水電站集水井頂板混凝土施工初探
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摘要：對烏東德左岸地下電站廠房集水井高程808.52~811.32m現澆2.8m厚鋼筋混凝土頂板結構施工優化的總結表明，鑒于副安裝間集水井頂板混凝土結構設計布置的特殊性，為降低施工過程中安全風險，保證現場施工有序進行，滿足施工質量需要，集水井“封頂”頂板混凝土結構優化為“牛腿+預制梁板”施工措施，現場實踐證明該施工措施具有簡化施工復雜性、降低作業安全風險、加快施工進度、保證質量控制、施工投入和成本相對降低的施工優越性。
關鍵詞：集水井；頂板混凝土；預制梁板；烏東德水電站
1工程概況
烏東德水電站是金沙江下游河段（攀枝花—宜賓）4個水電梯級——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的最上游梯級，開發任務以發電為主，兼顧防洪、攔沙等綜合效益。電站總裝機容量10200MW，多年平均發電量389.3億kW·h。左岸地下電站廠房靠河床側布置于左岸山體中，共安裝6臺單機容量為850MW的混流式水輪發電機組。電站副安裝間集水井布置在主廠房靠河床側，左側緊靠6#發電機組右邊墩，其余三面均為基巖面。建基面設計高程為758.5m，頂部設計高程為823.2m，總高度64.7m，其中高程811.32m以下為集水井結構，從上游至下游方向依次布置檢修集水井、廠外滲漏集水井和廠內滲漏集水井共8個集水井。
烏東德左岸地下電站集水井高程808.52~811.32m，為現澆2.8m厚鋼筋混凝土頂板結構（樓板設計均布活荷載標準值為50kN/m2），頂板混凝土結構設置有12個深水泵吊物孔、3個吊物孔、1個進人孔等孔洞結構；電氣二次電纜溝圍繞深水泵吊物孔布置，排水溝沿頂板混凝土結構周邊環形布置；靠下游面距6#機組分縫線1.8m處設置一個水機二期坑，水機二期坑結構尺寸為1.6m×1.6m×0.8m（長×寬×高）；頂板結構內各類金結機電埋件、埋管及土建排水管、平壓管等埋管繁多；上部副安裝間立柱柱體基礎預埋頂板結構內。按照投標施工組織設計中集水井頂板混凝土結構“封頂”采用“滿堂腳手架支撐+組合模板”方式澆筑，根據其結構情況、型式特點，主要施工難點總結如下。（1）集水井豎井井深、施工空間狹小，頂板混凝土結構在其上部現澆施工，屬于高空作業，若采用原“滿堂腳手架支撐+組合模板”方案，頂板混凝土結構施工需搭設操作平臺及承重排架，高處作業頻繁；頂板混凝土模板安裝、材料運輸、作業平臺布置、人員及材料通道等不好布置和運行；井內作業操作空間狹小、高空、臨邊、通行不便及垂直交叉頻繁，造成施工難度大、安全隱患多，同時頂板混凝土澆筑完成后井內空間封閉交通不暢，頂板模板拆除困難、安全風險高，如何安全組織頂板混凝土施工是混凝土施工的重點。（2）由于集水井頂板混凝土結構設計和布置的特殊性，頂板混凝土結構是對集水井井體的“封頂”施工，施工作業面極其有限，且施工工序中的鋼筋、模板工程量較大，各類孔洞、電纜溝、排水溝及金結（機電）、土建埋件繁多，施工復雜。因此集水井頂板混凝土施工質量管控是該工程難點。（3）集水井頂板混凝土施工部位體型結構復雜，土建、金結工程量大；施工空間狹窄，施工通道布置困難；土建、金結安裝等不同專業施工穿插進行，交叉與平行作業多，且工序復雜，起吊手段、施工通道、作業空間互相影響、相互干擾和制約，如何有序組織是混凝土施工正常進行的關鍵。
