清远抽水蓄能电站蜗壳混凝土保压浇筑过程控制研究

清远抽水蓄能电站蜗壳混凝土保压浇筑过程控制研究

刘学山1, 万晟2

(1.清远蓄能发电有限公司,广东 清远 511853; 2.武汉理工大学 道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430070)

摘要：清远抽水蓄能电站设计安装4台320 MW可逆式水泵水轮机,总装机容量1 280 MW.机组蜗壳由东芝公司设计生产.该蜗壳阴角空腔较大,在国内同级别电站中尚属首例.经分析研究,采用“吊罐法加埋设泵管法”进行蜗壳混凝土浇筑.根据拟定的方案,采用分层浇筑、均匀控制、逐步冷却等方法,保证了混凝土浇筑的质量,可为类似工程提供借鉴.

关键词：清远抽水蓄能电站;蜗壳;保压浇筑；混凝土中图分类号：TV523文献标识码：A文章编号：1002-5634(2015)03-0049-04

收稿日期:2015-03-18

基金项目:水利部公益性行业科研专项经费项目(201301034).

作者简介：刘汉东(1963—)，男，山东菏泽人，教授，博导，博士，主要从事水利水电工程地质方面的研究．

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.03.013

1工程概况

清远抽水蓄能电站设计安装4台320 MW可逆式水泵水轮机,总装机容量1 280 MW.机组蜗壳由东芝公司设计生产.混凝土施工采用光面混凝土施工工艺.混凝土浇筑采用保压浇筑.该型号蜗壳阴角空腔较大,平均体积为34.2 m3,并且蜗壳机组板上预留的灌浆孔直径较小.根据以往的施工经验,阴角部位的施工过程：先挤压外层混凝土进入阴角部位,然后通过自密实混凝土灌浆填补阴角内的空腔.这种施工方式所需的投资较大.因此，清远抽水蓄能电站蜗壳浇筑时采用增设预埋泵送管的方式.

2蜗壳浇筑过程控制

2.1　控制重点

蜗壳体形复杂,蜗壳周围钢筋密集,机电埋件管路多,工作面狭窄,平行作业相互干扰,蜗壳中心线内侧和外侧的混凝土存在高差,浇筑难度大,施工振捣困难,蜗壳底部及阴角部位的局部混凝土易出现脱空情况[1-2].并且蜗壳承担的水轮发电机组的动、静荷载高,且动载比例大.鉴于此,蜗壳混凝土浇筑过程的控制重点应包括[3]:①保证混凝土浇筑连续、均匀上升;②防止浇筑过程中座环、蜗壳抬动和变形;③保证座环、蜗壳阴角部位浇筑饱满、密实;④强化混凝土温度控制,防止混凝土产生温度裂缝.

2.2　施工工艺控制

2.2.1浇筑分层

蜗壳混凝土共分4层浇筑.第1层高程为37.10～40.00 m;第2层为40.00～42.00 m;第3层为42.00～43.80 m;第4层为43.80～44.74 m,和水轮机层楼板一起浇筑.

2.2.2混凝土入仓方式

蜗壳混凝土浇筑时采用了两种入仓方式:一是泵送;二是采用30 t的桥机吊8 m3的吊罐入仓.高程为37.10～42.00 m的混凝土浇筑,采用泵送入仓与吊罐入仓两种方式联合进行.锥管内混凝土浇筑时采用泵送方式入仓.蜗壳座环底部阴角部位混凝土浇筑时采用泵送方式入仓,人工辅助.采用掺聚丙烯纤维一级配混凝土,泵管直接浇筑在混凝土内不再拆除,以尽量减少蜗壳阴角部位混凝土的脱空面积.浇筑采用平铺法,上升速度不大于200 mm/h.当混凝土浇筑至无法进人操作的高度后,继续泵送混凝土入仓,对阴角或空间狭小部位用φ50 mm软轴式振捣棒振捣,操作空间较大位置用φ100 mm软轴式振捣棒振捣,直至蜗壳座环底部混凝土浇筑饱满.浇筑过程中预埋的灌浆管可以作为排气管使用.蜗壳外侧混凝土浇筑时尽量使用吊罐入仓,平铺法浇筑,人工平仓.蜗壳外侧混凝土比座环底部混凝土容易浇筑,但必须保证蜗壳周边均匀上升,上升速度不大于200 mm/h.

