浅谈几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术

浅谈几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土施工技术

郑亚飞

郑亚飞

中国水利水电第三工程局有限公司陕西西安710000

摘要：在水电站厂房施工中，蜗壳二期混凝土具有施工空间狭窄、振捣困难、结构复杂、钢筋密集、温控要求高、浇筑难度大等特点，作者以几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳混凝土施工为例，总结蜗壳混凝土浇筑施工技术，包括蜗壳阴角部位混凝土浇筑，混凝土分层分块，混凝土类型选择，浇筑设备布置等内容，浅谈所用方法合理，既能确保施工质量和施工进度，又能达到施工经济合理。

关键词：国际工程；蜗壳混凝土；施工技术

1、概述

几内亚凯乐塔（kaleta）水电站位于几内亚共和国境内孔库雷（konkoure）河中游，是以发电为主的三等中型水电工程，是孔库雷河流域四级梯级电站中的第三级水电站。几内亚位于非洲西部，西濒大西洋，北邻几内亚比绍、塞内加尔和马里，东与科特迪瓦接壤，南与利比里亚和塞拉利昂接壤，国土面积24.59万平方公里,国水资源丰富被称为“非洲的水塔”。凯乐塔水电站水电站区域为热带草原气候，纬度较高，温度适中。5月至10月为雨季，11月至次年4月为旱季，雨量充沛，年降水量约为3000mm，年平均气温24~32℃，日最高气温37.2℃。

凯乐塔水电站厂房共安装3台单机容量78.2MW的立式轴流转桨式水轮发电机组，机组蜗壳安装中心高程EL52.00m，蜗壳顶部范围采用弹性垫层的方式埋入混凝土内。每台机组从钢蜗壳管凑合节连接段开始沿座环周边逐节对称挂装，蜗壳上部225°范围与外围混凝土之间设置30mm厚度弹性垫层，弹性材料为聚乙烯闭孔泡沫板，弹性垫层铺至排水钢槽的下面，并要求铺填包严，压紧粘牢。

2、蜗壳二期混凝土施工分层

蜗壳二期混凝土浇筑时，为了保证混凝土浇筑的连续性，减小蜗壳温度应力的影响，蜗壳二期混凝土采取分层浇筑，凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土共分4层浇筑，浇筑起止高程为EL48.40m至EL56.47m，高度8.07m，分层厚度分别为2.8m、1.7m、2.0m、1.57m。此外，为确保蜗壳及基础座环在混凝土浇筑过程中质量与变形不超标，对单台机组蜗壳底部第一层混凝土分四个象限施工，即Ⅰ～Ⅳ象限对角两块同时备仓，顺序浇筑，形成四个相对独立的混凝土块。

3、蜗壳二期混凝土施工程序

蜗壳安装验收交面→混凝土缝面处理→蜗壳腰线以下钢筋安装→泵管、排气管及灌浆管路安装、监测仪器安装→蜗壳第1层混凝土浇筑→弹性垫层安装→蜗壳腰线以上钢筋安装→蜗壳第2层混凝土浇筑→蜗壳里衬、接力器安装→蜗壳及座环底部重复灌浆→蜗壳第3、4层混凝土浇筑→基础环底部重复灌浆。

仓号施工程序：机电安装交面→测量放样→缝面处理→钢筋安装→灌浆系统安装→模板安装→仓号验收→混凝土浇筑→下一单元仓号施工。

4、蜗壳二期混凝土施工方法

4.1缝面处理

分层施工缝采用冲毛机冲毛处理，并将混凝土表面淤积物、灰浆冲洗干净，形成粗砂微露的毛面。下层混凝土浇筑前，先将仓面清洗干净，并保持湿润。

4.2钢筋施工

按照设计图纸，蜗壳内侧钢筋规格包括Φ20、Φ28、Φ32，钢筋总量147.88t。其中，每台机组Φ20钢筋重量15.1t、Φ28钢筋重量5.51t、Φ32钢筋重量27.35t。

