亭子口电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术

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(中国水利水电第五工程局五分局，成都，610066)

1 概述

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。水库正常蓄水位458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿m3，电站装机1100MW。

电站厂房共布置4台单机容量275MW的水轮发电机组，机组蜗壳安装中心高程366.60m，蜗壳顶部范围采用弹性垫层的方式埋入混凝土内。每台机组蜗壳层内设置有一个蜗壳进人孔廊道、一个下机架检修通道、一个水轮机井进人廊道。蜗壳垫层材料为高压聚乙烯闭孔泡沫板，敷设厚度20mm、10mm，与蜗壳面层采用氯丁胶粘接。主厂房混凝土施工分层自下而上分为肘管基础混凝土、肘管层混凝土、锥管层混凝土、蜗壳层混凝土、水轮机层混凝土、母线层混凝土、发电机层混凝土及上部结构混凝土，其中蜗壳二期混凝土总量约2.4万m3。该蜗壳二期混凝土具有以下施工特点及难点：

(1)主机段蜗壳层混凝土结构平面尺寸大，结构体型复杂，预埋管路等埋件繁多，技术要求高，施工工期紧张等；

(2)蜗壳二期混凝土仓内净空尺寸较小，其金属蜗壳尺寸巨大，蜗壳底部距离混凝土界面最小间隙在0.40m～1.4m。蜗壳外围钢筋密集、外形尺寸变化大，部分钢筋需要现场放样，钢筋制作和安装十分困难，钢筋安装难度较大是制约进度的主要因素；

(3)作为主厂房大体积混凝土的重要部位，蜗壳第一层仓面空间狭小，混凝土入仓及振捣难度很大，混凝土施工过程中的浇筑质量控制是关键；

(4)主厂房蜗壳层混凝土浇筑期间，土建作业与机电埋件安装作业相互穿插，机电安装埋件管路多，施工场地的协调与干扰较大。

2 施工分层分块及布置

2.1 施工分层

蜗壳二期混凝土共划分7层，浇筑高程为361.60m～378.17m，高度16.57m，分层示意见图1。第一层分层高程至座环阴角部位，其上各分层主要考虑沿蜗壳包角壳顶逐步下降及蜗壳进人廊道的结构分布情况进行，分层高度均不超过3.0m。

图1 蜗壳二期混凝土浇筑分层示意(单位：m)

2.2 施工分块

单台机组第一层～第七层每层分四个象限(Ⅰ～Ⅳ象限)，形成四个相对独立的混凝土块，且上下两层各块间为错缝80cm上升。

2.3 浇筑顺序

第1层～第4层混凝土浇筑采用顺序对称浇筑，即Ⅱ象限-Ⅳ象限-Ⅲ象限-Ⅰ象限。计划先进行Ⅱ、Ⅳ象限浇筑，后进行Ⅰ、Ⅲ象限浇筑，且第一层施工过程中采用对角两块同时备仓，两块同时浇筑。第一层顺序对称浇筑特征见表1。

表1 第一层顺序对称浇筑特征

部位面积平法强度入仓手段设备布置Ⅱ象限157 5m222 5m3/h2台门机、1台输送泵Ⅳ象限77 6m211m3/h2台门机、1台输送泵Ⅰ象限134 6m219 3m3/h2台门机、1台输送泵Ⅲ象限125 3m218m3/h2台门机、1台输送泵1台MQ600B门机布置在下游高程392m尾水启闭平台；1台MQ600B门机布置在厂房上游高程392m厂坝平台；1台混凝土输送泵布置在厂房上游高程376 2m平台。

2.4 各层浇筑手段布置分析

2.4.1 第1层浇筑手段

蜗壳底部混凝土(第1层)采用门机+混凝土输送泵联合浇筑。门机供料浇筑蜗壳外侧混凝土，采用汽车泵或溜管向混凝土输送泵集料斗供料。HB70型混凝土泵负责座环下阴角部位的回填浇筑，在阴角下泵送混凝土无法浇筑后，适时启动向座环下的阴角泵送砂浆。

