蜀河水电站厂房混凝土快速施工技术.doc

蜀河水电站厂房混凝土快速施工技术李占银金风清摘要蜀河水电站厂房坝段设计采用了厂顶溢流式厂房，厂房结构复杂、混凝土工程量大、工期紧。施工中，厂房围堰又由全年挡水围堰改为过水围堰，工程施工难度和施工强度进一步加大。为满足工程质量和进度要求，施工单位对混凝土主要施工技术进行大量优化和改进，采取了一系列措施，实现了厂房快速施工。本文对蜀河电站厂房混凝土快速入仓技术进行了介绍，为类似工程混凝土的快速施工提供借鉴。关键词蜀河水电站厂顶溢流式厂房过水围堰混凝土快速施工1工程概况蜀河水电站工程位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，工程规模为二等大（2）型，水库正常蓄水位为217.30m，相应水库库容1.76亿m3；电站厂房内布置有6台贯流式机组，单机容量46MW，总装机容量276MW。枢纽左岸布置为电站厂房、右岸布置为泄洪闸，左岸厂房设计为厂顶溢流式，即该类厂房采用了溢洪道与厂房重叠布置形式，布置紧凑，大幅度缩短了枢纽建筑物的总长度，电站厂房工程从左向右依次布置为左副坝、安装间坝段和1#～6#机组坝段，沿左右方向总长163.58m，上下游宽66.8m，最大坝高72m。工程设计土石方开挖工程量42万m3，混凝土工程量38万m3，钢筋制安工程量1.8万t，合同金额3.014亿元。厂房工程于2008年2月1日开工，计划2009年11月30日，首台机组发电，2010年10月31日完工，合同工期31个月。2施工条件蜀河水电站枢纽工程施工采用河床分期导流，先期进行右岸泄洪闸的施工，其后利用右岸泄洪闸导流进行左岸厂房施工，电站厂房坝段围堰原规划为全年挡水围堰，后因库区拆迁问题改为过水围堰。过水围堰设计挡水标准为枯水期10年一遇，进入雨季后，厂房基坑随时可能过水。由于施工条件发生了本质改变，原计划的施工工期和在基坑内布置大型门、塔机的施工方案也需进一步进行调整。由于汛期围堰为过水围堰，在工程施工安排上，可采用汛期停工也可采用汛期继续，汛期停工风险较小但工期拖后过多，而安排汛期继续施工则要在施工方面要完善对应措施，加快施工进度、确保安全度汛、最大限度减少围堰过水时情况下的损失和影响。混凝土施工方面在仓号安排和大型设备布置上要采取相应对策。3混凝土施工强度分析 蜀河水电站厂房坝段坝顶以主体工程大部分采用三级配常态混凝土，部分体型较小部位采用二级配混凝土，混凝土总工程量38万m3。厂房混凝土在2008年4月30日基础开挖结束后开始，至2009年6月30日坝顶以下主体混凝土全部施工完成。计算混凝土月平均浇筑强度2.3万m3，高峰月混凝土浇筑强度3.2万m3，混凝土施工强度最高施工时段主要集中在厂房基础底板、溢流表孔底板及闸墩等部位施工期间。针对工程混凝土浇筑施工强度高、施工设备布置受汛期影响等特点，需要对混凝土主要施工技术方案进行优化，主要包括各坝段的施工安排、混凝土大型垂直运输设备的布置、混凝土入仓手段选择、模板规划及工艺优化等等。4厂房坝段各施工阶段设备配置及布置由于厂房基坑改为过水基坑后，汛期厂房基坑内不宜布置固定式或轨道式大型施工设备，而要考虑在左右岸坝端和坝顶布置大型设备、在基坑布置履带或轮胎式浇筑设备，而汛后在基坑内再布置固定式或轨道式大型设备。4.12008年汛期混凝土施工垂直运输设备的布置厂房汛期施工期间，在左岸上坝肩EL230m高程沿横向布置一台MQ900高架门机可行走范围60m。MQ900高架门机工作幅度22m～62m，最大起重量30t，最小起重量10t。在左岸坝肩EL230m高程上游侧沿纵向布置一台MQ600高架门机，轨道与厂房坝顶双向门式启闭机同轨道，MQ600高架门机施工前期可移动范围很小，后期随主体混凝土施工到坝顶230m高程后可向右侧行走。