裝配式混凝土模板在水下混凝土圍堰工程中的應(yīng)用

甄耀祖，毛曉露，王曉洋

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

引言

水下混凝土圍堰是一種將拌制的高流態(tài)混凝土以工程的手段送入水下預(yù)定部位成型和硬化，起到擋水、防滲作用的水下混凝土結(jié)構(gòu)，這是一種在修建常規(guī)土石圍堰難度大或條件受限的情況下采用的方法。水下混凝土圍堰一般采用鋼模板型式，存在封閉不嚴(yán)密，整體性差、水下作業(yè)工作量大、施工難度大等諸多難題。為提高水下混凝土施工的質(zhì)量，減少環(huán)境污染，加快施工進(jìn)度，某水電站導(dǎo)流洞防洪圍堰選擇了裝配式混凝土模板進(jìn)行水下混凝土圍堰施工。模板以裝配式結(jié)構(gòu)完成拼裝，裝配式模板采用鋼筋混凝土預(yù)制塊模板，預(yù)制塊模板預(yù)留榫卯接口，通過(guò)榫卯接口拼裝形成單元框格結(jié)構(gòu)，單元格內(nèi)澆筑水下混凝土形成圍堰整體結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

某水電站位于四川省白玉縣與西藏貢覺(jué)縣境內(nèi)的金沙江干流上，左岸隸屬于四川甘孜藏族自治州白玉縣，右岸隸屬于西藏自治區(qū)昌都地區(qū)貢覺(jué)縣。

以金沙江為界，電站布置兩條導(dǎo)流洞，導(dǎo)流洞對(duì)稱布置于壩址左右兩岸，呈深“V”型高山峽谷地貌，導(dǎo)流洞進(jìn)、出口江面狹窄不足90m，流速約4m/s，沖刷力較強(qiáng)。

施工前期，左、右岸導(dǎo)流洞進(jìn)、出口圍堰施工部位均作為場(chǎng)內(nèi)交通要道，占用了進(jìn)、出口明渠的開(kāi)挖工期。形成了導(dǎo)流洞洞身先行開(kāi)挖，進(jìn)、出口明挖后續(xù)施工的局面，導(dǎo)致了進(jìn)、出口明渠開(kāi)挖啟動(dòng)時(shí)間滯后，必須在不足6個(gè)月的施工期內(nèi)完成明渠開(kāi)挖支護(hù)和形成防洪圍堰。

該工程施工導(dǎo)流隧洞在進(jìn)、出口采用全年圍堰，圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)為全年10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)流流量為5050m3/s。

2 施工重、難點(diǎn)分析

(1)導(dǎo)流洞段金沙江河床狹窄，如采用土石料回填進(jìn)、出口圍堰，圍堰結(jié)構(gòu)斷面較大，將嚴(yán)重侵占原有河床行洪斷面，為保證防洪度汛安全，需在進(jìn)、出口預(yù)留巖坎上布置重力式混凝土子圍堰，圍堰結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為保證導(dǎo)流洞分流流態(tài)效果，需保留明渠結(jié)構(gòu)最大限度，靠江心側(cè)布置圍堰。依托現(xiàn)場(chǎng)地形發(fā)現(xiàn)圍堰軸線基礎(chǔ)在水面以下，被石渣覆蓋，圍堰水下混凝土澆筑，保證體型及實(shí)體質(zhì)量是難點(diǎn)。

(3)防洪圍堰，水下澆筑部分工程量大，施工工期短、施工難度高，水下混凝土圍堰澆筑施工進(jìn)度、安全度汛，減少對(duì)環(huán)境的污染是重點(diǎn)。

3 方案設(shè)計(jì)

以左岸導(dǎo)流洞出口防洪圍堰為例，據(jù)招標(biāo)文件，5050m3/s流量對(duì)應(yīng)的出口水位高程為2730m。但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，水位-流量關(guān)系線較原設(shè)計(jì)有所抬高，同流量下，進(jìn)、出口水位高程較招標(biāo)階段高出約3.5m，則出口圍堰堰頂高程設(shè)定為2734m。

