乌东德左岸引水下弯混凝土施工质量控制

人民黄河YELLOWRIVERVol.41，Sup.2

Dec.，2019【专题研究】

乌东德左岸引水下弯混凝土施工质量控制

张

宇，蒋吉芳，罗

平

（长江三峡技术经济发展有限公司，云南昆明650000）

摘

要：乌东德水电站设计水头大，下弯段衬砌混凝土承受水压力较大，要求混凝土具有较好的抗磨性、抗渗性及耐久性，施工过程

要求有较高的工艺水平，保证下弯段混凝土施工质量。针对引水下弯段混凝土施工环境、作业方式，主要从高排架作业、运输及入仓作业、施工用电、混凝土平仓振捣作业、钢筋制安作业、模板安装和拆除作业等需特别关注的安全方面入手，通过精心的施工布置及施工程序安排，采取系列针对性措施，在确保施工质量的前提下，不断优化完善施工工艺，大幅度提高施工工效，保证了施工质量与安全。

关键词：引水下弯；混凝土衬砌；质量控制；乌东德水电站中图分类号：TV544

文献标志码：B

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2019.S2.083

水电站引水隧洞的形状绝大多数是圆形，水电站引水隧洞主要荷载是水压力，而拉应力是水电站引水隧洞衬砌施工过程之中最主要的内力。除此之外，引水隧洞衬砌施工是在地下实行的，衬砌只是承担传力的任务，在引水隧洞衬砌发挥作用时，衬砌和围岩之间距离越小，接触越充分。混凝土质量如果不能得到保障，衬砌承压过程中可能出现裂缝，衬砌和围岩之间不能够充分接触、传导，除此之外，衬砌的承压能力不能达到预期效果，甚至在施工过程中会发生意外，造成人员伤亡。因此，混凝土浇筑质量至关重要，在进行混凝土浇筑工作时需严格控制质量标准。引水下弯段在电站引水隧洞结构中承受水压力大、弯曲弧度大，施工困难，其质量至关重要。

图1

引水下弯段结构剖面及分层分块

（2）该水电站引水水头大，引水下弯段混凝土表面受水流冲刷、侵蚀作用较强。整个衬砌结构常年处于饱和状态，且设计使用寿命较长，隧道所在区内渗水严重，因此要求混凝土具有较好的抗磨性、抗渗性及耐久性。要合理设计混凝土配合比并采取适当的施工工艺防止混凝土裂缝产生，在施工过程中要重点防治蜂窝麻面等混凝土通病的产生，做好隧洞防排水措施管控，保证混凝土浇筑完成后满足设计年限要求。

（3）引水下弯段施工缝的处理要求高，设计4层钢筋网，较密集，钢筋为弧形钢筋，配筋率高，施工较为困难，钢筋安装工艺标准高，需加强钢筋间排距，焊接、套筒连接质量及保护层控制，各工序施工时间跨度较长，过程管控至关重要。

（4）引水下弯段施工作业空间狭窄，钢筋及模板等材料吊运量极大，吊装任务重，施工设备布置困难，人员施工通行及作业空间异常有限，施工材料、混凝土入仓困难，混凝土防分离问题突出。

1工程简介

乌东德水电站位于四川会东县和云南禄劝县交界的金沙

江河道上，左岸厂房引水隧洞采用单机单洞布置，共6条，从左洞轴线间距为37m。立面由至右依次编号为1#～6#引水隧洞，

上平段、上弯段、竖井段、下弯段和下平段等部分组成。其中引m，为钢筋混凝土衬砌结构，衬砌厚度为1.3m，衬砌完成后净空水下弯段形状为90°圆弧（轴线半径为30m），轴线长度为47.12

尺寸为直径13.5m的圆。引水下弯段单洞衬砌按照18°分段分仓，共计5段8仓，从下游至上游编号为第Ⅰ段～第Ⅴ段，每段轴线长度为9.42m。第Ⅰ～Ⅲ段分两层浇筑完成，底拱100°弧形范围为第一层，上部260°弧形范围为第二层；第Ⅳ～Ⅴ段为全断面一次浇筑，按照“从下往上”逐段逐仓浇筑。横向施工缝设置BWⅡ型膨胀止水条，纵向施工缝和横向伸缩缝设置BW5型橡胶止水，横向施工缝和伸缩缝设置Ⅳ型紫铜止水。引水下弯段结构剖面及分层分块见图1。

