卡洛特水电站蜗壳及发电机层二期混凝土施工关键技术

2022-01-24任志民

四川水力发电 2021年6期

任志民

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610213)

1 概述

巴基斯坦卡洛特水电站位于印度河支流吉拉姆河(Jhelum)上，是该河段水电梯级规划5个梯级电站中的第4级，是“一带一路”和“中巴经济走廊”首个水电大型投资建设项目。工程的开发任务为发电，电站装机容量为720 MW(4台、单机容量为180 MW的混流式机组)，多年平均年发电量约32.1亿kW·h。枢纽建筑物主要由沥青心墙堆石坝、溢流道、导流洞和引水发电系统等组成，最大坝高95.5 m。项目采用“建设-经营-转让”(BOT)方式投资建设，由中国长江三峡集团负责建设和运营，运营期为30 a，到期后无偿转让给巴基斯坦政府[1]。

厂房主机间尺寸为160.9 m×27 m×60.5m(长×宽×高)。厂房蜗壳及发电机层二期混凝土高程为377～398.5 m，其中高程377～391 m为蜗壳水轮机层，高程391～398.5 m为发电机层，总浇筑层高21.5 m。单台机蜗壳共36节，二期混凝土浇筑量为6 500 m3，钢筋650 t。主要施工难点：蜗壳外包钢筋复杂、量大；蜗壳阴角部位体型复杂、空间狭窄、钢筋密集、埋管多，混凝土入仓振捣困难；混凝土浇筑过程中座环抬动和位移、蜗壳偏移控制精度高；蜗壳外侧大体积及底部和阴角处采用高流态自密实混凝土温控防裂要求高。同时，受疫情影响，为保证发电目标，施工工期需由原先的180 d压缩至130 d。因此，能否实现安全、优质、快速施工是该工程的难点和关键。

2 施工分层与分块

根据蜗壳、座环生产厂家图纸要求，水轮机层的混凝土施工分层高度建议以1.2 m为宜，浇筑速度小于0.3 m/h，与蜗壳接触的液态混凝土厚度小于0.6 m[2]。这样的分层浇筑方式虽然有效防止了座环和蜗壳抬动、偏移，但也存在第一层浇筑后蜗壳阴角区很难再进行入仓浇筑、后期灌浆量较大且工期长的问题。对此，项目部通过深入分析研究，认为防止座环、蜗壳抬动的主要因素指标是满足浇筑速度小于0.3 m/h，与蜗壳接触的液态混凝土厚度小于0.6 m，故对施工分层高度进行了以下优化调整：第一层即将整个阴角区浇满，浇筑至座环顶部高程，最大浇筑高度为3.12 m；同时，第一层分四个象限4块浇筑；水轮机层分5层浇筑完成，发电机层分3层浇筑完成[3]。蜗壳、发电机层二期混凝土分层情况见图1，蜗壳二期混凝土第1层分块情况(分4个象限)见图2。

图1 蜗壳、发电机层二期混凝土分层图

3 施工程序

单台机蜗壳、发电机层二期混凝土施工程序为：蜗壳安装完成并通过验收→蜗壳外包钢筋安装至腰线→灌浆、监测、温控系统预埋→第1层第Ⅰ象限浇筑→第1层第Ⅲ象限浇筑→第1层第Ⅳ象限浇筑→第1层第Ⅱ象限浇筑→弹性垫层粘贴/蜗壳层钢筋安装完成/基坑里衬安装→第2层浇筑→第2层至第5层浇筑(水轮机层完成)→发电机层钢筋安装→定子等机电埋件安装→发电机层第1～3层浇筑。

