摘 要: 當(dāng)前世界多數(shù)國家出現(xiàn)人口增長過快,可利用水資源不足,城鎮(zhèn)供水緊張,能源短缺,生態(tài)環(huán)境惡化等重大問題,都與水有密切聯(lián)系。水災(zāi)防治、水資源的充分開發(fā)利用成為當(dāng)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大課題。為防止水患,研究水利工程建設(shè)階段的施工尤為重要,它是質(zhì)量體系的保證,是水利工程基本建設(shè)中必不可少的重要組成部分。
關(guān)鍵詞:水電站廠房;工程施工;施工管理
0 引言
水電廠房施工的設(shè)計(jì)是根據(jù)工程的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、質(zhì)量及環(huán)境保護(hù)等要求,從技術(shù)、工藝、材料、裝備、組織和管理等方面采取的相應(yīng)施工方法和技術(shù)措施的。施工設(shè)計(jì)的方案對水電工程影響重大,在很大程度上直接決定著工程的使用效果和效率。因此,在水電工程的建設(shè)中,有必要對水電廠房的施工方案進(jìn)行分析研究,以設(shè)計(jì)出最優(yōu)的施工措施。
1 廠房泥凝土施工原則和形式
水電站廠房的整體結(jié)構(gòu)屬于混凝土澆筑的分層分塊。水電站廠房上部結(jié)構(gòu)是屬于板、梁、柱或框架組成的結(jié)構(gòu),其施工方法與一般的工業(yè)廠房基本相同。水電站廠房的下部結(jié)構(gòu)是介于大體積混凝土和桿件系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu),其尺寸大、孔洞多、受力條件復(fù)雜;必須分層分塊進(jìn)行澆筑。合理的分層分塊是減小混凝土溫度應(yīng)力、保證工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)整體性的重要措施。
1.1分層分塊的施工原則
水電站廠房混凝土澆筑的分層分塊原則包括:
(1)根據(jù)廠房下部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、形狀及應(yīng)力情況進(jìn)行分層分塊,避免在應(yīng)力集中、結(jié)構(gòu)薄弱部位分縫。
(2)分層厚度應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和溫度控制要求確定。基礎(chǔ)約束區(qū)一般為l～2m,約束區(qū)以上可適當(dāng)加厚。墩、墻側(cè)面可以散熱,分層可適當(dāng)厚些。
(3)分塊面積的大小根據(jù)混凝土的澆筑能力和溫度控制要求確定。塊體面積的長寬比不宜過大,一般以小于5∶1為宜。
(4)分層分塊應(yīng)考慮土建施工和設(shè)備安裝的方便。例如,尾水管彎管底部應(yīng)單獨(dú)分層,以便于模板和鋼筋綁扎;又如在鋼蝸殼底部以下1m左右要分層,以便于鋼蝸殼的安裝。
(5)對于可能預(yù)見到產(chǎn)生裂縫的薄弱部位,應(yīng)布置防裂鋼筋。
1.2分層分塊施工形式
廠房下部結(jié)構(gòu)分層分塊可采用通倉、錯縫、預(yù)留寬槽、封閉塊和灌漿縫等形式,其施工方法簡述如下。
(1)水電站廠房的分層通倉澆筑即整個(gè)廠房段不設(shè)縱縫,逐層澆筑,此法既可加快施工進(jìn)度,又有利于結(jié)構(gòu)的整體性。適用于廠房尺寸不大、混凝土澆筑可安排在低溫季節(jié)或具有一定的溫度控制能力的廠房施工。
(2)措縫分塊澆筑法又稱砌磚法,就是指上下兩層的澆筑塊相互搭接,相鄰澆筑塊均勻上升的施工方法,錯縫分塊長度一般為8～30m,分層厚度為2～4m,下層澆筑塊的搭接長度為澆筑塊厚度的l/3～1/2。當(dāng)采用臺階縫隙施工時(shí),相鄰塊高差一般不得超過4～5m。在結(jié)構(gòu)較薄弱部位的垂直或水平施工縫內(nèi),必要時(shí)設(shè)置鍵槽,埋設(shè)止?jié){片及灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿,這種方法對混凝土澆筑能力小的大型廠房適用。
(3)預(yù)留寬槽:建設(shè)大型水電站廠房,為加快施工進(jìn)度,減少施工干擾,可在某些部位設(shè)置寬槽,寬槽寬度一般為1m左右。如葛洲壩二江廠房進(jìn)h底板以下,在進(jìn)口段與主機(jī)段之間,順壩軸方向預(yù)留了寬槽。