3施工过程概述

依据投标文件，下弯段混凝土施工时段为2015年9月16日

2施工重、难点

（1）引水下弯段为钢筋混凝土衬砌结构，是重要的水工建

至2016年7月15日，由于开挖施工滞后，具体施工进度安排为

收稿日期：2019-09-07

作者简介：张宇（1992—），男，云南红河州人，工程师，主要从事大型水电站土建施工监理工作E⁃mail：1689294297@qq.com

筑物，具有高度大，弯曲弧度较大，施工精度要求高等特点，模板支撑体系布置困难，为了保证施工进度和安全，采用合适的模板支撑形式是引水下弯段高质量且快速施工的关键所在。

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人民黄河

2019年S2

20166#、5#年、4#1月中旬启动、3#、1#、2#引水洞施工顺序进行施工，6#引水隧洞下弯段衬砌混凝土施工，2017年4按照

完成全部引水隧洞下弯段衬砌混凝土施工，单个下弯段计划月底

4个月时间完成。

8难度大、月启动混凝土施工，由于前期工作面移交滞后，效率低、风险高、且负责施工的两家协作队先后均因施工

因此引水下弯段一线于2016年

施工单价低等因素退场，因高排架施工以及施工队伍能力有限，钢筋混凝土衬砌施工进度严重滞后。

针对施工重难点，现场采取混凝土施工缝缝面处理、搭设整体承重排架、严格测量钢筋安装放线控制高程和位置、定制弧形钢模板等措施，在确保施工质量的前提下，不断优化完善施工工艺，大幅度提高了施工工效，有效降低了施工成本，保证了施工质量与安全，如期完成调整后合同约定的施工目标。

4

施工质量控制

4.1

质量控制标准

对混凝土原材料、配合比及施工过程中各项主要工艺措施

进行监控，混凝土硬化后从不平整度测量、混凝土养护等方面进行质量检查与控制，现场实测形体数据偏差-8.0~9.0mm，满足规范要求。

4.2缝面工序质量控制

（1）基岩面。为保证衬砌混凝土与基岩面的结合，发挥传

力作用，按照设计和规范要求，人工清除基岩面浮渣、松动岩石及松散软弱夹层，配合风镐挖除欠挖进行基岩面处理，并冲洗干净至岩面清洁、无欠挖、无松动岩石、仓内无积水，最后经地质编录及四方联合验收合格。

（2）施工缝。引水下弯段混凝土为泵送二级配混凝土，收仓后表面浮浆较多，因此对施工缝表面进行凿毛处理，凿至石子外露、成毛面，保证新老混凝土良好结合及符合抗渗要求。

4.3钢筋质量控制

引水下弯设置有4层钢筋网，环形主筋直径为36mm，顺流

向分布筋直径为25mm，中间设置直径12mm的拉钩筋；主副钢10筋间距为cm，钢筋密集，15cm，钢筋净保护层为规格、型号多，为控制好钢筋工序质量，5cm，同侧双层钢筋净间距为

筋原材料抓起，按进场批次检查好钢筋的产品合格证、出厂检

从钢验报告和进场复检报告等。钢筋加工环节定期对操作人员进行培训，不定期对原材料的加工机械、钢筋的加工尺寸、圆弧钢筋的径向偏差、滚轧直螺纹丝头饱满度等进行检查，对于钢筋加工工序验收不合格的产品，不允许进入仓内安装。

钢筋网按自下而上、先外后内的顺序施工，每隔3~5m设置样架，每仓钢筋安装前，对上引钢筋进行校正，现场钢筋连接主要由焊接（手工电弧焊）、直螺纹机械套筒连接。主要控制要点为焊接力学性能与焊接接头外观质量、套筒连接扭力值与外露丝扣数，钢筋接头分散错接头布置，对钢筋规格尺寸、数量、安装位置、焊接接头和焊缝外观、接头分部及直螺纹拧紧力矩检查验收，要求达到设计及相关规范要求。

4.4模板质量控制

（1）施工排架优化调整。引水下弯段施工排架作为型体控

制及保证安全的重点管控工序，如何保证其安全稳定性是该部

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位管控的重难点。首仓边顶拱施工方案，模板主要采用拉条固定，排架仅作为安全富余。顶拱首仓浇筑为5#引水下弯第二段第二层混凝土，施工现场实践表明：该方案施工难度大，安全风险高，工效低，成本高，后续即刻从安全及质量管控上考虑，进行了优化调整。调整后采用满堂承重排架支撑，以钢管排架为主要承重结构，排架统一采用直径48.3mm×3.6mm的钢管进行搭设，拉条仅作为安全富余，调整后的施工方案安全系数高，施工方案可行。

