构皮滩水电站第三级升船机塔柱混凝土施工技术

(中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州　350003)

构皮滩水电站第三级垂直升船机是国内外规模最大的卷扬垂直提升下水式升船机，薄壁钢筋混凝土结构。通过合理布置，优化混凝土施工方案、合理组织施工资源等各项措施，克服了升船机施工高度大、跨度大、结构体型复杂、模板用量及备仓起吊工程量大、混凝土温控要求高、高空作业多等施工难点，通过优化设计与施工方案，严格把控施工工艺，保证了混凝土连续、高效、均衡施工，确保了施工质量。

1　概　述

构皮滩水电站位于乌江干流贵州省余庆县境内，上游距乌江渡水电站137km，下游距河口涪陵455km。工程开发任务以发电为主，兼顾航运、防洪等综合利用，水库正常蓄水位630.00m，总库容64.51亿m3，调节库容29.02亿m3，电站装机容量3000MW，是乌江干流梯级开发的控制性工程。

通航建筑物级别为Ⅳ级，通行500t级船舶，工程位于构皮滩水电站左岸，型式为带中间渠道的三级垂直升船机，由上游和下游引航道、三级垂直升船机和两级中间渠道组成，线路总长2306m，最高通航水头199m。第三级垂直升船机由船厢室和下闸首两部分组成。船厢室平面结构呈矩形，长81.00m，总宽44.00m，建筑总高度127.50m，提升高度为79m。采用平板筏型基础，建基面高程417.00m，筏板厚度6.50m；两侧承重塔柱均为封闭式筒体结构，筒体平面尺寸均为75.50m×10m，各设8个平衡重井、1个渗漏集水井和1个楼梯井；两侧塔柱之间为宽18.00m的船厢室，塔柱顶部通过梁板联成整体并构成上部主机房的基础；主机房为框架结构、网架屋盖，机房内对称布置8套卷扬提升机构及其辅助设备。下闸首主体结构长17.00m，总宽47.00m，高33.00m。

2　塔柱筒体混凝土施工工艺

2.1　入仓方式

混凝土水平运输，采用自卸车和混凝土搅拌运输车。第三级垂直升船机塔柱高程423.50～450.00m混凝土采用高架门机吊运入仓，对工程量较大的仓块，采用传统的溜槽辅助入仓浇筑；高程450.00～520.50m混凝土采用门塔机吊运入仓，左侧筒体混凝土采用MQ600B/30门机浇筑，右侧筒体混凝土采用D1100-63塔机浇筑。

2.2　施工机械设备布置

2.2.1门塔机布置

a.高程450.00m以下，布置一台MQ600B/30高架门机，安装在第三级垂直升船机船厢室底板，布置高程为423.50m，门机中心轴线Y=-023.9，行走范围为X=1571.7～X=1638.7。门机工作半径17～50m，最大起重量30t，轨距7.0m。采用25t汽车吊，辅助门机吊运施工机具、材料及模板安装。高程423.50m门机布置如图1所示。

b.高程450m以上，布置3台塔机、1台门机，布置在第三级升船机塔柱周边，分别为1号D1100-63塔机，2号、3号TC7035B塔机，4号MQ600B/30高架门机。1 号塔机安装中心桩号为X=1597.0、Y=4.5，覆盖半径为60m；2号塔机安装中心桩号为X=1554.0、Y=-37.0，覆盖半径为55m；3号塔机安装中心桩号为X=1638.0、Y=-37.0，覆盖半径为55m；4号门机安装中心桩号为X=1545.5～X=1617.5、Y=-52.5，行走范围为72m，覆盖半径为50m。高程450.00m门塔机布置如图2所示。

图1　高程423.50m门机布置 (单位：m)

图2　高程450.00m门塔机布置 (单位：m)

2.2.2安全爬梯布置

在第三级垂直升船机左右筒体外侧高程450.00m平台各布置两架安全爬梯，用于施工作业人员和检查人员上下的施工通道。

2.3　混凝土施工方案

2.3.1施工程序

仓面处理→钢筋安装→模板吊装→预埋件安装→仓面冲洗及验收→混凝土浇筑→养护。

2.3.2分层分块

第三级升船机塔柱筒体顺流向长81.70m，设1纵2横3条宽槽，将筒体分为左1、左2、左3、右1、右2、右3共6个井筒施工。塔柱筒体原则上按3m进行分层浇筑，遇特殊结构局部调整。塔柱筒体分块见图3。

图3　塔柱筒体分块 (单位：cm)

