天桥水电站大坝上游围堰水下混凝土施工浅谈

陈光国,孙 磊

(中国葛洲坝集团二公司,成都,610091)

1 工程概况

山西天桥水电站大坝除险加固工程位于黄河中游北干流上,施工基坑紧邻原建筑物的泄水闸,上游围堰布置时充分利用原建筑物的导墙分段设计。为保证围堰不占压泄水通道,又不占压加固工程的施工基坑,临近导墙段设计为混凝土围堰,远离导墙部位设计为土石围堰。根据原建筑物导墙前端的地形条件,围堰形式拟采用重力式水下混凝土结构;围堰底部高程为822.0m～830.0m,底部最大宽度为8m。设计围堰按10年一遇洪水标准,考虑交通需要,确定围堰顶部高程为836.0m,最大堰高14m;迎水面采用直墙式,背水面采用台阶式设计,堰顶宽根据后期交通需要确定为6.0m;混凝土围堰与原建筑物导墙平顺连接,围堰设计轴线长46m,水下混凝土浇筑工程量约3000m3。

水下混凝土施工特点:①水下施工条件差,存在较大的安全隐患。本施工区域紧靠泄洪闸进口,库区内流态复杂。据当地气象资料反映,3、4月份平均气温在7℃左右,河水温度低,不适宜人工水下清基、立模等工作;②水下施工难度大,工期紧。黄河河水浑浊,全凭潜水员的施工经验进行水下定位,完成水下各个项目施工。同时,水下混凝土施工安排在汛前,黄河3月底才解冻,有效施工工期仅105天,工期紧;③技术要求高,施工质量难。混凝土围堰为重力式混凝土挡水围堰,要求本身具有一定的稳定性和防渗能力。由于混凝土在浇筑过程中无法振捣,主要靠浆柱的自重压力自行密实,故无法直观了解浇筑情况,必须做好混凝土配合比设计。

2 施工工艺

2.1 施工准备

根据混凝土围堰设计图纸测放轴线控制点和结构边线,水上采用浮标做标记,并将相应点、线延伸引至陆上。同时完成水下混凝土施工的各项准备工作,包括模板制作、浮箱准备、供风供电系统、专业人员与机具配备等。

2.2 水下土方开挖

水下土方开挖常规采用小型挖泥船施工。本项目开工前电站有两天冲沙放水时段,库水位降至825.0m,充分利用这一有利条件,采用PC400反铲直接进行淤积层开挖。

2.3 施工平台搭设

水下作业需要搭设水上施工平台。施工平台采用浮箱拼接形成,包括一艘工作船、一艘模板安装船和一艘浮吊船。采用6只浮箱(浮箱尺寸6m×3m×1.5m)拼装成浇筑船,浇筑船中间围成长12m宽8.5m空腔,作为模板安装和混凝土浇筑的通道,并布置有1.5m3的下料斗。根据混凝土围堰浇筑仓面布置,距结构边线不小于1m的范围布置下料导管,导管间距按4m控制。

2.4 基岩面清淤

水下土方开挖至基岩且开挖范围满足混凝土围堰施工要求后,由潜水员采用清於管和水枪进行水下清理。清淤管直径宜采用25cm的钢管,由10m3空压机供气,潜水员水下用高压水枪将基岩上的泥土全部扰动,采用清淤管排至施工部位以外。

2.5 水下锚杆施工

锚杆主要用于焊接拉条加固模板。钻孔采用HPR20294型的液压动力钻,钻孔直径45mm,成孔后采用高压水枪清孔。经孔深检查和孔内清理满足施工要求后,进行安放锚固剂、插杆的工艺施工。锚固剂采用药卷式水下锚固剂,进场后经抽样检查合格后方能使用。

2.6 模板施工

水下模板采用可拆卸的组合钢模板,根据仓面尺寸,在浇筑船上采用螺栓连接拼装,由浇筑船运送到施工部位再整体吊入水中。吊装拼模板采用简易型三角支架配合手动葫芦,安装前在模板四周设置定位缆绳。整体型钢模板水平位置的调整,由浇筑平台上的缆绳控制;定位测量采用交会法进行,由测距仪和经伟仪测量控制;模板的垂直度可用挂重球方法直接检查。测量方法:在钢模板的中心预先电焊一根竖向圆钢(φ12mm×1.5m),并涂上红白油漆作为钢模板中心标志,此标志垂直于钢模板平面,岸上1台仪器对准轴线,另一台仪器对准中心,有专人负责指挥安装。

