上篇 ^工法汇编

国家级工法

导流洞封堵混凝土施工工法

韦顺敏 李虎章 帖军锋 范双柱 李 广

1 前言

导流洞封堵混凝土工程是水电站蓄水发电的重要项目之一，成功与否，将直接影响到电站能否按期蓄水发电，工程质量的好坏也将直接关系到电站是否能正常蓄水和运行。作为导流洞封堵混凝土工程，施工质量要求高，工期紧，任务重，因此，如何保证混凝土施工质量及进度是导流洞封堵成功的主要因素。根据武警水电一总队在贵州洪家渡水电站、天生桥一级水电站、盘石头水电站导流洞封堵混凝土施工工艺，总结出导流洞封堵混凝土施工工法。

2 特点

（1）薄分层，辅以埋管通水冷却，解决导流洞封堵大体积混凝土内部均匀散热的问题，加快施工进度，保证工程质量，取得良好效果。

（2）本工法优化混凝土配合比，采用中低热水泥，掺加粉煤灰、外加剂，减少水泥用量，降低水化热，从而大大降低了由于水化热影响混凝土质量，保证工程质量，也节约施工成本。

（3）本工法采用外掺MgO补偿收缩型混凝土，有效解决了由于混凝土收缩形成周边缝的脱空现象和保证与原导流洞衬砌混凝土面牢固结合，保证工程质量。

（4）施工便捷，进度快，缩短工期，工效得以提高。

3 适用范围

适用于各种导流洞封堵混凝土工程及类似于封堵混凝土施工项目。

4 工艺原理

针对导流洞封堵混凝土工程施工特点，工程量大，工期紧，任务重，且施工质量要求高等，因此，如何控制混凝土施工的工序连接、分层、温度、收缩、止水等是关键问题。根据施工进度及设计要求，下闸后及时进行洞内排水，合理的分段、分块进行仓号准备，原衬砌混凝土面凿毛处理、锚杆施工、钢筋安装、蛇形冷却管、GBW止水条安装、模板组立等工序施工；采用低水化热、外掺MgO补偿收缩型混凝土进行浇筑，合理的入仓方式，有效地解决了封堵混凝土施工中温度、收缩控制的难题；拆模后及时进行洒水养护和通水冷却，有效控制混凝土的温度；最后进行回填灌浆施工。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

导流洞封堵混凝土施工工艺流程见图1。

图1 导流洞封堵混凝土施工工艺流程图

5.2 操作要点

5.2.1 施工组织设计

根据设计图纸文件要求，编制导流洞封堵施工组织设计，按施工组织要求，做好施工前的各项工作准备，主要是混凝土配比设计、设备、材料、人员等准备到位。

5.2.2 洞内排水

导流洞进口闸门下闸，导流洞出口采用填筑围堰挡水（P=10%），围堰高程根据当年长期水情预报确定，对堵头段上游的渗水采取堵排方法：在堵头段上游2.0m的地方修筑黏土心墙黏土麻袋围堰，前期通过抽排方式，在小围堰内布置2台水泵时行抽排。后期当混凝土浇筑到廊道时，撤掉水泵，上游的渗水通过在堵头段预埋钢管引至廊道内排至堵头下游侧，钢管的大小根据上游来水量决定。排水钢管结构为：将钢管进水口打磨光滑，端头上安一带螺杆的活塞。在排水期，活塞由螺杆控制，活塞不封闭排水口见图2。