2.3.3塔柱筒体施工流程

a.为保证6个仓块均衡施工，减少门塔机相互干扰，有效提高门塔机利用率，确保第三级升船机施工进度，根据门塔机布置情况，对6个仓块备仓、混凝土浇筑施工流程如下规划：ⓐ左侧筒体，左3→左2→左1；ⓑ右侧筒体，右3→右2→右1。左右侧筒体施工顺序不得随意改变。

b.每个仓块，按钢筋安装→模板安装→仓面冲洗及验收→混凝土浇筑循环推进。

c.施工过程中，需根据现场实际情况及时做好生产协调管理，合理安排施工工序，加强工序衔接，安排好施工流水作业。

2.3.4设计与施工方案优化

根据设计图纸，第三级升船机塔柱筒体在高程431.00m、450.00m、474.00m、489.00m、504.00m、509.50m均设有检修平台梁板，采用现浇与塔柱筒体形成整体。采用现浇施工，模板、支架安装工作量大，对施工进度影响较大，为此对第三级升船机检修平台进行设计优化，根据施工现场已有设备起重能力，采用预制吊装施工。

2.4　钢筋施工

a.墙体钢筋主要采用滚轧直螺纹套筒连接。

b.宽槽钢筋采用钢筋跨过宽槽缝的架设方式，待宽槽后浇块浇筑完毕72h内，按设计尺寸用砂轮切割机将过缝钢筋切断，形成钢筋接头，待混凝土冷至稳定温度后，于宽槽回填前进行挤压套筒连接。

c.墙体竖筋不宜超过收仓线1.5m，以便于混凝土下料和振捣。

d.每层钢筋按设计高程定位准确，严格控制间排距，并按照技术要求规定的先后顺序绑扎。钢筋埋设及安装精度满足设计及相关规范要求。

2.5　塔柱筒体模板施工

升船机塔柱筒体结构为高层建筑物，结构复杂，混凝土模板用量大，采用的模板型式成为保证塔柱高质量、快速、安全施工的关键因素。

a.根据工程结构特点，塔柱筒体主要采用3m×3m悬臂翻升模板，局部采用组合小钢模拼装。塔柱楼梯井、电缆竖井及楼梯板采用1830mm×915mm×18mm胶合板，施工缝等位置则采用散装木模板。

b.升船机机房底板、大梁及塔柱箱梁横跨升船机船厢室，净宽18.0m。由于跨度、高度大，施工非常不便。根据以往施工经验，塔柱箱梁采用贝雷梁作为现浇大箱梁支架；机房底板采用贝雷架+满堂支架施工，贝雷架作为纵梁，支撑结构为钢管支架。在塔柱筒体浇筑到相应高程时预埋工字钢，两侧的贝雷片用槽钢将贝雷梁连接成一个整体。

c.机房底板、大梁及塔柱箱梁牛腿采用预埋定位锥、高强锚筋，并采用高强螺栓固定钢牛腿、布置钢桁架支撑，面板为1830mm×915mm×18mm胶合板。

d.每个仓位在立模之前，必须有满足精度要求的测量控制点和高程点。对于结构、体形比较复杂的部位，加密控制点。

e.模板安装后严格进行校对，特别对升船机机房底板、大梁塔柱箱梁、牛腿等重要部位的模板，对其刚度、支撑加固方法和牢靠程度、面板的光洁平整度、接缝的密实度等进行重点检查，确保模板尺寸准确、平整、光洁、接缝严密、固定牢靠。

2.6　混凝土浇筑

2.6.1主体混凝土浇筑

a.第三级垂直升船机塔柱由6 个井筒组成，井筒墙壁厚1～1.7m，保证混凝土均匀连续入仓是关键。左右侧门塔机均可覆盖整个第三级垂直升船机，混凝土浇筑时可相互补充，浇筑过程中遇门塔机出现故障时，可调用相应门(塔)机继续浇筑。特殊情况下，可采用2号、3号塔机(TC7035B)辅助浇筑。

b.塔柱筒体结构复杂、施工难度高、钢筋及一期埋件安装工程量大，但混凝土量相对较小。为了防止一次下料过多，导致混凝土冲击模板造成模板变形和混凝土振捣不密实，在吊罐下料口接下料软管，可均匀下料和铺料，保证仓内每个部位铺料厚度基本一致，确保混凝土施工质量。

c.混凝土采用台阶法浇筑，从一端向另一端均衡上升，铺层厚度为30～50cm，铺料长度8～12m，钢筋密集区或浇筑盲区铺料宽度适当缩短。铺料长度在满足间歇时间前提下，尽可能取大值，以充分发挥机械生产效率、避免接头处漏振。

d.混凝土采用φ50mm、φ70mm插入式振捣器振捣，浇捣过程中严禁用振捣棒直接触动模板和钢筋，防止钢筋、预埋件和模板的位置发生偏移。每一振点的混凝土振捣延续时间，以混凝土泛出浆液不再明显下沉和不出现气泡为准。

