泄洪深孔钢衬底部混凝土施工及接触灌浆技术浅析
2020-03-11
(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都，611130)
泄洪孔是水电站控制泄洪，调节水库水位，保证防洪度汛安全的重要水工建筑结构。为避免特高拱坝泄洪孔受高速水流气蚀和悬移质对孔道的破坏，全孔道过流面采取钢衬衬砌。钢衬结构底部受狭窄空间约束、结构复杂、工序多，是混凝土施工质量控制的薄弱环节，需要引起高度重视。
1 溪洛渡水电站泄洪深孔概况
1.1 大坝泄洪深孔结构
溪洛渡水电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.5m，正常蓄水位600m，拱坝12#-19#坝段各设置有8个泄洪深孔沿溢流中心线对称布置，泄洪深孔工作水头100m，设计单孔泄量1545m3/s。泄洪深孔孔道空间形状采用“压力上翘型或下弯型”，进口呈喇叭形，尺寸5.20m×14.00m(宽×高)，孔身尺寸从孔身段到出口压力平弯段由5.2m×10.5m(宽×高)逐渐过渡至6.0m×6.7m(宽×高)。泄洪深孔钢衬所用钢材为不锈钢复合钢板，厚度20mm，复层材质为双相不锈钢00Cr22Ni5Mo3N(2205)钢板。为增加深孔钢衬刚度，在整个孔身钢板外侧面上焊接环向、纵向加劲肋，并在加劲肋上布设加固锚筋。
1.2 钢衬底部混凝土施工难点
(1)钢衬宽度5.2m，四周布置有三层20cm×20cm钢筋网和1.5m长、间排距1.0m×1.0m的密集锚筋，底部布置钢支撑架，钢衬底部空间狭小，混凝土浇筑困难。
(2)钢衬底部混凝土浇筑后钢衬底板容易出现脱空区，处理好脱空问题的难度大。
2 混凝土浇筑方案和工艺
2.1 混凝土浇筑方案
钢衬底部采取预留空腔法施工工艺，钢衬焊接及钢筋安装等作业完成后的底部空间高度约2m，底部空腔采用自密实混凝土浇筑。
(2)根据钢衬外形结构形式，1#、2#、7#、8#深孔出口段钢衬底部与水平面成5°和3°角度，钢衬安装与钢衬底部混凝土浇筑先后一次性完成施工。3#、4#、5#、6#深孔出口段钢衬底部与水平面12°、25°角度向上倾斜，钢衬底部混凝土与钢衬安装分水平段和上挑段两阶段交替施工完成。
2.2 混凝土浇筑工艺
2.2.1 混凝土模板
深孔钢衬底部上游侧采用内拉组合钢模配合木模板，侧面为大坝全悬臂键槽模板，下游侧采用悬臂大模板。
2.2.2 混凝土浇筑设备配置
混凝土采用3台缆机9m3吊罐从供料平台吊运运输至仓面，每个深孔配置两套泵送设备，钢衬内配置节长1.0m的泵管和相应的弯管。基于缆机运输混凝土能力和混凝土坯层允许覆盖时间要求，钢衬底部混凝土采用平铺法施工。混凝土初凝时间为8h～10h，上下坯层允许间歇时间控制在4h以内，按照连续、均衡、快速浇筑的原则配置混凝土施工设备。
2.2.3 钢衬底部U型受料坑
为给钢衬底部自密实混凝土浇筑提供入仓条件，钢衬周边预先分层浇筑混凝土形成8m～10m宽的“U”形槽。钢衬底部外围部位钢筋及埋件相对较少，混凝土采用40cm～55cm厚的三级配富浆混凝土、四级配混凝土进行平铺法浇筑，分别从上游、左侧及右侧三个方向按两侧向中部浇筑形成侧向台阶(见图1)，总体向下游推进。
图1 钢衬底部混凝土浇筑预留“U”形槽
2.2.4 钢衬底部混凝土入仓
钢衬底部空间采用自密实混凝土浇筑，由缆机吊罐直接下料至钢衬侧面受料点，混凝土靠流动性扩散。钢衬底部靠近中间底板区域在钢衬底板设置下料孔，采用泵送混凝土补充进料。钢衬下游上斜段底部区在钢衬下游尾部设置集料斗和溜槽，由缆机吊罐下料。
2.2.5 钢衬底部混凝土浇筑
钢衬底部浇筑的自密实混凝土扩散度控制在550mm～600mm，混凝土通过钢衬两侧已浇筑坯层形成的临时预留坑主受料口进料后流入“U”形槽内，受料坑间距按6m布置。浇筑从上游向下游方向推进，为使混凝土充分排气和充填密实，人工手持振捣棒从侧面赶料振捣，采用长柄振捣器和软管振捣器在钢衬底部下料孔部位进行辅助振捣增加混凝土流动范围，钢衬底部灌浆孔打开排气，直至浇筑高程高过钢衬底板。钢衬两侧约2m范围浇筑二级配混凝土。
为保证钢衬底部浇筑密实，每节钢衬底板中部布置有4个孔径φ25mm的排气孔和1个φ200mm混凝土下料孔(见图2)，采取泵送混凝土从钢衬底板下料孔送料补充浇筑填充密实。浇筑过程中用锤击法检查钢衬底部夹气脱空情况，当排气孔出浆时即可判断钢衬底部混凝土充填饱满。
图2 钢衬底板下料孔及排气孔布置
2.2.6 钢衬变形控制
