摘 要: 当前世界多数国家出现人口增长过快,可利用水资源不足,城镇供水紧张,能源短缺,生态环境恶化等重大问题,都与水有密切联系。水灾防治、水资源的充分开发利用成为当代社会经济发展的重大课题。为防止水患,研究水利工程建设阶段的施工尤为重要,它是质量体系的保证,是水利工程基本建设中必不可少的重要组成部分。
关键词:水电站厂房;工程施工;施工管理
0 引言
水电厂房施工的设计是根据工程的结构、数量、质量及环境保护等要求,从技术、工艺、材料、装备、组织和管理等方面采取的相应施工方法和技术措施的。施工设计的方案对水电工程影响重大,在很大程度上直接决定着工程的使用效果和效率。因此,在水电工程的建设中,有必要对水电厂房的施工方案进行分析研究,以设计出最优的施工措施。
1 厂房泥凝土施工原则和形式
水电站厂房的整体结构属于混凝土浇筑的分层分块。水电站厂房上部结构是属于板、梁、柱或框架组成的结构,其施工方法与一般的工业厂房基本相同。水电站厂房的下部结构是介于大体积混凝土和杆件系统之间的结构,其尺寸大、孔洞多、受力条件复杂;必须分层分块进行浇筑。合理的分层分块是减小混凝土温度应力、保证工程质量和结构整体性的重要措施。
1.1分层分块的施工原则
水电站厂房混凝土浇筑的分层分块原则包括:
(1)根据厂房下部结构的特点、形状及应力情况进行分层分块,避免在应力集中、结构薄弱部位分缝。
(2)分层厚度应根据结构特点和温度控制要求确定。基础约束区一般为l～2m,约束区以上可适当加厚。墩、墙侧面可以散热,分层可适当厚些。
(3)分块面积的大小根据混凝土的浇筑能力和温度控制要求确定。块体面积的长宽比不宜过大,一般以小于5∶1为宜。
(4)分层分块应考虑土建施工和设备安装的方便。例如,尾水管弯管底部应单独分层,以便于模板和钢筋绑扎;又如在钢蜗壳底部以下1m左右要分层,以便于钢蜗壳的安装。
(5)对于可能预见到产生裂缝的薄弱部位,应布置防裂钢筋。
1.2分层分块施工形式
厂房下部结构分层分块可采用通仓、错缝、预留宽槽、封闭块和灌浆缝等形式,其施工方法简述如下。
(1)水电站厂房的分层通仓浇筑即整个厂房段不设纵缝,逐层浇筑,此法既可加快施工进度,又有利于结构的整体性。适用于厂房尺寸不大、混凝土浇筑可安排在低温季节或具有一定的温度控制能力的厂房施工。
(2)措缝分块浇筑法又称砌砖法,就是指上下两层的浇筑块相互搭接,相邻浇筑块均匀上升的施工方法,错缝分块长度一般为8～30m,分层厚度为2～4m,下层浇筑块的搭接长度为浇筑块厚度的l/3～1/2。当采用台阶缝隙施工时,相邻块高差一般不得超过4～5m。在结构较薄弱部位的垂直或水平施工缝内,必要时设置键槽,埋设止浆片及灌浆系统进行灌浆,这种方法对混凝土浇筑能力小的大型厂房适用。
(3)预留宽槽:建设大型水电站厂房,为加快施工进度,减少施工干扰,可在某些部位设置宽槽,宽槽宽度一般为1m左右。如葛洲坝二江厂房进h底板以下,在进口段与主机段之间,顺坝轴方向预留了宽槽。
(4)设置封闭块:设置封闭块时要注意,当厂房框架结构顶板的墩体刚度大或者跨度大时,施工期间会出现较大的温度应力,在采取一般温度控制措施仍不能解决时,首先要增设封闭块,待水化热散发和泥凝土体积变形基本结束后,选择适当时间用微膨胀混凝土回填。
2 厂房混凝土施工方案
厂房混凝土施工主要是确定混凝土的水平运输与垂直运输方案,施工布置应根据厂房型式以及厂区地形、气象、水文、施工机械设备等条件,结合施工总体布置统筹安排,选择最优方案。
2.1一期混凝土施工布置
2.1.1机械化施工方案混凝土水平运输采用“机车立罐”或“汽车卧罐”,垂直运输一般采用门座式、塔式或履带式起重机。施工初期,起重机械布置在厂房上、下游侧,沿厂房轴线方向移动,后期需要将门座式、塔式起重机迁至尾水平台或厂坝间等部位。该种布置适用于河床式、坝内式或坝后式电站。
对于引水式电站厂房,一般厂房靠山布置,厂房上游侧施工场地狭窄,常将起重机布置在厂房下游侧。
在设有缆索起重机的水利枢纽工程中,由于受缆索起重机机械特性和厂房结构特点所限制,缆索起重机可用于厂房下部结构混凝土施工,上部结构混凝土施工仍需采用门座式或者塔式起重机。
在采用上述施工方案时,门座式、塔式起重机的基础部分浇筑,或在起重机控制范围以外的部位浇筑,还需要布置辅助机械和设备,完成厂房混凝土的浇筑任务。如水平运输可采用“汽车卧罐”,垂直运输采用履带式起重机等方法。
2.1.2以机械为主、人工为辅的施工方案在起重设备数量不足的大中型工程中,混凝土工程量大的部位或施工困难部位可采用机械化施工,其他部位可采用活动栈桥等人工施工方案。
