瀑布沟水电站泄洪洞硅粉混凝土衬砌施工及其质量控制

冉 蓉，潘红岭

(中国水利水电第五工程局五分局，成都，610066)



瀑布沟水电站泄洪洞硅粉混凝土衬砌施工及其质量控制

冉 蓉，潘红岭

(中国水利水电第五工程局五分局，成都，610066)

在瀑布沟水电站泄洪洞洞室硅粉混凝土施工中，由于泄洪洞运行期间高流速水流作用，混凝土不仅需要满足强度指标，更对其耐磨、耐冲刷有非常严格要求。为了满足设计要求及适应现场施工，经过多次对硅粉混凝土衬砌、养护及缺陷修补等施工方法的研究讨论，且在施工过程中不断改进，取得一定成效。

高流速水头 硅粉混凝土施工 养护 缺陷处理 瀑布水电站 泄洪洞

1 工程概述

瀑布沟水电站泄洪洞工程位于瀑布沟水电站左岸，是瀑布沟水电站主要的泄洪建筑物之一。泄洪洞为无压洞，总长2026.318m，进口底高程795.00m，出口底高程677.89m，纵坡5.8%。泄洪洞最大泄洪流量3412m3/s，最大流速42m/s。由于溢洪道高程较高，瀑布沟水库在低水位时主要使用泄洪洞泄洪，泄洪洞泄流量巨大，泄洪功率极大，因此泄洪洞衬砌混凝土抗冲耐磨问题非常突出。在泄洪洞结构设计时，边墙和底板衬砌选择C50抗磨蚀高强硅粉混凝土，顶拱采用C25普通混凝土。

2 施工方法

泄洪洞洞身混凝土衬砌采取先衬砌边顶拱，然后衬砌底板的顺序进行施工。

2.1 模板施工

边顶拱衬砌采用2套边顶拱钢模台车，上游1#边顶拱台车长10.5m，下游2#边顶拱台车长12.0m。下游2#边顶拱台车衬砌一定长度后安排底板混凝土浇筑，底板约50m长作为一仓进行浇筑。每套钢模台车配备1台钢筋台车进行油烟清洗及钢筋安装施工。钢模台车形式及制作尺寸见图1。钢模台车第一仓衬砌使用前必须经过验收，模板上的锈癍、油漆应采用钢丝刷清理干净，板缝修补合格、制作尺寸符合要求，验收合格后涂刷脱模剂。钢模台车就位应由测量进行控制验收。

图1 衬砌台车断面示意

2.2 台车轨道施工

由于钢模台车及钢筋台车的轨道安装高程为底板过水面以下50cm，同时由于钢模台车重量大(1#边顶拱台车总重120t，2#边顶拱台车总重150t)，且泄洪洞底板地质超挖较严重，因此不能直接在石渣上敷设衬砌台车的枕木及轨道，以免台车发生沉降位移，使边顶拱衬砌质量无法保证。

为保证台车轨道的顺利延伸及台车不沉降变形，同时又不影响交通通行，在进行边顶拱混凝土衬砌前，对底板采取了如下处理措施：

底板中间预留6.0m通道，左右两边出渣并欠挖处理，然后进行超填混凝土浇筑至底板过水面以下50cm，以满足轨道安装要求；底板一期混凝土与二期C50硅粉混凝土施工缝采取凿毛处理，并按设计通知设置φ20@50×50cm、L=1.0m(外露40cm)的连接插筋。底板分仓如图2所示。

图2 底板分仓示意

2.3 边墙超挖部位施工

边墙超挖面积较大、且超挖大于30cm以上、便于由下至上立模的位置，采取组合刚模板支立，回填浇筑C25常态混凝土。施工缝面采取凿毛，并按设计通知设置连接插筋。位置在3m以上的超挖，由于支立模板及加固存在较大困难，采取与结构混凝土一起浇筑的方法处理。

2.4 冷却水管埋设

边墙厚150cm～200cm，每侧边墙布置2排冷却水管；边墙厚度100cm～150cm(不包含150cm)，每侧边墙布置1排冷却水管；边墙厚度为50cm不设冷却水管。

冷却水管采用钢管，内径φ25.3mm、间距0.8m，在混凝土初凝4～5h后采用地下水通水冷却，水温低于16℃，通水时间不少于8d。流量0.8m3/s冷却水管布置形式见图3。