現(xiàn)場(chǎng)勘探孔數(shù)據(jù)顯示，圍堰軸線基覆線出露高程大約為2717.67m，則堰頂高程2734m，軸線長(zhǎng)度約40m。圍堰頂寬3.5m，基礎(chǔ)寬6m，最大堰高16.33m，迎水側(cè)垂直，背水側(cè)1∶0.3放坡。江水水位為2723.67m。圍堰水下混凝土高度為6m，水上混凝土高度為10.33m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算和穩(wěn)定性校核，確定了出口防洪圍堰體型和布置線型。出口防洪圍堰典型斷面如圖1所示、出口防洪圍堰平面布置如圖2所示。

圖1 出口防洪圍堰典型斷面示意(單位：m)

圖2 出口防洪圍堰平面布置(單位：m)

4 裝配式混凝土模板

裝配式模板[1]采用鋼筋混凝土預(yù)制塊模板，預(yù)制塊模板預(yù)留榫卯接口，通過(guò)榫卯接口拼裝形成單元框格結(jié)構(gòu)[2]，單元格內(nèi)澆筑水下混凝土形成圍堰整體結(jié)構(gòu)。

通過(guò)裝配式混凝土預(yù)制模板作為水下混凝土模板，將水下大體積混凝土進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑捎盟路中?、分格進(jìn)行澆筑，極大地避免了使用常規(guī)模板水下作業(yè)歷時(shí)長(zhǎng)，施工難度大等問(wèn)題，加快了施工進(jìn)度，且縮減了混凝土的單次澆筑方量，有效地提高了水下混凝土的施工效率，保證水下混凝土施工質(zhì)量的要求。模板采用裝配式結(jié)構(gòu)拼裝，減小拼縫縫隙和拼接錯(cuò)臺(tái)，拼接質(zhì)量提升，提高了外觀質(zhì)量。

5 水下混凝土圍堰施工工藝及控制措施

5.1 工藝流程

水下混凝土圍堰施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 水下混凝土圍堰施工工藝流程

5.2 水下混凝土圍堰施工方法

5.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)圍堰施工準(zhǔn)備。結(jié)合圍堰上、下游地形，采用挖掘機(jī)修建臨時(shí)道路。圍堰臨時(shí)施工道路與工程主干道相接，分別在圍堰上、下游兩側(cè)平整兩塊吊裝場(chǎng)地，場(chǎng)地的長(zhǎng)、寬分別為15m×15m、10m×20m。

(2)模板預(yù)制施工準(zhǔn)備。在拌和站場(chǎng)內(nèi)寬闊部位作為模板預(yù)制場(chǎng)地，預(yù)制場(chǎng)地采用C20混凝土進(jìn)行硬化，硬化厚度不小于15cm。

5.2.2 水下地形測(cè)量與放樣

采用水下回聲測(cè)探儀進(jìn)行水下地形測(cè)量，結(jié)合水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出水下地形斷面圖。測(cè)量人員結(jié)合水下地形斷面圖及設(shè)計(jì)圖紙，采用全站儀對(duì)圍堰軸線、輪廓線進(jìn)行放樣，確定圍堰施工范圍。

5.2.3 裝配式模板設(shè)計(jì)

結(jié)合水下地形、圍堰設(shè)計(jì)體型繪制模板預(yù)制塊設(shè)計(jì)圖紙。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制塊設(shè)計(jì)尺寸為150cm×300cm×35cm(長(zhǎng)×高×厚)，整體為空心板結(jié)構(gòu)，預(yù)留孔直徑為55mm；分隔板尺寸為600cm×100cm×15cm(長(zhǎng)×高×厚)。

裝配式模板預(yù)制塊結(jié)構(gòu)間、分隔板與預(yù)制塊結(jié)構(gòu)間預(yù)留榫卯型式接口，接口深度為5cm。單元格預(yù)制模板標(biāo)準(zhǔn)件尺寸見(jiàn)圖4。

