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[摘要]思林电站引水隧洞底拱浇筑初期，混凝土表面产生气泡等缺陷，通过对其成因及各种影响因素的试验分析，采用了底拱小钢模翻模施工技术成功地解决了这一难题，施工后混凝土外观质量得到有效控制，消除了常规施工工艺中无法避免的混凝土表面气泡等缺陷。
[关键词]思林水电站 隧洞底拱 表面气泡 翻模抹面
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120097－02
一、概述
思林水电站位于乌江干流中游，装机容量为1000MW（4×250MW），由碾压混凝土重力坝、引水发电系统、通航建筑物等组成。厂房布置在右岸山体内，为地下厂房。电站取水口布置在坝上游69m处，采用3条内径12.6m和1条8.8m的圆形隧洞引至厂房，每条引水隧洞均由上平段、竖井段和下平段组成；各洞段均为有压洞，其中上平段总长572.9m均为钢筋混凝土衬砌，厚度为0.8～1.2m。根据引水隧洞工程混凝土施工技术要求，有压洞衬砌混凝土标号为C20，二级配，抗冻指标F100，抗渗指标W8，最大水灰比0.55，塌落度10～14cm。混凝土通过冉家坨拌和楼拌制，混凝土罐车水平运输，泵送人仓。
引水隧洞采用先底拱后边顶拱的顺序进行浇筑。在引水隧洞底拱浇筑初期，底拱100˚范围内全部采用小块组合钢模板立模浇筑，拆模后混凝土表面出现不同程度的蜂窝麻面、水泡、气泡、错台、挂帘、表面皱纹等质量缺陷。除表面气泡外的其它质量缺陷，通过调整施工工艺、对施工过程进行严格控制后基本消除了。但表面气泡由于影响因素很多，关系较复杂，因此，对如何消除表面气泡思林电站建设公司组织设计、监理、施工单位以及有关专家多次召开专题会分析原因，并作了专题研究。
二、底拱混凝土表面气泡产生原因及影响因素
圆形洞室底拱浇筑过程中，随着混凝土的上升并接近底部模板，由振捣产生的气泡及混凝土表面的空气容易被封闭在混凝土面与模板之间，很难排出，浇筑完成后在混凝土表面形成气泡。为进一步认识气泡产生的原因，参建各方有针对性地从现场施工工艺和原材料两方面进行了现场模拟试验和室内试验，力求找出其解决办法。
（一）现场模拟试验
试验用混凝土与引水隧洞洞内结构混凝土在原材料、配和比上完全一致，且现场模拟试验的地点也选在进水塔回填混凝土区进行，浇筑的试验块体断面尺寸均按1：1进行，并在试验块体上划分出不同的区域做以下对比试验。
1．振捣时间试验
在试验块体上同一高度的不同位置上进行了4组振捣时间试验，每组振捣时间分别为2Os，30s，40s，60s。试验结果显示出表面较为严重的气泡现象，与振捣时间无直接关系。但振捣时间按40s～50s控制时，混凝土表面出现气泡相对较少。
2．模板开孔试验及模板表面加强振捣试验
在试验块体的上进行了4组模板开孔及模板表面加强振捣试验，按模板是否开排气孔及是否附着振捣器加强振捣进行组合，模板加强振捣时间恒定为50s。拆模后发现，模板开孔及表面加强振捣后混凝土表面孔径较大的气泡虽有所减少，但表面光洁度较差，局部有泌水、离析等现象。
3．浇筑层厚试验
在试验块体的上按不同的浇筑层厚度进行了3组试验，每组的浇筑层厚分别为20～30cm，30～40cm，40～50cm。试验结果表明浇筑层厚越小(为20～30cm时)，混凝土表面的水、气泡相对较少。薄层振捣虽有利于气泡的排出，但仍不能完全消除混凝土表面气泡。
4．混凝土塌落度及二次振捣试验
