巴莱水电站导流洞进口渐变段混凝土施工技术

2022-12-30雷建中,夏海龙

四川水力发电 2022年6期

雷建中, 夏海龙

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

1 概述

巴莱水电站位于马来西亚沙捞越州拉让江上游支流巴莱河上，距离拉让江汇流处约95 km。该工程的施工导流采用全年挡水围堰、隧洞导流方式，导流标准为500 a一遇洪水重现期，相应导流流量为4 837 m3/s。2条长约1.2 km、净直径为12 m的马蹄形断面导流隧洞均布置在巴莱河左岸。导流洞工程标段于2017年8月20日开工，于2020年10月1日顺利完成施工和移交。

导流洞进水口结构采用塔式取水设计，1号隧洞与2号隧洞塔式取水口为独立结构，沿水流方向依次布置拦污栅段、通仓段及闸门段。塔体中间设一道闸墩，闸墩与边墙通过胸墙连接成整体。单个塔体宽度为17 m，顺水流方向长38 m，进水塔基高程为34 m，塔顶高程为70 m。

每条导流洞进水塔与洞身衬砌段之间均设置了12 m长的渐变段结构。渐变段由净宽12.7 m、净高12 m的矩形断面渐变至净直径12 m的马蹄形断面。渐变段基础高程为34 m，渐变段混凝土底板高程为36 m，渐变段内表面拱顶高程为48 m，渐变段顶部高程为50.5 m。渐变段底板混凝土厚度为2 m，边墙混凝土厚度为2.5 m左右(沿轴线方向内轮廓渐变、混凝土在不同位置厚度有变化)，顶部混凝土厚度为2.5 m。渐变段结构混凝土等级为C30[1]，设置两层钢筋，主筋主要为Φ32 mm螺纹钢、间距100 mm，纵向钢筋主要为Φ20 mm和Φ25 mm螺纹钢、间距200 mm，两层钢筋网之间设置Φ16 mm的抗剪挂钩配筋。进水塔及渐变段剖面结构见图1。

图1 进水塔及渐变段剖面图

鉴于导流洞进口渐变段混凝土结构体型复杂，施工工期紧张，施工难度较大，施工具体面临以下问题：

(1)渐变段结构体型复杂。渐变段结构为净宽12.7 m、净高12 m的矩形断面渐变至净直径12 m的马蹄形断面的异形结构。尤其是渐变段内轮廓结构体型尤为复杂，内表面模板设计和加工难度大。渐变段结构内、外轮廓见图2。

图2 渐变段结构内、外轮廓示意图

(2)面对实现导流洞移交等合同里程碑的工期压力，留给渐变段混凝土施工的工期仅为2个月左右。鉴于渐变段施工工期非常紧张，进而对模板加工和现场钢筋、模板安装、满堂架支撑搭设和混凝土浇筑等各个环节和工序的施工速度要求较高。

(3)渐变段顶部混凝土的设计厚度为2.5 m，对模板支撑体系要求很高。经过综合分析计算最终确定渐变段顶部混凝土分两层浇筑，顶部第一层混凝土主要依靠满堂架管体系承重，而顶部第二层混凝土浇筑主要依靠已浇筑的第一层混凝土承重。

(4)巴莱水电站项目所处位置无对外公共道路交通，物资运输主要依靠河运。对此，渐变段混凝土施工需统筹考虑现场材料情况和经济性等因素，需要尽量利用现场现有材料，减少外购材料，避免因需等待外购材料运输而影响到现场施工。阐述了面对所遇到的具体问题，对导流洞进口渐变段混凝土施工关键技术的选定过程。

2 导流洞进口渐变段混凝土施工关键技术的选定

根据导流洞渐变段混凝土施工特点和面临的问题，技术人员从钢筋、止水及埋件安装、模板加工安装、混凝土运输及浇筑等关键工序着手分析得出导流洞进口渐变段混凝土关键施工技术主要包括渐变段内表面模板及支撑体系的选型、设计、加工和安装。而对于外表面模板及支撑体系选用常规技术方案即可。另外，渐变段拱顶以上的顶部混凝土浇筑分层的第1层浇筑高度需要注意和满堂架支撑计算采用的边界条件相匹配，不得超过满堂架支撑计算采用的顶部混凝土浇筑厚度，以确保顶部混凝土浇筑期间支撑体系的稳定，确保施工安全。

(1)项目部结合现场材料情况和工期要求分析比较了若干个渐变段的内表面模板及支撑体系方案。

渐变段常用的定型钢模板+方木排架支撑的渐变段模板及支撑体系存在耗费大量的方木、方木排架加工速度慢、排架重量大、移动安装困难和定型钢模板外部订购耗时长等问题。采用这种类型的支撑体系，一方面难以实现导流洞渐变段2个月完成施工的工期目标，另一方面需要耗费大量的木材。

项目部根据渐变段内表面结构特点(由7个面组成：4个曲面和3个三角形平面)和现场施工条件，最终确定了采用木模板加工制作4个曲面模板、现场安装三角形平面部分的模板和满堂支撑架管的方案作为渐变段内表面模板及支撑体系施工方案。

