堰闸段泄水底孔钢板衬砌施工实践

梁 丹，韦庆华，梁 毅，裴承若

（广西水利电力职业技术学院，南宁 350003）

1 概述

巴基斯坦阿莱瓦水电站总装机容量为2×60.5 MW，是一座高水头、长隧洞引水式水电站，净水头为687.0 m。混凝土坝由左副坝段、进水口坝段、堰闸坝段和右副坝组成，最大坝高65 m，坝轴线长120 m，顶宽10 m，最大底宽42 m。堰闸坝段设3 个泄水底孔，孔口尺寸为7.0 m×8.5 m，进口体型为椭圆形。本工程河流为山区河流，曾受2005 年里氏7.6 级南亚大地震影响，河流推移质颗粒大且含量高，堰闸段的泄流底孔和消力池的过流表面均要承受高速推移质水流的冲刷，故要求采用厚度为30 mm的Q345B钢板对堰闸段的泄流底孔进行底衬和侧衬，钢衬总面积约1512m2，共计421.3 t。底衬下净空不足500 mm，锚筋一端与底衬肋条相焊接，另一端与预埋的锚板焊接，布置规格为@500×1000 mm。

本工程过流面衬砌施工的重点难点：

（1）工作面非常狭窄，支撑加固难度大，混凝土下料平仓振捣困难。

（2）工期紧张，堰闸段的底衬和侧衬安装和衬板下混凝土浇筑占直线工期，会影响蓄水节点目标。

以底衬为例，施工程序见图1。

图1 施工工序图

2 钢衬板的加工与安装

2.1 钢板加工

（1）下料。将底衬钢板和侧衬钢板分为直段和弯段下料。直钢板为整体型钢板，如图2 中编号为S2、S5、S6 的底衬板以及多数侧衬板。弯曲衬板应根据轧制机的轧制宽度限制进行切割，比如底板S23 的整板尺寸为1998 mm×6996 mm×30 mm，宽度6996 mm已超出现有卷板机2.5 m的轧制宽度上限，需切成三块卷制，相应衬板号分别为S23-1、S23-2、S23-3，各板全部进行对应编号[1]。

图2 泄洪道侧面钢衬板编号

（2）卷板和装配。为便于检查轧制精度，在正式卷板前应按照设计半径制作一块对照检查用的钢样板。正确轧制的成型板放置在有支撑的平台上或平整地面上，避免撞击等导致曲率半径变形。分开卷制的钢板，如S23-1、S23-2、S23-3在后方工作间完成拼装成S23。考虑道路运输条件和工作面采用门机或塔机进行提升安装，除与闸门槽连接的后期封板为独立块外，在合理加固前提下，可在工作间将两块相邻的板焊接在一起，以减少现场焊接工作量，加快施工速度。

（3）焊接和运输。拼焊前再次检查尺寸方向正确后进行自动埋弧焊接。所有的工作间焊缝均需超声检测并达到I 级焊缝标准，同时按图纸平整度要求对焊缝进行打磨。钢衬瓦片经工程师检查合格和同意后用平板车运输至工地EL.1210 平台，再由施工门机转运至工作面。

2.2 钢衬安装和加固

（1）安装准备。清理工作面内预埋锚板的表面沾浆，测量放出每个闸孔中心线，沿水流方向距离闸孔中心线4 m 处清晰标记出WU0-006.200、WU0-002.350、WD0+007.180 和WD0+0 032.400 桩号以及EL.1211高程点。

（2）底衬板安装。底衬和侧衬的安装方向均为自下游向上游推进，以2 块板为一组，共10 组安装顺序第一组为S24、S23和S22。

第一步：24#、23#、22#钢衬板的安装、调整和固定→第二步：21#、20#、19#钢衬板的调整和固定→第三步：22#、21#钢衬板的焊接→第四步：18#、17#、16#钢衬板的安装、调整和固定→第五步：19#、18#衬板的焊接......最后，安装和调整1#钢衬板，并与2#钢衬板焊接，最后一项工作是各段钢衬板接缝的打磨。

相邻两块钢衬板在车间完成焊接组合，相对于全部钢衬板在现场安装和焊接，可大幅减少工作量，比如S24、S23 钢衬板。考虑到在大量钢衬板安装的过程中，沿水流方向上，安装的总长度累积的误差可能超过规范要求，应调整靠近闸门槽嵌入部分的板和最后一块待安装的板。安装卸料底孔底板后，应考虑两种动力垫，一种是安装后固定钢衬，以防止钢衬因重力下沉，固定强度不得造成钢衬局部凹陷，另一种是二期混凝土浇注时，混凝土振动会压迫钢衬，使钢衬浮起或局部凸起。