2.5 止水施工

根据设计图纸及选定的施工方法，泄洪洞洞身混凝土衬砌采取先边顶拱后底板的施工顺序。边顶拱施工缝由钢模台车衬砌段长决定，约100m设置一道结构缝，施工逢及结构缝均埋设651型橡胶止水带(400mm×10mm)；底板约50m作为一仓进行浇筑，结构逢与边墙保持一致，埋设651型橡胶止水带(400mm×10mm)；后浇底板与边墙之间形成的纵向施工缝，埋设遇水膨胀止水条(30mm×20mm)。

2.6 混凝土浇筑

2.6.1 混凝土拌和

混凝土拌和采取HZS90站集中拌和，硅粉混凝土的总拌合时间不少于180s。

采用硅粉湿掺工艺，修建2座12m3硅粉池(直径3.0m，高1.8m)预先浸泡硅粉，轮换使用。为了有效解决硅粉浸泡过程中的沉淀问题，每个硅粉池安装1台电动叶片式搅拌装置连续工作，带动硅粉浆液不停地流动。

图3 冷却水管布置示意

2.6.2 施工配合比

C50硅粉混凝土施工配合比采用设计院提供的推荐配合比(见表1)。

表1 C50硅粉混凝土施工配合比

2.6.3 混凝土运输

混凝土采用罐车水平运输。由于硅粉混凝土较粘稠，且塌落度损失速度较快，为避免坍落度损失，应避免提前在站内拌料存储。

2.6.4 混凝土振捣

混凝土入仓时，严格控制混凝土下料高度，防止混凝土骨料分离。

为减少混凝土浇筑过程中的表面气泡，减少高流速水道的气蚀源，严格控制混凝土铺料层厚及振捣厚度，一次铺料厚度控制在30cm～50cm，以防止气泡排除困难。混凝土振捣采用70软轴棒进行，并在钢模台车上设3.5kW附着式振捣器辅助振捣。混凝土振捣过程中，应配备专人在模板外轻敲模板，帮助气泡排出，并适当延长振捣时间。

2.6.5 混凝土凿毛

底板一期超填混凝土初凝后终凝前，采用高压水冲毛，冲毛压力0.1MPa～0.2MPa，以冲去混凝土表面的浮皮与灰浆并微露粗砂或小石为准，缝面冲洗干净后进行养护，边顶拱混凝土浇筑完成后，可由下至上拆除堵头模板，采用人工凿毛，去除混凝土表面浮皮，小石半露。

2.6.6 混凝土养护

底板一期超填混凝土采用洒水养护，底板结构硅粉混凝土采用洒水+草袋覆盖养护，边顶拱采用养护剂及长流水养护。边顶拱衬砌台车脱模后，用喷雾器将养护剂(Quad Cure)均匀喷淋在混凝土表面，形成养护薄膜，对混凝土起到养护和硬化的作用，同时提高混凝土的强度、防尘、耐磨性能。多次喷淋的养硬效果比一次性喷完用量的养硬效果要好，用量为5m2/L。在喷洒养护剂的同时，结合安装长流水管道进行长流水养护，养护时间28d。长流水养护方法具体如图4。

图4 泄洪洞边墙长流水养护布置示意

3 混凝土缺陷处理措施

在施工中难免出现一些混凝土表面缺陷，包括裂缝、气孔、麻面、蜂窝、错台、表面凹凸、模板固定留下的定位销孔、以及残留钢筋头等，处理措施如下。

3.1 升坎的凿除和磨平

根据平整度控制标准，对升坎高度超过标准要求的，先以风镐或凿毛钎凿除，预留0.5cm～1.0cm保护层，再用手持电动砂轮打磨平整；对凿除深≤2cm的部位，不得锤击，用砂轮磨平即可。

3.2 蜂窝、麻面的凿除和填补

对蜂窝、麻面先进行凿除，再将填补面清洗干净，涂刷相应的环氧粘结剂和环氧砂浆，补后压实抹平，达到一定强度后用砂轮磨平。对混凝土表面气孔，先凿成深度不小于2cm的坑，再用环氧砂浆填补。对上述两类缺陷的处理原则是：“多磨少补，宁磨不凿”，尽量不损坏建筑物表面混凝土的完整性，以确保工程质量。

