装配式混凝土模板在水下混凝土围堰工程中的应用

甄耀祖，毛晓露，王晓洋

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

引言

水下混凝土围堰是一种将拌制的高流态混凝土以工程的手段送入水下预定部位成型和硬化，起到挡水、防渗作用的水下混凝土结构，这是一种在修建常规土石围堰难度大或条件受限的情况下采用的方法。水下混凝土围堰一般采用钢模板型式，存在封闭不严密，整体性差、水下作业工作量大、施工难度大等诸多难题。为提高水下混凝土施工的质量，减少环境污染，加快施工进度，某水电站导流洞防洪围堰选择了装配式混凝土模板进行水下混凝土围堰施工。模板以装配式结构完成拼装，装配式模板采用钢筋混凝土预制块模板，预制块模板预留榫卯接口，通过榫卯接口拼装形成单元框格结构，单元格内浇筑水下混凝土形成围堰整体结构。

1 工程概况

某水电站位于四川省白玉县与西藏贡觉县境内的金沙江干流上，左岸隶属于四川甘孜藏族自治州白玉县，右岸隶属于西藏自治区昌都地区贡觉县。

以金沙江为界，电站布置两条导流洞，导流洞对称布置于坝址左右两岸，呈深“V”型高山峡谷地貌，导流洞进、出口江面狭窄不足90m，流速约4m/s，冲刷力较强。

施工前期，左、右岸导流洞进、出口围堰施工部位均作为场内交通要道，占用了进、出口明渠的开挖工期。形成了导流洞洞身先行开挖，进、出口明挖后续施工的局面，导致了进、出口明渠开挖启动时间滞后，必须在不足6个月的施工期内完成明渠开挖支护和形成防洪围堰。

该工程施工导流隧洞在进、出口采用全年围堰，围堰挡水标准为全年10年一遇洪水标准，过流流量为5050m3/s。

2 施工重、难点分析

(1)导流洞段金沙江河床狭窄，如采用土石料回填进、出口围堰，围堰结构断面较大，将严重侵占原有河床行洪断面，为保证防洪度汛安全，需在进、出口预留岩坎上布置重力式混凝土子围堰，围堰结构的设计是重点。

(2)根据设计要求，为保证导流洞分流流态效果，需保留明渠结构最大限度，靠江心侧布置围堰。依托现场地形发现围堰轴线基础在水面以下，被石渣覆盖，围堰水下混凝土浇筑，保证体型及实体质量是难点。

(3)防洪围堰，水下浇筑部分工程量大，施工工期短、施工难度高，水下混凝土围堰浇筑施工进度、安全度汛，减少对环境的污染是重点。

3 方案设计

以左岸导流洞出口防洪围堰为例，据招标文件，5050m3/s流量对应的出口水位高程为2730m。但对现场实测，水位-流量关系线较原设计有所抬高，同流量下，进、出口水位高程较招标阶段高出约3.5m，则出口围堰堰顶高程设定为2734m。

现场勘探孔数据显示，围堰轴线基覆线出露高程大约为2717.67m，则堰顶高程2734m，轴线长度约40m。围堰顶宽3.5m，基础宽6m，最大堰高16.33m，迎水侧垂直，背水侧1∶0.3放坡。江水水位为2723.67m。围堰水下混凝土高度为6m，水上混凝土高度为10.33m。

经过计算和稳定性校核，确定了出口防洪围堰体型和布置线型。出口防洪围堰典型断面如图1所示、出口防洪围堰平面布置如图2所示。

图1 出口防洪围堰典型断面示意(单位：m)

图2 出口防洪围堰平面布置(单位：m)

4 装配式混凝土模板

装配式模板[1]采用钢筋混凝土预制块模板，预制块模板预留榫卯接口，通过榫卯接口拼装形成单元框格结构[2]，单元格内浇筑水下混凝土形成围堰整体结构。

通过装配式混凝土预制模板作为水下混凝土模板，将水下大体积混凝土进行单元划分，采用水下分序、分格进行浇筑，极大地避免了使用常规模板水下作业历时长，施工难度大等问题，加快了施工进度，且缩减了混凝土的单次浇筑方量，有效地提高了水下混凝土的施工效率，保证水下混凝土施工质量的要求。模板采用装配式结构拼装，减小拼缝缝隙和拼接错台，拼接质量提升，提高了外观质量。

5 水下混凝土围堰施工工艺及控制措施

5.1 工艺流程

水下混凝土围堰施工工艺流程见图3。

图3 水下混凝土围堰施工工艺流程

5.2 水下混凝土围堰施工方法

5.2.1 施工准备

(1)围堰施工准备。结合围堰上、下游地形，采用挖掘机修建临时道路。围堰临时施工道路与工程主干道相接，分别在围堰上、下游两侧平整两块吊装场地，场地的长、宽分别为15m×15m、10m×20m。

