高速水流流道底板混凝土收面工艺研究

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，其规模为目前在建的世界第一。电站泄洪靠双曲拱坝坝身表孔、深孔、泄洪洞相结合，其中泄洪洞采取在左岸单侧布置共3条。泄洪洞洞身为城门洞型，过流断面尺寸宽×高为15m×18m，衬砌混凝土厚度1m～2.5m，过流面(直墙和底板)采用C9040混凝土，非过流面(顶拱)采用C9030混凝土。受地形条件的限制，泄洪洞采用平段加龙落尾相结合的布置型式，单条泄洪洞最长达2.4km，整个洞室群长6.7km且全洞无压布置，设计流速最大近50m/s。

基于白鹤滩水电站的设计规模为在建世界第一、建成后仅次于三峡位居第二，同时，白鹤滩工程的建设位于溪洛渡、向家坝、锦屏等相似规模电站之后，因此，白鹤滩工程的建设提出了创建“精品工程”的建设目标。对于泄洪洞而言精品工程的实质就是做到“体型精准、平整光滑、耐磨防裂”。具体指标如下：

(1)混凝土外观质量色泽均匀，无垂直升坎、跌坎，无凹坑、无“砂眼”，无缺陷，成“镜面”效果；

(2)衬砌平均体型偏差±10mm，体型检测符合率≥95%；

(3)混凝土不平整度平均值控制在4mm/2m，平整度合格率达95%。

为了达到精品工程质量标准，白鹤滩泄洪洞工程除了全面采用低热水泥、首次采用5cm～7cm低坍落度混凝土，按照先边墙再顶拱后底板的衬砌工序等技术措施外，还开展了底板“预埋隐轨精细收面工艺”的研究，本文将重点介绍底板收面工艺。

2 底板混凝土方案

从方便现场备仓并考虑浇筑能力和台车的安全运行以及温控防裂四方面考虑，泄洪洞底板采用12m分块长度进行全幅分块浇筑。为了减少混凝土单方水泥用量，降低水化热，本工程采用了5cm～7cm低坍落度混凝土入仓，对此选用了6m3自卸汽车进行运输，经中转料斗后，再通过改制扒渣机和TB1100布料机进行入仓。入仓工艺见图1所示。

图1 泄洪洞底板入仓工艺

底板混凝土采用台阶法铺料，台阶高度为50cm，宽度2.5m～3m。混凝土采用人工持φ100振捣棒振捣，施工缝止水部位采用φ70振捣棒振捣，避免对铜止水的破坏。

底板混凝土施工质量主要取决于最后一层坯层浇筑和混凝土收面，收面工艺流程：混凝土平仓振捣→三辊轴初平(5遍)→校核高程、平整度→拆除样架→回填、振捣→抹面机圆盘整平(2次)→检查平整度→抹面机圆盘局部整平→拆除圆盘→抹面机刀片收光(2遍)→人工收面(3遍)。

3 收面工艺要点

3.1 施工缝处理

与底板浇筑相关的施工缝面主要有底板两侧与已浇筑边墙相交面，前后两仓相邻缝面。为了避免边墙与底板相交缝面凿毛处理时对已成型边墙造成不规则的破坏，在大面凿毛前，按先划线再切割的方式进行处理。对于相邻底板之间的接缝主要是控制其浇筑成型质量，以及备仓过程中防止已成型的棱角造成破坏，导致下仓浇筑时接缝的不规则。由于底板浇筑时堵头模板选用的是普通组合钢模板，其刚度和表面平整度相对较低，为了形成较好的浇筑缝面，在组合钢模板顶部采用14#槽钢作为模板，浇筑完成后采用带翼缘板的角钢对混凝土棱角进行有效保护。

