保温保压浇筑蜗壳二期混凝土的施工对策样本.doc

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保温保压浇筑蜗壳二期混凝土的施工对策
黄斌 樊宇 姬脉兴
(三峡工程建设三七八联营总公司)
搞要: 蜗壳二期混凝土被称为电站厂房混凝土的”心脏”, 是最关键和最难浇筑的部位。三峡左岸岸电站厂房采用对蜗壳充水保温保压模拟运转状态浇筑二期混凝土是一项新技术, 当前在国内外属首例, 施工质量对机组的安全运行及振动稳定具有至关重要的作用。
关键词: 蜗壳; 保压保温; 二期混凝土; 施工; 难点分析; 对策
1 简述
　　三峡左岸电站厂房共装有单机700MW水轮发电机组14台, 分别为VGS和ALSTOM两种机型, 其中1衅～3衅、 7#一9#为VGS机组, 4#～6#、 10衅一14#为ALSTOM机组, 净水头118m, 设计水头139.5m。蜗壳中心线安装高程YL57.0m, 进口段直径12.40m, 末端直径4.26m, 采用进口JlS610U2钢材, VGS蜗壳壁厚56mm, AISTom蜗壳壁厚53mm。二期混凝土浇筑高程EI50.00～EL67.8m, 每台机组混凝土工程量约1万m3, 钢筋制安550t, 分4个象限浇筑, 计划工期需6个月。
　　关于蜗壳二期混凝土浇筑方案, 在招标文件中初定为外包弹性垫层埋入方案, 后经多次研究确定采用在充水保压和保温状态下浇筑蜗壳二期混凝土方案。
2 施工条件
　　根据设计原理, 蜗壳及外包二期钢筋混凝土在机组运行时共同承担高速旋转水流产生的作用力。充水保压浇筑蜗壳外围二期混凝土的过程, 从理论上讲是把钢蜗壳假设成一个密封的压力容器, 人工模拟蜗壳在运行水头作用下机理, 利用钢蜗壳的温度变形和保压水头的膨胀作用, 充水加压使蜗壳预先膨胀, 维持 定内水压力浇筑外围混凝土, 待全部浇完后放水卸压。卸压后蜗壳收缩, 与混凝土之间将产生一定的间隙, 此间隙即为蜗壳在运行水头作用下膨胀所需间隙。间隙开度大小与保压水头有关。
　　受蜗壳闷头和试压环等技术条件限制, 三峡左岸电站厂房蜗壳保压水头只有70m, 而运行期净水头为118m, 设计水头139.5m。要满足蜗壳充水加压后应达到的膨胀变形量, 除限定70m的保压水头外, 可考虑一定的水温作用使蜗壳膨胀变形。计算分析, 每1℃水温相当于3m水头所产生的膨胀作用。三峡坝区冬季月平均最低气温5℃, 如保持蜗壳内水温在20℃, 则相当于增加45m水头, 即人工模拟总水头达115m。
　　设计提出, 保压保温浇筑二期混凝土蜗壳内水温应保持在16℃～22℃之间。蜗壳外围混凝土连续浇筑宜安排在3～6月、 9～11月; 在7～9月连续浇筑蜗壳外围混凝土时, 可适当下调保压值, 也可向蜗壳内掺人6℃～8℃的冷水, 保持水温在20℃～22℃, 并在混凝土内布设冷却水管, 通水冷却; 在12月、 l～2月连续浇筑蜗壳外围混凝土时, 应采取保温措施。三峡左岸电站厂房机组多达14台, 施工历时6年, 受各种条件限制, 不可能全部安排在春秋季节浇筑二期混凝土, 必须考虑全天候施工。
3 施工难点分析及对策
3.1 蜗壳充水保压
　　在蜗壳中充水加压, 一般是作为试验和检验蜗壳焊缝质量的重要措施, 一般采用加压泵加压的方法, 时间较短。而保温保压浇筑二期混凝土, 要保持蜗壳内水压70m水头长达6个月。为此在厂房左侧EL110平台架设一座高位衡压水箱, 用一根DNl00保压主水管与各机组蜗壳闷头上的回水管连通, 主水管与各支水．管之间设置阀门控制, 当某蜗壳在升卸压时, 不影响其它蜗壳保压运行。高位衡压水箱上设置自动溢流管和补水管, 水箱底部高程EIA26.3m, 溢流孔高程ELl27.3m, 水膨胀有效高度0.9～1.0m。补水管与衡压水箱之间设置逆止阀, 随时对水箱补水。
3.2 蜗壳充水保温