圖4 單元格預(yù)制模板標(biāo)準(zhǔn)件尺寸(單位：cm)

5.2.4 混凝土配合比

(1)預(yù)制模板混凝土配合比。預(yù)制模板混凝土拌制水膠比為0.45，混凝土為二級(jí)配C30抗沖磨混凝土。原材料采用P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰；骨料場(chǎng)內(nèi)篩分系統(tǒng)生產(chǎn)；外加劑采用ZCD-1聚羧酸高性能減水劑、ZCD抗沖磨劑。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)進(jìn)行拌制，配合比參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制混凝土模板配合比推薦(坍落度為7cm～9cm)

(2)水下混凝土配合比。水下混凝土拌制水膠比為0.47，混凝土強(qiáng)度為C30(二級(jí)配)。原材料采用P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ級(jí)粉煤灰；骨料由場(chǎng)內(nèi)篩分系統(tǒng)生產(chǎn)；外加劑采用ZCD-1聚羧酸高性能減水劑。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55-2011)進(jìn)行拌制，配合比參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 水下混凝土配合比推薦(坍落度為18cm～22cm)

5.2.5 堰基開(kāi)挖與清理

根據(jù)測(cè)量放樣采用液壓長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行堰基覆蓋層開(kāi)挖及基巖面清理。

清理完成后，采用水下攝像頭對(duì)基巖面清理情況進(jìn)行檢查，基巖面清理滿足沉渣厚度不大于5cm，清理范圍不得小于圍堰體型澆筑范圍。

5.2.6 裝配式模板預(yù)制

模板預(yù)制采用定型鋼模，每塊模板根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行編號(hào)，按編號(hào)進(jìn)行拼裝，拼裝完成后對(duì)平整度、預(yù)留榫卯型式尺寸、結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，保證模板精度滿足要求。

模板脫模劑刷涂均勻，刷涂完成后按圖紙進(jìn)行鋼筋安裝，驗(yàn)收合格后及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土澆筑采用φ30mm插入式振搗棒進(jìn)行振搗密實(shí)。澆筑過(guò)程進(jìn)行取樣，掌握混凝土相關(guān)性能指標(biāo)。

澆筑完成后采用土工布進(jìn)行覆蓋，對(duì)預(yù)制模板進(jìn)行灑水保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28d。

混凝土強(qiáng)度達(dá)2.5MPa，采用人工鑿毛方式對(duì)混凝土表面進(jìn)行鑿毛，鑿毛標(biāo)準(zhǔn)滿足混凝土表面微露粗集料，無(wú)乳皮的要求。

側(cè)模拆除時(shí)間以構(gòu)件棱角部位不損壞為宜，預(yù)制混凝土模板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行混凝土的吊運(yùn)存放，存放層數(shù)不超過(guò)3層。

5.2.7 裝配式模板拼裝、加固

模板拼裝前，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)模板進(jìn)行試拼，檢測(cè)合格后，方可進(jìn)行水下拼裝。

水下模板拼裝順序按兩端對(duì)稱進(jìn)行拼裝，中部單元格進(jìn)行合攏；先完成單個(gè)單元格的面板再完成面板間的橫隔板拼裝，面板鑿毛面應(yīng)位于與后澆混凝土的接觸面，按順序完成整個(gè)水下模板的拼裝[3]。

面板采用汽車(chē)吊進(jìn)行吊裝，人工配合手拉葫蘆進(jìn)行定位，采用手拉葫蘆進(jìn)行臨時(shí)固定，按序完成單元格的拼裝。

模板的水下固定采用基巖鉆孔內(nèi)插48mm鋼管，入巖4m，間距75cm，放樣后，采用6個(gè)油桶拼裝作為施工平臺(tái)，固定后，采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，水下攝像頭[4]檢測(cè)配合人工安裝；48mm鋼管外露段插入裝配式模板的預(yù)留孔，模板與模板間通過(guò)榫卯和48mm鋼管固定，拼裝完成后對(duì)預(yù)留孔灌注C10細(xì)石混凝土，填滿鋼管和預(yù)留孔內(nèi)部空腔，以增加剛度。