从搅拌车卸料时,混凝土的自由下落高度应控制在1.5 m以内,否则应设缓降设施.采用吊罐入仓时,混凝土入仓坍落度应控制在60～90 mm的范围内.采用泵送入仓时,入仓坍落度应控制在120 mm左右.

2.2.3混凝土坍落度与入仓温度控制

混凝土浇筑时拌合站与混凝土仓面各布置一个坍落度桶,由实验室人员每4 h测量一次混凝土坍落度与入仓温度,并及时做好相关记录.如发现坍落度、入仓温度不符合要求,立即向现场负责人汇报并根据施工方案采取相应措施.

2.3　浇筑质量控制

2.3.1锥管和座环底部浇筑措施

锥管内混凝土浇筑时采用2台泵车,1条泵管.该条泵管设2个出料口,平均布置在锥管内.浇筑时,及时改变泵管出料口的位置,保证锥管内混凝土均匀上升.若单一出口部位的混凝土高度高于其他部位时,立即停止泵送,封闭泵管此端出口,再开始送料.待锥管内周边混凝土高度平齐时,打开此段泵管出口,再按要求下料,保证锥管内混凝土均匀上升.选择稍大的混凝土坍落度,人工振捣.

为尽量使蜗壳座环底部混凝土浇筑饱满,可采取以下措施：一是在混凝土浇筑前初步考虑在每2个蜗壳支墩间埋设1根泵管,预埋在阴角部位，预埋泵管管口距离阴角最高位置100 mm左右；二是沿座环周围预埋排气管，排气管间距拟设为2 m,尽量预埋在阴角和未开灌浆孔的部位,排气管出口距离阴角200 mm左右.

2.3.2控制混凝土浇筑速度

蜗壳混凝土浇筑时,混凝土浇筑速度控制在200 mm/h以内,并在钢筋上涂油漆做好高度控制标志,蜗壳周边均匀对称浇筑[4].浇筑过程中,由蜗壳安装单位进行全程位移监测.如位移接近警戒值,则及时停仓,根据蜗壳安装单位的监测数据调整出料口位置,然后再浇筑,确保蜗壳的稳定.

2.3.3温控措施

1)降低混凝土出机口温度.为减少料仓内的太阳辐射热,在骨料仓和皮带机上设防晒棚.外界温度、拌和楼混凝土出机口温度及拌和时的水温由试验室测量,混凝土入仓温度、混凝土浇筑振捣后温度由现场技术员测量,并做好详细记录.

2)减少运输时间.混凝土从下库拌和楼用8 m3混凝土搅拌车运至安装间,卸入8 m3吊罐中,并由30 t天车吊入仓面,总时间不能超过30 min.混凝土搅拌车必须在洞内等待卸料;每次接混凝土之前,需在拌和楼用冷水冲洗外表,降低表面温度.

3)夜间浇筑混凝土.由于白天温度高,蜗壳层混凝土全部在夜间或阴雨天浇筑,尽量降低混凝土从出机口到浇筑仓面时的温度变化.

4)埋设冷却水管.通过冷却水可带走水化热,削减水化热峰值,使混凝土温度降低到稳定温度,减少混凝土内外温差,尽量避免裂缝产生[5].冷却水管采用4 cm球墨铸铁管,层间距为0.8～1.0 m,层内铺成蛇形管圈,水平间距为0.9～1.5 m,管与管之间弯头连接,局部焊接.制冷机放在上层排水廊道与排风下平洞相交处,在混凝土收仓后开始通水冷却10～15 d,压低各个断面的水化热温升,每2 h转换一次进出口.为了更好地了解冷却水管的冷却效果,每2 h测一次埋设冷却水管的出口温度.

5)混凝土表面保温.蜗壳混凝土每层浇筑结束后,立即在混凝土表面铺设一层麻袋保温、保湿.

2.4　浇筑管理控制

2.4.1精确策划

蜗壳保压浇筑是地下厂房混凝土浇筑中的一项非常重要的工作.自施工图下发后,业主就组织设计、监理、施工单位多次召开专题会议,对方案、工序、人员安排、施工器具等进行详细讨论.其中,经过3次总体浇筑方案的专题讨论,最终确定采用吊罐加泵送的混凝土入仓方式.1#机浇筑结束后,又对浇筑过程中出现的问题进行分析,优化施工工艺.