3.3 凹陷部位的填补

首先对混凝土凹陷部位基础表面进行处理，

清除基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料。然后在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷一薄层底涂，尽可能做到薄而均匀、不流淌、不漏刷，必须等底涂表干后方可进行环氧砂浆涂抹。

3.4 表面残留物处理

表面残留的砂浆要求铲除刮平，露在表面不用的埋件、钢筋头，人工挖混凝土2cm后割除，并用环氧砂浆填平。

4 硅粉混凝土施工质量控制

针对泄洪洞工程的重要性和硅粉混凝土的特性，在泄洪洞工程的施工中，采取以下专项措施保证混凝土施工质量。

4.1 为保证新浇硅粉混凝土与岩石、老混凝土更好的粘结，洞壁及洞顶的油烟采用喷洒RB-80碳污清洗剂进行全段面清洗。

4.2 对于厚度大于0.5m的衬砌段，在混凝土内埋设冷却水管控制混凝土绝热温升。

4.3 为降低混凝土拌和时出机口温度，满足夏季骨料遮阴、预湿的要求，同时为控制骨料的含水率，满足雨天的施工需要，拌和站骨料仓及配料机料斗搭设防护棚，防护棚采用彩钢瓦钢行架结构。骨料仓安装喷雾水管及喷头，夏天喷雾对骨料冷却、预湿。

4.4 采用湿掺工艺，保证添加的硅粉均匀地分布到混凝土中，保证硅粉混凝土的性能。同时，湿掺硅粉工艺可以解决干掺硅粉拌制的混凝土裂缝多的弊端。

4.5 泄洪洞进口底板高程795.00m，出口底板高程677.89m，高差117.11m。洞内空气对流速度较快，易造成新浇混凝土表面失水加快，引发混凝土裂缝，采取在泄洪洞出口搭设挡风门的措施解决。挡风门采用钢管搭设骨架，层板封闭，中间设5.0m(宽)×4.5m(高)通行门。

4.6 浇筑过程中质量检查由施工队质检员负责，做到不合格的料不入仓，严禁在混凝土中加水，入仓时做到骨料无集中现象；并加强平仓，使混凝土粗骨料均匀分布于砂浆中，平仓后及时振捣密实，不漏振与过振；止水附近应更加精心施工，做到无粗骨料集中现象，止水不变形、不错位。

4.7 高温季节和冬季施工，试验室要加强各种材料和混凝土温度监测，质量部负责检查各项温控措施落实情况。夏季混凝土施工要采取温控措施，冬季混凝土的施工则要采取可靠的保温措施。

4.8 为保证硅粉混凝土的养护质量，边顶拱采用喷养护剂(Quad Cure)及长流水相结合进行养护。

4.9 衬砌台车定期及时清理，涂刷脱模剂(Thrift KoteE)。脱模剂为水基材料，涂刷在模板表面，不但能保证脱模效果优良，而且能防止模板生锈，使用后模板和混凝土表面不留残物、污点，并减少麻面的出现，保证混凝土的外观质量。

4.10 及时消除硅粉混凝土浇筑后出现的细微干缩裂纹，防止发展成裂缝，在泄洪洞底板混凝土浇筑施工中尤应注意。采取复振压面施工工艺，可以使已经出现的干缩裂纹闭合，从而减少高标号硅粉混凝土的裂缝。

5 结语

泄洪洞混凝土表面为高速过流面，混凝土表面必须尽可能平整光滑、无缺陷。泄洪洞运行时混凝土表面的不平整度缺陷，诸如错台、凹坑、表面波状起伏、残留钢筋头、裂缝等，在高速水流作用下，将引起局部挑流、绕流和分离，造成负压和剧烈的水流脉动，促使出现空化和空蚀，极易导致结构的破坏。而且，挟砂石水流对过水建筑物表面的冲击与磨损破坏是很严重的，混凝土表面的缺陷无疑会降低其抗冲耐磨强度，使表面不平整度恶化，从而加剧空蚀与磨损。因此，采取合理有效的施工方法及对缺陷的处理措施，能够保证混凝土施工质量及后期洞室运行安全。

冉 蓉(1977-)，男，陕西渭南人，西安理工大学水利水电工程专业，学士，工程师，从事水利水电工程施工管理工作；

潘红岭(1986-)，男，河南濮阳人，助工，从事水利水电工程施工管理工作。

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2095-1809(2015)03-0072-04