（2）模板规划及施工。引水下弯段采用定制弧形钢模板施工，共计配置3套弧形模板周转施工，局部采用木模板镶缝施工，封头模板采用钢木组合等型式施工。定制弧形钢模板尺寸为117.81cm×（40.6～64.1）cm，采用以钢管排架为主要承重支16撑结构，卡连接；mm拉条配置节安螺栓双螺帽排架搭设间排距为0.75m×0.75+槽钢瓦斯；m，步距为模板间使用1.2m“。直径

U”形cm，纵向双钢管围檩间距为模板采用钢管围檩加固，60cm，自下而上施工，横向双钢管围檩间距为浇筑完成拆75

除直接用于下一仓施工，减小了施工材料周转次数，提高了施

工效率。

（3）排架支撑体系受力分析。取引水下弯段任一个断面可见顶拱区域混凝土重力全部由排架钢管承担，所以为最不利受力情况；当顶拱混凝土稳定满足要求时，边墙混凝土（排架支撑区）的稳定性亦满足要求，因此计算简图可优化；在下弯段顶拱混凝土中取任一单元（75cm×75cm）混凝土对其稳定性进行计算分析（仅考虑法线方向立杆，垂直立杆仅作为安全富余），受力见图2。

图2任意单元受力简图（单位：cm）

如图2所示，该单元混凝土由一根排架钢管支撑，最有可能沿法线方向（径向）失稳。该单元混凝土沿法向主要受到混凝土侧压力（F侧压）

、钢管支撑力（F支）、重力沿法线方向的分力G5cosθ，

0°≤θ≤90°），由平衡原理可知：F支=F侧压因为混凝土的侧压力与浇筑速度有关，+G5cosθ

其数值大小基本变

（1）

化不大且现场可控制，所以混凝土侧压力可视为一个固定值。由式（1）可知：当θ=0°时，混凝土重力方向与法向重合，cosθ=1，

F支当θ=90°时，混凝土重力方向与法向垂直，F=FF侧压+G5；cosθ=0，支=侧压。F侧压+G5≥F支≥F侧压，

排架法向钢管所受压力从上往下呈单调递增趋势。

20～（304）m³F侧压，结合单仓设计方量约的计算。采用泵机浇筑单个小时浇筑方量一般为施工经验，每仓混凝土浇筑约需33660h，m³浇筑速度取为（未计底拱方量15）cm/h和前期

，即每两个小时浇筑一个30cm厚的坯层。侧压力受力见图3。

混凝土侧压力：h=0.22t0β1β2v=40cm，

F=γch=9.6kN/㎡。（人民黄河2019年S2

图3混凝土侧压力受力简图

其中：h为有效压头；γ浇筑混凝土初凝时间，取c为混凝土重力密度，取24kN/m4h；β3；t0为新

取1为外加剂影响修正系数，取1；β1.15；V为混凝土浇筑速度，取

20.15为混凝土坍落度修正系数，m/h单根钢管承受混凝土侧压力设计值。

重kNF。按照2=0.26《水利水电工程模板施工规范》kN，

模板受力取39kg/mF2

。混凝土振捣荷载1=6.48kN，

钢模板自F3=1.575捣产生的荷载为2kN/m2则F（DL/T5110—2013）振

28.35，侧压=8.32kN。重力设计值G5=（kN5）立杆应力计算。排架稳定性按照是否满足。

《建筑施工

扣件式钢管脚手架安全技术规范》力σ=F支/（

φA）进行计算，其中φ为轴心受压构件的稳定系数，（JGJ130—2011）中弯曲正应受压杆件的长细比有关；A为受力面积。立杆计算长度L与0=kμh=稳定因素的单杠计算长度系数，1.928m（其中k为计算长度附加系数；可从脚手架安全规范中查得，μ为考虑满堂脚手架整体（Lμ取值1.669；h为步距）。长细比λ＝L0为立杆计算长度；i为截面回转半径），当λ＜250时按照0/i=122.01《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2011）轴心受压的稳定系数φ=0.481/φA。）=38.10F支min=FMPa侧压=8.32＜［fkN，

支maxF=F侧压+G5=36.67kN，σmin=支min值）=205（

Fm］（钢管抗拉、抗压和抗弯强度设计MPa，满足规范要求；σfmax=F支max（/φA）=167.92MPa＜

m］

=205MPa，满足规范要求。该排架支撑体系方案安全系数高，施工方案可行，既保证了施工安全，又加快了施工进度，为乌东德水电站按期发电打下了坚实基础。

4.5浇筑质量控制

4.5.1

衬砌施工前严格检查配置混凝土质量

乌东德水电站引水隧洞衬砌施工前期对于混凝土质量进

行严格检测，并且在混凝土制作过程中掌握好材料的配比，保证混凝土质量可以担负起水电站引水隧洞衬砌施工工作。

4.5.2混凝土的浇筑

（1）运输道路规划及入仓手段。引水隧洞下弯段混凝土主要由下游850系统供料，通过左厂4-2#施工支洞至引水隧洞下弯段，4-2#道路主要路线：下游采用泵机浇筑，施工支洞→下弯混凝土浇筑时，引水下弯段。引水下弯衬砌混凝土施工全部850拌合系统→进厂交通洞→左厂将高压泵机（HBT90）布置

