特高拱壩接縫灌漿施工技術(shù)與智能建造分析反饋

阿旺加措，王克祥，羅貫軍，劉春風(fēng)，楊小龍，龔 攀

(1.西藏大學(xué)理學(xué)院，西藏 拉薩 850000；2. 三峽集團(tuán)西藏能源投資有限公司，西藏 拉薩 850000；3. 中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041)

白鶴灘水電站為金沙江下游4個(gè)水電梯級(jí)——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的第2個(gè)梯級(jí)，壩址位于四川省寧南縣和云南省巧家縣交界的河段；下游距離溪洛渡水電站約195 km。白鶴灘水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主，兼顧防洪，并促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和移民群眾脫貧致富。工程建成后可發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)、具有改善下游通航條件和攔沙等綜合效益。

電站裝機(jī)容量16 000 MW，是我國(guó)已建、在建的僅次于三峽電站的第二大水電站，也將成為世界第二大水電站。白鶴灘水電站樞紐由攔河壩、泄洪消能設(shè)施、引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物構(gòu)成。攔河大壩為橢圓線型混凝土雙曲拱壩，最大壩高289 m，壩頂弧長(zhǎng)709 m，左右岸各布置8臺(tái)100萬(wàn)kW水輪發(fā)電機(jī)組，左右岸引水發(fā)電系統(tǒng)均由進(jìn)水口、壓力管道、主副廠房、主變洞、尾水管檢修閘門(mén)室、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、尾水出口及地面出線場(chǎng)組成[1]。

1 接縫灌漿設(shè)計(jì)與工藝控制

1.1 接縫灌漿設(shè)計(jì)

接縫灌漿是通過(guò)預(yù)先埋管方式將漿液灌入混凝土壩快之間預(yù)設(shè)的接縫縫面，以增強(qiáng)壩體整體性、改善傳力條件的工程[2]。特高拱壩共有30條橫縫，橫縫總灌漿面積約為30.2萬(wàn)m2。為適應(yīng)混凝土施工要求，特高拱壩灌漿區(qū)高度9～12 m。為達(dá)到上下游各部位的灌漿充填效果，根據(jù)灌漿區(qū)面積及橫縫寬度分為A、B 型灌漿區(qū)：當(dāng)灌漿區(qū)面積小于450 m2、且底線長(zhǎng)度小于30 m時(shí)采用A型，為單區(qū)單灌漿回路；其余灌漿區(qū)采用B型，為單區(qū)雙灌漿回路。

單個(gè)灌區(qū)接縫灌漿系統(tǒng)由底部灌漿槽+頂部排氣槽+升漿槽組成，底部灌漿槽、頂部排氣槽均預(yù)埋在先澆塊內(nèi)，在后澆塊安裝蓋板進(jìn)行封閉，升漿槽在先澆塊預(yù)埋半圓鋼管、后澆塊拔管成槽，周邊安裝止?jié){片對(duì)灌區(qū)進(jìn)行封閉。

拱壩接縫灌漿灌區(qū)分為A型灌區(qū)、B型灌區(qū)兩類：

1)灌漿區(qū)面積小于450 m2且底線長(zhǎng)度小于30 m時(shí)，采用A型灌漿區(qū)形式，A型灌區(qū)為單區(qū)單灌漿回路。

2)灌漿區(qū)面積大于450 m2或底線長(zhǎng)度大于30 m時(shí)，采用B型灌漿區(qū)形式，B型灌區(qū)為單區(qū)雙灌漿回路。

1.2 混凝土溫控條件

白鶴灘特高拱壩國(guó)內(nèi)首次采用全壩低熱水泥混凝土，該混凝土早期強(qiáng)度較慢，接縫灌漿開(kāi)始時(shí)，要求灌漿區(qū)同高程相鄰壩段應(yīng)同時(shí)通水冷卻至設(shè)計(jì)封拱溫度，同時(shí)灌漿區(qū)及其上部的同冷區(qū)、過(guò)渡區(qū)、蓋重區(qū)也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的通水冷卻，混凝土封拱溫度要求[3]詳見(jiàn)表1、圖1。