2.6.2宽槽回填

第三级升船机船厢室底板及两侧筒体施工期设1纵2横3条宽1.2m的宽槽，将船厢室分为6个浇筑块施工，宽槽设置高程为417.00～474.00m。

a.为保证宽槽回填混凝土与老混凝土结合良好，在进行回填混凝土前，宽槽内壁需打毛并冲洗干净。

b.宽槽内断开的水平钢筋用冷挤压套筒连接，钢筋密集处采用搭接焊连接。

c.混凝土采取搅拌运输车运输，塔机挂2m3吊罐配合溜筒下料入仓的方式浇筑。宽槽回填采用预冷混凝土，浇筑温度控制在12～14℃。布料时采用平铺法从一端向另一端有序推进，每层混凝土厚度不超过50cm；下料后先平仓后振捣，采用φ100mm高频振捣器结合φ50mm软轴振捣器振捣。

3　混凝土温度控制

3.1　混凝土设计允许最高温度

设计允许最高温度见下表。

设计允许最高温度表　单位：℃

3.2　宽槽回填混凝土温控要求

a.船厢室底板及两侧筒体施工期设1纵2横3条宽槽，将船厢室分为6个浇筑块施工。

b.待两侧筒体浇筑到高程450.00m后，利用低温季节进行纵、横向宽槽回填并缝，将船厢室下部结构连成整体。

c.待完成挡土墙周边回填，再分块浇筑高程450.00m以上的筒体结构至顶。

d.筒体混凝土浇筑至顶后，利用低温季节将筒体高程450.00～463.00及高程500.00m以上的横向宽槽回填并缝，使整个船厢室构联成一整体结构。

e.第三级升船机船厢室底板施工期准稳定温度为13.5℃。两侧混凝土块体原则上应有6个月以上龄期，至少不能低于3个月并采取埋设冷却水管通制冷水措施，将块体冷却至准稳定温度再回填预冷混凝土。

3.3　温控措施

a.根据设计要求，高程437.00m以下塔柱筒体混凝土需埋设冷却水管通水冷却。

ⓐ初期通水采用水温8～10℃的制冷水，通水时间10～15d，在浇筑收仓后12h内开始通水，通水流量不小于18L/min。

ⓑ每年9月初对当年5—8月浇筑的大体积混凝土、10月初对当年4月及9月浇筑的大体积混凝土、11月初对当年10月浇筑的大体积混凝土开始进行中期通水冷却，削减混凝土内外温差。

b.中期通水采用江水进行，通水时间1.5～2个月，以块体温度达到20～22℃为准，水管通水流量应达到20～25L/min。

c.需进行宽槽回填的部位，在灌浆前必须进行后期通水冷却(制冷水或江水)。

ⓐ应保证通水连续，混凝土与冷却水之间的温差不宜超过20～25℃，通制冷水时不小于18L/min，通江水时应达到20～25L/min。

ⓑ根据混凝土内部埋设的电子测温仪检测情况及时调整通水流量，控制块体降温速度不大于1℃/d。

ⓒ预埋冷却水管在后期通水完成后，按监理人的要求采用0.5∶1水泥浆进行封堵回填。

4　结　语

在参建单位共同努力下，克服了大量高空作业、临边作业、门塔机密集布置，起吊作业频繁等安全管控难点，攻克了升船机施工高度、跨度大，结构体型复杂，施工难度大、工期紧张等系列难题，通过合理布置，优化混凝土施工方案，合理组织施工资源等各项措施，构皮滩水电站第三级垂直升船机主体工程于2016年5月顺利封顶，圆满按计划完成通航建筑物工程的里程碑节点，按期向机电安装单位移交工作面。通过优化设计与施工方案，严格施工工艺，第三级垂直升船机单元工程优良率达96%，工程整体施工质量得到了水电工程质量监督总站专家组的肯定。上述施工工艺，可供类似的升船机工程施工参考。

[1]谢建民,肖备.施工现场设施安全设计计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[2]蒋正荣.建筑施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[3]GB 50666—2011 混凝土结构工程施工规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[4]JGJ 80—2016 建筑施工高处作业安全技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.