图2 导流洞封堵堵头段排水管结构图（单位：cm）

5.2.3 原导流洞衬砌混凝土面处理

在堵头段集水排干后，对原导流洞衬砌混凝土面凿毛处理。先底板后边顶拱，底板直接进行人工凿毛，边顶拱采用搭设钢管脚手架，人工进行凿毛，凿毛深度1.5cm。

5.2.4 测量放线

根据设计图纸及施工组织设计，对分段、分层、止水、锚杆、钢筋、模板、灌浆廊道进行准确放线，确定位置，并采用红油漆标示于原衬砌混凝土面上，确保施工质量。

5.2.5 混凝土浇筑分段分层

（1）分段：分成三段进行浇筑，上游段为堵头段灌浆廊道以上部分，长10m，下游段为堵头段平直部分，中间段根据长度定为一段（见图3）。

图3 混凝土分段浇筑图

（2）分层：浇筑分层按设计要求，基础约束层浇筑厚度为1.5m，灌浆廊道两侧浇筑层厚度为3m，其余部位不超过2m。混凝土分层浇筑见图4。

5.2.6 锚杆施工

堵头段锚杆布置型式为梅花形全断面布设；先搭设满堂脚手架，测量放点，采用手风钻钻孔，边墙锚杆采用注浆机注浆，砂浆配合比为水泥：砂：水=1：1.2：0.44。顶拱锚杆采用快硬性水泥卷锚杆（药卷直径一般小于孔径4～6mm），人工安装锚杆。

5.2.7 钢筋安装

堵头段上游段（长10m）布置双层钢筋，根据设计图纸，在钢筋加工厂进行钢筋加工，运至工作面进行安装，安装中必须保证其规格、数量、间距、接头质量、保护层厚度等设计和规范要求。

图4 混凝土分层浇筑图

5.2.8 冷却水管安装

浇筑混凝土之前，在每层混凝土中间预埋φ25mm

蛇形冷却管（镀锌钢管），灌浆廊道部位冷却管按间距1.0m布置（见图5），除灌浆廊道部位外其他部位冷却水管按间距1.4m布置（见图6），铺设层数与混凝土分层相同，冷却水管的进口、出口端直接与灌浆廊道外供水管连接。

5.2.9 施工缝处理及止水安装

1.分段施工缝。根据设计图纸，分段间留施工缝，缝面采用人工凿毛，凿毛深度1.5cm，在距分块边缘50cm处布置GBW 止水条，止水条规格为30mm×20mm，环行布置，止水条搭接长度为5cm，同时在第一段与第二段间分缝垂直面上布置插筋，梅花形布置200cm，各伸入缝两侧混凝土中100cm。

图5 灌浆廊道部位冷却水管布置图

图6 除灌浆廊道部位外冷却水管布置图

2.层间施工缝。用人工进行凿毛，高压水进行冲洗，凿毛深度1.5cm。

3.堵头段上下游距分缝位置75cm处分别设置一道GBW止水条，止水条规格为30mm×20mm，环行布置，技术指标应满足设计要求。施工时先用人工将原混凝土面清洗干净，待贴面干燥后再用人工贴上，止水条搭接长度为5cm。

5.2.10 模板制作及安装

模板种类有两种：半悬臂模板、廊道顶拱模板，采用P3015钢模板和P1015钢模板组合而成（见图7、图8）。

图7 半悬臂模板（单位：cm）

1—拉筋；2—钢支撑；3—预埋插筋；4—模板；5—φ48mm

双钢管纵围楞；6—φ48mm双钢管横围楞

图8 廊道顶拱模板

1—面板；2—φ48mm钢管拱圈；3—钢筋桁架

（1）半悬臂模板。半悬臂模板用于每段混凝土浇筑上下端施工缝及灌浆廊边墙部位。其纵横向围楞均用φ48mm钢管焊接而成，两钢管间净距为16mm，以便于拉筋加固（见图7）。

（2）灌浆廊道顶拱模板。廊道顶拱半径150cm，顶拱模板骨架用φ48钢管按设计要求冷弯成半圆，弦杆用φ28钢筋制成，安装时每榀间距75cm布置，先加固好拱架，然后再在其上拼装P1015钢模板（见图8）。

5.2.11 混凝土浇筑施工

5.2.11.1 混凝土配合比设计

混凝土采用低水化热、补偿收缩混凝土，设计技术指标为：C25、W12、F100。优化配合比，采用中低热水泥，掺加粉煤灰、外加剂，减少水泥用量，降低水化热，同时，外掺MgO达到微膨胀效果。为确保混凝土的耐久性，保证混凝土浇筑的和易性，含气量要求控制在4%～6%范围内，混凝土仓面最大坍落度控制在12～16cm范围内。