(2)鉴于渐变段外表面结构较为简单，采用常规普通木模板和架管脚手架支撑施工方案即可。

(3)由于渐变段结构钢筋设计量较大，主要采用常规安装方法，钢筋的连接以搭接绑扎方法为主(按合同BS英标规范，不允许焊接)，局部采用套筒机械连接方式。

(4)根据现场施工条件，混凝土入仓主要采用HBT60混凝土拖泵接泵管泵送入仓。

3 导流洞进口渐变段混凝土施工关键技术的应用

3.1 渐变段内表面模板及满堂架支撑体系的设计、加工及安装

在最终确定选用木模板加工制作4个曲面模板、现场安装三角形平面部分的木模板方案后，首先开始设计和制作曲面模板。4个曲面模板的顺利设计加工是确保所选定的模板支撑体系应用的重中之重。

经过计算和调整，最终确定曲面模板的模板面由5 mm厚层板加25 mm厚、100 mm宽木板条两层组成。单根次围檩选用4层、18 mm厚、150 mm宽的木板组合而成，单根主围檩选用两根直径48 mm、壁厚3.6 mm的架管组成[2]。沿水流方向每间隔0.75 m设置一道次围檩固定和加固曲面模板，每道次围檩的长度和弧度按照对应桩号的渐变断面确定。

曲面模板在综合厂内进行加工制作。先加工次围檩，然后用5 mm厚的层板和25 mm厚、100 mm宽的木板条加工制作曲面，最终进行曲面模板和次围檩的拼装。

曲面模板及围檩在综合厂加工完成并在渐变段底板混凝土浇筑完成后，即可将曲面模板运输至渐变段场地进行安装。首先安装渐变段底部两个左右曲面模板。完成底部左右曲面模板安装后，现场采用普通木模板进行左右两侧两块三角形平面部分模板的安装。模板安装的同时开展钢筋安装和满堂架管支撑系统的搭设。然后进行高程42 m以下边墙的浇筑；之后继续安装钢筋、安装固定顶部两个曲面模板以及在现场利用普通木模板进行顶部三角形平面部分模板的安装。

满堂支撑架体系搭设的高度为12 m，主要采用直径48 mm、壁厚3.6 mm的镀锌钢管搭设。基于渐变段拱顶以上顶部结构混凝土第一层浇筑厚度1 m的条件和架管自身参数开展立杆稳定性计算、搭设高度验算和地基承载力验算等，最终确定满堂架的立杆横距为0.7 5 m、立杆纵距为0.75 m，步距为0.9 m[3]。在架体外侧周边及内部纵、横向每隔6 m左右设置竖向剪刀撑，剪刀撑的角度为45°～60°。

现场满堂支撑架体系搭设前，应根据满堂架设计参数计算立杆、横杆以及其他构造件等所需钢管的数量和长度，做好架管材料和扣件等材料的准备工作。对于非标准长度钢管，需要提前在综合厂内完成切割备用。

满堂支撑架的搭设必须由经过专业培训的架子工严格按照设计间排距和构造要求进行搭设，相邻立杆架管接头应交错布置。搭设完成后、经技术、安全部门验收合格后方可投入使用。

3.2 渐变段混凝土施工顺序及浇筑方法

渐变段结构混凝土的浇筑按照先浇筑底板、再分2个升层浇筑边墙、最后分2两个升层浇筑顶部结构的施工顺序自下而上共分为5个升层。渐变段顺水流方向的长度为12 m，不再分块/分段，顺水流方向一次通仓浇筑。

渐变段开挖和基础处理完成后进行渐变段底板钢筋的绑扎、止水及埋件等安装。由于渐变段底板混凝土浇筑时上游的进水塔已浇筑至一定高度，下游隧洞衬砌段已浇筑完成，因此，底板混凝土浇筑无需模板。在底板钢筋、止水及埋件安装完成后即可进行底板混凝土的浇筑，底板2 m厚的混凝土一次浇筑完成。

底板混凝土浇筑完成后，进行高程42 m以下边墙钢筋、埋件及止水的安装和边墙自制曲面模板的安装、三角形平面模板的现场安装。模板安装的同时开展架管支撑系统的搭设。然后率先进行高程42 m以下边墙的混凝土浇筑。之后继续安装完成高程42 m以上边墙的钢筋及埋件安装、曲面模板的固定安装、顶部三角形平面模板的现场安装。接着浇筑高程42 m到高程48 m即顶拱以下部分边墙混凝土的浇筑。

在顶拱高程48 m以下边墙混凝土浇筑完成后，紧接着完成渐变段顶部的钢筋安装和外部木模板的现场安装。渐变段顶部结构混凝土需分两个升层浇筑：将第一升层的浇筑层厚控制在1 m以内，第二升层直接浇筑到顶。顶部结构第一升层浇筑以满堂架作为支撑结构并需严格控制层厚。顶部结构第二升层的浇筑则以第一升层已浇混凝土作为支撑结构，经验算需在第一升层混凝土强度达到50%强度以上方可开展第二升层的混凝土浇筑。

混凝土采用8 m3混凝土罐车自拌合楼运输至工作面附近，然后经HBT60拖泵接泵管泵送入仓。渐变段底板和高程48 m以下边墙浇筑时，混凝土由混凝土罐车运输至渐变段底板经2台HBT60拖泵泵送入仓，边墙左右两侧应对称上升浇筑[4，5]。高程48 m以上的边墙混凝土和顶板混凝土浇筑所需的混凝土由罐车运输至进水口边坡高程52 m马道两侧平台附近经拖泵接泵管泵送入仓。