长龙山抽水蓄能电站进出水口混凝土评定提高优良率的研究与实践

石 冲 蔡 勇 吴彬彬

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830091；(2.中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司，湖北 宜昌 443000)

长龙山抽水蓄能电站下水库工程进出水口过流面承担抽水和放水时的过流任务，要承受排水发电时巨大压力水流的剧烈冲刷。建设单位要求施工单位必须保证主体工程混凝土质量评定优良率达到95%以上，且必须确保进出水口过流面混凝土外观质量优良。而2020年3—5月混凝土单元评定总体优良率仅达到92.5%，无法满足建设单位要求，故将提高进出水口过流面混凝土评定优良率作为本次课题的研究与实践内容，设定目标值为95%。

1 工程概况

长龙山抽水蓄能电站下库进出水口位于山河港转弯处，距下水库右坝头约700m处，采用侧向竖井式结构[1]。三个进出水口平行布置，体型相同，轴线方向N76°W，轴线间距离为22.5m，沿蓄水水流方向依次为进水渠、拦污栅段、扩散段、平方段、闸门井段和渐变段。拦污栅和扩散段为箱形混凝土结构，总长44.5m，其中拦污栅段长10m，扩散段长34.5m。每个进出水口净宽(不含分流墩厚度)16.5m，净高9.0m，经扩散段渐变为4.8m×6.0m的矩形孔口。进出水口前端设置5道防涡梁，断面尺寸1.0m×1.5m，间距1.0m。

扩散段由2个分流墩分成3孔，孔口首端净宽5.5m，墩厚1.5m，高9.0m，墩尾处厚0.5m。墩头为半径0.5m的半圆，墩尾为圆弧曲线。

平方段沿中心线水平方向长40.465m，衬砌厚度1.0m，流道尺寸为6.0m×4.8m。闸门井段沿中心线水平方向长7.96m，流道尺寸为6.0m×4.8m。渐变段沿中心线水平方向长8.957m，流道断面沿蓄水方向由6.0m×4.8m矩形断面变为直径6.0m圆形断面。

2 评定优良率不高的原因

2.1 原因分析

通过查看评定资料及现场查勘发现，混凝土评定优良率低的原因是四项混凝土工序(外观、钢筋、浇筑、基础面及施工缝)评定等级为合格，不符合监理单位评定优良的要求。通过累计统计发现(见表1)，外观合格占比较高，占混凝土评定优良率较低原因的62.3%，确认为问题症结所在。

表1 原因调查分析累计占比统计

2.2 技术路线研究

为了给本次研究与实践寻找理论依据和实践技术支撑，尽快找到影响进出水口过流面混凝土外观质量的影响因素，并确定对应的防治对策，以本次研究的相关词“抽水蓄能”“进出水口”“过流面”“混凝土”为主题或关键词在知网进行搜索，得到的近5年相关业内研究成果比较有限，张从联等[2]对惠州抽水蓄能电站进行了模型试验研究，发现进出水口与水平弯段之间直线洞段的长度需要大于40倍引水洞洞径才能满足各流道均匀分流的要求。本次课题所涉及的进出水口与水平弯段之间的直线洞段长度仅30m，未达到均匀分流条件，因此本次研究与实践的进出水口水流状态为紊流。

查阅知网“紊流”条件下的水力状态及其对混凝土状态的影响，发现国内大部分研究仅涉及进出水口紊流状态所形成的漩涡对拦污栅和防涡梁的伤害分析，其水力结构模型为理想状态下的玻璃面结构或室内等比例理想模型，对本次课题研究中所涉及的进出水口过流面混凝土分层分段施工[3-4]作业面具体情况不相符，对于高水头大流量作用下进出水口过流面混凝土及其施工缝的外观质量在不优良或略有瑕疵的状态下是否会受到水流渗透及冲刷作用尚未可知，无法获得已经证明可行性的研究理论支撑。

基于以上文献查阅与情况分析，确定本次课题的原因分析和对策制定是一次具有突破性与创新性的研究与实践，需要依靠现有的管理经验和现场施工技术措施进行实践。

2.3 末端因素查找

基于全面质量管理理论思想[5]，运用5M因素分析方法[6]，即从“人、机、料、法、环”五个影响因素出发，结合《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)、《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144—2015)、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080—2016)等相关规范标准与现场管理规定要求，以鱼骨图的形式进行关联性分析，针对发现的问题症结进行细致研究和解剖，根据施工方案和现场实际管理情况与资源调度情况，分析问题产生的可能性(见图1)，最终确认了六个末端因素：

图1 “5M因素法”鱼骨图关联性原因分析

人的因素：培训交底次数少。

机械设备与机器的因素：来料运输时间过长。

材料的因素：混凝土坍落度过大。

在配制砂浆过程中掺用了再生细骨料，且再生细骨料占骨料总质量30%以上的建筑砂浆称为再生砂浆[15]。再生砂浆包括再生砌筑砂浆、再生抹面砂浆等。相对于普通砂浆而言，再生砂浆具有密度小、需水量大、内养护等特点[16]。

方式方法的因素：抹面质量不符合要求。

环境的因素：一是施工面日间气温较高；二是防雨措施不到位。

2.4 要因确认

2.4.1 培训交底次数少

以检查培训资料及培训次数的方式，确认是否满足每月至少组织培训2次及开仓前进行作业质量交底的管理要求，结果发现质量保证部门已根据相关制度质量控制要求，组织现场人员开展班组培训以及开仓前质量交底工作，并进行了签字确认。确认该因素为非要因。