蜗壳第1层混凝土输送泵布置。在座环顶部设置临时钢管支架，在支架上布置临时分料软管，由1台混凝土输送泵负责各个象限内的座环下环流板与蜗壳阴角浇筑。

Ⅱ、Ⅳ象限先浇块施工时，1台混凝土输送泵布置在厂房上游高程376.20m平台，泵管沿预留洞接入浇筑仓位，由三一汽车泵或溜管进行供料。蜗壳外围混凝土主要采用厂房下游尾水启闭平台MQ600B门机和上游高程392m厂坝平台上布置的MQ600B门机共同进行浇筑入仓。

Ⅲ、Ⅰ象限后浇块施工时1台混凝土输送泵布置在厂房上游高程376.20m平台，泵管沿预留洞接入浇筑仓位，由三一汽车泵或溜管进行供料。蜗壳外围混凝土主要采用厂房下游尾水启闭平台MQ600B门机和上游高程392m厂坝平台上布置的MQ600B门机共同进行浇筑入仓。

第一层蜗壳内侧采用混凝土输送泵供料，泵管由主泵管和径向分料软管组成，主泵管从输送泵接出沿蜗壳外侧高于仓位线以上环向布置，分别接径向分料软关并延伸至蜗壳阴角部位。径向分支管为自制φ125mm软管，每个象限布置6～7根输送管，方式为5高2低。其中，2根低泵管用于蜗壳内侧底部以下大面积混凝土浇筑，5根高泵管用于蜗壳阴角混凝土浇筑(先浇块可用封头板临时排气)，高泵管管口环向间距控制在约200cm范围内。蜗壳外侧混凝土采用溜筒或溜槽配合入仓。所有混凝土泵管接至仓面均由仓面型钢和φ48mm架管搭设的支撑架立。

2.4.2 第2层浇筑手段

第2层处于蜗壳壳体腰线部位，采用门机+混凝土输送泵联合浇筑作为主要入仓手段，在距离蜗壳壳体2.0m范围内，不得设置下料点。

2.4.3 第3～7层浇筑手段

第3～7层处于蜗壳腰线以上部位，仓面面积较大，采用门机+混凝土输送泵联合浇筑作为主要入仓手段，在距离蜗壳壳体2.0m范围内，不得设置下料点。

2.5 灌浆系统管路布置

在蜗壳二期混凝土浇筑工期较为紧张的情况下，为了确保蜗壳底部接触灌浆的施工质量，加快施工进度，尽可能地缩短灌浆与混凝土浇筑之间的时间间隔，施工过程中采用了预埋单向可重复灌浆系统进行灌浆。为了保证蜗壳阴角部位和座环下环板内回填和接触灌浆的质量，在蜗壳阴角部位每个象限埋设了2套独立的由DN48的钢管和DN32的钢管组成回填砂浆系统；在蜗壳阴角部位和座环下环板内每个象限埋设了1套由DN48、DN32灌浆管及灌浆盒组成的灌浆系统。其中，在座环下环板内先利用座环上预留的灌浆孔灌浆后，再用预埋的灌浆管进行补充灌浆。整个蜗壳钢衬接触灌浆分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个灌区(见图2)，蜗壳阴角及座环下环板内灌浆管路布置见图3。

图2 蜗壳接触灌浆管路布置示意

图3 蜗壳阴角及座环下环板内灌浆管路布置示意

3 蜗壳层施工程序

蜗壳安装验收交面→混凝土缝面处理→蜗壳腰线以下钢筋安装→灌浆管路安装(冷却水管安装)、监测仪器安装→蜗壳第1层混凝土浇筑→弹性垫层安装→蜗壳腰线以上钢筋安装→蜗壳第2～4层混凝土浇筑→蜗壳及座环底部重复灌浆→蜗壳第5～7层混凝土浇筑→基础环底部重复灌浆。