　　在冬季要维持蜗壳内近6000m3的水温在一定温度, 确定采用电锅炉加热水并进行循环的方法。电锅炉选用CLGR一0.93ZB承压式电热水锅炉, 单台锅炉的加热容量930kW, 锅炉最大承压1.2MPa, 两台锅炉一组, 初始加温时, 两台锅炉同时启动, 达到规定最高温度22℃日寸, 减少锅炉发热量或只运行 台进行保温。锅炉与蜗壳内水交换采用循环式管道泵从蜗壳内抽水, 经加热后(上升4℃)再送人蜗壳内。往复循环对蜗壳内水进行加温和保温。蜗壳内冷热水交换根据热水向上流动的物理特性, 沿蜗壳轴线下方环向敷设DN300钢管, 其上均匀布设若干出水孔, 对蜗壳充热水。每台机组蜗壳内布设厂4个监测断面, 每个断面布置5支温度计, 观测电缆由蜗壳闷头处集中引出到高程EL67.8m平台, 采用基康4700型温度仪定时计量读数, 并指导系统操作。
　　高温季节可采用适当下调保压值, 或向蜗壳内掺入冷水两种方案进行控制。在6#蜗壳二期混凝土浇筑时, 采用了加制冷水进行水循环的方法, 其基本原理与加热水相同。
3.3 环境温度控制
　　设计提出环境温度应不小于10℃, 即在低温季节遭遇寒流时。气温急剧下降而不影响壳外表面环境温度, 同时减少电锅炉的频繁启动和蜗壳内水循环的工作强度。施工中采用在蜗壳外表面覆盖1～2层1.8～2.3cm厚聚乙烯保温被, 并外覆 层防雨塑料布方案。经过一段时间温度监测, 即使锅炉停机1～2天, 蜗壳内水温变化不超过1℃。
3.4 二期混凝土浇筑
　　三峡左岸电站厂房蜗壳、 座环等机组埋件比较复杂, 两种机型在结构上也有很大差别, 辐射状的一期混凝土鞍形支墩和座环下环形支墩将蜗壳底部分成了10多个狭小的空间, 座环下结构用加劲板(VGS)和安装用钢支墩．使狭小的空间更加复杂。钢筋安装和混凝土浇筑非常困难。并旦。蜗壳和座环板厚达53mm以上, 即使某部位浇筑脱空, 敲击检查也不易发现。施工中采用泵送混凝土、 回填灌浆等措施, 较好地解决了易脱空部位混凝土的质量问题。
3.5 混凝土温控
　　由于施工进度和浇筑方法的需要, 对二期混凝土原设计分层进行了调整, 分层高度多在3～3.5m, 层高加大后, 内部热量不易散发, 增加了产生裂缝的可能性。为降低混凝土内部温度, 在高温季节采用预冷混凝土, 并对层厚超过2.5m的浇筑块, 均布置两层蛇形冷却管, 采用个Φ25钢管, 间距1.5m, 收仓后开始初期通水l0天。低温季节通河水(施工用水), 高温季节通8℃～10℃制冷水, 通水量18～20L/mln。据在l#、 4#机混凝土中预埋的温度计观测资料, 最高温度均控制在最高允许温度以内。
3.6 施工监测
　　保温保压浇筑二期混凝土, 最重要的环节是全过程跟踪监测。布蜗壳内外选择了4～5个典型断面, 布设了温度计、 钢筋计、 应力计, 变形变位计、 测缝计和千分表, 从蜗壳支墩浇筑, 充水加压, 蜗壳腰线以下浇筑等工序环节, 对蜗壳的变形变化进行监测, 并及时分析反馈, 指导和调整施工方案。据监测资料成果, 蜗壳充水加压后最大变形, 浇筑过程中的最大变位均控制在限定范围之内。另据在3＃、 4#机(分别为VGS和ALSTOM机型)蜗壳外表面和混凝土中埋设的测缝计监测资料分析, 在蜗壳排水卸压后, 蜗壳收缩2～3mm, 达到了设汁预期的效果。
4 主要施工方案选择
4.1 保温保压设备系统
　　首批进行保温保压的1#～5＃机在 12月开始浇筑蜗壳二期混凝土, 根据现场条件, 共布置了3组加温保压设备系统, l#～2#, 3#～4#, 5#机组分别共用一组系统。6#机蜗壳二期混凝土在 高温季节浇筑, 专门设置了冷水循环系统。
4.2 混凝土浇筑设备
　　蜗壳座环底部阴角部位二期混凝土施工难度最大, 施工方案选择泵送混凝土。共配备了6台HB一60泵, 互为备用, 该泵铭牌生产能力15～58m3/h, 压力4.62MPa, 实测生产能力20～30m3/h。混凝土泵布置在蜗壳下游侧高程EL50m位置, 由尾水EL82m平台的施工门机吊卧罐对混凝土泵授料。尾水82平台共布置2台SDMQl260门机和2台MQ 门机。6#机浇筑时, 在安ⅢEL75.3m平台增加了一台MQ600圆筒门机。