表1 拱壩壩體封拱溫度表

圖1 拱壩封拱溫度分區(qū)圖

壩段各灌區(qū)在施工過(guò)程中，應(yīng)按照分期冷卻要求進(jìn)行逐步冷卻，進(jìn)行溫度梯度控制，并使各灌區(qū)溫度、溫降幅度形成合適的梯度，以減小混凝土溫度應(yīng)力，避免混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，壩體混凝土二期冷卻不同冷區(qū)個(gè)數(shù)的設(shè)置范圍及溫度梯度控制示意圖見(jiàn)圖2。此外，對(duì)于建基面以上首個(gè)擬灌漿區(qū)，其上同冷區(qū)需與擬灌漿區(qū)同步二期冷卻[4-7]。

1.3 管路安裝工藝

灌漿槽布置在灌區(qū)底部，排氣槽布置在灌區(qū)頂部，距止?jié){片距離為35 cm，距上下游止水片距離為20 cm。

灌漿(排氣)槽蓋板安裝前，應(yīng)沖洗灌漿(排氣)槽塵渣、清理出漿盒內(nèi)焊渣、對(duì)先澆塊內(nèi)預(yù)埋管路逐一通水檢查，確保管路暢通、槽內(nèi)干凈，并留存通水影像視頻、做好文字表格記錄。

圖2 混凝土冷卻梯度控制示意圖

蓋板應(yīng)在后澆塊混凝土澆筑前安裝，安裝牢固、與槽應(yīng)對(duì)中，蓋板與橫縫面之間縫隙應(yīng)采用監(jiān)理批準(zhǔn)的材料堵縫，封閉嚴(yán)實(shí)。

上引及出倉(cāng)管路:上引及出倉(cāng)管路采用不同材質(zhì)、不同管徑進(jìn)行區(qū)分，區(qū)分規(guī)則為：A型灌區(qū)管路：灌漿槽/排氣槽進(jìn)、回漿管采用黑鐵管； B型灌區(qū)管路：灌漿槽/排氣槽上游進(jìn)、回漿管采用鍍鋅鋼管；下游進(jìn)、回漿管采用黑鐵管。

升漿槽間距2 m布置，先澆塊預(yù)埋Φ30 mm半圓鋼管(或半圓橡膠管)，拆模后形成半圓槽，后澆塊預(yù)埋Φ25 mm充氣塑料拔管，混凝土澆筑后拔管成槽。升漿槽底部與灌漿槽連接，引至距排氣槽50～100 cm處終止。

半圓鋼管采用Φ30 mm普通鋼管定制加工而成，底部與灌漿槽連接，采取點(diǎn)焊的方式固定在模板上。半圓鋼管應(yīng)沿鉛錘方向安裝，在上、下澆筑層間保持連續(xù)，順直。安裝后與模板間的縫隙需做勾縫處理。

拔管采用Φ25 mm的塑料軟管加工，結(jié)構(gòu)如圖3所示。安裝前需經(jīng)過(guò)24 h充氣試驗(yàn)，滿足要求方可用于現(xiàn)場(chǎng)施工。

2 灌漿準(zhǔn)備與智能建造判別分析

白鶴灘工程智能建造技術(shù)以“全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時(shí)控制”的智能閉環(huán)控制理論為基礎(chǔ)，通過(guò)統(tǒng)一規(guī)范的工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分解與編碼體系，構(gòu)建大壩全景信息模型DIM(Dam Information Model)，開(kāi)發(fā)智能建造管理平臺(tái)iDam(Intelligent Dam Analysis Management)，在剖析工程結(jié)構(gòu)和建造過(guò)程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以單元工程及其工序與流程為基礎(chǔ)的建設(shè)過(guò)程實(shí)時(shí)管理和調(diào)控系統(tǒng)[8]，作為大壩工程智能建造的重要組成部分，全面應(yīng)用大壩智能建造管理平臺(tái)iDam2.0及智能灌漿系統(tǒng)。