4 施工工序

4.1 钢筋施工

按照设计图纸，蜗壳内侧钢筋规格为φ25mm(Ⅱ级)、φ28mm(Ⅱ级)、φ32mm(Ⅱ级)、φ36mm(Ⅱ级)，钢筋总量702.3t。其中，φ25mm钢筋(Ⅱ级)重量1.467t，φ28mm钢筋(Ⅱ级)重量161.43t，φ32mm钢筋(Ⅱ级)重量276.6t，φ36mm钢筋(Ⅱ级)重量262.8t。平均每台机组蜗壳内侧钢筋总量175.57t。蜗壳内侧钢筋安装复杂，安装顺序采用先里后外、由低向高逐块安装；钢筋连接接头采用钢套筒连接和焊接方式。

施工顺序为：仓面清洗→测量放样→安装样架钢筋→蜗壳内侧钢筋就位→环向主筋安装→接头验收→分布筋安装。

钢筋先一次安装至蜗壳腰线后再随着仓位的上升施工腰线以上的钢筋。先施工环向主筋再施工水流向分布筋，沿蜗壳水流道方向先尾部后进口。安装时先在蜗壳底部做好钢筋样架并固定，然后将加工好的钢筋分类分批分块吊运入仓，并根据现场情况分别摆放就位。在蜗壳支墩之间将钢筋按设计图纸连接成型，可以在地面宽敞地带绑扎成型或焊接成骨架和网片，成组安装，以加快进度。

安装过程中，需保证钢筋的保护层厚度满足设计要求，确保混凝土顺利进料；在有机电预埋件、蜗壳预埋件、弹性垫层、灌浆管路、监测仪表及各类管线穿过的部位，应统一考虑施工次序，使其互不影响和不干扰安装作业。在蜗壳钢筋相对密集的部位，安装阶段必须间隔预留进人、进料孔，以便混凝土浇筑振捣密实。

4.2 模板施工

模板利用φ48mm钢管作横竖围令，模板设拉筋与内支撑，拉筋采用φ12mm拉筋，内支撑采用φ25mm钢筋，拉条间排距按75cm控制。局部尖角部位采用5cm×10cm方木按照设计边线切割成斜面后进行安装。

4.3 灌浆系统施工

厂房蜗壳回填、接触灌浆共分4个灌区，灌浆施工顺序为Ⅰ灌区→Ⅱ灌区→Ⅲ灌区→Ⅳ灌区。每个灌区先进行蜗壳阴角部位的回填砂浆施工，再进行蜗壳接触灌浆和回填灌浆施工。

4.3.1 蜗壳阴角部位及座环下环板部位回填灌浆

回填灌浆用注浆机由低处孔向高处孔灌，灌浆压力不大于0.2MPa。当排气孔排出泌水及水泥浆后用木塞由低到高依次堵上，达到设计压力后，灌浆孔停止吸浆，并继续灌注20min即可结束灌浆。灌浆结束7d后进行灌浆检查，若局部有脱空或灌浆不密实的部位，采取从制造商预留的灌浆孔内进行补灌，直至达到设计要求。

4.3.2 蜗壳底部接触灌浆

(1)接触灌浆使用的浆液为纯水泥浆液，水灰比分为1∶1、0.8∶1、0.6∶1三个比级，开始用1∶1水灰比，排气管出浆后即转入0.8∶1，当出浆浓度接近进浆浓度或灌人一定量浆液后，改用最浓级浆液灌注，直至结束；

(2)接触灌浆压力为不大于0.2MPa，同时接触灌浆的压力大小，结合变形监测与排气管的出浆状况等因素进行调整、变换考虑；

(3)灌浆顺序。每个灌区自低向高灌，先灌底部的3号管，再灌2号、4号管，1号、5号管。埋设3趟管路的，先灌2号管，再灌1号、3号管。灌浆时将闸阀打开，待来浆后关闭，在灌浆端均匀加压到设计压力。灌浆结束后，将闸阀打开，用水清洗管路，达到多次灌浆的目的；

