向家坝水电站坝后厂房蜗壳混凝土施工技术

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(中国水利水电第三工程局有限公司四川分局，成都，610045)

向家坝水电站左岸坝后厂房布置在河床左侧坝后，位于泄洪建筑物左侧，通航建筑物右侧。主厂房自左向右依次布置1#～4#机组，单管单机，一机一缝，单机容量800MW。蜗壳层二期混凝土上下游长37.5m，宽度36.80m，浇筑高程251.00m～266.19m。单台机组蜗壳混凝土(C30W8f100)工程量为9740m3，钢筋制安334.57t，弹性垫层2808m2。现将蜗壳混凝土的施工技术介绍如下。

1 蜗壳混凝土施工规划

1.1 蜗壳混凝土施工分层

蜗壳二期混凝土浇筑高程为251.00m～266.190m，高度15.19m。根据基础环结构及蜗壳断面特点，为避免蜗壳阴角部位混凝土脱空，同时考虑混凝土入仓能力，蜗壳二期混凝土共划分5层施工。第一层主要考虑基础环阴角部位的高程，分层高程略高于基础环阴角部位以上14.75cm；第二～五层主要考虑沿蜗壳包角壳顶逐步下降及蜗壳进人廊道的结构分布情况，分层高度均不超过3.0m。

1.2 蜗壳混凝土施工分块

为确保蜗壳及基础环在混凝土浇筑后的最终变形满足设计和规范要求，根据机组四个象限(Ⅰ～Ⅳ象限)一期混凝土在仓面形成的四个台阶特点，将蜗壳底部第一层分成四个相对独立的混凝土浇筑块分别施工。第1层浇筑采用顺序对称浇筑，即Ⅱ象限—Ⅳ象限—Ⅰ象限—Ⅲ象限。其中Ⅱ、Ⅳ象限为先浇块，Ⅰ、Ⅲ象限为后浇块。对角两块同时备仓，先后连续浇筑，第二～五层采用通仓平铺法浇筑，入仓能力完全满足入仓强度要求。蜗壳混凝土分层分块详见图1和图2。

图1 蜗壳混凝土分层示意

图2 蜗壳第一层混凝土分块示意

1.3 蜗壳层施工程序

主要施工程序为：蜗壳安装验收交面→混凝土缝面处理→蜗壳腰线以下钢筋安装→泵管、排气管及灌浆管路安装、冷却水管安装、监测仪器安装→蜗壳第1层混凝土浇筑→弹性垫层安装→蜗壳腰线以上钢筋安装→蜗壳第2～5层混凝土浇筑。

2 施工特点及难点

蜗壳混凝土浇筑具有以下几个特点及难点：

(1)蜗壳安装精度要求高，混凝土浇筑及灌浆过程中防止抬动变形十分关键；

(2)蜗壳底部及阴角部位空间狭小，混凝土入仓、振捣不方便，要保证蜗壳混凝土浇筑密实存在一定难度；

(3)蜗壳阴角部位采用自密实混凝土，水泥用量多，混凝土的温度控制难度大；

(4)蜗壳浇筑空间内各种工程物件非常多，空间干扰大；

(5)蜗壳混凝土浇筑的品种多，包括常态混凝土、泵送混凝土、自密实混凝土以及砂浆。

3 蜗壳混凝土浇筑

门(港)机、缆机挂吊罐浇筑二级配混凝土，坍落度为6cm～8cm，蜗壳泵送二级配混凝土坍落度为16cm～18cm，泵送自密实二级配混凝土扩散度60cm～65cm。尽量多浇二级配常态混凝土，少用自密实混凝土。在蜗壳基础环阴角处启用砂浆泵泵送砂浆时，砂浆配比为水∶水泥∶砂=1∶2∶3.5。

3.1 第一层混凝土浇筑

入仓手段为HB60型混凝土泵机+MQ2000港机，或3#缆机+MQ6000门机+砂浆泵联合供料。港机和3#缆机配合溜槽、溜桶浇筑蜗壳外侧混凝土以及向泵机集料斗供料，蜗壳外侧底角部位适当搭设溜桶或滑槽，便于吊罐混凝土到位。混凝土泵负责向蜗壳内侧部位送料，砂浆泵负责向基础环下阴角部位送料。在阴角部位，当泵送自密实混凝土无法浇筑或为防止蜗壳抬动，混凝土泵送料到适度密实时停止，适时启动砂浆泵向基础环下的阴角泵送砂浆，直到认为基础环下的阴角部位浇筑密实为止。

