構(gòu)皮灘水電站雙曲拱壩底孔混凝土施工技術(shù)

何清華

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

1 概 述

構(gòu)皮灘水電站位于貴州省中部余慶縣境內(nèi)，烏江干流中游河段上。壩址控制流域面積43250km2，占全流域的49.2%。樞紐開發(fā)任務(wù)為：以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用。水庫正常蓄水位630m，相應(yīng)總庫容55.62億m3，調(diào)節(jié)庫容31.5億m3，屬年調(diào)節(jié)水庫。壩型為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程640.5m，最大壩高232.5 m，壩頂弧長557.11m。

為滿足壩體施工期度汛及后期工程運(yùn)行過程中檢修要求，在壩體12#～16#壩段EL.490m處分別布置有4個(gè)導(dǎo)流底孔、2個(gè)放空底孔。導(dǎo)流底孔為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，在工程下閘蓄水后進(jìn)行封堵；放空底孔用于工程進(jìn)行后進(jìn)行檢修時(shí)將水庫中的水放空，以滿足檢修要求，屬于永久性結(jié)構(gòu)。其中導(dǎo)流底孔分別位于12#、13#、15#、16#壩段，洞身尺寸均為9m×6.5m，出口段頂部采用1∶5坡度漸變?yōu)?m×6.5 m，進(jìn)口段為喇叭口形，其中2#、3#導(dǎo)流底孔軸線為直線，1#、4#導(dǎo)流底孔中部有一半徑為50m的弧線段，每個(gè)導(dǎo)流底孔均在上游設(shè)置一道擋水門和一套啟閉設(shè)備 （固定卷揚(yáng)機(jī)），門槽中心線距上游側(cè)懸臂邊線6.7m，卷揚(yáng)機(jī)布置在EL.520m平臺(tái)；放空底孔位于13#～15#壩段，1#放空底孔跨縫13布置，2#放空底孔跨縫14布置，軸線均為直線，洞身尺寸均為7m×4.0m，出口段頂部采用1∶5坡度漸變?yōu)?m×4.0m，進(jìn)口段為喇叭口形。每個(gè)放空底孔均在上游設(shè)置一道擋水門和一套啟閉設(shè)備，門槽中心線距上游側(cè)懸臂邊線5.05m，啟閉機(jī)房設(shè)置在EL.595m平臺(tái)，在下游側(cè)設(shè)置一道工作門和一套啟閉設(shè)備，門槽距下游側(cè)懸臂邊線7.38m，啟閉機(jī)房設(shè)置在506m平臺(tái)。附圖為放空底孔剖面圖。

附圖 放空底孔剖面圖

2 底孔施工技術(shù)特點(diǎn)

（1）為滿足度汛要求，導(dǎo)流底孔、放空底孔必須在2007年汛前全部形成，工期較為緊張。

（2）導(dǎo)流底孔、放空底孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模板類型多，各種模板需作專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工制作，以滿足施工質(zhì)量要求。

（3）混凝土種類多，鋼筋分布密集，混凝土入倉、澆筑困難。

（4）孔口周邊為1m厚C50抗沖耐磨混凝土，需采取特殊的下料、澆筑方式，以保證澆筑質(zhì)量。

（5）為保證大壩均衡上升要求，需精心組織、精心管理，以保證該部位能跟其它壩段同步上升。

（6）底孔結(jié)構(gòu)施工時(shí)期正處于冬季，結(jié)構(gòu)部位均為高標(biāo)號(hào)混凝土，混凝土溫度控制要求嚴(yán)，防裂難度大。

3 模板施工

模板是底孔結(jié)構(gòu)施工中一道重要的工序，模板布置對(duì)底孔結(jié)構(gòu)施工的質(zhì)量、進(jìn)度及安全起著至關(guān)重要的作用。底孔結(jié)構(gòu)部位施工模板有：上下游面懸臂模板、流道模板、進(jìn)口段異形模板、導(dǎo)流底孔進(jìn)口段頂部胸墻預(yù)制混凝土模板、門槽模板。