　　除阴角部位采用泵送混凝土外, 蜗壳外侧均由施工门机吊3m3或6m3卧罐直接入仓, 每台机组内外同时浇筑, 须两台门机同时入仓才能满足浇筑强度。因同期施工的部位多, 垂直手段非常紧张, 曾考虑在安Ⅱ集中没置混凝土泵站, 利用自卸汽车直接给混凝土泵供料, 并作厂向4#机组泵送混凝土试验, 由于管线长, 高差大, 沿程损失大, 泵管容易堵塞, 试验不成功而放弃。考虑到胎带机浇筑混凝土在三峡已得到成功运用, 覆盖范围达58.7m, 人仓强度可达100m3/h以上, 机动性好, 可利用自卸汽车直接授料。施工中在安Ⅲ布置丁一台”ROTEC"胎带机, 利用安IEL82m和安ⅡEI.75.3m的高差由自卸汽车直接授料, 负责l#机全部和2#机60％以上蜗壳二期混凝土浇筑, 施工效果比较理想。
4.3 混凝土技术指标
混凝土设计标号除局部为R28400#外, 均为R28250#, 见表1。蜗壳和座环底部阴角部位采用泵送二级配混凝土, 鞍形支墩局部回填采用一级配泵送R28350#混凝土。蜗壳外侧及第三层以上均采用吊罐或胎带机浇筑三级配混凝土。泵送混凝土要求级配小、 流动性好、 具有缓凝性和工作性好的配合比。经多次试验后选用配合比技术参数见表2。
表l 混凝土主要设计指标
设计标号
级配
抗冻标号
抗渗标号
级限拉伸植( ×10－4) 28d
限制最大水胶比
水泥品种
粉煤灰掺量
R28250＃
二、 三
D250
S8
≥0.85
0.45
中热525＃
20%
表2　泵送混凝土主要技术参数
标号
级配
水胶经
砂率( %)
粉煤灰掺量
( %)
JM－II减水剂掺量
( %)
DH9引气剂掺量
( /万)
塌落度
(cm)
扩散度
( cm)
初凝时间
( h)
R28250＃
二
0.45
43
25
0.7～0.8
0.45
17～19
40～48
6～8

4.4 混凝土施工程序和方法
4.4.1 分层分块
　　蜗壳近似于 个水平放置的圆锥台体, 轴线高程EL57.0m, 直径由进口处12.4m到末端变为4.26m, 底部高差达4m。腰线以下二期混凝土浇筑分层分块须同时考虑蜗壳底部环向和顺水流向与混凝土层面的结合问题, 施工分层与蜗壳接触处除作倒角处理外, 有效高度应不少于50cm, 以避免在蜗壳底部出现锐角, 造成进料和振捣困难。两种机组蜗壳二期混凝土原设计分层分别为9层、 10层, 每层按4个象限分为4个浇筑块, 要求对角线两块同时浇筑。综合分析上述情况, 建议对原设计分层高度作适当调整, 第一、 第二层合层浇筑, 层高由1.5～2.0m调整为3.0～3.5m, 调整后总层数分别为6层和7层。考虑蜗壳阴角部位的施工通道问题, 第一、 二层采用顺时针方向浇筑, 第三层以上采用对角线浇筑。
4.4.2 鞍形支墩混凝土浇筑
　　蜗壳底部鞍形支墩二期混凝土须在充水前浇筑。原计划按单双号分两批浇筑, 第一批等强15天后, 再浇筑第二批, 并等强28天后, 再对蜗壳充水加压。这样将占直线工期1.5～2个月。经对蜗壳受力条件分析, 混凝土标号由原R28250#调整为R28350#, 第一批等强时间改为7天, 第二批改为15天。由于鞍形支墩顶部空间仅30～40cm, 局部不到l0cm, 钢筋安装后, 混凝土无法进料, 故将混凝上级配改为一级配, 混凝土泵浇筑, Φ50软轴振捣器振捣。
4.4.3 VGS机组座环底部混凝土浇筑