模拟试验中还2种不同的塌落度和混凝土浇筑时是否有二次振捣进行组合做了4组对比试验。混凝土的塌落度分别为8cm～10cm、12cm～14cm，第二次振捣在第一遍振捣完成后停顿15～20min后进行，时间为30s左右。拆模后可以看出塌落度减小和增加二次振捣后，混凝土表面气泡有所减少，但效果不明显。
（二）室内原材料试验
通过现场模拟试验，底拱混凝土衬砌初期所用的施工工艺无法从根本上解决混凝土表面的气泡现象，为此，又从外加剂、粉煤灰及含砂率等混凝土原材料方面进行室内检测试验。
为满足有压洞混凝土的抗冻性能及耐久性需要，要求混凝土的含气量达到4%～4.5%，因此在拌制过程中加入了引气剂。引气剂型号为DH9，根据配合比试验成果，掺量为0.06‰。通过试验检测，引气剂掺量为0.04‰～0.1‰对混凝土表面气泡数量多少影响不大，引气剂的掺入仅使混凝土内部产生直径大小在0.1mm左右均匀分布的微小气泡，一般不会聚结成大气泡而溢出。
底拱混凝土采用泵浇方式，为满足泵送要求，在拌制过程中需加入减水剂，减水剂型号为HLC-NAF。减水剂产生的气泡有大有小，所产生的大气泡可能向外溢出，导致混凝土表面产生水、气泡现象。但经厂家和现场实验人员共同对减水剂检测，其结果表明所使用的减水剂的各项指标均满足规范及行业要求。
除对外加剂检测外，实验室还对粉煤灰掺量及砂率进行调整，但对底拱混凝土表面气泡的减少均无明显效果。
综合以上试验结果，底拱混凝土浇筑对振捣时间、浇筑层厚、塌落度等作了最优调整后，表面气泡虽有所减少，但由于混凝土中引气剂、减水剂等外加剂的掺用，当混凝土浇筑振捣时，就在混凝土表面产生大量气泡，受底拱反弧的特殊体型结构及模板结构的限制，气泡不能有效排除，混凝土表面不可避免地产生了泡孔缺陷，按常规施工工艺是无法完全消除的，成为圆形洞室底拱混凝土常规浇筑工艺的通病。
三、底拱小钢模翻模抹面工艺
据观察，圆形洞室混凝土表面的气泡主要出现在底拱100˚圆心角范围内。若不改变混凝土施工工艺，按常规的混凝土浇筑方法施工，后期必定有大量的缺陷要处理并影响外观质量，故尽可能在施工时予以消除。经多次试验，只有改变常规的施工方法，改善工艺措施才能完全消除底拱混凝土表面气泡，因此思林水电站引水隧洞底拱浇筑采用了小钢模翻模抹面的施工技术。
（一）底拱翻模模板设计
受洞内施工工作面狭小，吊车等起吊设备无法投入使用等限制，底拱翻模时只能采用人工进行拆模施工，因此底拱100˚浇筑范围内用多块30×150cm的小钢模板组合立模。立模时根据模板安装位置放出过流面的结构线，将一端带有接安螺栓(靠过流面侧)的螺杆焊接固定在钢筋网上，然后微调接安螺栓，使之顶面高程与过流面的高程齐平。接安螺栓固定调整结束后，将模板放在调节好的接安螺栓上，校正模板位置并用拉筋固定模板。小模板拼装时，模板与模板间用扣件连接，每5块小模板组成一150×150cm的组合小钢模单元。为方便混凝土的振捣施工，各个组合小钢模单元之间在拼装时预留30×30cm的振捣孔，使振捣孔的间距控制在150cm内，这样就保证了插入式振捣器的有效半径。模板在使用前均刷脱模剂。
翻模施工时在模板背面铺设竹跳板作为拆模及抹面的人工站台，因此模板应有一定的承载能力。为增加组合小钢模整体刚度，每个组合小钢模单元后面用约150cm长的1.5〞钢管和Φ25钢筋制作背撑固定模板，背撑钢管相互连接形成一整体。为避免拆模时模板搬运过程中对混凝土表面过度扰动可根据需要在背撑钢管上铺设竹跳板，作为翻模的运输通道。模板及背撑结构见下图。