蜗壳二期坑内侧钢筋形式多、安装复杂、安装顺序先里后外、由低向高，逐部位安装；钢筋接头搭接长度为35d；转轮室、蜗壳、里衬钢筋保护层为150mm，其余为50mm；钢筋与蜗壳埋件相遇时可局部按规范适当调整钢筋位置或截断周边加强，加强筋形式、长度、根数等必须满足规范要求；蜗壳及转轮室环向筋可根据现场施工需要自行截断，截断后单面焊接长度不小于10d。

蜗壳与机坑里衬之间的“V”型槽内钢筋相对密集，在钢筋安装阶段必须间隔预留进人孔和进料孔，以便混凝土浇筑振捣密实。

4.3模板施工

模板利用φ48钢管作横竖围令，模板设拉条与内支撑，拉条采用φ12拉条，内支撑采用φ25钢筋，拉条间排距按75cm控制。廊道尖角部位采用10×10cm方木按照设计边线切割后进行安装。

4.4灌浆施工

根据设计图纸要求，蜗壳座环部位必须进行回填灌浆，以保证该部位的密实。当混凝土强度达到设计强度70%后开始进行灌浆，先回填灌浆再接触灌浆。

蜗壳阴角部位主要利用座环预留灌浆孔进行回填灌浆，灌浆时需打开顶部80个通气孔，以确保灌浆密实，蜗壳底部采用设计图纸管路进行接触灌浆，接触灌浆开始时间不得少于三个月，采取降温等特殊措施可在60天后开始，以确保灌浆质量。

灌浆工艺：

（1）灌浆前采用压力水冲洗管路，压力不大于0.15MPa，冲出的水应为清水，冲洗时间不小于40分钟。

（2）灌浆自低处孔开始，灌浆压力为0.1~0.15MPa，在设计压力下停止吸浆，延续关注5min即结束灌浆。

（3）在灌浆过程中设专人检查钢板有无凸出现象，若发现异常立即减压并及时处理，直至液流出出浆管。

4.5弹性垫层施工

弹性垫层安装时，钢管表面必须除锈、用纱布抹干。贴粘过程中，用木锤敲击板面，防止泡沫板松动弹出，板缝处用氯丁胶粘合密闭牢固。弹性垫层施工过程中，禁止火源靠近，并在每个施工部位配备1～2台手持式灭火器。

4.6埋管埋件安装

蜗壳层内根据设计图纸进行各种水机管路安装，与蜗壳接口部位的水机管路设备根据要求由机电单位安装，施工时加强现场协调，及时与机电单位进行各项交接，确保不影响土建施工。

5、蜗壳二期混凝土浇筑

5.1第1层蜗壳混凝土浇筑

蜗壳混凝土浇筑手段为混凝土HBT60卧泵和门塔机，混凝土设计强度等级：C25二级配。泵送自密实混凝土扩散度56～66cm。蜗壳外侧底角部位适当搭设溜桶或滑槽，便于吊罐混凝土到位。

混凝土从仓面蜗壳外上游侧开仓平铺法浇筑，施工人员在蜗壳内、外侧同时振捣，形成外高内低，确保蜗壳外侧混凝土挤进蜗壳底部和内侧。

当混凝土浇筑到蜗壳底部后，蜗壳内侧阴角部位将无法振捣，此时启动布置在蜗壳内侧阴角附近的高位泵管泵送自密实混凝土浇筑，蜗壳外侧继续用门塔机浇筑混凝土。

浇筑过程中利用座环上预留的60个40mm灌浆孔对内侧阴角部位混凝土采用φ30软轴振捣棒进行辅助性振捣，并观测混凝土浇筑上升情况（上升速度≤30cm/h）。当混凝土浇筑至座环环流板顶面，且环流板上孔洞冒浆后，用内螺丝将环板上的振捣孔封堵。当混凝土无法上升至座环环流板顶部时，用人工灌注砂浆，并用φ30软轴振捣棒振捣密实，直至排气孔出浆后持续保持5min结束灌注砂浆，并用内螺丝封堵排气孔。

根据首台机组第1层Ⅱ、Ⅳ象限浇筑实际情况，采用二级配泵送自密实混凝土效果不太理想，在阴角部位灌注了大量的砂浆，在Ι、Ⅲ象限浇筑时，及时调整配合比，采用一级配泵送自密实混凝土，混凝土从座环上的灌浆孔冒出浆液较多，浇筑效果较好。