3.2 隐轨布置

根据过流断面尺寸及收面三辊轴参数，每仓顺水流方向布置3条隐轨。隐轨主要由支架和轨道两部分组成，其中支架又由φ28的样架筋和顶部“U”型托组成，为了便于隐轨高程的精确微调，样架筋和“U”型托之间采用套筒连接，其布置间距为1m。轨道采用φ48壁厚3.5mm的钢管，为了防止混凝土整平过程中轨道挠度过大，在钢管内灌注水泥砂浆以提高其抗弯刚度，同时也为了实现分区域收面和轨道的快速拆除，在12m长度范围内轨道分两节安装。

图2 隐轨布置

现场先进行支撑筋的安装，支撑筋采用焊接三角斜支撑独立加固，不得与底板钢筋焊接，同时，在中部焊接通长钢筋连接。支撑筋安装完成后焊接顶托支架，上下游挂设通线控制顶托的基准高程，测量人员复测时只旋转支架套筒实现隐轨高程的调整、校核。隐轨自上游向下游安装，距上游缝面的距离不得大于1cm。隐轨安装完成采用三辊轴来回行走2次进行预压，主要防止顶托与轨道之间存在缝隙并检测加固情况，防止变形量过大。单根隐轨验收点数不得少于10个，高程偏差控制在1mm范围内。验收合格后拧紧顶托上部的侧向固定螺栓紧固隐轨，防止在施工过程中隐轨发生上浮或偏移。

3.3 混凝土浇筑

为了控制收面时间，缩短铺料、振捣时间，底板最后一坯层由50cm调整为40cm，同时，坍落度由50mm～70mm调整为70mm～90mm。采用TB110布料机入仓，混凝土布料自上游向下游布料，布料宽度8m，长度10m，布料均匀、无料沟，料堆高度高出过流面15cm。施工人员采用φ100振捣棒振捣，振捣间距40cm，振捣时间60s左右，振捣达到粗骨料不再显著下沉，表面泛浆即可，严禁振捣时间过长导致粗骨料下沉严重，造成表面浮浆过厚形成板结现象，降低抗冲磨性能。振捣过程中采用6m靠尺每1m检查一个平整度断面，振捣后的平整度值控制在1cm范围内。

3.4 三辊轴台车整平

三辊轴台车参数宽度8m、棍轴为直径219mm无缝钢管、2个驱动电机，4个经改装的附着式振捣器，重量达2t。

三辊轴整平是收面控制的关键技术，驾驶三辊轴的人员、补料人员、补料指挥人员、平整度检测人员均要执行“三定制度”。三辊轴行驶时应垂直于过流面，尽量避免斜向行驶，考虑底板存在1.5%的纵坡，为防止三辊轴振捣导致混凝土“下缩”，向下游行驶时采取静压模式，向上游行驶时采取振捣压模式。每次三辊轴行驶后布料人员根据行驶“印记”对凹坑处进行补料，补料时人员采用铁锹均匀撒料通过三辊轴和隐轨行走，严禁出现踩踏混凝土面和成堆补料的情况。补料完成后针对补料区再次启动三辊轴振动，其振动起到振捣、整平、提浆作用。补料完成三辊轴再上下行驶2次后，采用6m靠尺检查混凝土面的平整度，先检查顺水流方向，靠尺上游端应放置在已浇混凝土面上，利用“地灯”照射靠尺，通过靠尺下部的透光性观察平整度情况。若局部存在“透光”再采用塞尺检查，塞尺检查不平整度小于5mm时不再进行处理；大于5mm时需再次进行补料整平或局部挖除。三辊轴上下游行驶总次数为5次，最后1次采用静压，均速行驶，中间不允许停顿，直接将三辊轴行驶至上游仓内。

3.5 隐轨拆除

三辊轴行驶出浇筑仓面，便进行隐轨的拆除。采用铁锹刮除周边混凝土，松开顶托顶部紧固螺栓，逐个拆除隐轨，拆除后采用湿抹布擦拭隐轨，用水冲洗顶托、隐轨。拆除隐轨时影响混凝土面的宽度范围控制在30cm。隐轨拆除后及时回填混凝土，并采用φ70振捣棒振捣，振捣间距不大于30cm，可等距离45°斜插振捣。振捣后人工自上游向下游采用砂抹反复压抹，使平整度值控制在2mm以内。

