力结构牢固连接。下层对称梁受力及承重排架经计算均满足要求，所有对称梁底模按1%的坡比起拱进行拼装。

4.2.2.3 第三层高程1 753.5～1 779.5m施工

第三层整体空间跨度过大(133m长井身整体悬高25m)，考虑:满足井身施工期稳定、减少层间混凝土施工反缝和开挖浇筑工期总体平衡三个因素，在开挖过程中完成高程1 767.5m对称梁(第五层)施工，梁间井壁混凝土不作考虑。待开挖至调压井底部(高程1 753.5m)后，由底部向上进行井壁及剩余对称梁施工。

4.2.2.4 反向施工缝接缝部位处理

5 运输系统布置(见图5)

由于开挖与混凝土同步穿插进行，调压室整体开挖至高程1 794m开始浇筑井壁混凝土后，材料直接运至工作面施工干扰较大，也无法利用吊车起吊；同时调压室平面有一30°的夹角，不能参照地下厂房一样布置行车。经过论证分析，按照以下措施布置运输系统：(1)在调压室正对交通洞的中部穹顶高程1 826.5m，沿调压室轴线方向布置一台CD1型5t电动葫芦，轨道长度30m，电动葫芦起吊高度75m。(2)在调压室内正对交通洞1 819m高程，修建一座临时桥，设计净跨10m，桥面宽度6m,基础置于井壁边墙混凝土上,桥体承重结构采用Ⅰ30和Ⅰ28工字钢，用[10槽钢横向焊接，桥面铺5mm花纹板，设计荷载30t。桥建成后与中部穹顶电动葫芦配合，作为以后运输材料的垂直通道。(3)在调压室第一层对称梁下，沿上下游井壁通长布置2台CD1型5t电动葫芦。 材料由自卸车运至临时桥上，经中部电动葫芦下吊到建基面，再由上下游井壁电动葫芦转运至工作面。在第三层对称梁浇筑以前，电动葫芦作为材料水平、垂直运输工具；第三层对称梁浇筑后，水平运输采用电动葫芦配合建基面的机械运输，在水平运输至作业面同一垂直部位后，由电动葫芦进行垂直运输至指定面。(4)下游1 802m高程施工支洞钢楼梯→调压室高程1 799.1m(第一层横撑上)沿井壁四周宽2.0m的钢结构安全走道→0+90m上游井壁，预埋[10槽钢(混凝土浇筑前，先焊接在钢筋、锚杆上)，安装成0.75m×2的双跑楼梯(楼梯两侧用φ25圆钢焊接扶手，楼梯与水平面夹角控制在45°，间隔5m高设置一个休息平台)→接近开挖面处，设置6m高的移动式钢爬梯，构成调压室的人行安全通道。所有临时通道，则根据施工需要进行调整。

图5 调压井运输系统布置示意

6 钢筋施工工艺

柳坪调压室井壁钢筋型号较单一(φ32、28、25)，且异型钢筋数量少，但是工作量大，人工投入多。井壁钢筋紧随开挖面下降，由上至下进行。钢筋安装与开挖在平面上同步，在立面上则错开进行。人工搭设脚手架作为操作平台，人工配合电动葫芦吊运。外侧钢筋利用φ25“L”形钢筋焊接在井壁锚杆上。钢筋采用目前广泛推广的直螺纹套筒连接。钢筋端头采用砂轮锯切割，不得采用电气焊切割；经加工的钢筋直螺纹丝头的牙形、螺距等必须与连接套一致。加工钢筋直螺纹时，采用水溶性切削润滑液，不得用机油润滑或不加润滑液套丝，加工完后加装保护套。钢筋套筒是连接质量的关键，其加工工艺复杂、要求高，在专业厂家生产，出厂的套筒须有质检证明。在钢筋直径发生变化的高程1 774.5(高程1 776.0)m，利用变径套筒连接。钢筋制作安装、试验应符合DL/T5169-2002《水工混凝土钢筋施工规范》的要求。

7 模板施工工艺

调压室井壁大面模板与一般混凝土工程类似，按照常规模板工艺进行。关键是反向施工缝的底模处理。为便于进行混凝土施工反缝的打毛处理，底模大面用φ25螺纹钢铺设；在距混凝土迎水面20cm时进行止水条安装，采用一块P1015钢模板铺设；井壁反缝支撑处理，第一层对称梁间井壁混凝土反缝模板支撑，由简易承重架和斜拉吊筋共同承担。经过验算，沿水平方向间隔0.5m布置3根φ25(圆钢)斜拉筋，斜拉筋上端与锚杆焊接(每仓范围内的锚杆，经过验算，抗剪强度满足要求)，下端与底模主筋焊接，拉筋两端加工成半圆形。第三层对称梁混凝土以下部位井壁反缝模板由专用夹具支撑，夹具安装在井壁竖向φ28钢筋上(井壁钢筋与已浇部位钢筋及系统锚筋连为一体)，布置间距0.5m，每排2个。夹具安装、拆卸方便，安全可靠，节省材料，可重复使用。

8 混凝土施工工艺

调压室混凝土垂直高度大，采用HB60高压泵输送。对井壁高程1 779.5m以上部分，将混凝土泵布置在交通洞洞口，由上向下输送，最高垂直距离40.5m；对井壁高程1 779.5m以下部分，混凝土泵布置在调压室底部，由下向上输送，最高垂直距离33.5m。混凝土由上向下输送，在工程中是一种大胆尝试，混凝土拌和物质量，是保证能否正常泵送的关键。通过试验调整混凝土配合比，控制骨料级配，掺入缓凝高效减水剂和引气剂，增加混凝土的流动性，可以解决堵管问题。

