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1、保温保压浇筑蜗壳二期混凝土的施工对策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：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，目前在国内外属首例，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：关键词：蜗壳；保压保温；二期混凝土；施工；难点分析；对策1 1 简述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，
2、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 EI50.00EL67.8m，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 2 施工条件施工条件根据设计原理，蜗壳及外
3、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
4、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 1622之间。蜗壳外围混凝土连续浇筑宜安排在 36 月、911 月；在 79 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68的冷水，保持水温在 2022，并在混凝土内布设冷却水管，通水冷却；在 12 月、l2 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
5、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 3 施工难点分析及对策施工难点分析及对策3.13.1 蜗壳充水保压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，通常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，不影响其他蜗壳保压运行。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
6、孔高程 ELl27.3m，水膨胀有效高度 0.91.0m。补水管与衡压水箱之间设置逆止阀，随时对水箱补水。3.23.2 蜗壳充水保温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
7、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。3.33.3 环境温度控制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
8、循环的工作强度。施工中采用在蜗壳外表面覆盖 12 层 1.82.3cm 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 12 天，蜗壳内水温变化不超过 1。3.43.4 二期混凝土浇筑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
9、好地解决了易脱空部位混凝土的质量问题。3.53.5 混凝土温控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 33.5m，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 25 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 810制冷水，通水量 1820L/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。3.63.6 施工监测施工监测保温保压浇筑二期混凝土
10、，最重要的环节是全过程跟踪监测。布蜗壳内外选择了 45 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 23mm，达到了设汁预期的效果。4 4 主要施工方案选择主要施工方案选择4.14.1 保温保压设备系统保温保压设备系统首批进行保温保压的 1#5
11、机在 2000 年 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 2001 年高温季节浇筑，专门设置了冷水循环系统。4.24.2 混凝土浇筑设备混凝土浇筑设备 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 1558m3/h，压力 4.62MPa，实测生产能力 2030m3/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
12、 台SDMQl260 门机和 2 台 MQ2000 门机。6#机浇筑时，在安EL75.3m 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
13、授料。施工中在安布置丁一台“ROTEC“胎带机，利用安 IEL82m 和安EI.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。4.34.3 混凝土技术指标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。表表 l 混凝土主要设计指标混凝土主
14、要设计指标设计标号级配抗冻标号抗渗标号级限拉伸植（104）28d限制最大水胶比水泥品种粉煤灰掺量R28250二、三D250S80.850.45中热 52520%表表 2 泵送混凝土主要技术参数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 （%）JMII 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） R28250二0.4543250.70.80.451719404868 4.44.4 混凝土施工程序和方法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
15、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 1.52.0m 调整为 3.03.5m，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。
16、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 1.52 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 3040cm，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，50 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