5.2第2、3、4层蜗壳混凝土浇筑

第2、3、4层混凝土浇筑相对比较容易，采用塔机（或门机）吊3m3混凝土卧罐入仓，每层浇筑收仓面与蜗壳交角处做45°倒角处理。混凝土下料时要防止骨料堆积，及时将堆积的大骨料分散开来。

5.3变形监测

座环与蜗壳浇筑期间的变形监测采取在座环上设置了8个监测点位，安装百分表，确认初始数据，定时对监测点进行监测，监测频率为1次/h。混凝土浇筑过程中严格控制浇筑上升速度，特别是混凝土接近蜗壳时浇筑上升速度≤30cm/h，并根据监测成果及时调整浇筑速度，当发现异常情况时，应立即报告并采取相应措施。

首台机组蜗壳二期混凝土浇筑通过布置的8个监测点位的实际监测结果可以清楚地看到整个座环在混凝土浇筑过程中其变形都在可控范围内，具体结果为：座环浇筑前高程偏差为0.4mm，浇筑后偏差为0.54mm，满足规范±3mm的要求；座环浇筑前圆度偏差0.86mm，浇筑后圆度偏差1.07mm，满足规范3mm的要求；转轮室浇筑前中心断面偏差0.4mm，下断面偏差0.43mm，浇筑后中心断面偏差0.35mm，下断面偏差0.32mm，满足规范0.5mm要求。

5.4混凝土温度控制

根据设计要求，蜗壳二期混凝土允许浇筑温度按25℃控制，混凝土出机口温度控制在20℃以下，蜗壳允许最高温度按照40℃控制。蜗壳阴角部位自密实混凝土仅对出机口温度进行了控制，对浇筑混凝土最高温度暂不作规定要求。

5.5混凝土浇筑结果检查

通过首台机组在蜗壳内敲击检测分析，第一次浇筑的Ⅱ、Ⅳ象限脱空区域多一些，在Ι、Ⅲ象限混凝土级配改为一级配大流动度自密实混凝土浇筑后，检查反映空隙较少。由此证明，蜗壳第一层自密实混凝土在蜗壳底部及阴角部位浇筑，既能保证在蜗壳底部及阴角上部不能振捣部位的浇筑，又能保证蜗壳混凝土浇筑达到密实饱满。

6、结语

针对几内亚凯乐塔水电站厂房蜗壳二期混凝土浇筑施工具有入仓难度大、钢筋密集、施工空间狭窄、振捣困难，特别是第一层蜗壳混凝土浇筑密实度难以保证等特点，总结出适合凯乐塔电站蜗壳混凝土的施工技术：

（1）为防止浇筑时蜗壳抬动和移位，蜗壳第一层混凝土浇筑分4个象限对称浇筑，并控制好混凝土浇筑上升速度≤30cm/h。

（2）蜗壳阴角部位浇筑埋设的泵管离阴角部位顶部高度约20~30cm。

（3）为保证蜗壳第一层阴角部位混凝土浇筑密实，当蜗壳混凝土浇筑至蜗壳底部时，采用一级配大流动度自密实混凝土，可有效减少后期的灌浆量。

（4）混凝土泵管支撑架采用独立支撑系统，严禁与蜗壳钢筋或蜗壳相连，减少蜗壳变形。

（5）蜗壳及座环固定须非常牢固。

（6）蜗壳混凝土除阴角部位浇筑自密实泵送混凝土外，其余部位尽量采用门塔机吊罐浇筑二级配混凝土，既有利于温度控制，又节约成本。

参考文献

[1]《对外投资合作国别（地区）指南（几内亚）.2017版》.商务部国际贸易经济合作研究院.

[2]《几内亚凯乐塔水电站施工组织设计》.中国水利水电第三工程局国际工程公司.

[3]《水利水电工程施工组织设计手册2-施工技术》.水利电力部水利电力建设总局.

[4]《最新水利水电工程施工组织设计与施工新技术规范实施手册》.

[5]《水工混凝土钢筋施工规范》.DL/T5169-2002.