白鹤滩泄洪洞出口双扭面挑流鼻坎混凝土施工技术研究

2022-10-29彭培龙刘凡陈敏刘文娟

四川水利 2022年5期

彭培龙，刘凡，陈敏，刘文娟

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

白鹤滩泄洪洞出口挑流鼻坎采用明渠形式，直接与龙落尾反弧末端连接，采用双扭面的布置形式，总体上呈左高右低、近低远高的布置。其中1#挑流鼻坎为斜切坎，左边墙长46m，右边墙长32.5m，边墙高12m～16m，左边墙末端最低，起挑高程650m；2#挑流鼻坎为扭曲鼻坎，左边墙长44m，右边墙长32m，边墙高12m～16.5m，左边墙末端最低，起挑高程650m；3#挑流鼻坎为扭曲鼻坎，左边墙长59m，右边墙长47.9m，边墙高12m～16m，左边墙末端最低，起挑高程649.6m，前接一8%直段。1#-3#挑流鼻坎断面均为U形，左边墙靠基岩，厚4m，右边墙临空，厚4.5m。挑流鼻坎表层1.5m采用C9060抗冲耐磨混凝土，下部采用C9030混凝土，结构物特征如图1。

图1 白鹤滩泄洪洞出口挑流鼻坎结构三维模型

2 白鹤滩挑流鼻坎混凝土施工方法介绍

白鹤滩泄洪洞出口挑流鼻坎采用明渠形式+双扭面的布置形式[1]，总体上呈左高右低、近低远高的布置。因出口工程边坡退坡开挖导致现场施工场地狭窄，主要利用门机和“挑流鼻坎大跨度常态混凝土布料系统”进行低坍落度混凝土浇筑[2]，施工布置详见图2。为保证挑流鼻坎曲面边墙及底板过流面混凝土施工质量，本论文分别从挑流鼻坎曲面边墙施工及底板引轨翻模最佳拟合设计方面进行研究，从而实现过流面混凝土全面精品工程。

图2 挑流鼻坎施工三维布置示意

3 挑流鼻坎混凝土施工技术攻关

3.1 挑流鼻坎曲面边墙施工技术研究

白鹤滩泄洪洞3个挑流鼻坎总体上呈右高左低、近低远高的布置。为了获得较好的水流流态，挑坎底板采用双扭面布置，边墙采用圆弧过渡，因边墙体型各异、同一挑坎不同断面体型不同，不具备模板循环利用的条件，因此，考虑工程建设成本，未采用定制曲面模板的方式，而采用平面模板按照折线代圆的方式控制浇筑体型。为了提高曲面边墙体型精度和过流面施工质量，采用了大模板折线代圆、水平缝无缺陷施工、螺栓孔无缺陷修补等技术实现挑流鼻坎曲面边墙体型精准、无缺陷。

3.1.1 模板选择

模板尺寸通过圆曲线半径和设计要求体型误差不大于±1cm，不平整度为3mm/2m的标准，并结合施工效率综合考虑。其中圆曲线按照挑流鼻坎结构线最小半径200m进行控制，若最小半径体型偏差值及不平整度满足要求，则其他圆曲线均满足要求，分析过程详见图3，最终选取大模板参数为1.5m×4.7m，最大不平整度3mm/2m靠尺，最大体型偏差1.4mm，满足设计体型及不平整度控制要求。

图3 泄洪洞出口挑流鼻坎边墙直线代圆误差分析

3.1.2 浇筑分区分层

挑流鼻坎混凝土按照先垫座混凝土、再边墙衬砌混凝土、最后底板过流面混凝土的施工顺序，底板垫座混凝土采用阶梯式浇筑体型，因此，边墙与底板过流面的相贯线为由低到高的多段线，使得边墙模板安装基准面不在同一水平面，为了保证边墙浇筑质量和便于边墙大模板的安装，需首先形成多个台阶状水平基准面。边墙浇筑时顺水流方向分段长度按照10m～15m进行控制，高度方向上按照4.5m进行分层。以3号泄洪洞挑流鼻坎为例，分仓情况如图4所示。

图4 台阶状水平基准面示意

3.1.3 边墙模板设计

为保证挑流鼻坎边墙浇筑体型，增加过流面大模板控制面积，防止水平搭接缝施工缺陷，综合研究分析决定，边墙立模原则为“首仓定大模板高程控制线，其余仓位与首仓大模板高程一致”的原则进行施工。大模板无法安装区域(即边墙底部台阶区域)采用木模板进行施工。为保证台阶区域模板施工质量，经市场调研分析，采用静曲强度高、表面耐磨性能强、弯曲弹性模量大、加热后尺寸变化率小的胶合板模板(塑料面片)。

3.1.4 水平缝无缺陷工艺

常规高边墙混凝土施工过程中，存在因水平施工缝由于高程存在误差、上下浇筑层强度不一致等问题，导致水平施工缝存在质量缺陷。为保证挑流鼻坎水平施工缝，经综合研究决定，在模板设计阶段充分考虑上口搭接高度，在模板上部布设高程控制线，等边墙混凝土浇筑到该高程后，严格进行人工收面(过程清除浮浆，保证混凝土强度)。混凝土浇筑后，对上口收线高程及体型控制2cm范围内进行打磨+切缝处理，施工工艺详见图5。