3.1 上下游面懸臂模板

上下游面懸臂是底孔施工中技術(shù)難度較高的部分，能否能順利完成底孔上下游懸臂施工，模板是關(guān)鍵。

導(dǎo)流底孔上游面、放空底孔上、下游面設(shè)置有1∶1坡比的懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)最大高度11.5m。懸臂結(jié)構(gòu)施工模板采用外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板，該模板在懸臂底部相應(yīng)位置按0.75m間距預(yù)埋錨固件，然后安裝三角架形成施工平臺(tái)，在施工平臺(tái)上安裝符合懸臂結(jié)構(gòu)體形的鋼桁架結(jié)構(gòu)，再在其上設(shè)置圍柃后安裝小鋼模面板。外撐式模板三角架及桁架均在加工廠加工成型后運(yùn)輸至倉面，采用16t汽車吊吊裝，待懸臂結(jié)構(gòu)混凝土施工完畢后，先用人工將小鋼模面板及圍柃拆除，再用卷揚(yáng)機(jī)配合16t汽車吊將鋼桁架及三角架拆除。外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板與傳統(tǒng)的內(nèi)拉式散模相比，取消了模板內(nèi)拉鋼筋及支撐立柱，有效地加快現(xiàn)場立模進(jìn)度，并減少了對(duì)混凝土澆筑的干擾，每層模板均設(shè)置有操作平臺(tái)，在模板拆除時(shí)安全快捷。

3.2 流道模板

流道模板分邊墻模板及封頂模板，導(dǎo)流底孔邊墻高9 m，頂寬6.5m，放空底孔邊墻高6m，頂寬4m，該部位為過流面，表面質(zhì)量要求高，邊墻采用使用于壩體上游面的懸臂大模板，為木面板，其透水、透氣性好，能較好地保證混凝土表面的光潔度及平整度。

頂部模板，采用在側(cè)墻上預(yù)埋懸臂模板錨固件，中部架設(shè)Φ219鋼管立柱，頂部安裝20#槽鋼作主梁，主梁上鋪設(shè)腳手鋼管作圍楞，在腳手鋼管上直接安裝小鋼模，然后在小鋼模面上膠合板，以保證澆筑混凝土表面的光潔度及平整度。

3.3 進(jìn)口段異形模板

進(jìn)口段為喇叭口形，屬異形結(jié)構(gòu)。模板根據(jù)結(jié)構(gòu)分成單元塊，采用定型木模板及定型鋼模板，先在加工廠加工成型，并進(jìn)行預(yù)拼裝驗(yàn)收合格后，再運(yùn)送至施工場進(jìn)行安裝，安裝時(shí)先放出樣點(diǎn)，再按樣點(diǎn)進(jìn)行拼裝。

閘墩模板，閘墩由圓弧段和直段組成，采用定型組合小鋼模，側(cè)面采用組合鋼模板，局部輔以木模板。

3.4 預(yù)制混凝土模板

因?qū)Я鞯卓诪榕R時(shí)性結(jié)構(gòu)，工程下閘蓄水后要進(jìn)行封堵，為便于加快施工進(jìn)度，其進(jìn)口段頂部模板采用預(yù)制混凝土倒T梁模板，模板在預(yù)制廠預(yù)制成型，養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求并經(jīng)驗(yàn)收合格后，運(yùn)輸?shù)角胺街苯影惭b使用。

3.5 門槽模板

門槽模板，門槽部位設(shè)置有一期插筋，需在面板上穿孔，因此采用木盒，木盒在加工廠按設(shè)計(jì)尺寸加工成型，運(yùn)輸?shù)角胺街苯影惭b使用。

4 混凝土澆筑工藝

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)流底孔及放空底孔部位有C18035（三級(jí)配）、C18035（四級(jí)配）、C18030（三級(jí)配）、C18030（四級(jí)配）、C35（三級(jí)配）、C50（二級(jí)配）等不同標(biāo)號(hào)和級(jí)配的混凝土，抗凍等級(jí)均為W12，抗?jié)B等級(jí)均為F200。導(dǎo)流底孔及放空底孔部位結(jié)構(gòu)體形復(fù)雜，鋼筋分布密集，混凝土種類較多，混凝土下料、平倉及振搗困難。尤其是C50抗沖耐磨混凝土，水灰比較小，其粘性較大，在澆筑過程中排氣困難，澆筑完后表面易形成氣孔，影響混凝土表面質(zhì)量。需在下料、平倉及振搗過程中采取特殊的澆筑方法，以保證混凝土澆筑質(zhì)量。