5.2.11.2 混凝土拌和及运输

混凝土拌和采用拌和楼拌制，拌和楼称料、拌和均由电脑自动控制。拌和系统的主要设备有：HL90—2Q1500型拌和楼一座，自动配料间一座，压风送灰系统一套，水泥、粉煤灰贮罐共2个。

水平运输采用6m³混凝土搅拌运输车，从拌和楼到浇筑地点；垂直运输采用混凝土泵运输，运输能力根据现场而定。

5.2.11.3 混凝土浇筑

1.入仓方式。由于导流洞上游已经封堵，混凝土料只能从下游工作面泵送入仓。现场布置两台混凝土泵车，分别负责块号左右两侧的进料，保证混凝土浇筑每层均匀上升。

2.铺料方法。采用两种：平铺法和台阶法。

（1）平铺法。在仓号位面积不大的部位，可采用平铺法铺料。卸料时，两侧应均匀上升，其两侧高差不超过铺料层厚50cm，一般铺料层厚采用25～50cm。

（2）台阶法。在仓号面积较大的部位，可采用台阶法铺料。台阶法混凝土浇筑程序从块体短边一端向另一端铺料，边前进、边加高，逐步向前推进并形成台阶，直至浇完整仓。台阶法浇筑程序示意图见图9。

图9 台阶法浇筑程序示意图（单位：cm）

（3）平仓。平仓均采用人工平仓配合设备进行，但在靠近止水、模板和钢筋较密的部位用人工平仓，使骨料分布均匀。

（4）振捣。根据施工规范规定，平仓后及时进行混凝土振捣，从上游向下游振捣，时间以混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆为准。

（5）混凝土铺料间隔时间。混凝土铺料间隔时间均应符合规范要求。《水工混凝土施工规范》（SL 677—2014）规定，用振捣器振捣30s，振捣棒周围10cm内仍能泛浆且不留孔洞、混凝土还能重塑时，仍可继续浇筑混凝土。否则，作为“冷缝”按施工缝处理后继续浇筑。

5.2.12 拆模及洒水养护

混凝土拆模后及时采用人工洒水养护，保证混凝土面湿润为标准。水平施工缝养护至下一层浇筑止，其余部位养护时间不少于21d。

5.2.13 通水冷却

混凝土内部采用养护散热。初期冷却水采用水库内的普通水，混凝土浇筑时管内水流速控制在0.6m/s左右，每天改变通水方向一次，使混凝土内能均匀降温，保证冷却水与混凝土内部温差不超过25℃，混凝土日降温幅度不超过1℃，初期冷却时间通过计算确定，一般为10～15d，后期冷却在混凝土内部温升稳定后进行，考虑先用天然水冷却，若达不到灌浆温度要求时，再考虑采用冰水冷却，拟配备1台制冷机，供冷却水能力为7m³/h。直到混凝土降温至设计要求的灌浆温度为止。混凝土内部温度测定，可采用冷却水管闷水测温的方法测定。

5.2.14 排水管封堵

在堵头混凝土接触灌浆完毕，拉紧螺杆，活塞将进水口封闭，然后从出水口向排水管内灌微膨胀砂浆以封闭密实，并将出水口用钢板焊接严密。

5.2.15 冷却水管封堵

冷却结束后通过灌水泥砂浆封堵冷却水管。

5.2.16 回填灌浆施工

5.2.16.1 施工工艺流程

施工准备工作—→灌浆管埋设—→灌浆管检查—→Ⅰ序孔灌浆—→待凝48h以上—→Ⅱ序孔灌浆—→待凝7d以后、灌浆质量检查

5.2.16.2 施工准备工作

在堵头段外附近用钢管脚手架就近搭设临时制浆平台，采用集中制浆、长距离输浆工艺对施工现场进行供浆。

5.2.16.3 灌浆管埋设

根据施工图纸把回填灌浆孔位布置好，孔位偏差控制在20cm以内，用红油漆标注孔位之后。进行预埋施工，为了避免管路堵塞，预埋管在两端绑扎塑料薄膜。用φ53mm钢管作为进浆管，排气管进浆管埋法一致，采用φ30mm管，事先用电钻在老混凝土上钻孔深入衬砌5cm，钢管出浆口加工成45°斜向插入孔内。埋设深度将根据混凝土浇筑分层分块穿插进行，采用接头进行对接。