(2)模板预制施工准备。在拌和站场内宽阔部位作为模板预制场地，预制场地采用C20混凝土进行硬化，硬化厚度不小于15cm。

5.2.2 水下地形测量与放样

采用水下回声测探仪进行水下地形测量，结合水下地形测量数据画出水下地形断面图。测量人员结合水下地形断面图及设计图纸，采用全站仪对围堰轴线、轮廓线进行放样，确定围堰施工范围。

5.2.3 装配式模板设计

结合水下地形、围堰设计体型绘制模板预制块设计图纸。标准预制块设计尺寸为150cm×300cm×35cm(长×高×厚)，整体为空心板结构，预留孔直径为55mm；分隔板尺寸为600cm×100cm×15cm(长×高×厚)。

装配式模板预制块结构间、分隔板与预制块结构间预留榫卯型式接口，接口深度为5cm。单元格预制模板标准件尺寸见图4。

图4 单元格预制模板标准件尺寸(单位：cm)

5.2.4 混凝土配合比

(1)预制模板混凝土配合比。预制模板混凝土拌制水胶比为0.45，混凝土为二级配C30抗冲磨混凝土。原材料采用P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰；骨料场内筛分系统生产；外加剂采用ZCD-1聚羧酸高性能减水剂、ZCD抗冲磨剂。根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)进行拌制，配合比参数见表1。

表1 预制混凝土模板配合比推荐(坍落度为7cm～9cm)

(2)水下混凝土配合比。水下混凝土拌制水胶比为0.47，混凝土强度为C30(二级配)。原材料采用P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰；骨料由场内筛分系统生产；外加剂采用ZCD-1聚羧酸高性能减水剂。根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)进行拌制，配合比参数见表2。

表2 水下混凝土配合比推荐(坍落度为18cm～22cm)

5.2.5 堰基开挖与清理

根据测量放样采用液压长臂反铲进行堰基覆盖层开挖及基岩面清理。

清理完成后，采用水下摄像头对基岩面清理情况进行检查，基岩面清理满足沉渣厚度不大于5cm，清理范围不得小于围堰体型浇筑范围。

5.2.6 装配式模板预制

模板预制采用定型钢模，每块模板根据设计进行编号，按编号进行拼装，拼装完成后对平整度、预留榫卯型式尺寸、结构尺寸进行检测，保证模板精度满足要求。

模板脱模剂刷涂均匀，刷涂完成后按图纸进行钢筋安装，验收合格后及时进行混凝土浇筑，混凝土浇筑采用φ30mm插入式振捣棒进行振捣密实。浇筑过程进行取样，掌握混凝土相关性能指标。

浇筑完成后采用土工布进行覆盖，对预制模板进行洒水保湿养护，养护时间不少于28d。

混凝土强度达2.5MPa，采用人工凿毛方式对混凝土表面进行凿毛，凿毛标准满足混凝土表面微露粗集料，无乳皮的要求。

侧模拆除时间以构件棱角部位不损坏为宜，预制混凝土模板强度达到设计强度后进行混凝土的吊运存放，存放层数不超过3层。

5.2.7 装配式模板拼装、加固

模板拼装前，现场对模板进行试拼，检测合格后，方可进行水下拼装。

水下模板拼装顺序按两端对称进行拼装，中部单元格进行合拢；先完成单个单元格的面板再完成面板间的横隔板拼装，面板凿毛面应位于与后浇混凝土的接触面，按顺序完成整个水下模板的拼装[3]。

面板采用汽车吊进行吊装，人工配合手拉葫芦进行定位，采用手拉葫芦进行临时固定，按序完成单元格的拼装。

模板的水下固定采用基岩钻孔内插48mm钢管，入岩4m，间距75cm，放样后，采用6个油桶拼装作为施工平台，固定后，采用XY-2型地质钻机钻孔，水下摄像头[4]检测配合人工安装；48mm钢管外露段插入装配式模板的预留孔，模板与模板间通过榫卯和48mm钢管固定，拼装完成后对预留孔灌注C10细石混凝土，填满钢管和预留孔内部空腔，以增加刚度。

水下模板与岩面接触的悬空部位，采用C30袋装混凝土进行封堵塞固。水下围堰混凝土模板加固示意见图5。

图5 水下围堰混凝土模板加固示意(单位：m)