接縫灌漿溫控一條龍、混凝土溫度控制的全過(guò)程精細(xì)化管控，混凝土溫度降到設(shè)計(jì)冷卻溫度與縫面張開(kāi)度檢測(cè)是接縫灌漿之前必要檢查項(xiàng)目，白鶴灘高拱壩采用智能控溫、縫面張開(kāi)度監(jiān)測(cè)、混凝土齡期分析、懸臂高度控制等一條龍操作在智能建造平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，為接縫灌漿提供快速、準(zhǔn)確的反饋分析,在灌漿過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)增開(kāi)度。施工全過(guò)程實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控目標(biāo)(見(jiàn)圖4)。

圖3 接縫灌漿系統(tǒng)安裝工藝圖

通過(guò)查詢智能建造系統(tǒng)分析，對(duì)大壩擬灌區(qū)相關(guān)同冷區(qū)、過(guò)渡區(qū)溫度控制、混凝土齡期、橫縫開(kāi)度等開(kāi)灌條件進(jìn)行審查。待具備灌漿條件后灌前進(jìn)行灌區(qū)通水檢查，檢查管路、縫面暢通性及灌區(qū)密封情況。通水檢查壓力為設(shè)計(jì)壓力的80%，預(yù)灌性壓水檢查壓力采取灌漿壓力。灌前通過(guò)灌區(qū)縫容和灌區(qū)密封性進(jìn)行檢查，以便為灌漿提供準(zhǔn)確基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)決策依據(jù)。

3 接縫灌漿成果

3.1 灌漿壓力控制

設(shè)計(jì)灌漿壓力為0.35 MPa(排氣槽壓力)，灌前根據(jù)各灌區(qū)管口實(shí)際高程換算了排氣管管口壓力控制標(biāo)準(zhǔn)，灌漿壓力控制情況詳見(jiàn)表2。

3.2 橫縫增開(kāi)度監(jiān)測(cè)

縫面頂部增開(kāi)度控制設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.5 mm，現(xiàn)場(chǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.2 mm，灌前根據(jù)各灌區(qū)測(cè)縫計(jì)安裝高程換算了測(cè)縫計(jì)位置縫面增開(kāi)度控制標(biāo)準(zhǔn)，灌漿過(guò)程橫縫增開(kāi)度監(jiān)測(cè)成果詳見(jiàn)表3。

表2 灌漿壓力控制表

圖4 大壩信息查詢與接縫灌漿判別智能建造系統(tǒng)平臺(tái)圖

表3 縫面增開(kāi)度監(jiān)測(cè)成果匯總表

3.3 排漿密度檢測(cè)

灌區(qū)所有暢通回漿管路、排氣管路返漿濃度均達(dá)到1.73 g/cm3以上，除19號(hào)01排氣進(jìn)漿密度稍小，最大濃度達(dá)到1.84 g/cm3，排漿密度滿足設(shè)計(jì)要求，詳見(jiàn)表4。

表4 管口排漿密度檢測(cè)成果表 g/cm3

3.4 灌漿成果分析

白鶴灘接縫灌漿準(zhǔn)備充分，灌漿時(shí)機(jī)合理，混凝土齡期、混凝土溫控、管路檢查、縫面張開(kāi)情況等準(zhǔn)備充足，結(jié)合灌漿成果(見(jiàn)表5)顯示所有灌區(qū)排氣管全部出漿、密度均達(dá)到1.74 g/cm3以上，實(shí)際灌入量超過(guò)理論縫容，通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析，橫縫均已得到有效填充。