4.1 澆筑分層分塊

1#、2#放空底孔分別跨縫13、縫14布置，因此分為兩塊澆筑，導(dǎo)流底孔均位于壩段內(nèi)，均按壩段進(jìn)行分塊澆筑，在澆筑EL.488m～EL.491m時(shí)，因底孔高程為EL.490 m，因此在距底孔兩側(cè)邊墻1m處按1∶1放坡澆筑；對(duì)于導(dǎo)流底孔，由于封頂高程在EL.499m，因此在EL.497m～EL. 499m分為一個(gè)2m澆筑層，EL.499m～EL.500m分為一個(gè)1m澆筑層，在EL.500m以上均分為3m澆筑層；對(duì)于位于14#壩段部位的放空底孔，在EL.497m以上均采用3 m澆筑層；對(duì)于位于13#、15#壩段的放空底孔，分層按位于該部位的導(dǎo)流底孔分層原則進(jìn)行。對(duì)在上下游面使用懸臂模板及橫縫使用大模板的部位，采取了一次立模兩次澆筑的方式進(jìn)行。

4.2 混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸及下料控制

混凝土生產(chǎn)采用布置于三叉口混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的1#、2#拌和樓拌和，為避免混凝土生產(chǎn)過程中不同種類混凝土發(fā)生混料情況，其中抗沖耐磨混凝土采用布置于同一系統(tǒng)的3#拌和樓拌和。

混凝土水平運(yùn)輸均采用國產(chǎn)9.6m3側(cè)卸車，垂直運(yùn)輸均采用1#、2#或3#國產(chǎn)30t平移式纜機(jī)，側(cè)卸車及纜機(jī)的運(yùn)輸能力均能滿足混凝土快速運(yùn)輸入倉的要求，避免了混凝土溫度回升和塌落度損失。

由于導(dǎo)流底孔及放空底孔部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼筋密集，混凝土下料控制是混凝土澆筑過程中的一項(xiàng)重點(diǎn)及難點(diǎn)。為有效控制混凝土下料要求，保證混凝土澆筑質(zhì)量，采取了下列控制措施：

（1）懸臂結(jié)構(gòu)部位，將每罐混凝土料分3～5次均勻下料在每鋪層接頭處，然后再采用人工手持插入式振搗棒振搗，使?jié){液裹著粗骨料向懸臂端部推進(jìn)，局部則輔以鐵鍬進(jìn)行攤鋪，保證了該部位混凝土澆筑質(zhì)量及懸臂模板的安全施工要求。

（2）底孔底板部位，該部位均設(shè)置有面層鋼筋，混凝土下料只能直接在面層鋼筋上進(jìn)行，采取分為3～4個(gè)點(diǎn)均勻下料，然后采用人工手持插入式振搗棒進(jìn)行攤鋪的下料方法，避免了混凝土將面層鋼筋壓塌的情況發(fā)生。

（3）底孔側(cè)墻部位，該部位為1m厚的C50抗沖耐磨混凝土。為保證將C50抗沖耐磨混凝土澆筑控制在1m范圍內(nèi)，避免超澆或少澆，采取了安裝隔板的方式進(jìn)行下料分區(qū)控制。具體做法為：下料前先在靠側(cè)墻模板部位安裝好隔板（隔板距模板垂直距離1m），將大壩結(jié)構(gòu)混凝土攤鋪到位后將隔板拆除，然后將抗沖耐磨混凝土攤鋪到位。由于每個(gè)澆筑坯層的抗沖耐磨混凝土寬只有1m，長度卻達(dá)20多m（約為橫縫長度），且該部位設(shè)置有結(jié)構(gòu)鋼筋，C50抗沖耐磨混凝土不能直接下料，在抗沖耐磨混凝土分區(qū)線附近均勻布置了4塊3m×3m（厚0.5mm）的鐵板，澆筑時(shí)先將抗沖耐磨混凝土下在鐵板上，再通過平倉機(jī)輔以人工用鍬將抗沖耐磨混凝土鏟運(yùn)至相應(yīng)鋪料部位，保證C50抗沖耐磨混凝土跟大壩結(jié)構(gòu)混凝土不發(fā)生混料。

4.3 混凝土振搗

底孔部位混凝土振搗的重點(diǎn)是懸臂部位、鋼筋密集區(qū)及孔洞周邊的C50抗沖耐磨混凝土。該位能利用混凝土振搗車進(jìn)行振搗，只能采用Φ1030或Φ100硬軸插入式振棒振搗。為保證該混凝土振搗密實(shí)，達(dá)到內(nèi)實(shí)外光的質(zhì)量要求，采取以下處理方式：