小型厂房工程的厂房下部结构混凝土施工常采用满堂脚手架方案,即在厂房基坑中布满脚手架,上面平铺马道板,用胶轮手推车运输混凝土,辅以溜筒人仓。但在施工过程中必须控制混凝土拌和物的离析现象。厂房上部结构的混凝土浇筑和屋顶结构的吊装,还需要配置履带式起重机或采用井架和龙门架等垂直运输设备。
2.2二期混凝土施工布置
各台机组的二期混凝土,如主机段蜗壳底板和侧墙等厂房下部结构的二期混凝土,应在厂房封顶前利用外部设备浇筑。厂房封顶后,则可利用桥吊运输混凝土,也可采用混凝土泵、胶带输送机或胶轮手推车运输混凝土人仓。但这样做既增加了设备,又影响了浇筑速度。因此,在考虑施工方案时应尽量利用外部设备。
2.2.1尾水管模板施工尾水管分为三段。上段称锥管段(也称圆锥段),一般都用钢内衬,不需要做模板;下段称扩散段,其截面为矩形,高度、宽度呈直线变化,上口与弯管段相联,中间常设置隔墩,其模板与一般平面模板制作安装相同;中段称弯管段,其形状由多种几何面组合而成,剖面呈肘弯形,其几何尺寸参数由机组制造厂家提供。由于弯管段模板主要承受混凝土的侧压力、浮托力、混凝土自重、振捣动荷载和模板结构自重,所以弯管段模板是厂房模板中最复杂的部位,必须特别重视。
2.2.2模板安装当厂房基础混凝土按分层要求饶至底板高程后,在混凝土面上放出机组中心线、层水管中心线、高程点、控制点和外围检查点的坐标,将拼装合格的尾水管模板吊入基坑,按控制点对位,使模板上的中心线坐标与混凝土面上的中心线坐标一致,并控制安装高程,校核定位后做临时固定,最后用混凝土支撑(或钢支撑)和拉杆固定于预埋件上。然后做全面检查,复核模板中心线、高程及曲面形状等。当其误差在规范允许偏差内时,才能浇筑混凝土。
2.2.3二期混凝土施工的具体设计方案
(1)圆锥面里衬的二期混凝土施工:尾水管圆锥段,一般都用钢板作里衬,该部位可利用锥管里衬作为模板。为了防止里衬变形,应根据混凝土侧压力的大小,校核里衬钢板刚度是否满足要求。必要时可在里衬内侧布置衍架加强,或在仓内增设拉杆,支撑加固。
(2)钢蜗壳下半部二期混凝土施工:该部位施工难度最大的是钢蜗壳与座环相连的阴角处,该部位空间狭窄、进料困难、不易振捣。为保证质量,可采取以下专门措施:首先,在座环和钢蜗壳上开孔进料的施工措施。可向厂商提出要求,在座环上和钢蜗壳上预留若干进料孔,蜗壳下部二期混凝土浇筑工艺布置及预留孔口位置。其次,预填集料或砌筑混凝土预制块灌浆的施工措施。即在阴角部位预先用集料填塞或砌筑预制混凝土砌块,预填集料或预制砌块可用钢筋托位,并埋设灌浆管路。当蜗壳二期混凝土全部浇筑完15d后,再灌注水泥砂浆,灌满为止。(3)钢蜗壳上半部二期混凝土施工:该部位是钢蜗壳上半部弹性垫层及水轮机井钢衬与钢蜗壳之间凹槽部位的混凝土浇筑。为了保证钢蜗壳不承受上部混凝土结构传来的荷载,在蜗壳上半圆表面设置弹性垫层,使钢蜗壳与上部混凝土分开。在浇筑钢蜗壳前必须将弹性垫层做好,使其与蜗壳弧度吻合。在浇筑混凝土时,应防止水泥砂浆侵入垫层,以免垫层失去弹性。
3 厂房上部结构施工的实践操作
水电站厂房上部结构类似于一般工业厂房,主要是由立柱、吊车梁、连系梁、圈梁、预制屋架、屋面和柱间隔墙组成。下面简单介绍立拄、吊车梁及屋架的施工。
3.1立柱施工
厂房立柱布置在厂房下部结构和混凝土上,并与基础固结。一般在立柱基础混凝土浇筑完成后,应立即浇筑立柱混凝土,以便尽早利用桥吊,完成机组埋件安装和二期混凝土施工。厂房的立柱一般是现场浇筑,其施工顺序是先安装钢筋,后文模板。立柱钢筋应在浇筑厂房下部混凝土时预埋。立柱模板安装后,必须检查其垂直度和模板尺寸,并使模板支撑系统保持一定的刚度、强度和稳定性。混凝土挠筑时应采用溜筒人仓,分层振捣。立柱施工缝的留设应符合《混凝土结构工程施工及验收规范》的要求。
3.2吊车梁施工
吊车梁一般采用预制。由于吊车梁钢筋较密,所以浇筑的混凝土应采用一级配,最好采用附着式振捣器振捣密实。
吊车梁的安装,大中型厂房可利用一期混凝土浇筑的起重设备;小型厂房可采用履带式起重机,也可采用桅杆式起重机吊装。吊车梁安装经过校核后,才能与牛腿预埋件焊接固定。
3.3屋架施工
大型或中型水电站厂房屋架常采用预应力屋架,在厂房附近预制。小型厂房屋架,采用预制薄腹工字梁。由于跨度较大、断面较小、钢筋净距较小,并且在预制时要振捣密实,有条件的应采用附着式振捣器。屋架的安装,大中型水电站厂房可利用浇筑一期混凝土的起重设备;小型厂房可用桅杆式起重机吊装,也可用桥吊配桅杆式起重机吊装。
4 结语
总之,随着我国水电事业的不断发展,水电厂房的建设项目也越来越多,鉴于厂房施工建设的重要性,无论是管理部门还是施工、设计部门都应该重视对厂房施工的方案设计,根据工程的实际需要设计出科学合理的方案。