　　GS座环底部二期?昆凝土分为12 3、 13 3两层, 原安排在蜗壳充水之前作为先浇块先期浇筑。12 3层在一期环向支墩与基础环之间, 可在环形支墩顶部布设环形泵管浇筑, 作、 业人员也可在内振捣, 施工难度较小, 可先期浇筑。而13 3层结构复杂, 空间狭小, 高度不足lm, 加之座环肋板和钢支墩的影响, 钢筋安装和混凝土浇筑极为困难。为解决该部位的浇筑问题, 制造厂家在下环板上设置了24个Φ125进料孔, 在顶板上设置了Φ29灌浆孔, 这些孔的间距比较大, 控制范围有限, 只能作为混凝土浇筑补充进料孔和灌浆孔。又因为辐射状的鞍形支墩与环形支墩将蜗壳底部分成了多个封闭的条块, 如果13 3层先浇, 将在蜗壳下形成新的阴角, 空气无法排出而形成气囊。施工中取消了13 3层, 并入第一层, 在蜗壳充水之后, 采用环向或径向泵管浇筑。
4.4.4 ALSTOM机组座环底部混凝土浇筑
　　ALSTOM机组座环下环形支墩分为若干段, 二期混凝土施工难度相对较小。但基础环与锥管之间的 条环形焊缝厂家要求须在充水加压后焊接, 因此, 该部位混凝土安排在蜗壳充水加压之后与蜗壳底部同时浇筑。
4.4.5 蜗壳底部第一(二)层混凝土浇筑
　　对原设计第一、 二层并层后, 层高达3.0～3.5m, 局部达4m。为保证阴角部位浇筑密实, 避免新浇混凝土的浮力作用使蜗壳产生位移, 蜗壳内侧采用混凝土泵入仓, 平铺法浇筑, 外侧尽量采用吊罐或胎带机人仓, 平铺法或台阶法浇筑, 内外平衡同时上升。上升速度控制在0.2～0.4m/h。由于蜗壳腰线外侧空间狭小, 吊罐无法下到底部, 施工中采用在蜗壳腰线以上搭设转料平台, 挂溜筒的办法入仓。振捣方式在作业人员能够进到蜗壳底部时, 采用Φ100振捣器振捣。当人员无法进入时, 由座环上预留的Φ125孔插入Φ100振捣器或Φ50软轴振捣器振捣。
　　蜗壳底部径向泵管布置在各独立条块内, 分别预埋1～2根泵管, 泵管的出口高程接近上部阴角。环向泵管沿座环环形通道布置。泵管直径Φ25或Φ150, 泵管分别由直管、 90度、 60度、 135度弯管和部分软管组成。
4.4.6 第三层以上混凝土浇筑
　　第三层以上蜗壳外围混凝土施工难度较小, 采用门机吊3m3、 6m3卧罐或利用胎带机直接人仓, 平铺法或台阶法薄层浇筑, 铺料厚度40～50Cm, 三级配料, 混凝土陷度5～7cm, 用Φ100硬轴振捣器振捣, 局部用Φ50软轴振捣器辅助振捣。
4.5 钢筋安装和立模
　　蜗壳外按不同受力部位分别布置了1～3层钢筋, 自径Φ28～Φ36mm, 间距150～200mm。外侧钢筋可一次性安装完成。蜗壳底部和阴角部位, 对局部钢筋布置进行了适当调整, 并按浇筑仓位顺序采取分次安装或预留孔口的方法进行施工。二期混凝土模板安装, 外侧空间比较大的部位采用定型组装钢模板, 内侧异形部位采用散装木模板。
4.6 回填灌浆
　　对可能出现浇筑”空腔”的部位采取回填灌浆的方法, 以确保浇筑密实。蜗壳底部灌浆管路采用径向布置, 在每个独立的条块内分别预埋2～3个灌浆管, 灌浆管选用Φ25钢管, 出浆盒为喇叭形或斜切口形, 进浆管引出仓外, 在混凝土浇筑10天后, 在蜗壳充水保压条件下, 进行灌浆。座环阴角部位除利用厂家预留的灌浆孔进行灌浆外, 针对座环下因肋板等结构需要形成的封闭区域, 沿座环布置一根主灌浆管和 根回浆管, 支管做成”U”形, 进回浆管引至三期坑内, 在蜗壳卸压排水前20天左右进行补充灌浆。回填灌浆的水泥采用525#中热水泥, 浆液水灰比为0.5: 1(重量比)1个比级。灌浆压力控制在0.2～0.25MPa。为防止灌浆对蜗壳抬动的影响, 除严格控制灌浆压力外, 施工时对灌浆区域进行分组。以2～3个条块为一个灌浆区, 并采取分序的方法灌浆。据变形监测资料分析, 蜗壳在充水保压条件下, 灌浆抬动远小于设计控制标准。
5 结语
采用保温保压浇筑蜗壳二期混凝土施工新技术, 涉及设备安装和土建施工等多种专业, 技术复杂, 施工难度大。在丽期准备和施工过程中, 有关各方共同努力, 不断分析和研究施工中的难点问题, 采取了一系列有效的措施, 保证了混凝上浇筑质量, 达到了预期效果。
黄斌, 三峡工程建设三七八联营总公司, 副总工程师。