巴萊水電站導流洞進(jìn)口漸變段混凝土施工技術(shù)

雷 建 中, 夏 海 龍

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

巴萊水電站位于馬來(lái)西亞沙撈越州拉讓江上游支流巴萊河上，距離拉讓江匯流處約95 km。該工程的施工導流采用全年擋水圍堰、隧洞導流方式，導流標準為500 a一遇洪水重現期，相應導流流量為4 837 m3/s。2條長(cháng)約1.2 km、凈直徑為12 m的馬蹄形斷面導流隧洞均布置在巴萊河左岸。導流洞工程標段于2017年8月20日開(kāi)工，于2020年10月1日順利完成施工和移交。

導流洞進(jìn)水口結構采用塔式取水設計，1號隧洞與2號隧洞塔式取水口為獨立結構，沿水流方向依次布置攔污柵段、通倉段及閘門(mén)段。塔體中間設一道閘墩，閘墩與邊墻通過(guò)胸墻連接成整體。單個(gè)塔體寬度為17 m，順水流方向長(cháng)38 m，進(jìn)水塔基高程為34 m，塔頂高程為70 m。

每條導流洞進(jìn)水塔與洞身襯砌段之間均設置了12 m長(cháng)的漸變段結構。漸變段由凈寬12.7 m、凈高12 m的矩形斷面漸變至凈直徑12 m的馬蹄形斷面。漸變段基礎高程為34 m，漸變段混凝土底板高程為36 m，漸變段內表面拱頂高程為48 m，漸變段頂部高程為50.5 m。漸變段底板混凝土厚度為2 m，邊墻混凝土厚度為2.5 m左右(沿軸線(xiàn)方向內輪廓漸變、混凝土在不同位置厚度有變化)，頂部混凝土厚度為2.5 m。漸變段結構混凝土等級為C30[1]，設置兩層鋼筋，主筋主要為Φ32 mm螺紋鋼、間距100 mm，縱向鋼筋主要為Φ20 mm和Φ25 mm螺紋鋼、間距200 mm，兩層鋼筋網(wǎng)之間設置Φ16 mm的抗剪掛鉤配筋。進(jìn)水塔及漸變段剖面結構見(jiàn)圖1。

圖1 進(jìn)水塔及漸變段剖面圖

鑒于導流洞進(jìn)口漸變段混凝土結構體型復雜，施工工期緊張，施工難度較大，施工具體面臨以下問(wèn)題：

(1)漸變段結構體型復雜。漸變段結構為凈寬12.7 m、凈高12 m的矩形斷面漸變至凈直徑12 m的馬蹄形斷面的異形結構。尤其是漸變段內輪廓結構體型尤為復雜，內表面模板設計和加工難度大。漸變段結構內、外輪廓見(jiàn)圖2。

圖2 漸變段結構內、外輪廓示意圖

(2)面對實(shí)現導流洞移交等合同里程碑的工期壓力，留給漸變段混凝土施工的工期僅為2個(gè)月左右。鑒于漸變段施工工期非常緊張，進(jìn)而對模板加工和現場(chǎng)鋼筋、模板安裝、滿(mǎn)堂架支撐搭設和混凝土澆筑等各個(gè)環(huán)節和工序的施工速度要求較高。

(3)漸變段頂部混凝土的設計厚度為2.5 m，對模板支撐體系要求很高。經(jīng)過(guò)綜合分析計算最終確定漸變段頂部混凝土分兩層澆筑，頂部第一層混凝土主要依靠滿(mǎn)堂架管體系承重，而頂部第二層混凝土澆筑主要依靠已澆筑的第一層混凝土承重。

(4)巴萊水電站項目所處位置無(wú)對外公共道路交通，物資運輸主要依靠河運。對此，漸變段混凝土施工需統籌考慮現場(chǎng)材料情況和經(jīng)濟性等因素，需要盡量利用現場(chǎng)現有材料，減少外購材料，避免因需等待外購材料運輸而影響到現場(chǎng)施工。闡述了面對所遇到的具體問(wèn)題，對導流洞進(jìn)口漸變段混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)的選定過(guò)程。

根據導流洞漸變段混凝土施工特點(diǎn)和面臨的問(wèn)題，技術(shù)人員從鋼筋、止水及埋件安裝、模板加工安裝、混凝土運輸及澆筑等關(guān)鍵工序著(zhù)手分析得出導流洞進(jìn)口漸變段混凝土關(guān)鍵施工技術(shù)主要包括漸變段內表面模板及支撐體系的選型、設計、加工和安裝。而對于外表面模板及支撐體系選用常規技術(shù)方案即可。另外，漸變段拱頂以上的頂部混凝土澆筑分層的第1層澆筑高度需要注意和滿(mǎn)堂架支撐計算采用的邊界條件相匹配，不得超過(guò)滿(mǎn)堂架支撐計算采用的頂部混凝土澆筑厚度，以確保頂部混凝土澆筑期間支撐體系的穩定，確保施工安全。