水下模板與巖面接觸的懸空部位，采用C30袋裝混凝土進(jìn)行封堵塞固。水下圍堰混凝土模板加固示意見(jiàn)圖5。

圖5 水下圍堰混凝土模板加固示意(單位：m)

5.2.8 水下混凝土[5]澆筑

混凝土澆筑前采用高壓風(fēng)槍對(duì)基巖面沉渣厚度進(jìn)行擾動(dòng)，使其單元格內(nèi)沉渣形成泥漿。

模板內(nèi)表面附著物采用高壓風(fēng)槍進(jìn)行清洗，澆筑前確保內(nèi)表面無(wú)泥漿層。

每個(gè)單元格內(nèi)安裝兩根導(dǎo)管，導(dǎo)管間間距不得大于2m，導(dǎo)管與模板的間距不得大于1.5m，導(dǎo)管調(diào)整完間距后需進(jìn)行臨時(shí)固定。

混凝土自集中拌和站取料，10m3運(yùn)輸罐車(chē)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)800mm寬皮帶機(jī)供至導(dǎo)管處，利用導(dǎo)管入倉(cāng)，導(dǎo)管的提升采用吊車(chē)實(shí)現(xiàn)。

小單元格混凝土由兩端向中間進(jìn)行對(duì)稱澆筑，小單元格首批混凝土方量以埋置導(dǎo)管深度不少于1m。澆筑過(guò)程中導(dǎo)管的埋置深度不小于2m。

混凝土澆筑必須滿足一次連續(xù)澆筑成型要求，對(duì)稱單元格內(nèi)混凝土表面高差不得大于0.5m。

澆筑過(guò)程對(duì)混凝土質(zhì)量進(jìn)行跟蹤取樣，確保混凝土滿足澆筑質(zhì)量要求。

5.3 質(zhì)量控制與安全措施

5.3.1 模板工程質(zhì)量控制

模板工程的拼接質(zhì)量是該方案達(dá)到實(shí)施效果的首要條件和關(guān)鍵技術(shù)，必須保證安裝牢固、尺寸準(zhǔn)確，拼縫嚴(yán)密，板面平順清潔，板面平整度達(dá)到施工要求，模板制作誤差見(jiàn)表3。模板安裝前均由測(cè)量放控制點(diǎn)，安裝后應(yīng)進(jìn)行復(fù)核，安裝偏差控制在允許范圍內(nèi)。

表3 混凝土模板質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

5.3.2 鋼筋工程質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)綁扎的鋼筋網(wǎng)的扎扣及尾端應(yīng)朝向構(gòu)件截面內(nèi)側(cè)。

外露面混凝土結(jié)構(gòu)，其縱向受力鋼筋的最小保護(hù)層厚度不得小于30mm。

5.3.3 混凝土工程質(zhì)量控制

施工時(shí)嚴(yán)格對(duì)混凝土的配合比及施工生產(chǎn)過(guò)程中的稱量、拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等主要環(huán)節(jié)按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行檢查控制，嚴(yán)格按混凝土配合比進(jìn)行下料，保證混凝土的攪拌時(shí)間，同時(shí)注意混凝土的坍落度控制。

混凝土填充前應(yīng)掌握水文、氣象預(yù)報(bào)、對(duì)拌和設(shè)備、拌和料和原材料遮陰覆蓋；混凝土施工過(guò)程中做好完整的施工記錄，隨機(jī)抽樣檢查混凝土的坍落度。

施工前做好技術(shù)交底工作，要求現(xiàn)場(chǎng)管理人員和施工人員掌握混凝土澆筑要點(diǎn)。及時(shí)反饋信息保證澆筑質(zhì)量。