于左厂4-2#施工支洞，

泵管顺操作排架至浇筑仓位，根据各个仓位的区别，采用搭设滑槽分料及溜筒对称入仓等方式，实现了多点下料，有效防止了骨料分离，保证了混凝土入仓质量。

（2）浇筑过程控制。在施工过程中，对混凝土拌合均匀性及坍落度进行现场检测，每仓混凝土均现场取样进行混凝土强

度检测。引水下弯段混凝土标号为C9030W10F150，

主要为坍落度16～18cm的二级配，辅以扩散度（600土50）mm的自密实混凝土浇筑。采用平铺法由下至上依次浇筑，分层下料、分层振捣，坯层厚度为50cm，为防止模板变形，控制混凝土上升速度控制为0.5m/h，低点与高点的高差不超过50cm；拉钩筋随浇筑挂设，顶拱狭小区域根据现场实际情况浇筑自密实混凝土。底拱弧形范围混凝土浇筑过程中需拆模抹面。模板拆除后，人工抹面辅助定型刮尺按照样架精细收光。抹面基本成型后拆除钢管样架，留下的槽迹原浆填实抹平。为保证混凝土成型后内实外光：振捣棒垂直插入混凝土略有倾斜，倾斜方向与模板弧线方向保持一致，便于气泡排除，侧拱混凝土进行二次复振，减少混凝土表面气泡，min复振时间控制在一次振捣作业完成20开始泛浆为准，后进行。混凝土的振捣时间以粗骨料不再显著下沉，～防止欠振或过振，依次振捣直至密实。

表面304.6混凝土温控防裂措施

引水隧洞通风对流顺畅，空气比较干燥等情况不利于混凝土养护和保湿，为防止混凝土裂缝，经工程技术人员分析讨论，主要采取如下处理措施。

进一步优化配合比，在满足设计要求各项指标的前提下，选用优质高效的外加剂，并减少胶凝材料用量，从而降低胶凝材料的水化热温升；在高温季节施工时，采用预冷混凝土浇筑，出机口温度为12～14℃，对于预冷混凝土，由试验室通过试验、检测建立出机口温度与现场浇筑温度之间的关系，确保混凝土出机口温度及混凝土入仓温度在控制范围内。

成立温控协调小组，加强施工组织协调，科学统筹安排施工，减少混凝土转运次数，避免和减少运输中的干扰和停滞，缩短运输时间，减少中间环节温度回升。入仓后及时进行平仓振捣，加快覆盖速度，缩短混凝土暴露时间，减少混凝土温度回升。做好运输道路规划、标示和疏通，防止出现道路堵塞延误运输时间。

为使高温季节预冷混凝土自出机口至仓面浇筑坯层被覆盖前的温度满足要求，控制混凝土自出机口至仓面浇筑坯层被覆盖前的时间不大于150min。当混凝土入仓温度、浇筑温度偏高或达到温度允许上限时，盯仓质检员立即向值班旁站监理和值班领导反映。值班领导立即与拌合楼联系，采取措施降低出机口温度，并安排试验室加强出机口温度检测频率。

混凝土浇筑完成后用保湿布覆盖，每班加强混凝土的养护处理。采用上述综合处理措施后，引水下弯段混凝土衬砌无裂缝出现。加强对混凝土的保护，养护时间到达后经过检测，混凝土强度满足要求。

5安全管理与质量控制成效

针对引水下弯段混凝土施工环境、作业方式，主要从高排

架作业、运输及入仓作业、施工用电、混凝土平仓振捣作业、钢筋制安作业、模板安装和拆除作业等需特别关注的安全方面入手，对该工程施工进行全过程安全监控与管理，确保了施工全过程安全。

乌东德水电站左岸引水下弯钢筋混凝土衬砌段施工，通过精心的施工布置及施工程序安排，成功克服安全风险大、施工工期短、多工序同时施工带来的组织与协调困难，采取系列针对性措施，在确保施工质量的前提下，不断优化完善施工工艺，大幅度提高施工工效，保证了施工质量与安全。

【责任编辑

吕艳梅】

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