(1)項目部結合現場(chǎng)材料情況和工期要求分析比較了若干個(gè)漸變段的內表面模板及支撐體系方案。

漸變段常用的定型鋼模板+方木排架支撐的漸變段模板及支撐體系存在耗費大量的方木、方木排架加工速度慢、排架重量大、移動(dòng)安裝困難和定型鋼模板外部訂購耗時(shí)長(cháng)等問(wèn)題。采用這種類(lèi)型的支撐體系，一方面難以實(shí)現導流洞漸變段2個(gè)月完成施工的工期目標，另一方面需要耗費大量的木材。

項目部根據漸變段內表面結構特點(diǎn)(由7個(gè)面組成：4個(gè)曲面和3個(gè)三角形平面)和現場(chǎng)施工條件，最終確定了采用木模板加工制作4個(gè)曲面模板、現場(chǎng)安裝三角形平面部分的模板和滿(mǎn)堂支撐架管的方案作為漸變段內表面模板及支撐體系施工方案。

(2)鑒于漸變段外表面結構較為簡(jiǎn)單，采用常規普通木模板和架管腳手架支撐施工方案即可。

(3)由于漸變段結構鋼筋設計量較大，主要采用常規安裝方法，鋼筋的連接以搭接綁扎方法為主(按合同BS英標規范，不允許焊接)，局部采用套筒機械連接方式。

(4)根據現場(chǎng)施工條件，混凝土入倉主要采用HBT60混凝土拖泵接泵管泵送入倉。

3.1 漸變段內表面模板及滿(mǎn)堂架支撐體系的設計、加工及安裝

在最終確定選用木模板加工制作4個(gè)曲面模板、現場(chǎng)安裝三角形平面部分的木模板方案后，首先開(kāi)始設計和制作曲面模板。4個(gè)曲面模板的順利設計加工是確保所選定的模板支撐體系應用的重中之重。

經(jīng)過(guò)計算和調整，最終確定曲面模板的模板面由5 mm厚層板加25 mm厚、100 mm寬木板條兩層組成。單根次圍檁選用4層、18 mm厚、150 mm寬的木板組合而成，單根主圍檁選用兩根直徑48 mm、壁厚3.6 mm的架管組成[2]。沿水流方向每間隔0.75 m設置一道次圍檁固定和加固曲面模板，每道次圍檁的長(cháng)度和弧度按照對應樁號的漸變斷面確定。

曲面模板在綜合廠(chǎng)內進(jìn)行加工制作。先加工次圍檁，然后用5 mm厚的層板和25 mm厚、100 mm寬的木板條加工制作曲面，最終進(jìn)行曲面模板和次圍檁的拼裝。

曲面模板及圍檁在綜合廠(chǎng)加工完成并在漸變段底板混凝土澆筑完成后，即可將曲面模板運輸至漸變段場(chǎng)地進(jìn)行安裝。首先安裝漸變段底部?jì)蓚€(gè)左右曲面模板。完成底部左右曲面模板安裝后，現場(chǎng)采用普通木模板進(jìn)行左右兩側兩塊三角形平面部分模板的安裝。模板安裝的同時(shí)開(kāi)展鋼筋安裝和滿(mǎn)堂架管支撐系統的搭設。然后進(jìn)行高程42 m以下邊墻的澆筑；
之后繼續安裝鋼筋、安裝固定頂部?jì)蓚€(gè)曲面模板以及在現場(chǎng)利用普通木模板進(jìn)行頂部三角形平面部分模板的安裝。

滿(mǎn)堂支撐架體系搭設的高度為12 m，主要采用直徑48 mm、壁厚3.6 mm的鍍鋅鋼管搭設?；跐u變段拱頂以上頂部結構混凝土第一層澆筑厚度1 m的條件和架管自身參數開(kāi)展立桿穩定性計算、搭設高度驗算和地基承載力驗算等，最終確定滿(mǎn)堂架的立桿橫距為0.7 5 m、立桿縱距為0.75 m，步距為0.9 m[3]。在架體外側周邊及內部縱、橫向每隔6 m左右設置豎向剪刀撐，剪刀撐的角度為45°～60°。

現場(chǎng)滿(mǎn)堂支撐架體系搭設前，應根據滿(mǎn)堂架設計參數計算立桿、橫桿以及其他構造件等所需鋼管的數量和長(cháng)度，做好架管材料和扣件等材料的準備工作。對于非標準長(cháng)度鋼管，需要提前在綜合廠(chǎng)內完成切割備用。

滿(mǎn)堂支撐架的搭設必須由經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓的架子工嚴格按照設計間排距和構造要求進(jìn)行搭設，相鄰立桿架管接頭應交錯布置。搭設完成后、經(jīng)技術(shù)、安全部門(mén)驗收合格后方可投入使用。

