水下導管法澆筑混凝土技術在龔嘴水電站水下修補中的應用

陳 洋，王 玲

（青島太平洋海洋工程有限公司，山東 青島 266100）

1 水下澆筑技術及龔嘴水電站水下澆筑工程概況

近年來國家大力發(fā)展電力水利事業(yè)，人們利用水電資源進行發(fā)電和灌溉，提高了生活水平，創(chuàng)造了巨大的社會財富。隨著水庫大壩使用年代的增加，受水流沖刷破壞等影響，水工結構物出現(xiàn)了沖坑、淘空等諸多問題。特別是位于水工結構物水下部分的缺陷，施工空間小、水深大，大型機械設備難于處理。這些問題如果不及時解決，會嚴重影響大壩安全。隨著施工技術、水下施工設備和水下材料的發(fā)展，水下施工技術當前已經(jīng)具備了在水下直接對水工建筑物缺陷進行處理修復的能力。尤其是水下混凝土澆筑技術已經(jīng)非常成熟，可以極大地節(jié)省工程費用和停機發(fā)電時間。本文結合水下不分散混凝土在龔嘴水電站消力池側墻水下修補工程中的應用淺談水下導管法澆筑技術。

龔嘴水電站位于四川省岷江支流大渡河上，距下游樂山市90 km。電站以發(fā)電為主，壩后廠房裝機容量400 MW，地下廠房裝機容量300 MW。在2006年和2007年對消力塘周邊側墻進行水下檢查時發(fā)現(xiàn)消力池側壁有幾處不同程度的沖刷、淘空破壞，破壞處位于水下20 m處。

2 水下澆筑方案的選擇

水下混凝土澆筑的常用方法有導管法、料斗法、溜槽法等，本工程的修補部位在消力池的側壁，需要支設模板，進行水下立面混凝土澆筑，作業(yè)空間有限，施工工期短、澆筑質量要求高。綜合以上因素，采用了導管法澆筑水下不分散混凝土的施工方案（見圖 1）。

圖1 導管法澆筑水下不分散混凝土方案（單位：mm）

2.1 水下澆筑施工技術要點及應對措施

采導管法澆筑水下不分散混凝土澆筑修補缺陷，需達到以下技術要求：①保證新老混凝土的粘結性要求；②保證新澆筑混凝土的抗沖耐磨性；③保證新澆筑混凝土表面光滑、平整度好。為此，采取了以下措施：

（1）錨固筋、鋼筋網(wǎng)結合保證新、老混凝土的緊密結合。新、老混凝土的結合及粘接強度是本工程的關鍵，因此，除采用優(yōu)秀的水下澆筑材料外，還加設了錨固筋。并在混凝土表層設置鋼筋網(wǎng)，采用水下焊接方法將鋼筋網(wǎng)與錨固筋緊密連接，使其形成整體。

（2）布設鋼筋網(wǎng)保證新澆筑混凝土的抗沖耐磨性。待修補部位常年受高速水流的沖刷，必須在混凝土表層加強保護，故在新澆混凝土表層設置鋼筋網(wǎng)，潛水員用水下焊接方法將鋼筋網(wǎng)與錨固筋緊密連接，做抗裂保護。

（3）采用適合現(xiàn)場條件的混凝土配比,安裝隨形模板，保證混凝土表面光滑平整。根據(jù)現(xiàn)場天氣、水溫條件調整配合比，保證混凝土良好的流動性和自密實性；打磨澆筑凸起部分，保證模板拼接平整。

2.2 施工難點

（1）大面積側壁澆筑的模板安裝布置。模板制作與安裝應使新澆筑的混凝土在水流方向形成順暢平整的過流面，減少渦流和水流阻力，并能按設計要求成型，保證混凝土質量，并提高抗沖耐磨能力。龔嘴水電站消力池側壁水下修補工程最大掏空缺陷的高度達7 m，在這個部位布置模板是整個水下施工過程的重點、難點。受施工現(xiàn)場水深，淘空形狀不規(guī)則的條件限制，無法采用大型拼裝式模板，只能現(xiàn)場制作隨形模板，拼接布置，分層澆筑。經(jīng)過工程實踐，本次澆筑模板支護非常成功，承受了水下澆筑混凝土的重力和倒向張力。

（2）邊緣薄層混凝土澆筑質量控制。沖坑邊邊緣薄層混凝土是整個澆筑中最薄弱的部位，這個部位的處理直接影響到后期新老混凝土的結合和新澆筑混凝土的耐久性。通過調整水灰比和級配、控制流動性和坍落度很好地完成了邊緣部位混凝土的澆筑，未出現(xiàn)脫空、漏澆、蜂窩等缺陷。

（3）導管法施工工藝和質量控制。采用隔水埋管澆筑法，其核心技術是兩道隔水措施，即通球隔水和軟袖管隔水。澆筑工藝為：在開始澆筑第一罐混凝土之前，把φ248 mm的軟質浮力圓球投放在φ250 mm導管內，球浮在水面，然后把已拌制好的混凝土通過溜槽進入漏斗再進入到導管。導管內的混凝土與通球接觸，并推動通球下移。在下移的過程中，混凝土由于有球體的隔離，不與水接觸，不受混凝土下降時水流的沖刷，混凝土中的膠粘顆粒不受損失，大大有利于水下混凝土水陸強度比的提高。通球到底后，經(jīng)過軟袖管出水，由于軟袖管平臥在基底上，混凝土不會全部流出，把不滲水的軟袖管封堵住，外面的水不會進入，保證導管內無水。通球澆筑2～3次，完全可以保證不滲水的軟袖管是埋在混凝土里，形成了埋管澆筑。即便是不連續(xù)澆筑，中間停澆時，導管內也無水。這種先進的澆筑方法，既避免了水流對流態(tài)混凝土的沖洗，也避免了澆筑過程中的骨料離析。