4 预埋件安装

蜗壳层混凝土浇筑的土建预埋件主要包括：阴角区入仓泵管、底部接触灌浆管路、温控冷却水管、弹性垫层等，特别是第一层分象限浇筑最复杂、难度最高。

4.1 阴角区入仓泵管

当混凝土浇筑至即将接触蜗壳时，阴角区需要采用预埋泵管入仓浇筑高流态自密实混凝土。泵管由环向主泵管和径向高低泵管组成，管径为φ150 mm。环向主泵管布置在蜗壳外侧仓位线以上，径向高低泵管穿过蜗壳底部延伸至蜗壳阴角部位(不拆除)。每个象限布置2根径向高低泵管(2高2低)，其中低泵管用于蜗壳内侧底部以下大面积混凝土浇筑，高泵管用于蜗壳阴角部位混凝土浇筑。蜗壳第1层浇筑径向泵管布置情况见图3。

图3 蜗壳第1层浇筑径向泵管布置图

4.2 灌浆排气管路

蜗壳、座环接触灌浆采用在钢衬底部拔管成孔与灌浆盒配合形成2套灌浆系统的方式进行灌浆，主灌浆管采用φ25 mm的PVC管，拔管采用φ20 mm的塑料软管，拔管与主灌浆管采用φ25 mm的正三通相连，主灌浆管均通过基础环上φ150～125 mm的孔引至座环内以便后期灌浆。主灌浆管与拔管均采用φ8 mm圆钢做成卡环点焊在蜗壳的加筋板上。主灌浆管卡环必需卡紧，拔管卡环需适当预留一定的富裕度，拔管与主灌浆管的连接既要保证浇筑混凝土时不进浆，又要保证拔管时能够拔出，可采用电工胶布缠绕密封[4]。

4.3 冷却水管

冷却水管主要预埋在蜗壳第1～5层大体积混凝土浇筑中，采用φ32 mm×2 mm的HDPE管，按照1 m×1 m×1.5 m(高度方向)的方式布置，单根管道的长度不大于150 m，将进出口端分别引出至仓号外以供混凝土浇筑过程中或后期混凝土温度上升期通水冷却。同时，每仓预埋2～3支温度计，其中结构中间区域和自密实混凝土区域最少需布置1支。

4.4 弹性垫层

对于蜗壳腰线以上区域表面需粘贴一层3～12 mm厚、L-600型高压聚乙烯材料弹性垫层，其施工工艺要点：将闭孔泡沫板表面及蜗壳表面清洗干净；胶桶摇晃后开封，将胶倒入干净的容器并搅匀；在弹性垫层粘贴面和垫层对应面积的钢板表面均匀涂一层胶，涂胶后放置3～10 min，手蘸胶面呈长丝状时即可粘合；粘贴时一端靠紧已贴垫层，先将1/5表面接触并施压，用橡胶榔头向另一端有序敲击逐步压合以排除贴合面的空气，压合后施加接触压力5～10 min(可站人施压)即可粘合；所有垫层相互结合的端面(即四周拼缝处)均应涂胶粘合；垫层应错缝粘贴；垫层粘贴完毕，在所有的表面接缝处刷胶(粘贴胶)填缝[5]。

弹性垫层安装完毕进行蜗壳上半部分钢筋的安装，钢筋安装过程须采取有效措施对弹性垫层进行保护；对蜗壳上半部分的钢筋设置支撑钢筋，在支撑钢筋与垫层接触处设置φ100 mm×15 cm的C30混凝土垫块以增加弹性垫层的受力面积，防止钢筋头戳破弹性垫层；为防止蜗壳钢筋接头焊接时的高温焊渣烧坏或引燃垫层材料，在焊接作业下方采用湿毛毡或铁皮等将弹性垫层表面盖住；为避免移动钢筋等作业对弹性垫层造成损坏，采取垫木板的方式对弹性垫层进行保护；弹性垫层及蜗壳上部钢筋安装施工时，仓内需配备适量的灭火器。