MQ600高架门机工作幅度17m~50m，最大起重量30t，最小起重量10t。两台高架门机主要用于安装间坝段和1#机组坝段材料的吊运和混凝土浇筑。由于厂房围堰由全年挡水围堰改为汛期过水围堰，汛期内已无法按原计划在厂房底板上、下游布置大型门、塔机。为解决厂房2#～6#机组段底板汛期施工垂直运输问题，在厂房底板中部的3#机组坝段内，布置了一台F10/23B塔式起重机（10t）。该塔机采用固定式布置，塔身随混凝土上升部分埋入混凝土中。低部位混凝土施工配履带式布料机、长臂反铲等机动设备进行浇筑。4.22008年汛后施工垂直运输设备的布置随厂房坝段混凝土的不断升高，要达到快速施工的目的，主汛后厂房基坑内必须安装大型门、塔机，以解决混凝土浇筑和材料的水平垂直运输问题。施工中在厂房基坑上游EL172高程的引水渠底板上安装1台C7050塔式起重机。C7050塔式起重机沿厂房纵向布置，塔机中心线桩号为坝上0+12.2。C7050塔式起重机2008年8月底进场，9月初安装，至2009年主汛前拆除。C7050塔机主要负责3#、4#、5#、6#主机组段钢筋、模板吊运以及部分混凝土入仓浇筑。C7050塔机最大工作幅度70m，最大起重量20t，最小起重量5t。 在厂房基坑下游EL176高程的尾水渠底板上安装1台K80/115塔式起重机。K80/115塔式起重机沿纵向布置，塔机中心线桩号为坝下0+77.6。K80/115塔式起重机2008年9月底进场，10月初安装，同样至2009年主汛前拆除。K80/115塔机最大工作幅度70m，最大起重量为32t，最小起重量11.5t。4.3坝顶建筑物施工垂直运输设备的布置坝顶以上主要包括坝顶主厂房、副厂房、中控楼、启闭机室等建筑物架构。垂直运输设备除了利用坝顶上游左右方向布置的MQ600高架门机外，另外将下部的F10/23B塔式起重机拆除后移至坝顶尾水平台左侧，在尾水平台右侧另外安装1台K50塔式起重机。两台塔机主要负责坝顶厂房材料厂垂直运输。5混凝土模板及支撑方案水工混凝土建筑物模板安装施工一般要占用工期相当总施工工期的30%～50%。采用强度高、周转快、质量有保证的模板和支撑体系是确保混凝土快速施工的前提。蜀河电站大面采用翻升钢模板、闸墩采用了液压滑升模板、悬跨结构采用悬跨支撑，并对施工难度较大的特殊部位、特殊结构模板支立加固方式进行了优化和改进，为混凝土快速施工创造了必要条件。5.1翻升钢模板为加快模板周转速度，在厂房坝段底板周边、发电底孔闸墩等部位大量采用了平面翻升钢模板。在闸墩墩头部位则采用了曲面翻升钢模板。翻升钢模板采用上下两层连续翻升，减少了单层模板拆模混凝土等强时间。同时翻升钢模板采用锥形螺杆固定模板，下层模板支撑上层模板加固原理，减少了大量使用拉杆加固模板占用的施工时间，大大提高了模板安装施工效率。翻升模板安装示意图见图1。5.2廊道、流道定型模板蜀河电站厂房坝段底板设计有灌浆廊道和交通廊道，廊道断面为2m×2.5m城门形，其顶部为直径2m的半圆弧。半圆弧模板分段加工成1/4圆弧木模，现场进行拼装组合，单块模板长1.5m，模板支撑排架采用5cm厚木板加工，间距为30cm，模板面板采用2.5cm厚板条拼装，面板拼装完成后面层贴宝丽板。模板加工示意图见图2。 厂房6台机组发电底孔进、出口流道圆变方模板采用了加工厂定形加工的组合排架式定型木模板。木模板弧形排架支撑采用5cm厚木板加工，桁架支撑间距为40cm。桁架支撑上采用3cm厚的木条进行拼装，木条断面加工成梯形以使模板拼缝严密。模板表面拼装完成后面层贴宝丽板。5.3表孔闸墩液压滑升模板为加快施工进度，优化资源，缩短施工周期，结合本工程的特点，厂房溢流表孔闸墩采用了液压滑模施工。滑模施工具有施工速度快、混凝土连续性好、表面平整光滑、无水平施工缝、后期缺陷处理少等诸多优点。滑模模体采用角钢制作成矩形桁架梁作为模板围囹，采用组合钢模板拼装成滑模面板，模板高度为150cm。