经过统计，在施工过程中，混凝土采用二级配(严格控制各级骨料的超、逊径含量，并避免混仓)，出机口坍落度18～20cm，水泥掺量400～450kg/m3(根据强度等级调整)，KLM-G1型缓凝高效减水剂掺量为胶材的0.9%(使用时配制成10%的溶液，掺减水剂溶液时引入的水量应从混凝土实际用水量中扣除)，KLM-H型引气剂掺量为胶材的0.5/万，将混凝土拌和物含气量控制在3.5%～4.5%。混凝土拌和物各种原材料经充分搅拌均匀，能够满足正常泵送需要。当原材料的品质发生变化时，随时调整配合比。

调压室井壁和对称梁一起浇筑，混凝土仓号大，必须及时振捣，控制浇筑上升的速度。浇筑按一定厚度(30～50cm)、次序、方向分层进行，浇筑面应平整、均匀上升。混凝土振捣、施工缝处理必须满足DLT5144-2001《水工混凝土施工规范》的要求。

9 反向施工缝处理(见图6)

井壁混凝土采取倒挂浇筑有多达600m的反向施工缝，其施工质量直接影响调压室井壁的防渗效果及运行期间的安全。采取如下工程措施处理反向施工缝：斜铺上层混凝土底模、打毛上层混凝土、安装膨胀止水条、接缝灌浆、浇筑膨胀混凝土。

浇筑上层混凝土时，将倒挂混凝土底模向下倾斜45°，以利于下层混凝土顺利入仓填满空腔和使上下层混凝土紧密结合。钢筋在施工缝处均不能截断，并按照规范要求将接头错开。上层混凝土达到规范要求的拆模强度时，才能拆除底模。底模拆除后，清除上层混凝土底部的杂物，敲掉铺钢筋范围混凝土的棱角(避免应力集中)，打毛混凝土。毛面应符合规范要求。

图6 井壁反向施工缝处理示意

清理铺设P1015钢模的混凝土面上的尘土、杂物等，露出坚硬基底，经清洗、干燥后，迅速用棉纱再次将10cm宽的条带擦净，利用腻子型(BW)遇水膨胀止水条(2cm×3cm)自身的粘结性，将止水条直接粘贴在上层混凝土底部，接头处侧向搭接不小于5cm，不得留有断点。再用高强水泥钢钉，间距50cm，将止水条固定在上层混凝土底部。止水条固定完毕浇筑下层(三角形区域)的膨胀混凝土时，才撕下隔离纸。下层混凝土浇筑后，止水条遇水膨胀，既能堵塞存在的毛细孔隙，又可使其混凝土界面的接触更加紧密，从而产生较大的抗水压力，形成不透水的可塑胶体，具有较强的平衡自愈功能，可自行封堵因混凝土沉降、收缩而出现的新的微小裂隙。

下层混凝土浇筑至反向施工缝底部下30cm时(整仓浇筑至同一高程)，改浇C20W6F50微膨胀混凝土。微膨胀混凝土配合比由试验室提供，膨胀剂采用JX-DX1型，掺量为水泥的8%。当难以采用混凝土输送泵入仓时，采用人工协助入仓。当难以采用振捣器时，改为人工加强振捣密实。施工反向施工缝时，安排专职质量、技术人员值班，控制混凝土原材料、拌和、运输、振捣、封模、止水保护等关键工序的质量。

上下层混凝土浇筑完成后，采用YT28气腿钻，穿过缝面钻孔(浇筑下层混凝土前，预埋φ50mm的PVC花管)，孔径50mm，深入基岩1.0m，孔距2.0m，灌浆压力0.5MPa(与设计固结灌浆参数一致)，灌注纯水泥浆。灌浆采用3SNS高压灌浆泵施灌，采用GJY-2000型灌浆自动记录仪测记灌浆过程。

10 小 结

柳坪水电站调压室在整个施工期内，通过对埋设在穹顶及井壁围岩内的原型观测仪器所采集的数据进行的分析表明，围岩始终未发生有害变形，始终处于稳定状态，施工安全得到了有效控制。柳坪水电站调压室施工设立的“超大矩形调压室中工程安全及安全生产课题研究及应用”项目获得了中国水电建设集团公司“2009年度科技进步三等奖”。在施工进度和施工质量控制方面，也取到了显著的成果，柳坪电站调压室“QC”小组荣获“2008年度全国优秀质量管理小组”称号；柳坪电站厂区枢纽工程被四川省建设厅授予“天府杯银奖”。

随着水能资源开发的不断推进，受地形、地质及水力条件约束，在我国西南山区，将修建更多的调压室工程。柳坪调压室的成功经验，为以后开发建设类似的工程提供了宝贵经验和参考价值。

(1)工程进场以后，必须分阶段、综合全面地布置运输、起吊系统。

(2)合理组织协调开挖与混凝土浇筑之间的关系，在保证安全的前提下，力求使二者立面错开、平面同步进行。

(3)一期支护与永久支护相结合，关键是主动支护的及时性，确保井壁在施工期间的安全稳定。

(4)反向施工缝，必须采取综合工程措施。底模承重加固，要充分利用竖向螺纹钢筋，利用夹具；夹具安装、拆卸方便，安全可靠，可重复使用。

(5)对钢筋型号单一、工程量大的、工期紧的工程，推荐使用套筒连接。

(6)混凝土由上向下泵送，其流动性，除调整配合比、控制骨料级配、掺外加剂等常规措施外，其他措施还值得探索。