3.6 抹面机粗抹

抹面机为油动发动机，先采用砂盘抹面机抹面，抹面机操作人员必须固定，抹面的范围左右边墙侧抹至距边10cm左右。开始使用抹面机的时机为施工人员手按混凝土面上层约5mm变形量时，基本为混凝土开始采用三辊轴收面后3h。抹面机砂盘抹面要求先沿垂直水流方向平移再沿顺水流方向行走，每次拉移距离不超过30cm，单点处抹面时间30s～40s。抹面机抹面遍数为2遍，前后两边无间隔时间，第2遍的转速高于第1遍转速。抹面机抹面后采用2m靠尺检测不平整度控制在2mm，局部位置超标采用抹面机集中点抹面，将高处磨至设计高程面或低处填补混凝土原浆料再采用抹面机集中抹面。

3.7 抹面机精抹

精抹在粗抹第2次抹面完成30min后进行，采用抹面机“刀片”进行抹面，“刀片”角度进行适当调整，最大角度不大于5°。精抹时施工人员需穿浅纹鞋底鞋并对混凝土面是否有砂眼、沙粒进行仔细、全面检查。精抹的操作顺序、移动距离可按照粗抹的标准执行。精抹达到的标准需控制在2mm以内，局部超标点进行标识，在人工收面时进行处理。

3.8 人工压抹收光

人工抹面执行“定人、定机、定区、定责”，抹面顺序自上游向下游，采用6m长靠尺边检查边压抹，抹面抹子来回抹面3次(6遍)，每次抹面的搭接宽度不小于5cm。人工抹面遍数不少于3遍，每遍间隔时间不小于30min。

人工压抹完成3h后采用土工布满仓覆盖人工洒水保湿养护，10h后采用流水养护。

3.9 特殊部位处理

底板混凝土收面对上下游施工缝面、两侧边墙“阴角”部位、三辊轴无法施工的部位均要做为特殊部位特殊处理。

(1)上游侧抹面施工前要将上游仓位20cm范围内保湿土工布折起并用抹布对混凝土面擦拭干净。抹面机砂盘抹面后人工利用砂抹粗抹，间隔30min后采用铁抹收面，该部位要求与上游混凝土面顺接无错台，收面时铁抹要压边5cm。下游侧需将槽钢上部的粘浆刮除干净，收面时铁抹下游侧压槽钢3cm。

(2)“阴角”部位主要是两侧距边墙50cm范围内，人工采用靠尺利用样架和边墙弹线控制收面高程，收面作业时严禁采用刮尺刮浆找平，只能利用砂抹反复压抹高点整平，前两遍采用砂抹抹面，最后两遍采用铁抹压光收面。“阴角”部位采用专业的“不锈钢阴阳角抹”进行收面。

(3)三辊轴盲区主要为下游侧三辊轴搭接障碍区，该区域作业前要将槽钢上部的粘浆、杂物清理干净。在隐轨未拆除前，利用隐轨和槽钢面采用6m靠尺检测混凝土面不平整度，采用砂抹反复压抹收面，整体收面后需间隔30min再进行砂抹的粗抹和精抹。前两遍采用砂抹抹面，最后两遍采用铁抹压光收面。

图3 底板混凝土“镜面”效果

4 底板混凝土收面效果

截至目前泄洪洞底板混凝土衬砌已完成180仓，现场体型检测3600点，平均体型偏差5mm，符合率100%。不平整度检测8380点，平均值1.5mm(2m靠尺检测)，符合率99.9%。混凝土面“零裂缝”，施工缝部位无错台，实现了底板混凝土的“无缝搭接”。

5 结语

泄洪洞底板因不平整度、体型超标在高速水流下破坏的案例不计其数，白鹤滩水电站泄洪洞底板混凝土施工采用了新设备“三辊轴”，新工艺“整平、粗抹、精抹、压抹”等技术，使各项质量检查指标满足要求并远超规范和设计指标，施工效果极好。对类似的大体积混凝土工程有一定的借鉴意义。