5 座环、蜗壳抬动变形监测

(1)监测点的布置。抬动监测的目的主要是监控座环、蜗壳在第1、2层混凝土浇筑及接触灌浆过程中的位移情况。座环监测点布置在座环上，每45°布置1个监测点，共8个；其中，径向位移监测点4个，抬动监测点4个，全部采用百分表。座环抬动和位移监测布置情况见图4。蜗壳监测点布置在蜗壳顶部，均布8个监测点，采用全站仪进行监测。在地面做一个基准校正点用于仪器校正。

图4 座环抬动和位移监测布置图

(2)监测及控制要点。根据相关技术要求，座环抬动和位移应不超过0.2 mm，蜗壳偏移应不超过2.5 mm。现场监测及控制要点：当座环上抬0.1 mm时，监测人员需及时向现场管理人员预警，将监测频率改为每10 min监测一次并及时降低混凝土的入仓速度；当座环上抬0.15 mm时，监测人员需立即向监测小组组长及相关人员报警并暂停浇筑，待分析原因采取补救措施后方可继续浇筑。当蜗壳偏移超过1.5 mm时，必须向现场管理人员提示并及时降低入仓速度；当蜗壳偏移超过2 mm时，向监测小组组长报警并暂停混凝土浇筑，待分析原因采取补救措施后方可继续浇筑。混凝土接触蜗壳时开始监测，根据现场管理人员指令加密监测次数，同时降低混凝土浇筑速度。

蜗壳采用全站仪测量易出现零点漂移现象。当测量结果出现异常时，应及时与基准校正点进行核对，并与座环百分表测量结果进行验证，避免因偶然误差而出现误判。

6 混凝土浇筑

由于蜗壳第一层混凝土浇筑需要确保座环、蜗壳抬动和位移不超标，并保证蜗壳底部和阴角区浇筑密实，而分象限对称浇筑施工复杂、难度高，故文中主要论述蜗壳第一层的浇筑工艺与方法。

(1)入仓方式。混凝土入仓采用3台HBT60拖泵(其中1台备用)。在混凝土尚未接触蜗壳时，1台往蜗壳外侧大面输送常态混凝土，1台往蜗壳内侧输送常态混凝土。当混凝土浇筑至快接触蜗壳时，将1台换成输送高流态自密实混凝土并通过预埋的径向高压泵管输送至蜗壳阴角区。

(2)先浇象限(Ⅰ、Ⅲ)的施工工艺要点。混凝土浇筑形成的蜗壳应外高内低并确保蜗壳外侧混凝土挤进蜗壳的底部和内侧。施工人员在蜗壳内、外侧同时振捣。混凝土浇筑到蜗壳底部以上后，采用径向低压泵管继续泵送混凝土，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，拆除低泵管，施工人员从封头模板处撤出蜗壳阴角，阴角部位开始启动高压泵管并浇筑自密实混凝土，此时一定要确保基础环和座环顶部的孔洞全部打开、用于排气。

(3)后浇象限(Ⅱ、Ⅳ)的施工工艺要点。从蜗壳半径较大侧开仓采用“坡浇法”浇筑，施工人员先进入蜗壳阴角进行振捣，使混凝土料沿蜗壳流向依次将底部覆盖，施工人员最后从蜗壳半径较小的部位撤出，同时启动混凝土泵泵送自密实混凝土，同样应确保基础环和座环顶部的孔洞全部打开、用于排气。

(4)平仓与振捣。采用平铺法浇筑，每仓浇筑振捣的厚度应不大于30 cm；严格控制初凝时间，与蜗壳接触的液态混凝土厚度不大于60 cm，混凝土浇筑上升速度不大于0.3 m/h。

在蜗壳内侧阴角区启动高压泵管泵送自密实混凝土的同时，蜗壳外侧继续浇筑常态混凝土。浇筑过程中利用基础环上预留的φ125 mm孔对阴角区混凝土进行辅助性的振捣或赶料。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，用木塞将环流板上的振捣孔封堵。当座环侧面最上面一排φ40 mm排气孔全部挤出混凝土(含粗骨料)时，证明蜗壳内侧阴角区已浇满，此时应立即停止内侧泵管的送料。