（1）懸臂部位混凝土：結(jié)合該部位混凝土下料要求，按3人一組從下料處利用手持插入式振搗棒將混凝土向懸臂端部徐徐推進(jìn)，使?jié){液裹著粗骨料向懸臂端部推進(jìn)，邊推進(jìn)邊振搗，將整個(gè)部位混凝土基本振搗平整后，再從下料處開始全面重新振搗一次，保證了整個(gè)懸臂部位混凝土能全部振搗密實(shí)。

（2）鋼筋密集區(qū)部位的混凝土：鋼筋密集部位的混凝土采用薄層振搗方法，即將一個(gè)澆筑坯層分2～3次振搗，并在振搗過程集中對(duì)大骨料骨料進(jìn)行分散處理，防止了出現(xiàn)骨料架空、蜂窩等質(zhì)量缺陷。

（3）C50抗沖耐磨混凝土：C50抗沖耐磨混凝土粘性大，排氣困難，采用復(fù)振的方式進(jìn)行振搗，即第一次振搗完畢過20min左右再進(jìn)行一次振搗，以使混凝土內(nèi)的氣泡更加有效地排除，防止出現(xiàn)蜂窩麻面等質(zhì)量缺陷。

4.4 過流面平整度控制

設(shè)計(jì)要求底孔過流面平整度控制范圍為：垂直水流方向：升坎允許值為0，磨平坡度不大于1/50；跌坎允許值不大于2mm，磨平坡度不大于1/40；平行于水流方向：錯(cuò)臺(tái)允許值不大于2mm，磨平坡度不大于1/40。

為了滿足平整度要求，孔洞底部表面在混凝土澆筑完畢后需要進(jìn)行抹面處理，抹面采用專門設(shè)計(jì)的抹面樣架進(jìn)行。抹面樣架在混凝土澆筑前安裝，抹面前測量人員再對(duì)抹面樣架安裝平整度進(jìn)行復(fù)核后方可使用。抹面分兩次進(jìn)行，第一次抹面在混凝土振搗密實(shí)、整平后隨即進(jìn)行，該次抹面主要進(jìn)行大面找平（即粗抹），第一次抹面完畢后將樣架拆除；第二次抹面在混凝土將要處于初凝狀態(tài)前進(jìn)行，該次抹面主要是保證表面平整光潔（即精抹）。

5 混凝土溫度控制

底孔部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土標(biāo)號(hào)高（過流表面0.5m范圍內(nèi)為C50混凝土，其余均為C35混凝土），且施工期正在冬季，形成混凝土內(nèi)外溫差大，晝夜溫差大的局面，對(duì)混凝土溫控防裂極為不利。為防止溫度裂縫產(chǎn)生，采取如下溫度控制方式：

（1）在原設(shè)計(jì)1.5層鋪設(shè)冷水管的基礎(chǔ)上，對(duì)抗沖耐磨混凝土部位采取加密布置冷卻水管的方式，即在孔周邊抗沖耐磨混凝土內(nèi)加布一層冷水管，并采取加大通水流量（通水溫6℃～8℃）的方式通水15天，以削減混凝土水化熱產(chǎn)生的溫峰值。

（2）將模板拆模時(shí)間延長2～3天，將模板拆除時(shí)間安排在白天高溫時(shí)段進(jìn)行，并在拆模后及時(shí)鋪貼保溫被。

（3）澆筑間歇期在澆筑層面上鋪蓋雙層保溫被，保溫被下部混凝土面保持潮濕但無積水。

6 結(jié) 語

通過對(duì)構(gòu)皮灘水電站拱壩底孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的仔細(xì)分析研究，針對(duì)工程施工過程中的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)模板的詳細(xì)規(guī)劃布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)混凝土澆筑工藝的詳細(xì)研究，通過先進(jìn)合理的施工組織管理，不僅保證了工程施工質(zhì)量，也保證了工程施工進(jìn)度合同工期要求。構(gòu)皮灘水電站拱壩于2006年7月開始進(jìn)入底孔懸臂施工，2007年1月全部封拱結(jié)束，工程質(zhì)量優(yōu)良率達(dá)94.5%，合格率100%。