5.2.8 水下混凝土[5]浇筑

混凝土浇筑前采用高压风枪对基岩面沉渣厚度进行扰动，使其单元格内沉渣形成泥浆。

模板内表面附着物采用高压风枪进行清洗，浇筑前确保内表面无泥浆层。

每个单元格内安装两根导管，导管间间距不得大于2m，导管与模板的间距不得大于1.5m，导管调整完间距后需进行临时固定。

混凝土自集中拌和站取料，10m3运输罐车运输至现场，通过800mm宽皮带机供至导管处，利用导管入仓，导管的提升采用吊车实现。

小单元格混凝土由两端向中间进行对称浇筑，小单元格首批混凝土方量以埋置导管深度不少于1m。浇筑过程中导管的埋置深度不小于2m。

混凝土浇筑必须满足一次连续浇筑成型要求，对称单元格内混凝土表面高差不得大于0.5m。

浇筑过程对混凝土质量进行跟踪取样，确保混凝土满足浇筑质量要求。

5.3 质量控制与安全措施

5.3.1 模板工程质量控制

模板工程的拼接质量是该方案达到实施效果的首要条件和关键技术，必须保证安装牢固、尺寸准确，拼缝严密，板面平顺清洁，板面平整度达到施工要求，模板制作误差见表3。模板安装前均由测量放控制点，安装后应进行复核，安装偏差控制在允许范围内。

表3 混凝土模板质量标准

5.3.2 钢筋工程质量控制

现场绑扎的钢筋网的扎扣及尾端应朝向构件截面内侧。

外露面混凝土结构，其纵向受力钢筋的最小保护层厚度不得小于30mm。

5.3.3 混凝土工程质量控制

施工时严格对混凝土的配合比及施工生产过程中的称量、拌制、运输、浇筑、养护等主要环节按照现行行业标准的规定进行检查控制，严格按混凝土配合比进行下料，保证混凝土的搅拌时间，同时注意混凝土的坍落度控制。

混凝土填充前应掌握水文、气象预报、对拌和设备、拌和料和原材料遮阴覆盖；混凝土施工过程中做好完整的施工记录，随机抽样检查混凝土的坍落度。

施工前做好技术交底工作，要求现场管理人员和施工人员掌握混凝土浇筑要点。及时反馈信息保证浇筑质量。

混凝土在浇筑时，由试验人员负责监督混凝土熟料质量，如坍落度、骨料粒径等如不符合混凝土浇筑(和易性、扩散性、自密性)要求的，拒绝浇筑，以保证工程质量与正常施工。

混凝土拌合物还要求和易性好，流变性保持能力强，有较好的黏聚性和保水性，以在运输和浇筑中不发生分层、泌水、离析现象。

预制块混凝土浇筑完成后及时进行养护，保持混凝土表面湿润，养护期不少于28d。

5.3.4 安全措施

(1)施工前，全体施工人员学习安全生产规程规范，安全防护手册。施工机械操作人员及特殊工种作业人员需持证上岗。

(2)所有进入施工现场的人员必须戴安全帽、穿反光背心、临水作业人员必须穿戴救生衣。各类安全防护设施必须配备齐全，做到防护有效。

(3)各作业班组在施工前，严格按照要求进行安全技术交底。

(4)在危险、惊险等部位，设置醒目的警示牌和必需的安全防护。

(5)该工程施工已临近汛期，专人负责导流洞出口水位观测及水情气象资料收集、分析工作。施工过程中加强水位观测，发现水位上涨趋势及时报告，采取相应措施。

(6)施工过程中必须安排经验丰富的专业检查人员随时对各施工机械、车辆状况等进行检查和监督，严禁设备、车辆带病施工，对各种隐患事故提前进行检查和消除，防患于未然。

5.4 环保措施

(1)建立环境管理体系，成立施工环境管理组织机构，明确职责，遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度。

(2)合理保持施工场地不出现不必要的障碍，合理布置存放设备及多余材料，及时从现场清除所有垃圾及不再需要的临时设施。防止任意堆放器材、杂物阻塞工作场地周围的通道和破坏环境。

(3)进入施工区的车辆、设备按要求有序放置，防止工作场地的通道阻塞，在浇筑卸料口提前做好规划并采用帆布铺底，防止发生废渣污染。

(4)保持施工区环境卫生，安排专人及时清除垃圾和废弃物，并按指定的地点堆放、处理，不影响周围的环境卫生。

(5)加强施工现场的扬尘、废油的控制和治理工作。对施工设备及车辆的加油统一进行调度管理，禁止废油乱排、乱放。

6 结语

通过使用装配式混凝土模板，提前绘制设计图纸，确定模板结构尺寸，一次拼装成型，减少施工作业的返工处理的工程量，模板免拆除，避免后期模板拆除耗费的资源，大大地节约了施工成本，缩短直线工期，该水电站导流洞进、出口防洪围堰工程比节点工期提前16d完工，已成功经受了汛期洪水的考验。实现水下混凝土围堰环保、高效、快速施工，保证了实体质量，具有一定借鉴价值。