(4)灌浆结束后，最为重要的是及时用不大于灌浆压力80%的水冲洗，以备下次灌浆使用。

4.4 冷却水管安装

根据蜗壳二期混凝土浇筑的时间段，若混凝土施工处于高温季节(5～9月份)，仓内冷却水管采用φ32mmPE管在水平面呈蛇形布置，其间距在蜗壳第一层内按照100cm×100cm布置，其余部位按照150cm×150cm进行布置。每仓第1层水管铺设于施工缝面，中上部的冷却水管采用铅丝牢固绑扎在操作钢筋架上、管路均匀顺直，水管距结构边缘(蜗壳边缘)1.0m～1.5m左右。单组水管总长按不超过200m控制。

5 混凝土浇筑

5.1 蜗壳第1层混凝土浇筑

5.1.1 先浇块混凝土浇筑

蜗壳混凝土浇筑手段为门机+混凝土输送泵(辅助)，混凝土设计强度等级：R28250(二)W8F100、R28400(一)W8F100及R28400(二)W8F100。选择泵送混凝土坍落度16cm～18cm，门机挂吊罐浇筑混凝土坍落度7cm～9cm。蜗壳外侧底角部位适当搭设溜筒或滑槽，便于吊罐混凝土到位。在蜗壳座环阴角处启用泵送砂浆，砂浆泵配比：水∶水泥∶砂=1∶2∶3.5，砂浆泵泵管直径采用φ32mmPE管。

混凝土从仓面蜗壳外上游侧开仓平铺法浇筑，施工人员在蜗壳内、外侧同时振捣，形成外高内低，确保蜗壳外侧混凝土挤进蜗壳底部和内侧。浇筑到蜗壳底部以上后，采用径向低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施工人员从封头模板撤出仓面，蜗壳外侧门机继续浇筑蜗壳外侧混凝土。浇筑过程中利用基础环上预留的φ125mm孔对内侧进行辅助性的振捣或赶料，主要用于观测混凝土浇筑上升情况(上升速度≤30cm/h)。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，用木塞将环板上的振捣孔封堵，此时启动泵送砂浆，由汽车泵(或门机)挂吊罐供料，泵送压力按不大于0.2MPa控制，以确保泵送过程中抬动变形值控制在允许范围内；当砂浆浇筑上升到座环底板上预留的排气孔出浆后继续注浆，此时不得采用木塞将排气孔封堵，当压力上升至0.1MPa左右，保持5min，注砂浆结束。

5.1.2 后浇块混凝土浇筑

蜗壳内侧(低泵管)和外侧同时开仓，从蜗壳半径较大侧开仓“坡浇法”浇筑，人员可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，后续浇筑方式与先浇块相同。

5.2 第2～7层混凝土浇筑

第2～7层混凝土浇筑手段，采用门机与混凝土输送泵入仓，每浇筑层收仓面与蜗壳交角处做45°倒角处理。混凝土下料时要防止骨料堆积，及时将堆积的大骨料分散开来。

5.3 变形监测

蜗壳二期混凝土浇筑期间的变形监测采取机电标监测，土建与机电及时沟通、联合控制的方式。在蜗壳二期混凝土开仓前布设座环监测点位，在X、Y方向设置4个监测点，安装百分表，确认初始数值，检测频率1次/h。参照已建三峡工程经验，监测控制标准参数定为：座环±0.2mm、蜗壳±2.5mm。

6 结语

蜗壳二期混凝土施工是厂房混凝土施工最为重要的部位之一，混凝土浇筑具有施工质量控制要求严、阴角部位入仓及振捣困难等难点。亭子口水电站蜗壳二期混凝土施工过程中，严格控制混凝土分层，严格落实温控措施，加强了施工全过程管理；针对阴角部位制定了入仓措施，后期通过预先埋设的单向可重复系统作补充灌浆处理，施工完成后经人工敲击检查及脉冲回弹法检测，蜗壳底部及阴角部位未发现脱空现象，达到了较好的施工效果。