（二）底拱混凝土浇筑
底拱的浇筑是从一端向另一端推进，混凝土入仓采用泵送，从左右两侧边墙同时对称下料进行浇筑。为保证底拱底部混凝土浇筑质量，下料时分层布料，下料厚度控制在0.5m以内；下料后利用模板上预设的振捣孔及时振捣，防止混凝土在边墙的下料口出过多堆积；振捣时由底拱两侧向底部依次进行，使混凝土能够顺利流向底部。当混凝土浇筑上升接近模板时，振捣器沿预留的振捣孔四周倾斜插入，增加有效振捣面积，保证混凝土浇筑密实。混凝土由底部向两侧依次振捣密实并及时对振捣孔进行封堵后，再将振捣器附着在模板背面加强振捣，使封闭在混凝土面与模板之间的气泡和水泡尽量沿模板缝隙排出，以减少大孔径气泡数量。混凝土收仓后达到翻模时间即可进行翻模、抹面及养护等作业。
（三）翻模时间及抹面控制
翻模抹面施工最关键的是掌握翻模时间，翻模过早会影响混凝土质量，造成起拱部位混凝土被拉裂或坍塌；过晚混凝土已经终凝，气泡无法抹平则形成缺陷，达不到翻模目的。混凝土浇筑结束后，应根据实验提供的数据，随时观测掌握混凝土的凝固情况，根据不同温度条件下的混凝土凝固情况来确定翻模时间，一般翻模时间在混凝土假凝后初凝前且强度达到0.1～0.3MPa时效果最好。根据实验数据，夏季翻模时间一般在混凝土收仓3～5h后进行；冬季翻模时间在混凝土收仓6～8h后进行。思林电站进水口底板翻模时间，在30℃以内气温条件下，翻模时间按4～5h控制。为保证浇筑质量，达到翻模时间应及时翻模并抹面。
翻模顺序按先浇先翻模的原则，从浇筑仓面的一端向另一端推进，由两侧向底部同时进行，并设专人进行模板拆除和抹面。抹面过程中，根据混凝土表面气泡的多少每拆2～3块小模板则进行一次抹面。对局部不平处及泡孔较大处先擀浆找平，抹面时抹子应紧压混凝土面，确保混凝土表面密实，并形成1层薄浆。抹面次数一般不超过3次，以避免对混凝土表面过多地扰动，造成表面混凝土松散不密实等质量问题。抹面完成后用弧型刮尺沿水流方向检查过流面体型尺寸，确保平整度和外观满足设计要求。
（四）抹面后的防护及翻模施工效果
在翻模、抹面等施工完成以后，混凝土刚过初凝仍未达到常规浇筑工艺时的拆模强度，故尤其要加强混凝土表面的保护。在混凝土强度未达到之前，要搭设防雨棚，防止岩溶渗水直接冲刷混凝土表面，更不允许混凝土表面行人和堆放材料，并及时在混凝土表面覆盖草袋或麻袋片并进行洒水养护。待混凝土强度上来后即可采取常规浇筑工艺的养护措施如流水养护、撒水养护等，养护时间为28d。
对底拱翻模施工的部位采用无损检查和取样试验，混凝土内部质量及表面强度等力学性能均能满足设计要求，且混凝土外观质量得到明显改善：孔口轮廓线均满足设计要求，面板与设计边线偏差未超过±5mm；过水面混凝土的平整度在垂直水流方向控制在3～4mm内，平行水流方向控制在5～7mm内。经抹面工艺后完全消除混凝土表面的气泡、错台、麻面等质量缺陷，外观质量得到了很好的控制，完全能够满足规范及设计要求。
四、结语
思林水电站引水隧洞底拱浇筑过程中通过现场模拟试验及室内各种原材料等试验，对底拱混凝土表面气泡的成因进行分析后，最终采用了小钢模翻模抹面的施工技术，完全消除了常规浇筑工艺中无法避免的表面气泡，且混凝土的浇筑质量完全能够满足要求。
该工艺不使用底拱钢模台车，大大节约了成本，且所使用的小钢模重量轻，结构简单，宜拆装和转移，极大地加快了底拱衬砌的施工进度；同时还减少了后期的缺陷处理工作量，节省大量的缺陷处理费用和时间，具有较大的经济效益；此外，该施工工艺操作性强，且混凝土外观质量能够有效控制，不但适用于底拱反弧段也适用于>30˚的斜坡混凝土浇筑，易于推广和应用。