(4)設(shè)置封閉塊:設(shè)置封閉塊時(shí)要注意,當(dāng)廠房框架結(jié)構(gòu)頂板的墩體剛度大或者跨度大時(shí),施工期間會出現(xiàn)較大的溫度應(yīng)力,在采取一般溫度控制措施仍不能解決時(shí),首先要增設(shè)封閉塊,待水化熱散發(fā)和泥凝土體積變形基本結(jié)束后,選擇適當(dāng)時(shí)間用微膨脹混凝土回填。
2 廠房混凝土施工方案
廠房混凝土施工主要是確定混凝土的水平運(yùn)輸與垂直運(yùn)輸方案,施工布置應(yīng)根據(jù)廠房型式以及廠區(qū)地形、氣象、水文、施工機(jī)械設(shè)備等條件,結(jié)合施工總體布置統(tǒng)籌安排,選擇最優(yōu)方案。
2.1一期混凝土施工布置
2.1.1機(jī)械化施工方案混凝土水平運(yùn)輸采用“機(jī)車立罐”或“汽車臥罐”,垂直運(yùn)輸一般采用門座式、塔式或履帶式起重機(jī)。施工初期,起重機(jī)械布置在廠房上、下游側(cè),沿廠房軸線方向移動,后期需要將門座式、塔式起重機(jī)遷至尾水平臺或廠壩間等部位。該種布置適用于河床式、壩內(nèi)式或壩后式電站。
對于引水式電站廠房,一般廠房靠山布置,廠房上游側(cè)施工場地狹窄,常將起重機(jī)布置在廠房下游側(cè)。
在設(shè)有纜索起重機(jī)的水利樞紐工程中,由于受纜索起重機(jī)機(jī)械特性和廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所限制,纜索起重機(jī)可用于廠房下部結(jié)構(gòu)混凝土施工,上部結(jié)構(gòu)混凝土施工仍需采用門座式或者塔式起重機(jī)。
在采用上述施工方案時(shí),門座式、塔式起重機(jī)的基礎(chǔ)部分澆筑,或在起重機(jī)控制范圍以外的部位澆筑,還需要布置輔助機(jī)械和設(shè)備,完成廠房混凝土的澆筑任務(wù)。如水平運(yùn)輸可采用“汽車臥罐”,垂直運(yùn)輸采用履帶式起重機(jī)等方法。
2.1.2以機(jī)械為主、人工為輔的施工方案在起重設(shè)備數(shù)量不足的大中型工程中,混凝土工程量大的部位或施工困難部位可采用機(jī)械化施工,其他部位可采用活動棧橋等人工施工方案。
小型廠房工程的廠房下部結(jié)構(gòu)混凝土施工常采用滿堂腳手架方案,即在廠房基坑中布滿腳手架,上面平鋪馬道板,用膠輪手推車運(yùn)輸混凝土,輔以溜筒人倉。但在施工過程中必須控制混凝土拌和物的離析現(xiàn)象。廠房上部結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑和屋頂結(jié)構(gòu)的吊裝,還需要配置履帶式起重機(jī)或采用井架和龍門架等垂直運(yùn)輸設(shè)備。
2.2二期混凝土施工布置
各臺機(jī)組的二期混凝土,如主機(jī)段蝸殼底板和側(cè)墻等廠房下部結(jié)構(gòu)的二期混凝土,應(yīng)在廠房封頂前利用外部設(shè)備澆筑。廠房封頂后,則可利用橋吊運(yùn)輸混凝土,也可采用混凝土泵、膠帶輸送機(jī)或膠輪手推車運(yùn)輸混凝土人倉。但這樣做既增加了設(shè)備,又影響了澆筑速度。因此,在考慮施工方案時(shí)應(yīng)盡量利用外部設(shè)備。
2.2.1尾水管模板施工尾水管分為三段。上段稱錐管段(也稱圓錐段),一般都用鋼內(nèi)襯,不需要做模板;下段稱擴(kuò)散段,其截面為矩形,高度、寬度呈直線變化,上口與彎管段相聯(lián),中間常設(shè)置隔墩,其模板與一般平面模板制作安裝相同;中段稱彎管段,其形狀由多種幾何面組合而成,剖面呈肘彎形,其幾何尺寸參數(shù)由機(jī)組制造廠家提供。由于彎管段模板主要承受混凝土的側(cè)壓力、浮托力、混凝土自重、振搗動荷載和模板結(jié)構(gòu)自重,所以彎管段模板是廠房模板中最復(fù)雜的部位,必須特別重視。
2.2.2模板安裝當(dāng)廠房基礎(chǔ)混凝土按分層要求饒至底板高程后,在混凝土面上放出機(jī)組中心線、層水管中心線、高程點(diǎn)、控制點(diǎn)和外圍檢查點(diǎn)的坐標(biāo),將拼裝合格的尾水管模板吊入基坑,按控制點(diǎn)對位,使模板上的中心線坐標(biāo)與混凝土面上的中心線坐標(biāo)一致,并控制安裝高程,校核定位后做臨時(shí)固定,最后用混凝土支撐(或鋼支撐)和拉桿固定于預(yù)埋件上。然后做全面檢查,復(fù)核模板中心線、高程及曲面形狀等。當(dāng)其誤差在規(guī)范允許偏差內(nèi)時(shí),才能澆筑混凝土。