一期布置：主要是堵头段及加衬段回填灌浆施工，用φ53mm钢管作为进浆管，排气管进浆管埋法一致，采用φ30mm管，事先用电钻在老混凝土上钻孔深入衬砌5cm，钢管出浆口加工成45°斜向插入孔内。埋设深度将根据混凝土浇筑分层分块穿插进行，采用结头进行对接。

二期布置：主要是灌浆廊道回填灌浆施工，用φ53mm钢管作为进浆管，间隔5m，用φ30mm管接出作为灌浆岔管，灌浆岔管位置事先用电钻在老混凝土上钻孔深入衬砌5cm，岔管出浆口加工成45°斜向插入孔内。灌浆主管可固定在浇筑前埋设的锚杆上。排气管与进浆管埋法一致，采用φ30mm管，位置比进浆管高。

5.2.16.4 灌浆施工

衬砌混凝土达70%设计强度后，开始进行灌浆。

1.孔位检查和钻孔

预埋管在灌浆前进行检查，发现堵塞，采用岩石电钻进行钻孔。孔径不小于38mm，孔深穿过混凝土进入衬砌5mm。

2.灌浆

（1）灌浆方法：采用纯压式灌浆法。

（2）灌浆材料：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥；灌浆用砂应为质地坚硬清洁的天然砂或人工砂，不得含泥团和有机物，粒径不大于2.5mm，细度模数不大于2.0。灌浆使用的水泥必须符合规定的质量标准。

（3）灌浆次序：施工按两个次序进行，先灌Ⅰ序孔，拱座2根进浆管，后灌Ⅱ序孔，顶拱进浆管，直至结束。

（4）浆液水灰比：根据施工实际情况Ⅰ序孔可灌注水灰尘比0.6（或0.5）的水泥浆，Ⅱ序孔可灌注1和0.6（或0.5）两个比级的水泥浆。空隙大的部位应灌注水泥砂浆或高流态混凝土，水泥砂浆的掺量不大于水泥重量的200%。

（5）灌浆压力：采用0.3～0.5MPa。

（6）封孔：灌浆结束后，应排除钻孔内积水和污物，采用浓浆将全孔封堵密实和抹平，露出衬砌混凝土表面的管应割除。

3.灌浆质量检查

（1）回填灌浆质量检查应在该部位灌浆结束3d后进行。灌浆结束后，承包人应浆灌浆记录和有关资料提交监理人，以便确定检查孔孔位，检查孔应布置在顶拱中心线脱空较大、串浆孔集中及灌浆情况异常的部位，孔深穿透衬砌深入老混凝土5mm。每10～15m布置1个检查孔，异常部位可适当增加。