3 钢衬部位的加固与混凝土浇筑

3.1 钢衬的加固

（1）钢衬拼缝、固定。钢衬固定主要通过底座支承固定、钢衬板内部支撑、外部型钢斜拉固定3种方式，（如图3）钢衬板外支撑待混凝土浇筑完成后拆除，支承的钢架与侧向拉型钢则与钢衬板一道永久埋于混凝土内，待浇筑混凝土时，钢衬板兼作为混凝土模板[2]。

图3 钢衬板加固示意图

（2）制作支承钢架初步固定。钢衬板定位后，将焊接固定在底衬板的板肋上的支腿，并将其与轨道焊接连接，使钢衬板与支承钢架形成一个刚性整体结构。

（3）侧面进一步固定。为防止混凝土浇筑时，由于钢衬两侧混凝土浇筑不均衡而造成其发生侧向移动，在钢衬两侧沿水流方向布置槽钢侧向拉杆。

（4）内部支撑型钢的制作安装。在混凝土浇筑时，因为高流态的混凝土将对钢衬板的侧向和顶部形成巨大的压力，进而造成钢衬变形，必须在钢衬内部设置内支撑结构。根据工程施工合同，钢衬制作单位应按框架单元（包含钢衬安装内支撑）交付安装单位，但因本工程钢衬结构形式不适用于框架组装后安装，因此将钢衬单节框架组装焊接、内支撑制作及装配交由安装单位完成。内支撑根据钢衬分节情况，一般取距管口0.5 m进行布置，并将各榀内支撑连接成刚性较强的整体。

3.2 混凝土浇筑方案

溢流面的混凝土采用二期浇筑法，钢衬底部采取预留台阶，钢衬焊接及钢筋安装等作业完成后，底部台阶至钢板间高度约1.8～1.5 m，（如图4所示）溢流面采用高流态混凝土浇筑，由施工门机提升料罐至钢衬板上预留的进料口，或者钢衬侧面受料点，混凝土靠流动性填充仓面。局部门机无法浇筑的部位，在钢衬板底部靠近中间底板区域在钢衬底板设置下料孔，采用泵送混凝土入仓，在钢衬板挡墙的下游上斜段底部区，以及钢衬下游尾部安装集料斗和溜槽，辅助门机料罐进料。

图4 预留空腔二期混凝土浇筑

钢衬板底部浇筑混凝土由于振捣较为困难，采用扩散度控制在550～600 mm 的自密实混凝土，混凝土通过钢衬预留孔进料后流入仓面，通过人工手持振捣棒从侧面振捣，采用长柄振捣棒和软管振捣棒在钢衬板底部下料孔部位进行平仓振捣，并增加混凝土流动范围，充分利用钢衬底部灌浆孔排除空气，保证混凝土充满仓面，排除空气，直至浇筑高程高于钢衬底板。

在混凝土浇筑质量控制上，为保证钢衬底部浇筑密实，及时排除气体是关键，每节钢衬底板中部，分别布置有孔径Φ25 mm 的排气孔，以及Φ200 mm混凝土下料孔，（如图5 所示）局部采取泵送混凝土从钢衬底板下料孔送料补充浇筑的手段，以保证仓内混凝土填充密实。浇筑过程中，安排专人采用锤击法检查钢衬底部夹气脱空情况，如果排气孔排出的是振捣产生的泛浆，即可判断钢衬底部的混凝土已经充填饱满。

图5 钢衬板预留进料孔和排气孔

在混凝土浇筑完成后，待混凝土硬化，也可以通过敲击的方式检查钢衬底部与混凝土结核面的脱空情况，并绘制脱空分布图。经检查，本项目的钢衬底板与底部混凝土的脱空厚度为0.2～1.1 cm之间，脱空面积占钢衬总面积约18%左右。

3.3 钢衬变形控制

在钢衬板内部浇筑高流态混凝土，由于初凝时间相对滞后，在浇筑过程中，需防止混凝土产生的压力，造成钢衬板的抬动变形，为此，钢衬内应安设支撑、钢衬外两侧通过斜拉杆的加固必须非常牢固。并对浇筑过程严格控制，比如钢衬底板范围内两侧应均匀下料，两侧浇筑高差应控制在50 cm之内。本项目通过安装抬动变形观测仪，对钢衬底板进行监控，浇筑过程中安排专人观测、记录变形移位，确保钢衬板的抬动变形量控制在0.1 mm的范围内。