3.2 漸變段混凝土施工順序及澆筑方法

漸變段結構混凝土的澆筑按照先澆筑底板、再分2個(gè)升層澆筑邊墻、最后分2兩個(gè)升層澆筑頂部結構的施工順序自下而上共分為5個(gè)升層。漸變段順水流方向的長(cháng)度為12 m，不再分塊/分段，順水流方向一次通倉澆筑。

漸變段開(kāi)挖和基礎處理完成后進(jìn)行漸變段底板鋼筋的綁扎、止水及埋件等安裝。由于漸變段底板混凝土澆筑時(shí)上游的進(jìn)水塔已澆筑至一定高度，下游隧洞襯砌段已澆筑完成，因此，底板混凝土澆筑無(wú)需模板。在底板鋼筋、止水及埋件安裝完成后即可進(jìn)行底板混凝土的澆筑，底板2 m厚的混凝土一次澆筑完成。

底板混凝土澆筑完成后，進(jìn)行高程42 m以下邊墻鋼筋、埋件及止水的安裝和邊墻自制曲面模板的安裝、三角形平面模板的現場(chǎng)安裝。模板安裝的同時(shí)開(kāi)展架管支撐系統的搭設。然后率先進(jìn)行高程42 m以下邊墻的混凝土澆筑。之后繼續安裝完成高程42 m以上邊墻的鋼筋及埋件安裝、曲面模板的固定安裝、頂部三角形平面模板的現場(chǎng)安裝。接著(zhù)澆筑高程42 m到高程48 m即頂拱以下部分邊墻混凝土的澆筑。

在頂拱高程48 m以下邊墻混凝土澆筑完成后，緊接著(zhù)完成漸變段頂部的鋼筋安裝和外部木模板的現場(chǎng)安裝。漸變段頂部結構混凝土需分兩個(gè)升層澆筑：將第一升層的澆筑層厚控制在1 m以?xún)?，第二升層直接澆筑到頂。頂部結構第一升層澆筑以滿(mǎn)堂架作為支撐結構并需嚴格控制層厚。頂部結構第二升層的澆筑則以第一升層已澆混凝土作為支撐結構，經(jīng)驗算需在第一升層混凝土強度達到50%強度以上方可開(kāi)展第二升層的混凝土澆筑。

混凝土采用8 m3混凝土罐車(chē)自拌合樓運輸至工作面附近，然后經(jīng)HBT60拖泵接泵管泵送入倉。漸變段底板和高程48 m以下邊墻澆筑時(shí)，混凝土由混凝土罐車(chē)運輸至漸變段底板經(jīng)2臺HBT60拖泵泵送入倉，邊墻左右兩側應對稱(chēng)上升澆筑[4，5]。高程48 m以上的邊墻混凝土和頂板混凝土澆筑所需的混凝土由罐車(chē)運輸至進(jìn)水口邊坡高程52 m馬道兩側平臺附近經(jīng)拖泵接泵管泵送入倉。

3.3 漸變段混凝土施工方案實(shí)施取得的效果

巴萊水電站導流洞進(jìn)口漸變段混凝土結構采用的關(guān)鍵施工技術(shù)取得的現場(chǎng)效果良好，以較快的速度完成了曲面定型模板的加工、現場(chǎng)鋼筋、模板和支撐體系的安裝與混凝土澆筑，在2個(gè)月左右的時(shí)間內順利完成了漸變段混凝土施工，實(shí)現了預定工期目標。

漸變段混凝土內外表觀(guān)質(zhì)量合格，順利通過(guò)了業(yè)主驗收，漸變段結構混凝土質(zhì)量良好。在漸變段混凝土施工期間，現場(chǎng)施工安全受控，未發(fā)生安全事故。對于滿(mǎn)堂支撐架等在其安裝前進(jìn)行了專(zhuān)項技術(shù)交底，現場(chǎng)安全嚴格按施工方案確定的間排距和構造要求實(shí)現了安全生產(chǎn)目標。

實(shí)踐證明巴萊水電站導流洞進(jìn)口漸變段混凝土結構關(guān)鍵施工技術(shù)的合理性、經(jīng)濟性和安全可靠性，為確保導流洞工程整體順利實(shí)施和工期目標的實(shí)現起到了重要作用。

巴萊水電站導流洞進(jìn)口漸變段混凝土施工于2020年6月底啟動(dòng)、2020年8月底完成，歷時(shí)2個(gè)月左右順利完成了導流洞進(jìn)口漸變段異形結構混凝土施工。巴萊水電站導流洞工程于2020年10月1號順利移交給業(yè)主并實(shí)現導流目標。

導流洞工程采用的木模板自制曲面模板+現場(chǎng)安裝平面模板+滿(mǎn)堂架管支撐的模板及支撐方案和合理的混凝土分層和入倉等關(guān)鍵技術(shù)是保證兩條導流隧洞漸變段快速安全施工的關(guān)鍵措施，節省了木材投入，創(chuàng )造了良好的經(jīng)濟指標，所取得的經(jīng)驗對類(lèi)似漸變段等異形結構混凝土施工具有一定的借鑒意義。