3“牛腿+預制梁板”施工技術措施
由于副安裝間集水井頂板混凝土結構設計布置的特殊性，根據上述頂板混凝土施工特點，結合現場實際施工情況，為降低施工過程中安全風險，保證現場施工有序進行，滿足施工質量需要，因此對集水井頂板混凝土結構“封頂”施工優化為“牛腿+預制梁板”方式。
3.1“牛腿+預制梁板”施工措施
集水井結構混凝土主要采用3m分層逐層上升澆筑，采用模板拼裝集水井形體結構并固化，利用主廠房橋機整體提升模板方式施工。高程806.70~808.52m采用散裝鋼模板+條帶牛腿模板盒子澆筑，集水井高程808.52m“封頂”將新增20cm厚鋼筋混凝土預制梁板作為其上部頂板現澆鋼筋混凝土預制承重“模板”，解決原“滿堂腳手架支撐+組合模板”施工時頂板下部模板安拆施工繁瑣、困難等難題。條帶牛腿、預制梁板混凝土強度達到設計要求后進行吊裝、縫隙砂漿封堵施工，集水井高程808.52m預制“封頂”后先行澆筑50cm厚結構混凝土，待混凝土強度滿足要求后再一次性完成最后一層2.32m混凝土澆筑，土建、金結機電管路提前預埋，整倉澆筑完成。集水井高程806.70~808.52m層混凝土施工過程中，為保證正常施工需在各井內搭設安全防護平臺作為混凝土施工作業平臺，通過受力計算分析具體布設方案：高程806.70m預插直徑16mm的鋼筋埋入混凝土20cm，外露10cm，呈90°向倉內彎折。安全防護平臺采用直徑25mm，間距1m的鋼筋進行搭設，兩端伸入混凝土結構邊線內40cm，并與直徑16mm的鋼筋焊接加固，焊縫長10cm，在上方滿鋪鋼跳板，形成安全防護平臺，作為混凝土施工過程中的施工操作平臺。混凝土澆筑至高程808.52m，預制梁板未安裝前，將安全防護平臺拆除。
3.2“牛腿+預制梁板”主要施工技術參數
（1）根據《水工混凝土結構設計規范》重點對現澆混凝土條帶牛腿和預制混凝土梁板結構進行設計計算復核。高程808.52m以下增設現澆混凝土條帶牛腿和預制混凝土梁板結構替代原“滿堂腳手架+組合模板”施工措施中模板支撐體系進行“封頂”混凝土施工，高程808.52m以上仍為現澆頂板混凝土結構，預制梁板不侵占頂部混凝土結構線。（2）現澆條帶牛腿高程807.37~807.97m，斷面尺寸為30cm×60cm（寬×高），設計坡比1∶1。條帶牛腿主鋼筋直徑22mm，間距20cm，副鋼筋直徑20mm，間距10cm，鋼筋保護層3cm，混凝土標號C2830/二級配。現澆條帶牛腿及預制梁板布置見圖3，現澆條帶牛腿鋼筋混凝土結構見圖4。（3）預制梁板結構高程807.97~808.52m，共設置12塊預制梁板進行封頂。板結構尺寸：376cm×（213.5~309.0cm）×20cm（長×寬×高）；梁結構尺寸：28cm×55cm（寬×高）。預制板主、副鋼筋直徑22mm，間距20cm，預制梁主鋼筋直徑22mm，間距20cm，副鋼筋直徑20cm，間距20cm，鋼筋均為環形鋼筋，鋼筋保護層3cm，混凝土標號C2830/二級配，預制板內按照1m×1m的間排距設置直徑12mm鉤筋，鉤筋鉤住預制板底層鋼筋，外露10cm，鉤住頂板混凝土底層鋼筋，預制板作為頂板結構的一部分，與頂板混凝土相接處表面作為施工縫，破毛處理。（4）條帶牛腿、預制梁板結構根據設計圖紙埋設金結機電及土建相應埋管、埋件。
3.3“預制梁板”吊裝措施