作者简介：
张桂勇，男，贵州兴义人，助理工程师，学士，从事水电站工程建设管理工作。
[关键词]思林水电站 隧洞底拱 表面气泡 翻模抹面
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120097－02
一、概述
思林水电站位于乌江干流中游，装机容量为1000MW（4×250MW），由碾压混凝土重力坝、引水发电系统、通航建筑物等组成。厂房布置在右岸山体内，为地下厂房。电站取水口布置在坝上游69m处，采用3条内径12.6m和1条8.8m的圆形隧洞引至厂房，每条引水隧洞均由上平段、竖井段和下平段组成；各洞段均为有压洞，其中上平段总长572.9m均为钢筋混凝土衬砌，厚度为0.8～1.2m。根据引水隧洞工程混凝土施工技术要求，有压洞衬砌混凝土标号为C20，二级配，抗冻指标F100，抗渗指标W8，最大水灰比0.55，塌落度10～14cm。混凝土通过冉家坨拌和楼拌制，混凝土罐车水平运输，泵送人仓。
引水隧洞采用先底拱后边顶拱的顺序进行浇筑。在引水隧洞底拱浇筑初期，底拱100˚范围内全部采用小块组合钢模板立模浇筑，拆模后混凝土表面出现不同程度的蜂窝麻面、水泡、气泡、错台、挂帘、表面皱纹等质量缺陷。除表面气泡外的其它质量缺陷，通过调整施工工艺、对施工过程进行严格控制后基本消除了。但表面气泡由于影响因素很多，关系较复杂，因此，对如何消除表面气泡思林电站建设公司组织设计、监理、施工单位以及有关专家多次召开专题会分析原因，并作了专题研究。
二、底拱混凝土表面气泡产生原因及影响因素
圆形洞室底拱浇筑过程中，随着混凝土的上升并接近底部模板，由振捣产生的气泡及混凝土表面的空气容易被封闭在混凝土面与模板之间，很难排出，浇筑完成后在混凝土表面形成气泡。为进一步认识气泡产生的原因，参建各方有针对性地从现场施工工艺和原材料两方面进行了现场模拟试验和室内试验，力求找出其解决办法。
（一）现场模拟试验
试验用混凝土与引水隧洞洞内结构混凝土在原材料、配和比上完全一致，且现场模拟试验的地点也选在进水塔回填混凝土区进行，浇筑的试验块体断面尺寸均按1：1进行，并在试验块体上划分出不同的区域做以下对比试验。
1．振捣时间试验
在试验块体上同一高度的不同位置上进行了4组振捣时间试验，每组振捣时间分别为2Os，30s，40s，60s。试验结果显示出表面较为严重的气泡现象，与振捣时间无直接关系。但振捣时间按40s～50s控制时，混凝土表面出现气泡相对较少。
2．模板开孔试验及模板表面加强振捣试验
在试验块体的上进行了4组模板开孔及模板表面加强振捣试验，按模板是否开排气孔及是否附着振捣器加强振捣进行组合，模板加强振捣时间恒定为50s。拆模后发现，模板开孔及表面加强振捣后混凝土表面孔径较大的气泡虽有所减少，但表面光洁度较差，局部有泌水、离析等现象。
3．浇筑层厚试验
在试验块体的上按不同的浇筑层厚度进行了3组试验，每组的浇筑层厚分别为20～30cm，30～40cm，40～50cm。试验结果表明浇筑层厚越小(为20～30cm时)，混凝土表面的水、气泡相对较少。薄层振捣虽有利于气泡的排出，但仍不能完全消除混凝土表面气泡。
4．混凝土塌落度及二次振捣试验
模拟试验中还2种不同的塌落度和混凝土浇筑时是否有二次振捣进行组合做了4组对比试验。混凝土的塌落度分别为8cm～10cm、12cm～14cm，第二次振捣在第一遍振捣完成后停顿15～20min后进行，时间为30s左右。拆模后可以看出塌落度减小和增加二次振捣后，混凝土表面气泡有所减少，但效果不明显。