（2）采用钻孔注浆法进行回填灌浆质量检查，应向孔内注入水灰比为2：1的浆液，在规定压力下，初始10min内注入量不超过10L，即为合格。

（3）检查孔钻孔注浆结束后，应采用水泥砂浆将钻孔封填密实，并将孔口压抹平整。

5.3 劳动力组织

主要劳动力组织情况见表1。

6 材料设备

主要施工材料、机械设备配置见表2。

7 质量控制

（1）选用低热水泥，并掺一定比例的粉煤灰。对选用的水泥和粉煤灰应做试验，只有水泥达到合格，粉煤灰达到国家一级标准才能使用。

（2）基础面浇筑第一层混凝土前，先铺一层2～3cm厚的水泥砂浆，保证混凝土与基岩面结合良好。

（3）在浇筑过程中，要求台阶层次分明，铺料厚度50cm，台阶宽度一般大于1.0m，坡度一般不大于1：2。

（4）振捣器移动距离均不超过其有效半径的1.5倍，并插入下层混凝土5～10cm，顺序依次、方向一致，避免漏振。

（5）混凝土采用预埋冷却水管用水冷却至稳定温度。

（6）施工前检查混凝土浇筑设备的运行情况，保证施工能够连续进行。

（7）锚杆孔直径应大于锚杆直径约15mm，孔壁与锚杆之间应灌满水泥砂浆。

（8）为保证混凝土浇筑时不混仓和减少最后一仓混凝土的脱空范围，在浇筑时用模板作临时隔板，待泵送二级配混凝土临近初凝状态时，将隔板取掉后继续进行后续混凝土的浇筑。

（9）模板施工的技术要求：①工程所用的模板均满足建筑物的设计图纸及施工技术要求；②所用的模板均能保证混凝土浇筑后结构物的形状、尺寸与相对位置符合设计规定和要求；③模板和支架具有足够的稳定性、刚度和强度，做到标准化、系列化、装拆方便；④模板表面光洁平整、接缝严密、不漏浆，混凝土表面的质量达到设计和规范要求；⑤模板安装，均按设计图纸测量放样，设置控制点，并标注高程，以利于检查、校正；⑥模板的面板处理均涂刷脱模剂，且对钢筋及混凝土无污染；⑦模板的偏差，应满足规范规定；⑧不承重的侧面模板拆除，在砼强度达到25kgf/cm²以上时才拆除。钢筋混凝土结构的承重模板拆除均使混凝土强度达到表3的要求（按混凝土设计标号的百分度计）。

（10）灌浆结束标准：①若排气管有回浆：在规定的压力下，排气管出浆后，延续灌注10min即可结束；②若排气管无回浆：在规定的压力下，灌浆孔停止吸浆，延续灌注10min即可结束。

8 安全措施

（1）保证安全生产，文明施工，施工中严格贯彻国家、省和上级主管部门颁发的有关安全的法令、法规和劳动保护条例。坚决贯彻安全文明生产，本工程安全目标为：死亡率为零，轻重伤率控制在0.8%以内，重大设备事故率为零。为杜绝安全事故发生，特采取如下措施。

（2）建立安全保证体系。强化安全监督和管理，建立健全安全管理机构，成立以项目负责人为第一安全负责人，项目总工程师为主要负责人的安全管理机构。项目部设专职安全员，委派责任心强富有经验的安全管理人员负责施工安全管理，对施工现场进行安全监督和检查，把好安全关，消除事故隐患。

（3）抓好“三级安全教育”，对全体施工人员进行安全教育，考试合格后持证上岗，牢固树立“安全第一”的思想，特殊工种作业人员需经培训考试合格持有特殊作业操作证，持证上岗。

（4）建立健全安全责任制，实行责任管理，将安全目标落实到每个施工人员。

工程开工前，制定切实可行的安全技术措施，编制详细的安全操作规程、细则，分发至班组，逐条学习、落实。

（5）严格执行交接班制度，坚持工前讲安全、工中检查安全、工后评比安全的 “三工制”活动。

（6）每一项目开工前制定详细施工技术措施和安全技术措施，报监理工程师审批后，及时进行施工技术和安全技术的交底，并落实措施。

（7）在施工现场设置安全方面的标志、制度、注意事项。安全员上岗必须配戴安全袖标。

（8）进入现场施工的人员必须按规定配戴安全劳保用品（如安全帽、防毒面具等），严禁穿拖鞋上班。

（9）高空作业要架设安全设施（搭设脚手架、悬挂安全网、设置安全栏杆、施工人员绑安全绳等），上述措施经检查合格后才能使用并派专人巡视和维护。

（10）以定期（每月一次）及不定期的方式组织开展安全检查，召开安全会议，把安全事故消灭在萌芽状态。

9 环境措施

（1）控制烟尘、废水、噪声排放，达到排放标准。

（2）固体废弃物实现分类管理，提高回收利用率。

（3）尽量减少油品、化学品的泄漏现象，环境事故（非计划排放）数量为零。

（4）实现环境污染零投诉。

（5）降低生产中自然资源和能源消耗，水电消耗控制在预算95%以内。

10 效益分析

（1）本工法优化混凝土配合比，采用中低热水泥，掺加粉煤灰、外加剂，减少水泥用量，降低水化热，从而大大降低了由于水化热影响混凝土质量，保证工程质量，也节约施工成本。