（1）吊裝準備。為保證吊裝順利在預制梁板結構制作時嚴格按照設計要求控制結構尺寸，并對相應預制梁板的進行編號標示。檢查預制梁板尺寸是否符合要求，對尺寸超標的進行磨除。清理條帶牛腿工作面，對不符合要求的條帶牛腿做如下處理：對條帶牛腿面層高程高于設計高程的做表面鑿除、打磨、找平處理；對低于設計高程的坐漿至設計高程。預制梁板運裝車輛鋪設軟性材料，裝車完成后用鋼絲繩和手拉葫蘆對預制梁板進行固定。梁板與梁板間、鋼絲繩與梁板間做好防護隔離，防止運裝時碰撞損壞預制梁板結構。（2）吊裝作業。預制梁板采用橋機吊運安裝，由一側向另一側逐塊吊裝，橋機吊運預制梁板至豎井上方，必須待預制梁板穩定后方可勻速下降至豎井口。預制梁板到達設計條帶牛腿上部時，應緩慢、勻速下落，避免預制梁板在下落過程與預留牛腿碰撞，使用撬棍等小型工具適當調整梁板方位、角度，使預制梁板平穩放置在條帶牛腿上，安裝調整，使預制梁板安裝位置達到設計要求，檢查其穩定性符合要求后方可脫鉤。安裝完成后，用M30水泥砂漿將預制梁板四周填實。倉面預制梁板吊裝作業，做好安全管控，警戒設置、指揮觀察人員布設到位，注意人員避讓，指揮人員及時反饋吊裝情況，做出細化調整部署指揮，盡量避免預制梁板下放過程出現傾斜、旋轉、碰撞豎井等情況。
4“牛腿+預制梁板”施工措施優越性
現場實踐證明采用優化的“牛腿+預制梁板”施工措施切實可行，從結構安全性考慮該措施并未對設計結構產生影響，“牛腿+預制梁板”方案與原“滿堂腳手架支撐+組合模板”技術措施相比主要有以下優越性。（1）明顯降低施工復雜性。集水井頂板結構處于64.7m高空懸空作業，且頂板混凝土結構施工相對獨立，施工場地受限，排架加固及模板作業困難，安全防護量大，起吊機械施工頻繁，受相鄰作業影響交叉作業施工條件有限。頂板混凝土結構作為副安裝場集水井中重難點施工部位，施工進度快慢直接影響副安裝場的直線工期，采用“牛腿+預制梁板”預制裝配式措施將大大減少承重排架的搭設和模板安裝工作量，降低施工復雜性。預制梁板結構安裝采用人工配合吊車（橋機）吊運安裝，安裝方便快捷，就位后直接嵌縫處理即可，不需另外搭設排架，施工過程簡單方便，且干擾小。（2）施工進度更快。預制梁板根據施工進展提前制作不占直線工期，其吊裝施工省去了承重排架和頂板混凝土底部模板的安裝拆除工作量，預制梁板制作簡易，安裝方便快捷，與原方案“滿堂腳手架支撐+組合模板”相比施工明顯簡便快捷，進度更快。（3）施工安全風險大大降低。預制梁板安裝后直接進行上部混凝土結構澆筑不需拆除，且無明顯缺陷需要修補，高空臨邊作業及交叉施工大幅減少，安全防護簡單可靠，排架和模板施工量減少的同時，減弱了高空墜落的發生概率，為集水井頂板施工提供了安全保障。（4）施工質量更易控制。預制梁板結構吊裝完成為頂板混凝土結構的鋼筋、金結（機電）及土建埋件的安裝提供了可靠的利用空間，鋼筋、金結（機電）、土建埋件安裝更加方便快捷，安裝質量更有保障。（5）施工投入更少，成本相對降低。承重排架的搭設和模板安拆工作量、材料用量大大減少，相對“滿堂腳手架支撐+組合模板”技術方案其施工復雜性降低，施工簡便，工期縮短，資源投入更少，施工成本降低。
5結語
烏東德水電站左岸地下電站主廠房集水井高程808.52~811.32m現澆2.8m厚鋼筋混凝土頂板結構采用“牛腿+預制梁板”施工措施，不僅降低了施工成本，而且可以提高施工安全性，降低施工復雜性，保證施工質量，加快了施工進度。通過對集水井“封頂”頂板混凝土結構采用“牛腿+預制梁板”施工措施的總結分析，以期為類似工程施工提供借鑒。
作者:羅平 彭濤 張祥 單位:長江三峽技術經濟發展有限公司