（二）室内原材料试验
通过现场模拟试验，底拱混凝土衬砌初期所用的施工工艺无法从根本上解决混凝土表面的气泡现象，为此，又从外加剂、粉煤灰及含砂率等混凝土原材料方面进行室内检测试验。
为满足有压洞混凝土的抗冻性能及耐久性需要，要求混凝土的含气量达到4%～4.5%，因此在拌制过程中加入了引气剂。引气剂型号为DH9，根据配合比试验成果，掺量为0.06‰。通过试验检测，引气剂掺量为0.04‰～0.1‰对混凝土表面气泡数量多少影响不大，引气剂的掺入仅使混凝土内部产生直径大小在0.1mm左右均匀分布的微小气泡，一般不会聚结成大气泡而溢出。
底拱混凝土采用泵浇方式，为满足泵送要求，在拌制过程中需加入减水剂，减水剂型号为HLC-NAF。减水剂产生的气泡有大有小，所产生的大气泡可能向外溢出，导致混凝土表面产生水、气泡现象。但经厂家和现场实验人员共同对减水剂检测，其结果表明所使用的减水剂的各项指标均满足规范及行业要求。
除对外加剂检测外，实验室还对粉煤灰掺量及砂率进行调整，但对底拱混凝土表面气泡的减少均无明显效果。
综合以上试验结果，底拱混凝土浇筑对振捣时间、浇筑层厚、塌落度等作了最优调整后，表面气泡虽有所减少，但由于混凝土中引气剂、减水剂等外加剂的掺用，当混凝土浇筑振捣时，就在混凝土表面产生大量气泡，受底拱反弧的特殊体型结构及模板结构的限制，气泡不能有效排除，混凝土表面不可避免地产生了泡孔缺陷，按常规施工工艺是无法完全消除的，成为圆形洞室底拱混凝土常规浇筑工艺的通病。
三、底拱小钢模翻模抹面工艺
据观察，圆形洞室混凝土表面的气泡主要出现在底拱100˚圆心角范围内。若不改变混凝土施工工艺，按常规的混凝土浇筑方法施工，后期必定有大量的缺陷要处理并影响外观质量，故尽可能在施工时予以消除。经多次试验，只有改变常规的施工方法，改善工艺措施才能完全消除底拱混凝土表面气泡，因此思林水电站引水隧洞底拱浇筑采用了小钢模翻模抹面的施工技术。
（一）底拱翻模模板设计
受洞内施工工作面狭小，吊车等起吊设备无法投入使用等限制，底拱翻模时只能采用人工进行拆模施工，因此底拱100˚浇筑范围内用多块30×150cm的小钢模板组合立模。立模时根据模板安装位置放出过流面的结构线，将一端带有接安螺栓(靠过流面侧)的螺杆焊接固定在钢筋网上，然后微调接安螺栓，使之顶面高程与过流面的高程齐平。接安螺栓固定调整结束后，将模板放在调节好的接安螺栓上，校正模板位置并用拉筋固定模板。小模板拼装时，模板与模板间用扣件连接，每5块小模板组成一150×150cm的组合小钢模单元。为方便混凝土的振捣施工，各个组合小钢模单元之间在拼装时预留30×30cm的振捣孔，使振捣孔的间距控制在150cm内，这样就保证了插入式振捣器的有效半径。模板在使用前均刷脱模剂。
翻模施工时在模板背面铺设竹跳板作为拆模及抹面的人工站台，因此模板应有一定的承载能力。为增加组合小钢模整体刚度，每个组合小钢模单元后面用约150cm长的1.5〞钢管和Φ25钢筋制作背撑固定模板，背撑钢管相互连接形成一整体。为避免拆模时模板搬运过程中对混凝土表面过度扰动可根据需要在背撑钢管上铺设竹跳板，作为翻模的运输通道。模板及背撑结构见下图。
（二）底拱混凝土浇筑
