水電站大壩上游圍堰水下混凝土的施工技術(shù)

(清遠(yuǎn)市水利水電建筑工程有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511518)

1 工程簡介

某水電站大壩工程施工基坑緊靠泄水閘，在布置上游圍堰時，對原有建筑物的導(dǎo)墻進(jìn)行了分段設(shè)計(jì)，為了不占用加固工程的施工基坑，混凝土圍堰緊挨著導(dǎo)墻段進(jìn)行設(shè)計(jì)。距導(dǎo)墻設(shè)計(jì)部位較遠(yuǎn)的位置設(shè)計(jì)為土石圍堰。圍堰為重力式水下混凝土結(jié)構(gòu)，底寬為7.9m，底部的高程為821.00～835.00m。按照10年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圍堰最大高度為15m，頂部高程為837.00m。背水面按臺階設(shè)計(jì)，迎水面按直墻式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圍堰軸長45m，混凝土澆筑量3500m3。

2 工程施工特點(diǎn)

a.由于水下施工的難度高，施工工期比較緊。河水比較渾濁，施工時，施工人員完全靠感覺進(jìn)行定位。此外，水下混凝土施工是在汛期前開始的，有效工期只有110d，工期短。

b.由于水下混凝土的施工條件不好，存在一定的安全隱患。且由于施工區(qū)距離泄洪閘進(jìn)口比較近，庫區(qū)中的流態(tài)比較復(fù)雜。從資料來看，3～4月的溫度大約在8℃左右，河水溫度過低，會對人在水下進(jìn)行立模、清基工作造成影響。

c.對施工質(zhì)量和施工技術(shù)要求比較高。該工程采用的重力式擋土圍堰，要求具有良好的防滲能力和穩(wěn)定性能。由于在澆筑混凝土?xí)r無法進(jìn)行振搗，主要利用漿柱自身重力進(jìn)行密實(shí)，因此，無法準(zhǔn)確了解澆筑情況。為保證施工質(zhì)量，需要將混凝土的配合比設(shè)計(jì)好。

3 水下混凝土圍堰設(shè)計(jì)

3.1 圍堰高程設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)圍堰高程時，擋水按照12月至次年5月洪水頻率的25%進(jìn)行，由于水位為1330.02m，洪峰流量為942m3/s。根據(jù)河水的壅高和圍堰的安全高度，確定上游圍堰堰頂?shù)母叱虨?331.23m[1]，則圍堰的高度為3.21～6.84m。圍堰堰體的背水面坡比為0.51，迎水面坡比為0，頂部寬度為0.81m，圍堰軸線斷面底部的最大寬度為4.22m。

3.2 圍堰結(jié)構(gòu)斷面的設(shè)計(jì)

該工程設(shè)計(jì)圍堰堰頂?shù)淖罡吒叱虨?331.23m，則圍堰最大高度為3.21～6.84m，圍堰堰體的頂部寬度為0.81m，背水面坡比為0.51，迎水面的坡比為0。圍堰軸線底部的最大寬度為4.22m。

3.3 計(jì)算混凝土圍堰的穩(wěn)定性

主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：將質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石作為建基面，設(shè)置圍堰高度為3.21～6.84m，如果單寬堰體為1m，則圍堰的荷載主要來自水壓力和自重。進(jìn)行灌漿防滲處理后對基底揚(yáng)壓力進(jìn)行計(jì)算。

a.計(jì)算抗剪斷強(qiáng)度。采用下式計(jì)算：

K′=(f′∑W+CA)/∑P≥[K′]

式中K′——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，取3.1；

f′——基巖接觸面和堰體底板混凝土之間的抗剪斷摩擦系數(shù)，取0.91；

A——基礎(chǔ)截面和堰體底板接觸面的面積；

C——基巖接觸面和堰體底板混凝土的黏結(jié)力，取0.31MPa。

經(jīng)計(jì)算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為7.1，大于3.0。達(dá)到了抗剪斷的強(qiáng)度要求。

b.計(jì)算抗剪強(qiáng)度。采用下式計(jì)算：

F=f∑W/∑P≥[K]

式中 [K]——抗剪穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.06；

f——基巖接觸面與圍堰堰體底板混凝土的抗摩擦系數(shù)，取0.66；

∑P——作用在基礎(chǔ)截面上的總水平力；

∑W——作用在基礎(chǔ)截面上的總垂直力。

經(jīng)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度的K為1.146，大于1.05，符合抗剪強(qiáng)度的要求。

4 上游圍堰水下混凝土施工

4.1 施工前準(zhǔn)備

施工前，按照圍堰設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)邊線和軸線控制點(diǎn)的測定，并利用水上浮標(biāo)將標(biāo)記做好，將對應(yīng)的線和點(diǎn)引至陸地上。同時將浮箱、制作模板、專業(yè)人員、供電供風(fēng)系統(tǒng)、施工器具等水下混凝土施工的準(zhǔn)備工作做好。

4.2 開挖水下土方

在開挖水下土方時，該工程使用小型挖泥船進(jìn)行施工，在施工前，水電站有3d時間可以進(jìn)行放水沖沙，在將水庫的水位降低到824.00m時，安排使用PC405反鏟對淤積層進(jìn)行挖掘。

4.3 搭設(shè)施工平臺

由于該工程是水上施工，需要搭設(shè)水上施工平臺。施工平臺主要由浮箱拼接而成。其中浮吊船、模板安裝船、工作船各一艘，利用6個大小為6m×1.5m×3m的浮箱拼成澆筑船，在澆筑船的中間圍成寬度為8.6m、長度為12m的空腔來作為混凝土澆筑和安裝模板的通道。在布置混凝土圍堰澆筑倉面時，要在距離邊線1m以上的范圍內(nèi)將下料管布置好，各個導(dǎo)管之間的距離控制在4.1m。