图5 边墙水平施工缝施工工艺示意

3.1.5 接安螺栓孔处理

模板拆除后留有大量的接安螺栓孔，螺栓孔的回填主要采用预缩砂浆，也是支洞封堵的一个质量控制重点。施工工艺流程：拆除接安螺栓→清孔、拉毛→水泥浆打底→分层填实→收面、抹光→养护。

(1)清孔拉毛。由于部分接安螺栓孔在浇筑时有浆液渗入及采用套管孔壁光滑，为保证回填料与混凝土紧密贴合，需对接安螺栓孔面进行清孔、拉毛处理。采用手持式扩孔机对接安螺栓进行扩孔处理，扩孔深度4cm，直径5cm，并利用电钻对钻孔面进行刻纹处理。拉毛完成采用高压水冲洗干净，晾干后进行回填施工。

(2)对接安螺栓孔底、孔壁采用0.5∶1的水泥浆液用毛刷均匀涂刷打底处理，确保回填料与周边贴合紧密，涂刷厚度2mm。

(3)回填采用预缩砂浆严格按照配合比拌制，预缩时间不少于30min，达到手攥成团手潮湿的标准。分层回填松铺厚度按3cm控制，然后用橡胶锤+捣棍锤击密实，用力锤击次数不少于25次，面层返浆为止；击实完成后用钢刷对回填面进行拉毛，利于层间结合。

(4)回填至过流面层回填面略高于过流面5mm，然后用砂抹搓平，再用铁抹反复压抹收面，压抹收面时自下而上，直至面层光滑平整，一般不少于5遍。由于收面对孔周边造成一定污染，用湿、干抹布结合擦净污染面。

(5)接安螺栓孔的养护采用粘贴保鲜膜保湿养护。

3.2 挑流鼻坎底板引轨翻模最佳拟合设计

根据泄洪洞工程水力学模型及理论验算，挑流鼻坎段最大流速达47m/s。为了获得较好的水流流态，挑坎底板采用双扭面布置，双扭曲面方程为(以2#挑流鼻坎底板双扭曲面方程为例)：

x2+[Z-R(y)]2=R(y)2

R(y)=75-(75-65)/18.9274×(10.6774-y)

为了提高挑流鼻坎底板混凝土抗冲耐磨性能，挑流鼻坎底板过流面混凝土采用常态混凝土浇筑。同时，为保证过流面施工平整度，经参建各方研究决策，挑坎过流面采用铝合金翻模施工工艺。由于其双流面的特性，只能采用小断面积分平面进行底板曲面的拟合。为了寻求最佳的拟合积分单元宽度，经理论分析、工艺试验明确采用调整轨道布置方式，最终实现既能保证体型和平整度，又同时能够减少施工难度。

通过挑流鼻坎扭曲底面方程分析，底板圆弧半径随Y值的变化呈直线形变化，在X值方向切断面图则底面衬砌结构线近似直线，但X值方向所有断面图底板衬砌结构线斜率不一致，具体体现见图6。

图6 挑流鼻坎扭曲底面方程分析

为实现挑流鼻坎双扭曲面底板混凝土施工，同时保证挑流鼻坎底板体型偏差值控制在±1cm，不平整度控制在3mm/2m。首先通过挑流鼻坎扭曲底面方程进行建模，在双扭曲面底板上建立单元，分析各控制点的体型偏差值及不平整度值，具体过程详见图7。

图7 挑流鼻坎三维建模及偏差值分析

通过上述过程分析，发现每一个单元四个顶点高程不一致，且每相邻两点的斜率不一致，使得每一个积分单元并不是一个平面，而铝合金模板是一个刚性的平面，这就导致体型存在偏差。根据上述结论，通过三方面进行双扭曲面底板设计。

3.2.1 模板安装宽度及组合单元方面

根据挑流鼻坎扭曲底面方程分析，挑流鼻坎底板Y值方向均为不同的圆弧半径，则越往下游方向，两圆弧之间偏差值越大(圆弧距离及相对曲率变大)。且两弧线之间半径差值越大，体型偏差值及不平整度越大，具体体现详见图8。通过理论建模分析，最终确定最小模板安装宽度尺寸为40cm，且模板Y值方向以中轴线为界，分为两个组合单元进行拼装施工。

图8 挑流鼻坎底板模板安装分析

3.2.2 底板与两侧边墙相贯区域异形模板设计

挑流鼻坎边墙两侧为曲面，导致底板模板与边墙相交部位无法通过常规模板搭接形成闭合区域。为保证混凝土浇筑体型，需提前预制40cm×5cm、7cm、9cm、11cm、13cm、15cm的小模板，通过小模板搭接最终实现两侧边墙相贯区域封闭施工，具体异形模板分布详见图9。

图9 挑流鼻坎底板异形模板分布

3.2.3 底板模板轨道设计

挑流鼻坎底板设计体型平差值为3mm/2m，精度要求极高。为实现挑流鼻坎底板模板安装精度，需对模板设计能够精确到毫米级的轨道。经施工现场工艺性试验及生产性试验，轨道设计可参照龙落尾底板施工轨道设计。但挑流鼻坎底板轨道需采用模板四边均能够独立调整高度的轨道，最小轨道宽度为40cm，与模板参数匹配，具体详见图10。