4 钢衬板的接缝灌浆

4.1 制浆系统

钢衬接触灌浆有范围大，但是耗浆量小的特点，拟现场搭设临时制浆站配制浆液。接触灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥，强度42.5 MPa，细度小于80 μm，水泥的其他质量指标需符合现行国家规范的要求。施工前采购并加工预埋可重复接触灌浆管的灌浆主管、支撑固定装置。使用前要进行压力试验，验证并记录灌浆管出浆口可打开和闭合的压力。

4.2 接触灌浆埋管

在钢衬板的内侧埋设接触灌浆埋管，埋管采用可重复灌浆管，用焊枪在钢衬板的肋板上开出半圆孔，灌浆埋管从半圆孔中过，并用专用的固定卡紧贴固定在钢衬板内侧。在可重复灌浆管两侧端部用Φ20 mmPVC管相接，其中一根作为进浆管，另一根作为回浆管、排气管，以及灌浆管。各种功用的管在安装完成后，用塑料布封口做好保护，并作好标记，避免后续灌浆施工中出现混淆。在混凝土浇筑过程中，特别注意保护管口不被破坏。在施灌之前，必须对灌浆管路进行全面检查，确保管路无堵塞的现象。

（1）灌浆主管预埋。灌浆主采管采用PVC 管材，埋设方式与充气拔管基本相同，把PVC 管材贴合安装在钢衬板底部表面，并保证与充气拔管的布置相垂直，并利用钢衬加劲肋板上的开孔，把灌浆主管与所有的充气拔管节点串联起来。

（2）排气管预埋。当预埋灌浆的拔管的布设，超出了钢衬板所需的接触灌浆范围，用三通管将所有的灌浆拔管连接到Φ25PVC 管件，将多余的灌浆液引排出仓面，并同时作为排气及回浆管。

（3）预埋充气管拔管。混凝土浇筑前，首先对预埋拔管进行充气，待混凝土浇筑完毕，混凝土已经初凝后，放干预埋充气管中的空气，使埋管脱离混凝土，人工从埋管引出部位将预埋充气管抽出，最终形成接触灌浆通道[3]。

4.3 灌浆管路连接及通气检查

溢流面底部混凝土浇筑完成后，在各个拔管节点部位将Φ32 mmPVC 灌浆主管割开，使其与埋设形成的拔管灌浆通道连通，将空压机接入拔管，并吹入高压风，检查灌浆通道的连通情况。同时，灌浆前对衬砌混凝土的施工缝或施工缺陷、仓号两端堵头进行全面检查，对可能漏浆的部位进行事先封堵处理。

4.4 接触灌浆

在堰面混凝土浇筑完成28 d，达到龄期强度后，即可开始钢衬板接触灌浆施工，为减缓浆液干缩对灌浆质量的影响，本项目在秋冬季节施灌。接触灌浆由低处孔向高处孔灌（自下游孔向上游孔）；先灌1 管，在2、3 管回浆量、浓度与进浆量、浓度相同时再将1、2、3 并管灌注；灌浆时注入水灰比为0.5∶1 的水泥浆，灌注压强取0.2 MPa。当达到设计压力后，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注5 min即可结束灌浆；每次完成灌浆后，用低压水流冲洗灌浆管。

堰面水平钢衬板的接触灌浆，采用抬动观测仪进行监控。在施工前，将抬动观测仪表安装在灌浆部位钢衬板内表面，观察仪表的摆动，在灌浆过程中追踪控制施灌压力[4]。

5 结语

在阿莱瓦水电站堰闸段泄流底孔及消力池的钢衬板制作安装、混凝土浇筑和接触灌浆的施工中，可以总结出以下几个要点：

（1）泄洪道钢衬板的制作和安装是确保水利工程安全运行的重要环节。通过采用现代化的制作工艺和标准化的施工，在后方场地预制拼装钢衬板，可大幅提高钢衬板的安装效率，本项目通过预拼装的方式，将计划工期缩短了近一个月的时间。

（2）混凝土浇筑是构建泄洪道结构的关键步骤。通过科学合理的浇筑工艺和正确选择混凝土材料，可以保证结构的强度和耐久性，并达到设计要求。

（3）接触灌浆是为了确保钢衬板与混凝土之间具有良好的粘结性能。选择合适的灌浆材料和施工工艺，以及密实的施工操作，可以提高接触灌浆层的质量，保证工程的安全可靠性。

高速过流堰面的钢衬板制作安装、混凝土浇筑和接触灌浆，是高水头水电站施工的质量控制的关键工序，对于保障工程的正常运行和安全性具有重要意义，通过本项目施工过程的研究和总结，可以提供一些有益的建议和指导，为相关工程的实施提供参考。