2.4.2精细化施工

各工序的施工操作严格按现行相关规范、规程执行.浇筑的全过程执行业主、监理及施工单位项目经理及总工一起旁站的制度,及时解决浇筑过程中出现的问题,精细化施工,确保浇筑质量.

2.4.3分级验收

质量验收严格采用“三检制”，即施工班组初检、生产部质检员复检、技术质量部质检员终检.在三检合格的情况下，由终检工程师提交监理工程师对施工项目进行验收,在验收合格后方可进行下道工序的施工作业.

3浇筑质量优良

1)蜗壳位移情况.由于采用对称浇筑,严格控制泵送压力,蜗壳浇筑后底环、座环轴向及水平位移微小,均达到质量优良标准.蜗壳位移监测统计情况见表1.

2)蜗壳水化热.由于事先预埋冷却水管,严格控制拌和混凝土温度,蜗壳混凝土的入仓温度均小于28 ℃,浇筑后水化热得到良好的控制.水化热温度详见表2.

3)增设预埋泵送管的效益.泵送混凝土为1级配C25混凝土,而灌浆混凝土则采用自密实西卡混凝土.对比预埋泵管及直接灌浆两种方案,在空腔体积一定的情况下,增设预埋泵送管的方案要节省投资约123.84万元.增设预埋泵送混凝土管的效益分析详见表3.

表1　蜗壳位移监测统计表 　mm

注:①浇筑开始时百分表初始读数为5.00 mm;②验收标准:轴向水平位移不大于0.50 mm为合格,不大于0.20 mm为优良;径向水平位移不大于0.60 mm为合格,不大于0.50 mm为优良;中心位移不大于2.00 mm为优良.

表2　蜗壳水化热统计表　℃

注:温度数据为当日多次监测数据的平均值.

表3　增设预埋泵送混凝土管效益分析表

注:①以上单价均根据定额价与市场信息价综合测算得出,均为参考价格;②效益分析负值表示,增设埋管方案节约的投资额(与直接灌浆密实方案相比).

4结语

清远抽水蓄能电站蜗壳混凝土浇筑采用吊罐加增设泵管的方式,很好地解决了阴角部位混凝土浇筑不密实的问题.从实际测量的数据来看,浇筑质量优良,有效地节约了工程投资.

参考文献

[1]焦伟.水利工程混凝土施工通病防治[J].华北水利水电学院学报,2012,33(5):32-34.

[2]许波.蜗壳底部及阴角部位混凝土脱空原因及对策简析[J].水利科技与经济,2007,13(12):946-947.

[3]董战猛,梁振刚,刘沛峰.糯扎渡水电站地下厂房蜗壳混凝土浇筑质量控制[J].人民长江,2012,43(4):89-91.

[4]何岚.蜗壳二期混凝土浇筑技术[J].甘肃水利水电技术,2011,47(4):52-59.

[5]黄斌,樊宇,姬脉兴.保温保压浇筑蜗壳二期混凝土的施工技术[J].水力发电,2003,29(7):39-42.

Study of Concrete Placement Techniques Keeping Internal Pressure with

Steel Spiral Case in Qingyuan Pumped Storage Power Station

LIU Xueshan1, WAN Sheng2

(1.Qingyuan Pumped Storage Power Generation Co., Ltd., Qingyuan 511853, China;

2.Key Laboratory of Road-bridge and Structure Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

Abstract:Qingyuan Pumped Storage Power Station is equipped with four 320 MW reversible pump turbines, the total installed capacity is 1 280 MW. The spiral case of power units is designed and produced by Toshiba, and the spiral case has larger inner corners or shaded areas, and it is the first time to use this type of spiral cases in the same level power stations. By analyzing and investigating the engineering, the concrete with the spiral case was poured by the method of bucket and pump pipes. According to the designed scheme, the quality of concrete placement was ensured with the methods of layered pouring, homogeneous control, step by step cooling, etc, which will be a reference for the similar engineering.

Keywords:Qingyuan Pumped Storage Power Station; spiral case; pouring with internal pressure; concrete

(责任编辑: 陈海涛)

李冬冬(1989—)，男，河南漯河人，硕士研究生，主要从事边坡工程方面的研究.

王忠福(1976—)，男，吉林柳河人，讲师，博士，主要从事边坡工程方面的研究.