2.4.2 混凝土来料运输时间长

现场跟踪调查混凝土搅拌车从出机口至入仓所用时间(见表2)，最长时间为57min，符合最长时间不超过90min的《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)及相关技术文件要求。确认该因素为非要因。

表2 混凝土来料运输时间统计

2.4.3 混凝土坍落度过大

要求试验室专业人员根据《水工混凝土施工规范》(DL/T 5144—2015)相关要求，现场取样调查混凝土入仓坍落度损失情况(见表3)；根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T 50080—2016)相关要求，检测混凝土坍落度是否超标或不稳定。经统计分析，坍落度平均值符合规范要求，合格率100%，未发生异常变化。确认该因素为非要因。

表3 混凝土出机口至入仓坍落度变化统计

2.4.4 抹面质量不符合要求

跟踪现场混凝土浇筑过程发现，振捣之后抹面不及时，未做到边收面边抹面，收面质量较差，不符合抹面平整、光洁的规范要求。抹面质量差导致外观评定合格，影响单元优良率整体评定。确认抹面质量不符合要求是要因。

2.4.5 施工面气温较高

查询了3—5月进出水口现场施工记录，经统计分析(见表4)日平均气温为17.3℃<18℃，符合《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)要求的浇筑温度，极端气温未进行施工，施工面日均气温较低，且浇筑时间一般为下午或夜间。确认该因素为非要因。

表4 施工现场记录气温统计分析

2.4.6 防雨措施不到位

根据《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)相关要求，现场检查是否购置防雨布及浇筑过程是否做好防雨措施[7]。跟踪现场混凝土备仓及浇筑过程发现，现场未采取有效防雨措施，导致浇筑外观质量较差。不符合施工方案中关于开仓前做好防雨措施，浇筑中跟进覆盖防雨的规定要求。确认该因素为要因。

经过末端因素的分析确认，找出了两个造成进出水口混凝土评定优良率低的主要因素：一是抹面质量差；二是防雨措施不到位。

3 采取的措施

根据以上分析得到的两个主要因素，按照5W2H分析方法制定出相应对策和实施措施，以达到预期目标。具体措施如下。

3.1 针对抹面质量差进行5W2H分析

日期(When)：7月30日。

地点(Where)：进出水口施工现场。

问题(What)：抹面质量差。

目标(Why)：提升抹面质量至无明显气泡产出。

责任人员(Who)：专职质量管理人员。

对策(How)：开展专题培训会议，现场收面作业专人追踪。

实施措施(How Much)：质量专职管理人员组织现场施工管理及作业班组人员开展了混凝土专题质量培训工作，并对前期存在的质量问题召开了分析总结会议，提升后续施工质量水平。

现场终检人员全程跟踪对混凝土浇筑、抹面的施工质量要求落实情况，及时督促作业人员按照质量标准要求进行振捣、二次抹面施工，及时督促执行相关标准要求。

3.2 针对防雨措施不到位进行5W2H分析

时间(When)：7月30日。

地点(Where)：进出水口施工现场。

问题(What)：防雨措施不到位。

目标(Why)：消除雨水对浇筑及收面质量影响。

责任人员(Who)：专职质量管理人员。

对策(How)：现场监督落实防雨措施执行情况。

实施措施(How Much)：督促队伍必须购置防雨布，并运用到施工现场；开仓前检查落实情况，不满足防雨措施要求不予开仓；施工过程中认真检查落实防雨布是否起到作用，加强收面质量控制免受雨水侵蚀。

4 结 果

经专题培训后，终检盯仓过程中不断督促和提醒工人施工要点，严格遵循快插慢拔的原则，边振捣边收面，督促落实二次抹面要求，有效改善了抹面水平，提高了外观质量。经过现场检查防雨和覆盖薄膜双项措施落实情况，以及对抹面施工质量的跟踪检查，发现通过开仓前和施工过程中做好防雨措施，有效减少了混凝土收面表观气泡，后续仓位外观质量明显提高。

经过对2020年6—9月进出水口过流面混凝土单元评定情况进行调查(见图2)，平均优良率为98%，均达到95%以上，实现超越目标值3%的水平提升，使得进出水口过流面混凝土单元整体评定优良率达到95.4%，高于业主对主体结构工程质量评定优良率95%以上的要求，超越目标值，本次课题研究与实践取得成功。

图2 课题实践前后评定优良率对比统计

5 结 语

2020年3—5月，施工混凝土外观合格33仓，后期需进行外观修补，修补费用共计95000元，即每仓修补费用约2879元。通过本次课题的研究与实践，减少了107个外观合格仓位，即可节约修补费用308053元，经济效益十分显著。

通过本次课题的研究与实践形成以下实践经验，供后续解决同类问题参考：为加强进出水口过流面混凝土的抗冲刷和抗侵蚀性能，在确保施工质量达到优良标准的同时，采用清水漆对过流面混凝土外观进行装饰保护，确保进出水口过流面混凝土的结构安全；在混凝土施工过程中，要求现场必须严格执行终检盯仓责任制，并进行收面质量全过程监督，严格确保主体结构及受力情况复杂的施工面收面质量符合使用功能要求。高水头、大流量和紊流条件下抽水蓄能电站过流面混凝土的伤害机理研究，还应考虑流水侵蚀作用和冲刷次数对施工缝或修补面的影响。