滑模提升架分“开”字型和“F”型两种，均采用型钢制作成格构形。每套滑模采用30台10t穿心式千斤顶，沿Ф48钢管支承杆共同进行模体顶升。滑模安装示意详见图3。5.4厂房坝顶牛腿及溢流表孔闸墩悬跨结构模板厂房坝顶上下游共设计18个悬挑牛腿，挑出长度分别为4.5m和2m，由于挑出长度大、悬空高度高，施工难度大。为了达到简化施工的目的，所有牛腿均采用“内拉外撑”综合模板加固方法施工。悬挑牛腿模板加固以内拉为主，外撑为辅，外撑主要作用为便于施工人员操作并支撑模板及钢筋自重。模板采用1.2cm厚的竹胶板模板，模板后按20cm间距设5×10cm方木竖向围柃和钢管水平围柃。7牛腿以下闸墩安装三角支撑架。 蜀河电站厂表共设计8个溢流表孔，表孔坝顶现浇混凝土梁板断面大、跨度长、高度高，采用普通钢管承重架支撑模板费工费时。施工中均采用型钢排架模板支撑，保证了安全、快速施工。排架钢支撑采用I55b型工字钢作为水平梁、I32b型工字钢作为两侧45°斜撑，排架间距为0.7～1.0m。其中钢排架I55b型工字钢水平梁长12m，两端与闸墩混凝土埋件焊接。I32b型工字钢长斜撑长4.5m，一榀排架设两根斜撑。排架水平梁上焊接3道[10a槽钢作为联系梁。钢排架模板支撑示意图见图4。5.5混凝土预制模板图4厂房坝顶现浇梁板混凝土模板排架支撑图坝顶门机轨道梁悬空高度高、跨度大，采用混凝土现浇法施工难度大，而采用预制法施工单梁（13.6×1.2×1.5m）重量约60t，无合适吊装手段。施工中采用了预制与现浇相结合的叠合梁施工方式，即采用先预制下部倒T型梁（梁底厚0.3m、总高0.7m），倒T型梁作为梁体的一部分进行预制吊装。倒T型梁吊装就位后兼作底模进行剩余上部梁体混凝土现浇。6厂房各坝段混凝土施工安排为利于混凝土入仓设备布置和效率的发挥，并尽早形成安装间为机组安装创造条件，混凝土施工除了遵循先下后上的原则外，厂房各坝段之间按照先左后右施工顺序施工。即先左副坝段及安装间坝段施工，随后各机组坝段紧跟施工。7混凝土拌和系统混凝土拌和系统布置于电站左岸下游岸边的平地上，系统配置一座240m3/h拌和楼、一台120m3/h拌和站，可以进行各种混凝土料的拌制，240m3/h拌和楼可以进行预冷混凝土的生产。8混凝土运输入仓方式8.1混凝土水平运输根据混凝土拌合物的级配和坍落度不同，蜀河水电站厂房坝段混凝土主要采用自卸汽车和混凝土搅拌罐车进行运输。进入混凝土浇筑施工现场主要有三条路线：①从拌和站经右岸泄洪闸下游的贝雷桥、下游围堰进入厂房下游，② 从拌和站经枢纽上游的跨江悬索桥、左岸国道、上游围堰进入厂房下游，③从拌和站经枢纽上游的跨江悬索桥、左岸国道进入左岸坝肩。8.2混凝土垂直运输8.2.1履带式布料机浇筑蜀河电站厂房底板及下部流道近16万m3混凝土大部分在汛期内施工，由于基坑内无法安装起重设备，已安装在左岸的门、塔机也不能完全对施工部位进行覆盖。要达到高峰每月3.2万m3的混凝土浇筑强度，厂房中下部主体混凝土大部分采用了两台BLJ－40型履带式布料机进行入仓。BLJ－40型履带式布料机适合厂房底板、闸墩、流道等高度不大部位的混凝土浇筑，其布料范围为16～42m，布料皮带最大俯角15°，最大仰角25°，可左右回转360°进行布料。BLJ－40型履带式布料机采用600mm宽深槽皮带，理论混凝土输送能力为150～200m3/h。由于布料机采用履带底盘，工作时对场地平整度、大小和承载能力等要求不高，且整机移动方便，布料点准确、灵活，可快速连续浇筑混凝土。BLJ－40型履带式布料机可以采用混凝土搅拌运输车直接向上料皮带输送混凝土，但由于混凝土搅拌运输车对常态三级配混凝土适用性较差，蜀河电站采用了立式集料斗喂料方法。