混凝土在澆筑時(shí)，由試驗(yàn)人員負(fù)責(zé)監(jiān)督混凝土熟料質(zhì)量，如坍落度、骨料粒徑等如不符合混凝土澆筑(和易性、擴(kuò)散性、自密性)要求的，拒絕澆筑，以保證工程質(zhì)量與正常施工。

混凝土拌合物還要求和易性好，流變性保持能力強(qiáng)，有較好的黏聚性和保水性，以在運(yùn)輸和澆筑中不發(fā)生分層、泌水、離析現(xiàn)象。

預(yù)制塊混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)，養(yǎng)護(hù)期不少于28d。

5.3.4 安全措施

(1)施工前，全體施工人員學(xué)習(xí)安全生產(chǎn)規(guī)程規(guī)范，安全防護(hù)手冊(cè)。施工機(jī)械操作人員及特殊工種作業(yè)人員需持證上崗。

(2)所有進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的人員必須戴安全帽、穿反光背心、臨水作業(yè)人員必須穿戴救生衣。各類安全防護(hù)設(shè)施必須配備齊全，做到防護(hù)有效。

(3)各作業(yè)班組在施工前，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行安全技術(shù)交底。

(4)在危險(xiǎn)、驚險(xiǎn)等部位，設(shè)置醒目的警示牌和必需的安全防護(hù)。

(5)該工程施工已臨近汛期，專人負(fù)責(zé)導(dǎo)流洞出口水位觀測(cè)及水情氣象資料收集、分析工作。施工過(guò)程中加強(qiáng)水位觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)水位上漲趨勢(shì)及時(shí)報(bào)告，采取相應(yīng)措施。

(6)施工過(guò)程中必須安排經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)檢查人員隨時(shí)對(duì)各施工機(jī)械、車(chē)輛狀況等進(jìn)行檢查和監(jiān)督，嚴(yán)禁設(shè)備、車(chē)輛帶病施工，對(duì)各種隱患事故提前進(jìn)行檢查和消除，防患于未然。

5.4 環(huán)保措施

(1)建立環(huán)境管理體系，成立施工環(huán)境管理組織機(jī)構(gòu)，明確職責(zé)，遵守國(guó)家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)和規(guī)章制度。

(2)合理保持施工場(chǎng)地不出現(xiàn)不必要的障礙，合理布置存放設(shè)備及多余材料，及時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)清除所有垃圾及不再需要的臨時(shí)設(shè)施。防止任意堆放器材、雜物阻塞工作場(chǎng)地周?chē)耐ǖ篮推茐沫h(huán)境。

(3)進(jìn)入施工區(qū)的車(chē)輛、設(shè)備按要求有序放置，防止工作場(chǎng)地的通道阻塞，在澆筑卸料口提前做好規(guī)劃并采用帆布鋪底，防止發(fā)生廢渣污染。

(4)保持施工區(qū)環(huán)境衛(wèi)生，安排專人及時(shí)清除垃圾和廢棄物，并按指定的地點(diǎn)堆放、處理，不影響周?chē)沫h(huán)境衛(wèi)生。

(5)加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的揚(yáng)塵、廢油的控制和治理工作。對(duì)施工設(shè)備及車(chē)輛的加油統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度管理，禁止廢油亂排、亂放。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用裝配式混凝土模板，提前繪制設(shè)計(jì)圖紙，確定模板結(jié)構(gòu)尺寸，一次拼裝成型，減少施工作業(yè)的返工處理的工程量，模板免拆除，避免后期模板拆除耗費(fèi)的資源，大大地節(jié)約了施工成本，縮短直線工期，該水電站導(dǎo)流洞進(jìn)、出口防洪圍堰工程比節(jié)點(diǎn)工期提前16d完工，已成功經(jīng)受了汛期洪水的考驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)水下混凝土圍堰環(huán)保、高效、快速施工，保證了實(shí)體質(zhì)量，具有一定借鑒價(jià)值。