底拱的浇筑是从一端向另一端推进，混凝土入仓采用泵送，从左右两侧边墙同时对称下料进行浇筑。为保证底拱底部混凝土浇筑质量，下料时分层布料，下料厚度控制在0.5m以内；下料后利用模板上预设的振捣孔及时振捣，防止混凝土在边墙的下料口出过多堆积；振捣时由底拱两侧向底部依次进行，使混凝土能够顺利流向底部。当混凝土浇筑上升接近模板时，振捣器沿预留的振捣孔四周倾斜插入，增加有效振捣面积，保证混凝土浇筑密实。混凝土由底部向两侧依次振捣密实并及时对振捣孔进行封堵后，再将振捣器附着在模板背面加强振捣，使封闭在混凝土面与模板之间的气泡和水泡尽量沿模板缝隙排出，以减少大孔径气泡数量。混凝土收仓后达到翻模时间即可进行翻模、抹面及养护等作业。
（三）翻模时间及抹面控制
翻模抹面施工最关键的是掌握翻模时间，翻模过早会影响混凝土质量，造成起拱部位混凝土被拉裂或坍塌；过晚混凝土已经终凝，气泡无法抹平则形成缺陷，达不到翻模目的。混凝土浇筑结束后，应根据实验提供的数据，随时观测掌握混凝土的凝固情况，根据不同温度条件下的混凝土凝固情况来确定翻模时间，一般翻模时间在混凝土假凝后初凝前且强度达到0.1～0.3MPa时效果最好。根据实验数据，夏季翻模时间一般在混凝土收仓3～5h后进行；冬季翻模时间在混凝土收仓6～8h后进行。思林电站进水口底板翻模时间，在30℃以内气温条件下，翻模时间按4～5h控制。为保证浇筑质量，达到翻模时间应及时翻模并抹面。
翻模顺序按先浇先翻模的原则，从浇筑仓面的一端向另一端推进，由两侧向底部同时进行，并设专人进行模板拆除和抹面。抹面过程中，根据混凝土表面气泡的多少每拆2～3块小模板则进行一次抹面。对局部不平处及泡孔较大处先擀浆找平，抹面时抹子应紧压混凝土面，确保混凝土表面密实，并形成1层薄浆。抹面次数一般不超过3次，以避免对混凝土表面过多地扰动，造成表面混凝土松散不密实等质量问题。抹面完成后用弧型刮尺沿水流方向检查过流面体型尺寸，确保平整度和外观满足设计要求。
（四）抹面后的防护及翻模施工效果
在翻模、抹面等施工完成以后，混凝土刚过初凝仍未达到常规浇筑工艺时的拆模强度，故尤其要加强混凝土表面的保护。在混凝土强度未达到之前，要搭设防雨棚，防止岩溶渗水直接冲刷混凝土表面，更不允许混凝土表面行人和堆放材料，并及时在混凝土表面覆盖草袋或麻袋片并进行洒水养护。待混凝土强度上来后即可采取常规浇筑工艺的养护措施如流水养护、撒水养护等，养护时间为28d。
对底拱翻模施工的部位采用无损检查和取样试验，混凝土内部质量及表面强度等力学性能均能满足设计要求，且混凝土外观质量得到明显改善：孔口轮廓线均满足设计要求，面板与设计边线偏差未超过±5mm；过水面混凝土的平整度在垂直水流方向控制在3～4mm内，平行水流方向控制在5～7mm内。经抹面工艺后完全消除混凝土表面的气泡、错台、麻面等质量缺陷，外观质量得到了很好的控制，完全能够满足规范及设计要求。
四、结语
思林水电站引水隧洞底拱浇筑过程中通过现场模拟试验及室内各种原材料等试验，对底拱混凝土表面气泡的成因进行分析后，最终采用了小钢模翻模抹面的施工技术，完全消除了常规浇筑工艺中无法避免的表面气泡，且混凝土的浇筑质量完全能够满足要求。
该工艺不使用底拱钢模台车，大大节约了成本，且所使用的小钢模重量轻，结构简单，宜拆装和转移，极大地加快了底拱衬砌的施工进度；同时还减少了后期的缺陷处理工作量，节省大量的缺陷处理费用和时间，具有较大的经济效益；此外，该施工工艺操作性强，且混凝土外观质量能够有效控制，不但适用于底拱反弧段也适用于>30˚的斜坡混凝土浇筑，易于推广和应用。
作者简介：
张桂勇，男，贵州兴义人，助理工程师，学士，从事水电站工程建设管理工作。