大型抽水蓄能电站蜗壳水压试验及混凝土保压浇筑质量研究
2014-09-11
(中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853)
施工技术
大型抽水蓄能电站蜗壳水压试验及混凝土保压浇筑质量研究
严继松
(中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东 清远 511853)
本文以广东清远抽水蓄能电站建设为例，探讨蜗壳水压试验及混凝土保压浇筑的施工质量控制要点，分析研究施工过程中遇到的问题及处理方法，为国内同类型工程施工提供有益的参考和借鉴。
座环；蜗壳；水平度；水压；浇筑
在抽水蓄能电站中，蜗壳的作用非常重要。蜗壳是水轮机引水部件，安装在进水阀和座环之间，使从高压管道进来的水流均匀对称地进入转轮四周，完成水流动能转换为压能的任务。在大型水电站中，座环/蜗壳一般由厚度60mm以上的钢板组焊而成，如何控制蜗壳水压试验，确保蜗壳混凝土保压浇筑密实度，直接关系整个机组的安装和定位。本文以广东清远抽水蓄能电站为例，论述蜗壳水压试验及混凝土保压浇筑的质量控制要点和重要关注点，以及施工过程中遇到的问题及处理方法，并对相关问题进行了分析研究，为今后工程实践中出现类似问题提供有益的参考和借鉴。
1 蜗壳水压试验
广东清远抽水蓄能电站机组正常设计水头470m，最高水头503m，而机组甩负荷带来的最强烈水击脉动压力最大值可以达到764m水头压力。为了验证蜗壳能够承受机组甩负荷带来的强烈水击脉动和进一步检验焊缝质量，确保蜗壳在各种运行条件下均能安全工作，在蜗壳混凝土浇筑前，必须对蜗壳进行水压试验。
1.1 试验设备及测量仪表
蜗壳水压试验设备包括封水环(连接螺栓、螺母、试验用密封)、水压试验闷头及其密封件，试验闷头用法兰与蜗壳相连接，闷头上有充放水管、排气孔和压力表。试验设备装置见图1和图2。
图1 封水环吊装固定
图2 蜗壳压力试验监测示意图
1.1.1 封水环安装及固定
清扫封水环与座环把合的各个法兰面、底环及下抗磨板等设备，安装密封，将清扫好的封水环吊装在座环上，调整中心、水平。
将顶盖整体吊入封水环上面，安装和紧固顶盖与座环把合螺栓，利用顶盖将封水环压在导叶内侧，封水环吊装固定见图1。
1.1.2 测量仪表
在蜗壳水压试验时，为监测蜗壳的水平、位移及变形，以保证蜗壳水压试验的安全、可靠，必须安装好监测支架和仪器，并将安装好的蜗壳供水管和排水管、蜗壳释放管等相关管路接口进行封堵。
蜗壳水压试验监测仪表布置见图2，在坐标轴对称4个方向布置百分表对蜗壳和座环的变形、位移值进行监测；在蜗壳打压堵头法兰上布置4个百分表，监测蜗壳延伸管进口(水轮机工况)段的位移变化；在座环上、下法兰面放置水平监测仪，监测蜗壳座环的水平变化。
1.2 水压试验
经调节保证计算，当机组甩负荷时，流道内部产出的最大脉动压力为7.64MPa。水压试验最高压力为1.5倍最大脉动压力(11.47MPa)，蜗壳水压试验流程见图3。
a.蜗壳注满水，水压试验开始加压至3.8MPa，加压时间26min，保压20 min。
b.水压升压至7.64MPa，加压时间27 min，保压20 min。
c.水压升压至11.47MPa，加压时间27 min，保压30 min。
d.水压降压至7.64MPa，降压时间27 min，保压30 min。
e.水压降压至0MPa，降压时间60 min。
图3 蜗壳水压试验流程
2 蜗壳保压浇筑
蜗壳保压浇筑施工作业过程中，必须保证混凝土对称浇筑、浇筑密实、内外平衡、均衡上升，避免泵管堵塞，限制浇筑速度，合理安排浇筑顺序和冷却温控措施等，控制蜗壳上浮和偏移，才能最终实现和保证良好的浇筑质量。
2.1 分层分块对称浇筑
广东清远抽水蓄能电站蜗壳采用分层、分块、对称浇筑(见图4)，分为37.10～40.00m、40.00～42.00m、42.00～43.80m、43.80～44.74m高程四层浇筑，其中第二层浇筑的层厚达到2m，又分为Ⅱ1和Ⅱ2两块，浇筑过程既要控制流塑状混凝土的速度，避免导致蜗壳抬动和偏移，又要保证空腔部位浇筑密实，不产生大的脱空，浇筑难度大，要求高，必须采用对称均衡浇筑、控制浇筑速度、设置上升刻度、加强观测等综合措施，才能确保施工质量。
图4 蜗壳混凝土分层分块浇筑示意图
2.2 充水加压及监测
广东清远抽水蓄能电站蜗壳设计压力为760m水头，保压压力为50%设计压力(380m水头)，保压时间至混凝土达到50%设计强度。蜗壳保压浇筑流程见图5，升压和降压速度控制在0.15MPa/min，浇筑结束保压3d后，方可泄压。
图5 蜗壳保压浇筑流程
2.3 座环阴角部及蜗壳底部浇筑措施
混凝土保压浇筑的难点主要是蜗壳底部、座环阴角部位施工空间狭小，混凝土入仓难度大，振捣困难，浇筑密实度难以保证[1]。为了保证座环底部及阴角空腔部位的混凝土浇筑质量，在蜗壳座环底部埋设了16根泵管和排气管，泵管管口距阴角最高位置10cm左右，排气管出口距离阴角下方 2cm，按4m间距埋设，采用泵送混凝土灌浆，灌浆压力0.2～0.3MPa。蜗壳混凝土泵管及排气管埋设见图6。