3 水下導管法澆筑混凝土的施工步驟

水下澆筑的工序為：水下檢查與測量→沖刷坑開挖與清理→水下鉆孔→埋設錨筋→水下布鋼筋網(wǎng)→水下立?！禄炷翝仓虏鹉?。

（1）水下檢查與測量。由潛水員通過水下錄像和水下工具測量、檢查淘空洞范圍大小及損壞情況，并反饋到水面電視監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）沖刷坑開挖與清理。由潛水員用液壓鋸沿切割線切割出補強邊緣線（開挖邊線為沖刷坑邊緣6 cm），并用液壓鎬將淘空洞深度不足6 cm的部位開挖到6 cm，清除淘空洞內的碎石、混凝土等殘渣，然后將原混凝土表面打毛，露出粗骨料，并用高壓水把渣屑沖除干凈。

（3）水下鉆錨固孔。潛水員用水下液壓鉆在淘空洞底部按孔距進行水下鉆孔，再用高壓水清除孔內的巖屑和沉渣，確?？妆跓o塵土附著。

（4）錨固鋼筋。錨孔清洗完成后，內部充填水下錨固劑，錨固劑充填量應滿足錨筋插到孔底之后，錨固劑能填滿錨筋周圍的環(huán)形空間。錨筋插入后，要轉動幾次以使錨固劑充分與錨桿和孔壁粘緊，增加錨固力，保證粘結強度大于2 MPa。

（5）鋪設鋼筋網(wǎng)。待錨固劑硬化后，將雙向鋼筋網(wǎng)整體吊裝下水就位，鋼筋網(wǎng)布置在新澆水下混凝土的上部，混凝土保護層為5 cm。鋼筋與錨筋之間用水下電焊連接。

（6）架立鋼模板。淘空洞在側壁，面積較大，澆筑水下混凝土時側壓力較大，模板必須是具有足夠剛度和強度的隨型可重復利用的模板。底排模板的下邊通過錨栓孔用膨脹螺栓錨固到立面上，其他各排的兩個端板也要用膨脹螺栓通過模板上的端部錨固孔錨固到立面上。各塊模板之間通過連接螺栓連接。各排模板還要通過模板上的錨固孔，用彎鉤螺栓把模板和已錨固的鋼筋網(wǎng)連接起來，以抵抗?jié)仓炷習r的側壓力。

（7）澆筑水下不分散混凝土。水面設作業(yè)平臺，平臺上布置混凝土攪拌設備，混凝土出倉后，通過導管引到水下澆筑倉內，分層澆筑，初凝時間6 h，強度要求C30。澆筑工藝如下：①混凝土連續(xù)、徐緩地傾倒進承料漏斗，防止導管內空氣不能及時排除產生高壓氣囊。②在澆筑過程中要隨時作水上和水下檢查。水上檢查導管是否堵塞，如發(fā)生堵塞及時疏通；水下檢查軟袖管是否始終處于埋沒狀態(tài)，同時也要檢查模板漏漿情況，出現(xiàn)問題及時處理。③隨著水下混凝土澆筑面的上升，超過1.0 m時，要拆除導管上部的導管節(jié)。在拆除過程中，避免軟袖管和導管內進水。如果進水，應該再用通球法澆筑1～2次。當澆筑面上升小于1.0 m時，軟袖管可以自行調整，無需提升導管。④在澆筑過程中，要隨時移動澆筑導管，使它的位置處于澆筑面上方。澆筑半徑控制在2.5 m左右。澆筑過程中要保證混凝土的連續(xù)澆筑，配置備用攪拌機。

（8）水下拆模。潛水員采用水下工具把膨脹螺栓、彎鉤螺栓和連接螺栓拆卸下來，再用撬杠把模板一一拆下。模板內側貼有牛皮紙，使得模板與混凝土之間粘結力很小，極易拆下。露出的拉筋頭等要割除，并做好防銹保護處理。

4 主要材料性能

本工程根據(jù)淘空缺陷深度的不同采用了兩種不同的水下混凝土材料：

（1）水下不分散混凝土工作機理及性能指標。水下不分散混凝土是在普通混凝土拌和物中加入絮凝劑，在水泥顆粒之間形成架橋結構，增大了吸附力，提高了粘性，抑制了骨料的沉降和離析，從而使混凝土在水下硬化前獲得了一定程度的抗分散性，同時也改善了普通混凝土的流動性，達到了滿意的施工性能。水下不分散混凝土造價低，適用于修補面積和深度較大的淘空缺陷

（2）聚合物水下不分散混凝土工作機理及性能指標。聚合物混凝土是由不飽和樹脂、相應助劑和各種填料結合而成的一種混凝土。具有優(yōu)良的綜合力學性能，耐水、耐磨、耐化學腐蝕，其抗壓、抗折、抗拉、粘接強度均很好，但造價較高，適用于修補面積和深度較小的淘空缺陷。

5 結語

龔嘴水電站消力池經(jīng)過汛期急速水流沖刷、磨蝕后，水下復查結果表明，新澆混凝土表面完整，耐磨性良好，達到了工程質量要求。

水下澆筑對于水庫大壩除險加固工程來說，造價經(jīng)濟、工程量小、工期短、無污染，既不需要水庫特意為工程而降低水位，也不需要采用土石圍堰進行旱地施工，為水庫大壩修理維護提供了更多的選擇，以較小的資金投入即可獲得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。