（2）本工法采用外掺MgO补偿收缩型混凝土，有效解决了由于混凝土收缩形成周边缝的脱空现象和保证与原导流洞衬砌混凝土面牢固结合，保证工程质量。

（3）在混凝土内布置冷却水管进行冷却，解决导流洞封堵大体积混凝土施工内部散热的问题，加快施工进度，保证工程质量，取得良好效果。

11 应用实例

本工法是武警水电一总队在贵州洪家渡水电站、天生桥一级水电站、鹤壁水电站导流洞封堵混凝土施工中的成功案例。

11.1 贵州洪家渡水电站

洪家渡水电站导流洞洞长813m，进口高程980.0m，出口高程978.5m，斜坡段洞身底坡i为1.8797‰。断面为修正马蹄形，高度12.7971m，宽11.6m，上半洞为半圆形，半径为R为5.8m，侧墙半径R为14.5m，底宽8.0m。导流洞封堵段位于导流洞K0+295.7～K0+333.7段，长38m，分为三段封堵，每块分为6层，每块分缝位置均与原导流洞分缝位置错开1.5m以上。导流洞封堵工程于2004年4月1日开始，工期为3个月，混凝土工程量5458m³。在导流洞封堵混凝土施工中，质量控制和加快施工进度上主采取以下措施。

（1）在控制混凝土水化热方面：优化混凝土配合比，采用中低热水泥，掺加粉煤灰、外加剂，减少水泥用量，降低水化热。设计技术指标为：C25、W12、F100。

具体混凝土施工配合比见表4。

（2）在控制混凝土收缩脱空现象：采用外掺MgO（11.0kg/m³）混凝土，形成补偿收缩型混凝土，有效解决了由于混凝土收缩形成周边缝的脱空现象和保证与原导流洞衬砌混凝土面牢固结合，保证工程质量。

（3）在控制混凝土温度方面：采用薄分层，辅以埋管通水冷却。

经过以上几方面的控制，项目部在贵州洪家渡水电站导流洞封堵混凝土施工中取得成功，加快施工进度，保证工程质量和工期，降低了施工成本，赢得业主、设计、监理的高度认可，同时，为洪家渡水电站提前发电起到至关重要的作用。经过3年的运行监测，该工程满足设计和规范要求，安全运行。目前，洪家渡水电站正在申请“鲁班奖”。

11.2 天生桥一级水电站

天生桥一级水电站位于广西隆林、贵州安龙县交界的南盘江干流上，是红水河梯级开发水电站的第一级。电站总装机容量120万kW，设计坝高178m，实际坝高182.7m，总库容量102.6亿m³。天生桥一级水电站两条导流洞位于河床左岸，于1997年12月中旬完成导流任务，进口闸门下闸开始封堵。堵头原设计长度为40m，后经设计进一步优化，将堵头段长度修改为21m的年瓶塞形结构。总工程量为7050m³，钢筋37t。施工工期：1998年1月至1998年6月底。采用导流洞封堵混凝土施工方法在天生桥一级水电站施工中取得圆满成功，加快了施工进度，保证了工程质量，降低施工成本，同时，为天生桥一级水电站发电起到至关重要的作用。导流洞堵头混凝土质量等级为优良。

11.3 盘石头水库

盘石头混凝土面板堆石坝最大坝高102m，坝顶长666m，坝顶宽8m。导流洞全长516.0m，起点的洞型为7.0m×8.1m矩形，经过15m渐变段，变成7.0m宽，直墙高为7.7m，拱顶半径为4.0m，中心角为122.09°的城门洞型，开工日期为2000年4月，完工日期为2007年12月。导流洞封堵段施工范围0+35.94～0+195，总长159.06m。导流洞封堵主要工程量：混凝土5527.6m³，回填灌浆400m²。采用此施工方法施工，进行连续混凝土浇筑，保证了混凝土施工质量，又加快了施工进度，比原计划工期提前了3个月。本工程已通过单位工程验收，单元工程优良率92%，分部工程优良率100%，单位工程评定为优良。工程运行至今，运行状况良好。