4 灌后檢查分析

4.1 檢查孔壓漿檢查成果

接縫灌漿檢查孔進(jìn)行壓漿檢查，具體操作及要求為：騎縫孔檢查在規(guī)定壓力0.2 MPa下，注入水灰比為2∶1水泥漿液，開(kāi)始10 min內(nèi)，注入率不超過(guò)0.2 L/(min·m)(段長(zhǎng))為合格；斜穿孔檢查在規(guī)定壓力0.2 MPa下，注入水灰比為2∶1純水泥漿液，開(kāi)始10 min內(nèi)，注入量不超過(guò)4.0 L為合格。檢查合格后均采用水灰比為0.5∶1漿液進(jìn)行灌漿封孔。

表5 灌漿成果統(tǒng)計(jì)表

大壩橫縫接縫灌漿質(zhì)量檢查孔壓漿檢查結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。檢查孔取芯大壩橫縫第1～2層灌區(qū)接縫灌漿質(zhì)量檢查孔芯樣描述見(jiàn)表6。

4.2 灌后取芯檢查

接縫灌漿檢查孔按10%進(jìn)行取芯檢查，根據(jù)取芯檢查結(jié)果顯示，各壩段橫縫均可見(jiàn)漿液充填密實(shí)，漿液厚度約0.07～1.5 mm，粘結(jié)性滿足要求，縫面充填面積達(dá)到100%，詳見(jiàn)表7，白鶴灘大壩接縫灌漿管路埋設(shè)、通水檢查、灌漿時(shí)機(jī)、預(yù)灌性壓水、橫縫張開(kāi)度監(jiān)測(cè)、灌漿過(guò)程記錄等準(zhǔn)備充分、各工序銜接緊密結(jié)合壓漿、取芯結(jié)果可判斷白鶴灘橫縫接縫灌漿質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。

表6 大壩橫縫接縫灌漿質(zhì)量檢查孔芯樣描述表

表7 大壩橫縫接縫灌漿質(zhì)量檢查孔壓漿檢查成果表

5 結(jié)論及建議

1)白鶴灘水電站接縫灌漿從灌漿系統(tǒng)埋設(shè)工藝設(shè)計(jì)、埋管施工、管口材質(zhì)區(qū)分、管路試通水、預(yù)灌性壓水等各階段準(zhǔn)備工作充分，為接縫灌漿提供良好的基礎(chǔ)條件。

2)通過(guò)智能建造系統(tǒng)分析大壩混凝土澆筑到混凝土溫控、混凝土齡期分析、懸臂高度、縫面張開(kāi)度監(jiān)測(cè)以及接縫灌漿全過(guò)程，在灌漿過(guò)程中實(shí)時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)技術(shù)控制縫面增開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化判別、分析、決策，為實(shí)現(xiàn)智能化接縫灌漿時(shí)機(jī)判斷與實(shí)時(shí)管控提供科學(xué)依據(jù)。

3)在灌漿過(guò)程中嚴(yán)格控制灌漿壓力，灌漿管路采取大循環(huán)，這種施工技術(shù)一方面在灌漿過(guò)程中靈活控制管口的灌漿壓力，另一方面在管內(nèi)流量較小接近屏漿過(guò)程中有效避免管路堵塞。

4)大壩各灌區(qū)灌區(qū)關(guān)聯(lián)壩塊齡期、溫度滿足設(shè)計(jì)要求，施工過(guò)程均嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求并按批準(zhǔn)施工方案有序施工，質(zhì)量管控得當(dāng)，各項(xiàng)施工參數(shù)滿足要求，灌漿結(jié)束時(shí)出漿密度、壓力滿足設(shè)計(jì)要求，排氣管排出漿液比重均超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，縫面增開(kāi)度在灌漿過(guò)程中實(shí)時(shí)控制，灌后檢查與壓漿結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求，為超大型拱壩接縫灌漿施工提供成熟經(jīng)驗(yàn)。