钢衬底部高流态混凝土浇筑时需防止钢衬抬动变形，钢衬内应安设支撑、钢衬外两侧通过斜拉杆加固。浇筑过程中，钢衬底板范围内两侧应均匀下料，分层高度两侧浇筑高差应严格控制。抬动变形观测装置布置钢衬底板，浇筑过程中安排人员观测变形移位，钢衬抬动变形量控制在0.1mm范围内。
混凝土浇筑完成后，通过锤击法检查钢衬底部的脱空情况，绘制脱空分布图。经检查，钢衬底板与底部混凝土的脱空厚度平均处于0.5cm～1cm，脱空面积占钢衬总面积约60%左右。
2.3 混凝土温控防裂措施
钢衬底部浇筑的混凝土级配小，水泥量高，混凝土温度控制难度大，主要从如下方面强化混凝土温控防裂：
(1)采用预冷混凝土，出机口温度控制在7℃以内；
(2)白天气温超过23℃或日照强烈时，对浇筑仓面采取喷雾降温措施；
(3)钢衬底部布置两层冷却水管，每层冷却水管设置单独回路，自密实混凝土部位冷却水管水平间距为0.5m×1.0m，单根冷却水管总长不超过200m；
(4)深孔钢衬底板仓间歇期一般30d～45d，长间歇层浇筑外掺PVA纤维混凝土，浇筑完成后覆盖2cm厚的双层保温被。
3 钢衬底部接触灌浆
3.1 接触灌浆系统
钢衬底板在混凝土浇筑后冷却收缩会形成脱空，在混凝土龄期90d后进行接触灌浆。由于钢衬底部宽度大，脱空区接触灌浆效果控制难度大。接触灌浆系统由钢衬肋板串浆孔、灌浆排气槽(排气支管)、灌浆并联管和灌浆引管等组成。
3.1.1 钢衬肋板串浆孔
由于深孔钢衬纵向加劲肋间距1.75m，横向加劲肋间距0.5m，钢衬底板与加劲肋分隔成相对封闭区。为保证接触灌浆效果，在肋板上设置串浆孔不少于2个，钢衬进口的前三排横肋和钢衬出口处最后排的横肋不布置串浆孔。
3.1.2 灌浆槽系统
钢衬接触灌浆槽系统采用“预埋拔管灌浆槽”工艺。主要方法：拔管灌浆槽预先布置在钢衬底部板面，采用外翻边槽型钢定制加工，规格为30mm×20mm×10mm×2mm，在肋板封闭区紧贴钢衬底板面垂直于钢衬轴线布置，槽型钢与钢衬底板间隔0.5m点焊连接，在槽型钢两端分别焊接一根φ40钢套管。灌浆槽内设置φ25mm塑料拔管软管，安装到位后对拔管充气。为便于顺利拔管，钢管应制作成圆弧形，其端头高出混凝土预浇筑顶面0.3m。在混凝土浇筑完成24h后通过放气拔管，钢衬底板的灌浆槽系统即形成了通路(见图3)。
图3 钢衬接触灌浆预埋拔管灌浆槽
3.1.3 灌浆管路
拔管后的灌浆槽两端钢套管作为灌浆支管与排气、灌浆主管并联连接，排气主管和灌浆主管采用φ40mm钢管，形成的循环管路应确保其连接牢固和密封性。灌浆槽通畅性应在灌浆管连接前进行通水检查，并联管应上引至接触灌浆施工平台。
3.2 接触灌浆施工
3.2.1 灌浆材料
在脱空深度大于0.5mm时，可用普通硅酸盐水泥浆液灌浆；在脱空深度小于0.5mm时，应采用磨细水泥浆液灌浆。钢衬接触灌浆浆液水灰比为0.8∶1、0.6∶1两个比级，浆液粘度小于40s，浆液强度不得低于M40(90d龄期)。
3.2.2 灌浆压力控制
灌注全过程进行变形观测，灌浆过程必须缓慢升压，接触灌浆压力控制在0.1MPa，钢衬变形控制在0.1mm内。
3.2.3 灌浆结束标准
每节钢衬分5个区接触灌浆，灌浆顺序自低向高。灌浆管进浆后流经灌浆系统由排气管排气、排浆，在排浆浓度达到进浆浓度后改浓比级水灰比灌注，排浆浓度达到最浓一级浆液后闭浆，不吸浆5min后即结束灌浆。
3.3 接触灌浆检查
结束灌浆7d～14d后采用声波测试法结合锤击法检查灌浆质量，通过检查，本工程钢衬底部脱空面积占钢衬总面积在10%以下。局部存在的空腔采用钻孔接触灌浆法，磁座电钻开孔。每一个独立的脱空区不少于2个布孔，最高处和最低处都应布孔。灌浆孔和排气孔均为φ12mm孔径，孔间距小于70cm。补充灌浆尽量多灌注较浓级浆液，灌浆结束后封孔采用焊补法，焊后用砂轮磨平。
钢衬底部补充接触灌浆后，通过声波测试法检查8个深孔钢衬底部混凝土密实情况，脱空区面积均在0.5m2以下，脱空厚度一般在0～3.0mm之间，接触灌浆质量满足设计要求。
4 结语
特高拱坝孔口结构复杂，钢筋多，泄洪深孔是高拱坝结构施工质量控制的重要部位。本工程结合钢衬结构特点，在钢衬底部预留“U型槽”，采用自密实混凝土浇筑工艺，既保证了混凝土施工质量，也解决了钢衬安装与混凝土浇筑的工期矛盾。在接触灌浆过程中，布置了“预埋拔管灌浆槽”，避免了灌浆管在浇筑过程中容易被堵的问题，大大减少了钢衬底部浇筑混凝土的空腔质量隐患。这些新技术和新工艺，对类似工程具有借鉴意义。