先浇块混凝土浇筑。从蜗壳外侧上游端开仓实行平铺法浇筑，施工人员在蜗壳内、外侧同时振捣，形成外高内低，确保蜗壳外侧混凝土挤进蜗壳底部和内侧。浇筑到蜗壳底部适当高程时，采用港机继续浇筑蜗壳外侧混凝土，同时采用低泵管向蜗壳内侧泵送混凝土，施工人员继续在蜗壳内侧振捣。当阴角处已无法人工振捣时，施工人员从封头模板撤出，启动高泵管继续向蜗壳内侧泵送自密实混凝土。由港机向泵机供料，泵送压力按不大于0.2MPa控制，以防止泵送过程中压力过大造成蜗壳的抬动变形。浇筑过程中，利用基础环上预留的φ125mm孔观测混凝土浇筑上升情况。当混凝土浇筑至基础环环流板顶面，且环流板上孔洞冒浆后，用棉塞将环流板上的孔洞封堵。此时启动砂浆泵向基础环阴角泵送砂浆，当砂浆上升到基础环顶板侧面上预留的孔洞出浆后，采用棉塞将排气孔封堵后继续注浆；当压力上升至0.1MPa左右，保持注浆5min，注砂浆结束。

后浇块混凝土浇筑。先从蜗壳外侧开仓实行“坡浇法”浇筑，施工人员可先进入蜗壳阴角部位振捣，使混凝土料蜗壳外侧依次流向蜗壳内侧将底部覆盖，浇筑至适当高程时，施工人员可从蜗壳半径较小的部位撤出，同时依次启动低泵管和高泵管泵送自密实混凝土，后续浇筑方式与先浇块相同。

3.2 第二～五层混凝土浇筑

第二～五层混凝土浇筑采用MQ2000港机、35t平移式缆机及MQ6000门机联合入仓，辅以溜槽、溜桶实施定点下料；注意在距离蜗壳壳体2.0m范围内，不得设置下料点；平铺法整块浇筑，收仓层面与蜗壳交角处按45°倒角处理。

3.3 注意事项

蜗壳安装精度要求高，混凝土浇筑及回填灌浆过程中防止抬动变形是第一关键；其次是如何保证混凝土浇筑密实；最后是控制混凝土的最高温升，这一指导思想必须非常明确。严禁吊罐碰撞蜗壳壳体，在距离蜗壳壳体2.0m范围内不得设置下料点；严格控制混凝土浇筑上升速度，特别是混凝土接近蜗壳后其上升速度严格按≤30cm/h控制。

4 温度控制措施及变形监测

4.1 温度控制标准

经参建四方专题讨论决定，蜗壳二期混凝土特殊区域最高温度，自密实混凝土按43℃控制，泵送常态二级配混凝土暂按40℃控制；蜗壳混凝土出机口温度按14℃控制，拌和楼实际拌和时，按7℃制冷混凝土工艺生产，实际出机口温度可按9℃控制。为满足温控要求，11月～次年3月混凝土采用自然入仓，4～10月采用预冷混凝土，浇筑温度控制在20℃以下，冬季施工不低于5℃。

4.2 通冷却水

仓内冷却水管采用φ32mm高密度聚乙烯PE管(或φ25.4mm铸铁管)呈蛇形布置，在蜗壳第一层自密实混凝土范围内按照100cm×100cm间排距布置，其余部位按照150cm×150cm间排距布置。自密实区内的管口挂牌与常态混凝土区内的管口挂牌应区别标识，仓内冷却水管管口上引至水轮机266.190m高程层面上。冷却通水采取个性化方式，最高温度出现前的3～5d，采用25L/min～35L/min的大流量进行冷却通水，每天降温幅度不受限制；最高温度出现后减至15L/min～20L/min的流量进行冷却通水，控制降温幅度每天不超过1℃。4～11月采用制冷水冷却，进水温度≤12℃的，进出水口温差为4℃～6℃，12月～次年3月采用江水冷却。每天调换一次进出水口通水方向，在混凝土开仓时即开始通水，闷温合格后冷却水管即可回填。

4.3 仓面保温

粮食的可获性：是指可以获得符合质量及数量要求的粮食，粮食可以是国内生产的，也可以是进口的（包括粮食援助）。粮食的可获性表述的是粮食安全的“供给方面”，是由粮食生产水平和交易量决定的。