阴角浇筑配置两台泵车，选择对称位置的泵管同时浇筑，保证两侧混凝土同步上升。两侧浇筑点同时轮流变换至新的对称点，以使仓面整体均匀上升。
2.4 加强振捣
为保证混凝土坍落度和密实，浇筑时必须加强振捣，以混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆为准，且振捣棒不能碰到蜗壳。对于蜗壳周围操作空间较大位置，采用φ50软轴式振捣棒；对于钢筋较密的阴角位置，采用φ30软轴式振捣棒。混凝土浇筑必须在拌和后90min内完成，浇筑工作不得中断，以免形成冷缝。
图6 蜗壳混凝土泵管及排气管埋设
2.5 冷却温控措施
混凝土浇筑后，由于水泥水化热产生大量热能，内部温度升高，为了削减水化热峰值，使混凝土温度降低到稳定温度，埋设冷却水管通冷却水(见图7)，带走水化热，减少混凝土内外温差，避免产生裂缝。冷却水管采用1.2英寸铁管，层间距为0.8～1.0m，层内铺成蛇形管圈，水平间距为0.9～1.5m，管间弯头连接。混凝土收仓即开始通水冷却，冷却时间在10～15d，每天转换一次进出水口。
图7 蜗壳混凝土冷却水管布置
2.6 监测数据
在蜗壳混凝土浇筑过程中，设置专门的检测装置时刻检查蜗壳的抬动和位移情况，并根据检测结果及时调整施工顺序[2]。广东清远抽水蓄能电站为保证浇筑质量，在蜗壳/座环法兰面和蜗壳延伸管安装框式水平仪、百分表、压力表(参见图2)，以便监测座环蜗壳轴向、径向位移、水平变化，监测蜗壳延伸管法兰的倾斜度、蜗壳内水压及水温，并及时统计分析数据，指导浇筑施工，实时调整混凝土浇筑方向、顺序及速度。混凝土浇筑中蜗壳/座环位移监测数据见下表(选取40.00～43.80m高程浇筑中+X、+Y方向部分数据进行分析)。
混凝土浇筑中蜗壳/座环位移监测数据表
座环中心偏差设计值为3mm，上法兰半径偏差设计值为±0.5mm，上法兰水平偏差设计值为0.2mm；以座环固定导叶中心为基准，蜗壳中心点高程偏差设计值为±4mm。由表1可以计算出，在实际混凝土浇筑中，+Y轴向测量偏差最大值为0.04mm，+Y径向测量偏差最大值为0.04mm，+Y水平偏差为0.03mm，+X轴向测量偏差最大值为0.11mm，+X径向测量偏差最大值为0.12mm，+X水平偏差为0.04mm，由此得出测量值远小于设计值，说明在浇筑过程中，蜗壳/座环整体位移、水平和上抬量，均满足设计要求，混凝土浇筑质量较好，蜗壳混凝土浇筑的工艺和措施是成功的。
3 结 论
a.采用分层、分块、对称均衡浇筑，控制浇筑速度，加强振捣，能够有效控制蜗壳抬动和偏移，保证空腔部位浇筑密实，不产生大的脱空。
b.阴角部位等狭小空间，在无法充分振捣的情况下，为保证浇筑质量，宜采用一级配自密实混凝土，并按设计要求在自密实混凝土中掺入聚丙烯纤维。
c.为保证蜗壳混凝土浇筑的连续性，保证混凝土浇筑速度和供料均衡，现场应设置备用泵管，且混凝土开仓浇筑时应备齐所需的全部混凝土料。
d.如果在浇筑后还存在脱空和阴角部位不密实的情况，可以考虑布置灌浆孔、排气孔和管路，进行回填灌浆。
[1] 付巍,张鹏利,刘彤,等.龙开口水电站厂房蜗壳二期混凝土快速施工技术[J].水力发电,2013(2):75-77.
[2] 马伟利.龙滩水电站1#机组蜗壳层混凝土施工[J].科技风,2010(16)：132-133.
StudyofLargePumpedEnergyStoragePowerStationSpiralCasingHydraulicTestandConcretePressureMaintainingPouringQuality
YAN Ji-song
(ChinaSouthernPowerGridPeakRegulationandFrequencyRegulationQingyuanEnergyStoragePowerGenerationCo.,Ltd.,Qingyuan511853,China)
Guangdong Qingyuan Pumped Energy Storage Power Station building is adopted as an example in the paper. Construction quality control keys in socket ring welding, spiral casing hydraulic test and concrete pressure maintaining pouring are discussed. Problems and treatment methods in construction process are analyzed and studied, thereby providing beneficial reference for similar project construction in China.
socket ring; spiral casing; levelness; hydraulic pressure; pouring
TK730.3
A
1673-8241(2014)08-0001-05