4.4 對基面的淤泥進(jìn)行清理

當(dāng)水下土方挖到基巖后，安排潛水人員潛入水中用高壓水槍和清淤管對基巖進(jìn)行清理，使用直徑25cm的鋼管作為清淤管，并利用空壓機(jī)進(jìn)行供氣，在潛水員使用高壓水槍擾動基巖上的淤泥后，利用清淤管將淤泥排到施工區(qū)外部。

4.5 錨桿的施工方法

錨桿的作用主要是對模板進(jìn)行加固。施工時，使用HPR2034型的液壓動力鉆進(jìn)行鉆孔，孔的大小為46mm，孔鉆好后，利用高壓水槍進(jìn)行清孔。檢查過孔的深度以及孔的清理情況后，進(jìn)行錨固劑的安放以及插桿的施工。使用卷式水下錨固劑，錨固劑在進(jìn)場后，要做好檢查工作。合格后才可以使用。

4.6 模板的施工技術(shù)

使用可以自由拆卸的組合鋼模板作為水下模板，根據(jù)倉面的大小，使用螺栓在澆筑船上進(jìn)行連接，然后使用澆筑船運(yùn)輸?shù)绞┕の恢煤?，再將其吊入到水中。使用簡易型三角支架和手葫蘆進(jìn)行配合吊裝。模板安裝前，將定位纜繩固定后，調(diào)整型鋼模板的水平位置，并使用纜繩對型鋼模板的位置進(jìn)行調(diào)整。使用交會法進(jìn)行定位測量，測量位置由經(jīng)緯測量儀和測距儀進(jìn)行控制。利用掛重球的方法檢查模板的垂直度。在測量時，將一個豎向的圓鋼焊接在鋼模板的中心，并在鋼模中心涂抹紅白油漆，以此對中心點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。在岸上使用兩臺儀器分別對準(zhǔn)中心和軸線，并安排專人對安裝進(jìn)行指揮。在制作模板時，由于對模板的平整度要求比較高，使用法蘭螺栓在模板的四周進(jìn)行可調(diào)支撐，在實(shí)際安裝的過程中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。分別在模板的四周打斜撐，底部打定位樁，以此來將模板固定好。對于底部存在縫隙的位置，使用模板進(jìn)行封堵。使用16mm以上的圓鋼作為模板的拉條。按照梅花形進(jìn)行對穿拉條的布置。將梯形鍵槽設(shè)置在圍堰軸線的施工縫上，并以此來保證圍堰整體的穩(wěn)定性。

4.7 混凝土澆筑施工技術(shù)

在進(jìn)行混凝土澆筑時，使用二級配的泵送混凝土，強(qiáng)度等級為C25?；炷恋奶涠瓤刂圃?7cm左右。為保證水下混凝土的施工質(zhì)量，首先要設(shè)計(jì)出合理的配合比。根據(jù)多次施工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)水下混凝土的配合比時，要使流動性達(dá)到要求，膠凝料要大于421kg/m3。使用導(dǎo)管法進(jìn)行澆筑施工，首先橫向布置兩根間距為4m的導(dǎo)管，然后縱向布置三根間距為4m的導(dǎo)管，導(dǎo)管的直徑為255mm。在澆筑的過程中，要使用導(dǎo)管輪流進(jìn)行澆筑，保證澆筑一次性完成。導(dǎo)管的長度分別為0.5m和2m。為了可以在提升的過程中，輕松完成導(dǎo)管的拆卸工作，每一套導(dǎo)管都需要搭配好短導(dǎo)管和長導(dǎo)管。使用簡易三角配筋手動葫蘆對導(dǎo)管進(jìn)行提升，根據(jù)導(dǎo)管的提升長度和下料量來對埋深進(jìn)行判斷，提升由人工完成。在水下澆筑混凝土?xí)r，要保證埋入混凝土中的導(dǎo)管深度在80cm以上，首批進(jìn)入導(dǎo)管的混凝土要超出1.6m3。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，該工程在澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)水下澆筑的深度為15m左右時，取最小埋深0.81m。

一般情況下，在澆筑水下混凝土?xí)r，將上升速度控制在0.31m/h，參考倉位的大小算出入倉的強(qiáng)度為28.6m3/h?；炷潦褂脙刹?.76m3的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，生產(chǎn)力可以達(dá)到31m3/h,混凝土攪拌后使用HB-60B型泵車進(jìn)行輸送，輸送距離為200m，每小時可輸送60m3混凝土，滿足澆筑要求。

4.8 拆除模板和處理縫面

拆除模板要等到混凝土終凝后進(jìn)行，使用浮吊車配合施工。浮吊低昂模板吊起后，潛水員利用氣焊在水下將螺桿割除，脫落后，使用浮吊將其緩慢吊起。對于水下的縫面，人工挖好鍵槽后，在埋設(shè)間進(jìn)行插筋。鋼筋之間的距離為1.6m。

5 結(jié) 語

綜上所述，為保證混凝土施工的穩(wěn)定性，水下混凝土澆筑過程中，混凝土盡量不和水接觸，要加入外加劑來保證混凝土在水中不離析、不分散。該工程經(jīng)過一個多月的努力，混凝土的水下澆筑工作圓滿完成，具有施工速度快、投入少等優(yōu)點(diǎn)，值得同類工程借鑒引用。

[1] 蔣青.水運(yùn)工程混凝土施工技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2006：231-232.

[2] 楊立新.航道整治工程 [M].北京 :中國水利水電出版社,2004：78-79.

[3] JTJ 287—2005 內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].