根据浇筑时段不同，采取相应措施，形成较为稳定的仓面小气候。在5～9月的高温季节，尽量选择气温较低的时段开浇，在仓面上布置喷雾机，降低仓面温度，保持仓面湿度，对混凝土浇筑坯层面及时覆盖保温被，混凝土浇筑收仓后及时采用洒水或流水养护。低温季节，在混凝土外露面覆盖3cm厚保温被保温。

4.4 埋设温度计

为取得蜗壳混凝土在浇筑过程中的温度变化参数，在1#机蜗壳混凝土第一层每一浇筑分区泵送自密实部位、泵送二级配部位和阴角砂浆部位，各埋设1支温度计；在外侧常态混凝土部位，埋设1支测温管。最高温度出现之前，按照1次/4h的频次监测，最高温度出现后按1次/d监测。

4.5 抬动变形监测

在基础环上安装2个径向千分表、2个垂直方向千分表，在蜗壳底板流道及腰线分别布设4支千分表，确认初始值，并进行变形监测，检测频率1次/h。根据监测数据及时调整浇筑方式和上升速度，当发现异常情况时应加密监测，并采取相应措施。考虑到地面厂房环境温度变化大，引起蜗壳热胀冷缩，可能影响监测数据，可在浇筑前一周安装百分表进行监测和记录，分析环境温度变化的影响。

5 接触灌浆

在蜗壳底部轴线外侧对应圆心角48.8°范围，布置拔管灌浆系统，相应蜗壳底部轴线外侧最大长度为4m。拔管采用φ20mmPVC塑料管，拔管间距为200cm，拔管引至每一层仓面以上15cm。进出浆管均为φ32mmPVC塑料管，进浆管上设置三通与拔管底部的φ25.4mm钢支管相连。在底部混凝土初凝后即可进行拔管作业，拔管应缓慢均匀，拔除后用压力风检查管路的通畅情况，并将里面的细微杂物吹出。

在蜗壳底部轴线内侧对应圆心角21.3°范围，布置蛇形重复灌浆系统，相应蜗壳底部轴线内侧最大长度为2m。蛇形管采用φ38mm塑料软管，间距为200cm。

基础环阴角部位灌浆采用埋设专利产品φ25mm可重复灌浆管系统，每台机组基础环与蜗壳阴角部位，按照第一层分的4个仓分别布置4组可重复灌浆系统，采用固定卡紧贴固定在基础环蜗壳阴角管壁上。可重复灌浆管两侧端头从

基础环环流板水平面上预留的φ125mm@1500mm孔口引出，并与φ25mmPVC管相接，一根作为进浆引管，另一根作为回浆引管；在基础环阴角顶端布置排气系统，同样从基础环环流板水平面上预留孔引出，同时基础环阴角顶部垂直侧面上预留的28组φ20mm@1600mm孔洞也同时参与排气。

5.2 灌浆施工

灌浆在第一层混凝土最后一仓浇筑完成7d后或达到设计强度70%时进行，由低处向高处施灌，选择灌区底部高程最低的第I象限进行灌浆，采取低压慢灌工艺，依次顺时针灌浆推及至第IV象限结束。控制进浆流量不大于30L/min，开灌水灰比0.5∶1(外掺0.6%高效减水剂)，蜗壳底部灌浆压力设计要求小于0.2MPa，实际灌浆过程中控制灌区底部最大灌浆压力小于0.15MP。在蜗壳抬动监测不超标的前提下，当排气孔或回浆孔返出浓浆与进浆比重基本一致后，用木塞由低到高依次完成外漏点嵌缝及管口封闭，达到设计压力后，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注10min即可结束灌浆。停止灌浆后，将重复在灌浆管内的浆液用大流量无压水(或水压小于灌浆压力)冲洗干净，以备下次灌浆。灌浆结束14d后，对蜗壳、基础环脱空区进行敲击检查，对脱空面积≥0.16m2的脱空区要利用可重复灌浆管进行补灌。

6 施工效果

混凝土浇筑过程中的座环、蜗壳变形，参照已建三峡工程经验，分别按照±0.25mm、±2.5mm控制。根据实际监测1#～4#机组各象限座环径向变形最大值分别为0.23mm、0.24mm、0.21mm、0.22mm，抬动最大值分别为0.23mm、0.22mm、0.19mm、0.20mm，径向变形和抬动变形均在容许范围之内。1#～4#机组各象限蜗壳最大抬动值分别为1.14mm、0.56mm、0.12mm、0.11mm，均在容许范围之内。座环、蜗壳设计最大容许脱空面积为0.16m2，1#～4#机组蜗壳及座环各象限脱空最大值分别为0.15m2、0.10m2、0.10m2、0.08m2，均在容许范围之内。