采用立式集料斗喂料时，需另外加工一个6m3船形卧式集料斗，混凝土采用自卸汽车运输至施工现场后，倒入卧式集料中，用小型反铲挖掘机从中取料放入立式集料斗中，然后通过集料斗弧形门将混凝土放入皮带运输机的上料皮带上，上料皮带将混凝土传送至布料皮带上后，由布料皮带传送至浇筑仓号内。由于BLJ－40型履带式布料机可连续快速入仓浇筑混凝土，施工时应注意配备足够的混凝土振捣设备，保证混凝土振捣质量。布料机下料口距混凝土面应为1.0～1.5m，并应按照规定的布料路线均匀移动布料。在模板周围布料时，卸料点应距模板1.0～1.5m，以利于人工分散粗骨料。随着混凝土施工部位不断升高，位于引水渠和尾水渠底板上的布料机工作平台需采用石渣进行相应加高。工作平台加高后，蜀河电站厂房坝采用BLJ－40型履带式布料机最大浇筑高度达到了38m。8.2.2门、塔机吊罐入仓浇筑蜀河电站厂房工程在汛后施工高峰期共布置了5台大型门、塔机，最大起重量在10～30t之间，厂房坝段大部分施工部位均可被门、塔机覆盖。采用门、塔机吊罐入仓方便灵活，其取料地点可在起重机覆盖范围内进行调整，取料、卸料无需辅助设施。卸料入仓定位准确，易于操作，对于结构狭小的墩、墙、梁、板部位可分次下料。 厂房发电底孔流道高程以上的安装间坝段及1#机组坝段混凝土主要采用布置在左岸的MQ900和MQ600型高架门机吊罐浇筑。在允许起重量幅度范围内，两台高架门机均可吊6m3混凝土卧罐浇筑，在远端幅度范围内可吊3m3混凝土卧罐浇筑。两台高架门机各配备1个3m3混凝土液压卧罐和1个6m3混凝土液压卧罐。两台高架门机混凝土浇筑能力均在15m3/h～30m3/h之间。厂房机组段上游引水渠底板和下游尾水渠底板分别布置了1台C7050塔机和K80/115塔机，两台塔机吊罐进行浇筑。K80/115塔机在大部分仓段可吊6m3混凝土卧罐入仓浇筑，C7050塔机只能3m3或2m3混凝土入仓。两台塔机配置2m3、3m3和6m3混凝土液压卧罐各1个。K80/115塔机混凝土浇筑能力为20m3/h～36m3/h，C7050塔机混凝土浇筑能力为10m3/h～18m3/h之间后期布置在坝顶尾水平台的K50和F10/23B塔机主要用于钢筋、模板各类工器具的吊运和少量混凝土吊罐浇筑。两台塔机配备1个2m3和1个3m3混凝土卧罐用于零星混凝土浇筑施工。8.2.3长臂反铲入仓浇筑蜀河水电站厂房底板及尾水渠底板混凝土开始浇筑时，基坑门塔机还未开始安装，面对3万m3/月的混凝土浇筑强度，混凝土入仓手段明显不足。施工中除了采用履带式布料机浇筑底板混凝土外，尾水渠大部分混凝土采用PC200型长臂反铲挖掘机进行入仓浇筑。PC200型长臂反铲挖掘机举升高度8m，作业半径可达17.6m，斗容0.3m3，每个班次可入仓混凝土600m3。长臂反铲挖掘机作为混凝土入仓手段进行混凝土浇筑，主要适用于仓面位置较低的邻边混凝土浇筑单元。在没有其它入仓手段时，反铲挖料入仓可作为一种简洁、高效的辅助入仓手段。长臂反铲挖掘机挖料入仓浇筑时，需另外加工一个6m3的船形集料斗。混凝土采用自卸汽车运输至施工现场后，倒入集料中，反铲挖掘机从集料斗中直接取料入仓。8.2.4混凝土泵车浇筑坝顶厂房坝顶主厂房、副厂房、启闭机室框架结构混凝土施工面积大、仓面分散、混凝土浇筑工程量小，采用门塔机吊罐浇筑时须分多次定位、卸料，施工效率较低，不但会影响混凝土浇筑速度和浇筑强度，同时长时间的占用门、塔机也对钢筋、模板安装等工序的施工造成了影响。蜀河电站后期的上部梁、板、柱结构施工采用了混凝土泵车进行混凝土浇筑，大大提高了施工效率。使坝顶副厂房施工达到了7天一层、启闭机排架柱达到了4天一层的施工速度。9施工效果评价蜀河水电站厂房坝段工程在围堰产生重大变更后，从主要施工方案、施工工艺着手，采取了一系列技术措施，保证了厂房混凝土的快速施工和工程质量，将度汛产生的影响降到最低，取得了良好的社会效益和一定的经济效益。