2.2.3二期混凝土施工的具體設(shè)計(jì)方案
(1)圓錐面里襯的二期混凝土施工:尾水管圓錐段,一般都用鋼板作里襯,該部位可利用錐管里襯作為模板。為了防止里襯變形,應(yīng)根據(jù)混凝土側(cè)壓力的大小,校核里襯鋼板剛度是否滿足要求。必要時(shí)可在里襯內(nèi)側(cè)布置衍架加強(qiáng),或在倉內(nèi)增設(shè)拉桿,支撐加固。
(2)鋼蝸殼下半部二期混凝土施工:該部位施工難度最大的是鋼蝸殼與座環(huán)相連的陰角處,該部位空間狹窄、進(jìn)料困難、不易振搗。為保證質(zhì)量,可采取以下專門措施:首先,在座環(huán)和鋼蝸殼上開孔進(jìn)料的施工措施�？上驈S商提出要求,在座環(huán)上和鋼蝸殼上預(yù)留若干進(jìn)料孔,蝸殼下部二期混凝土澆筑工藝布置及預(yù)留孔口位置。其次,預(yù)填集料或砌筑混凝土預(yù)制塊灌漿的施工措施。即在陰角部位預(yù)先用集料填塞或砌筑預(yù)制混凝土砌塊,預(yù)填集料或預(yù)制砌塊可用鋼筋托位,并埋設(shè)灌漿管路。當(dāng)蝸殼二期混凝土全部澆筑完15d后,再灌注水泥砂漿,灌滿為止。(3)鋼蝸殼上半部二期混凝土施工:該部位是鋼蝸殼上半部彈性墊層及水輪機(jī)井鋼襯與鋼蝸殼之間凹槽部位的混凝土澆筑。為了保證鋼蝸殼不承受上部混凝土結(jié)構(gòu)傳來的荷載,在蝸殼上半圓表面設(shè)置彈性墊層,使鋼蝸殼與上部混凝土分開。在澆筑鋼蝸殼前必須將彈性墊層做好,使其與蝸殼弧度吻合。在澆筑混凝土?xí)r,應(yīng)防止水泥砂漿侵入墊層,以免墊層失去彈性。
3 廠房上部結(jié)構(gòu)施工的實(shí)踐操作
水電站廠房上部結(jié)構(gòu)類似于一般工業(yè)廠房,主要是由立柱、吊車梁、連系梁、圈梁、預(yù)制屋架、屋面和柱間隔墻組成。下面簡單介紹立拄、吊車梁及屋架的施工。
3.1立柱施工
廠房立柱布置在廠房下部結(jié)構(gòu)和混凝土上,并與基礎(chǔ)固結(jié)。一般在立柱基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后,應(yīng)立即澆筑立柱混凝土,以便盡早利用橋吊,完成機(jī)組埋件安裝和二期混凝土施工。廠房的立柱一般是現(xiàn)場澆筑,其施工順序是先安裝鋼筋,后文模板。立柱鋼筋應(yīng)在澆筑廠房下部混凝土?xí)r預(yù)埋。立柱模板安裝后,必須檢查其垂直度和模板尺寸,并使模板支撐系統(tǒng)保持一定的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性�；炷翐现䲡r(shí)應(yīng)采用溜筒人倉,分層振搗。立柱施工縫的留設(shè)應(yīng)符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求。
3.2吊車梁施工
吊車梁一般采用預(yù)制。由于吊車梁鋼筋較密,所以澆筑的混凝土應(yīng)采用一級配,最好采用附著式振搗器振搗密實(shí)。
吊車梁的安裝,大中型廠房可利用一期混凝土澆筑的起重設(shè)備;小型廠房可采用履帶式起重機(jī),也可采用桅桿式起重機(jī)吊裝。吊車梁安裝經(jīng)過校核后,才能與牛腿預(yù)埋件焊接固定。
3.3屋架施工
大型或中型水電站廠房屋架常采用預(yù)應(yīng)力屋架,在廠房附近預(yù)制。小型廠房屋架,采用預(yù)制薄腹工字梁。由于跨度較大、斷面較小、鋼筋凈距較小,并且在預(yù)制時(shí)要振搗密實(shí),有條件的應(yīng)采用附著式振搗器。屋架的安裝,大中型水電站廠房可利用澆筑一期混凝土的起重設(shè)備;小型廠房可用桅桿式起重機(jī)吊裝,也可用橋吊配桅桿式起重機(jī)吊裝。
4 結(jié)語
總之,隨著我國水電事業(yè)的不斷發(fā)展,水電廠房的建設(shè)項(xiàng)目也越來越多,鑒于廠房施工建設(shè)的重要性,無論是管理部門還是施工、設(shè)計(jì)部門都應(yīng)該重視對廠房施工的方案設(shè)計(jì),根據(jù)工程的實(shí)際需要設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的方案。