安装整体模板时,为保证模板的平整度,在模板制作过程中,四周采用法兰螺栓做可调支撑,安装时进行调整。模板底部打定位桩,四面打斜撑撑牢固定,底部有缝隙的部位,用模板封堵。模板拉条采用不小于φ16mm的圆钢,对穿拉条按1.0m×1.0m梅花型间隔布置。为确保混凝土围堰的整体稳定,在垂直围堰轴线的施工缝上设置梯形键槽。

2.7 水下混凝土浇筑

水下混凝土浇筑主要工艺流程为:平台及导管的布置→安放砂包→储料→开浇→提升导管→检测→结束。

混凝土材料选用C20泵送混凝土,二级配,坍落度控制在18cm左右,摊扩度大于45cm。水下混凝土的施工质量首先取决于配合比设计。结合多个工程的经验,水下混凝土配合比设计时,胶凝材料必须大于420kg,才能满足流动性需要。

水下混凝土浇筑采用导管法进行,导管直径为φ250mm,横向布置两个导管,间距 4m,纵向布置3根,间距4m。浇筑时,导管轮流进行,不留施工缝,一次浇筑完毕。导管长度选用2m和0.5m,每套导管长、短导管相互搭配,便于提升导管过程中拆卸。提升导管采用简易三脚架配合手动葫芦,根据下料量和导管提升长度判断埋深,由人工手动提升。

水下浇筑混凝土时,首批进入导管的混凝土不少于1.5m3,确保导管埋入混凝土的深度不小于80cm。

导管埋入最小深度:Hmin=I×Lt

式中:I——混凝土拌合物在仓面的扩散坡率,取0.15～0.2;

Lt——导管间距,取4m 。

所以,Hmin=0.2×2=0.8m

考虑拌合物下落速度要求,根据以往类似工程的施工经验,水下浇筑水深16m左右时,最小埋深取0.8m。因此本工程水下导管最小埋深取0.8m。

为保证水下混凝土能顺畅通过导管下注,不出现堵塞现象,可通过导管顶部高出浇筑时水位的最小高度控制:

Ha=P-(RC-RW)×Hac/Rc

式中:P——导管底部的最小超压力,取 7.5t/m2;

Rc——水下混凝土的容重取2.4t/m3;

Rw ——水的容重取1t/m3;

Hac——水面至己浇筑混凝土面的高度,取最小值为0。

所以,Ha=3m

根据以往类似工程的施工经验,防止浇筑时不出现导管堵塞等现象,Ha取3m。因此,水下浇筑平台承料斗设置于超出水面3m处。

混凝土生产系统的布置:水下混凝土浇筑时,上升速度一般控制在0.3m/h左右,根据仓位大小计算入仓强度为28.8m3/h。采用2台0.75m3搅拌机生产混凝土,混凝土的生产能力为:V=60÷3×0.75×2=30m3/h。混凝土泵选用HB-60型,输送能力60m3/h,输送距离可达200m,满足混凝土浇筑强度要求。

2.8 模板拆除

在混凝土达到终凝后拆除模板,采用浮吊配合人工进行。利用浮吊吊住模板,潜水员用气焊水下割除螺杆,模板脱落后,缓缓提升浮吊。

2.9 缝面处理

水下缝面不能进行冲毛处理,采用人工开挖键槽,埋设间排距1.5m的插筋(埋深1.0m,外露1.0m)进行处理。

3 注意事项

(1)首批灌注混凝土所需的数量,应能满足导管首次埋深(深度≥0.8m)和填充导管底部的需要。

(2)混凝土浇筑开始后应能确保混凝土连续施工。

(3)在浇筑过程中,应经常检查仓内混凝土面位置,并及时调整导管埋深。

(4)应根据拌合楼生产强度确定仓位大小,确保在先浇筑的混凝土初凝前完成混凝土浇筑。

4 结语

水下混凝土施工属于特种混凝土施工,实质是将拌制的高流态混凝土,用各种工程手段送入水下预定部位硬化成型。在水利水电工程建筑方面,水下混凝土主要应用于围堰修建或边坡防护。水下混凝土施工要求较高,混凝土本身应具有足够的流动性和抗泌水、抗分离的稳定性。为了确保水下混凝土的稳定性,抑制水下混凝土施工中的骨料分离,保证混凝土施工质量,施工时主要从两方面进行调整:一是在浇筑过程中混凝土尽可能不与水接触;二是添加外加剂,保证混凝土在水中不分散、不离析。水下混凝土浇筑需要专业的施工队伍,其清基、立模、锚杆等工序和水上作业类似,关键是水下混凝土的配合比设计、下料导管埋深、混凝土上升速度,均需要进行专门的研究。