某航電樞紐工程閘壩混凝土快速施工技術(shù)

摘 要 本文結(jié)合土谷塘航電樞紐工程三期閘壩施工，從閘壩混凝土施工、混凝土模板工藝及混凝土配合比優(yōu)化等角度，闡述了逐一研究和解決閘壩大體積混凝土快速施工相關(guān)技術(shù)難題的過程。

關(guān)鍵詞 閘壩；混凝土；快速施工；實踐

1 工程概況

土谷塘航電樞紐工程位于湘江干流中游，正常蓄水位58.0m，總庫容1.97億m3，工程以航運為主，兼顧發(fā)電、灌溉、交通、旅游、養(yǎng)殖及城鎮(zhèn)開發(fā)等綜合效益。樞紐規(guī)模為Ⅱ等大⑵型，樞紐從右至左依次為船閘、預(yù)留二線船閘、副壩、17 孔凈寬20m 的低堰泄水閘、1 孔泄洪排污閘、電站廠房、魚道。

按本標(biāo)段總進(jìn)度計劃，三期土石圍堰形成、基坑初期排水完畢后，即進(jìn)入三期泄水閘工程施工階段。三期泄水閘順?biāo)鞣较蚍珠l前護(hù)底段，閘室段，閘后消力池段及海漫段。三期泄水閘共10孔，排漂孔1孔。

2 主要施工技術(shù)難點

本工程三期泄水閘閘壩屬于反季節(jié)施工，具有需要同時施工的部位多、關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜、節(jié)點控制性工期嚴(yán)、施工工藝要求高等特點；而施工任務(wù)繁重、有效施工時間短、工期壓力大、施工強(qiáng)度高且集中、施工風(fēng)險大是三期泄水閘施工最大難點。

在保證三期總工期目標(biāo)實現(xiàn)的條件下，總體施工時間的壓縮，相應(yīng)的施工強(qiáng)度就高，泄水閘混凝土共10.4萬m3，其中須在圍堰過水前完成近8萬方混凝土的底板低倉位施工任務(wù)，而施工周期僅2個月。為滿足施工強(qiáng)度要求，在短時間內(nèi)所投入施工設(shè)備、材料、種類就多，人員數(shù)量也很大，施工布置及采用的施工工藝就顯得更為重要。如何在短時間優(yōu)質(zhì)高效圓滿完成閘壩施工任務(wù)成為本項目施工的重難點。

3 快速施工方案的實踐

3.1 多孔閘壩大體積混凝土快速施工工藝方法

通過參觀了解同類樞紐施工工藝情況，石虎塘航電樞紐泄水閘閘墩上下游寬度31.8m，閘壩最大高度28m，單孔凈寬20m，閘室底板厚5～8.7m，底板部分采用布料機(jī)施工，高倉位采用混凝土輸送泵入倉的形式；CC200-24胎帶式布料機(jī)施工期間機(jī)械故障頻發(fā)，功效很低，對底板混凝土澆筑質(zhì)量存在不利影響，高倉位采用一臺HTB50型泵機(jī)配三個閘墩輸送管的方式，人工接管維護(hù)工作量大，功效低，經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，閘墩混凝土級配無法采用三級配，混凝土水泥用量大，對溫控要求高，投入成本也較高。長沙樞紐閘壩段混凝土施工低倉位采用履帶吊及反鏟入倉，高倉位采用移動式建筑塔吊入倉，施工速度緩慢，施工成本也較大。這兩種配置方式皆無法達(dá)到直接、快速施工的目的，并對大體積混凝土澆筑質(zhì)量在施工過程中無法有效進(jìn)行控制。

而三期泄水閘段閘墩上下游寬度35.55m，閘壩最大高度34m，左右岸長度245m，單孔凈寬20m，共10孔，閘墩寬3m，底板厚4～11.5m。投標(biāo)時的機(jī)械設(shè)備共布置1臺MQ600高架門機(jī)、2臺MQ900高架門機(jī)、2臺QUY35型履帶式起重機(jī)和1臺QUY55型履帶式起重機(jī)進(jìn)行高低倉位的施工。在三期圍堰過水前，拆除高架門機(jī)，采用履帶吊為砼施工垂直運輸設(shè)備。這樣的配置不但無法達(dá)到快速施工的目的，而且存在較大的汛期施工安全風(fēng)險，一旦洪水突然來臨，3臺高架門機(jī)是不可能短時間內(nèi)拆除的，拆除轉(zhuǎn)運至安全地時間至少需要15天，并且洪水過后的重新安裝也至少需要20天左右，無法盡早投入生產(chǎn)形成有效的生產(chǎn)力，無法適應(yīng)工程及湘江洪水陡漲陡落的特點，一旦實施，實際工效可能很低，并存在較大的安全隱患。

通過技術(shù)優(yōu)化，施工總布置上分時間分高程采取了不同的施工方式，經(jīng)過比選，采用的垂直運輸機(jī)械設(shè)備覆蓋范圍沒有問題。1底板及閘墩EL.50m高程（堰面頂高47m）以下施工期：考慮到低倉位混凝土約計7.2萬方，根據(jù)倉位澆筑計劃，約2015.2.28前，采用反鏟及汽車直接入倉的方式，進(jìn)行低倉位混凝土澆筑，2臺長臂反鏟（臂長17.5m，斗容0.4m3，15000m3/臺月）施工，1臺短臂反鏟（1.2m3，15000m3/月）輔助，增加入倉強(qiáng)度。2閘墩EL.50m高程（堰面頂高47m）以上施工期：春節(jié)后吊車進(jìn)場，采用上游布置2臺130t履帶吊（3m3吊罐，6000m3/月），下游布置1臺100t履帶吊（3m3吊罐，6000m3/月），16t及35t汽車吊輔助吊雜。這樣的優(yōu)化布置，可以充分發(fā)揮設(shè)備的最大使用功效，降低汛期施工風(fēng)險，有利于隨時可能發(fā)生的汛期撤退及汛后恢復(fù)施工，極大解決了汛時撤退與汛后最短時間內(nèi)形成有效生產(chǎn)力恢復(fù)施工的難題，這種施工方式直接、快速、有效，并在大體積混凝土澆筑質(zhì)量中能更加有效進(jìn)行控制。

通過方案比選并經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理同意，采用的分時段分高程施工優(yōu)化配置發(fā)揮了設(shè)備的最大使用功效，滿足泄水閘混凝土垂直入倉強(qiáng)度需要，與投標(biāo)時的機(jī)械設(shè)備布置相比，節(jié)約了大量成本，在工期上得到了很大保證，5月10日10#閘墩封頂，6月19日前三期泄水閘11個閘墩全部到頂。在“5.22”超標(biāo)洪水來臨時，閘墩全部出水面，未造成較大影響，工程安全度汛。最高周產(chǎn)混凝土達(dá)1.1萬方，單月生產(chǎn)最高強(qiáng)度4.75萬方，創(chuàng)所調(diào)查范圍內(nèi)同類航電工程的紀(jì)錄。

針對本項目的特點，金結(jié)設(shè)備需要大面積的存放、拼裝場地，為充分利用泄水閘下游海曼場地，建議優(yōu)化了海漫結(jié)構(gòu)，由拋石和格賓網(wǎng)護(hù)墊改為混凝土澆筑，這樣場地混凝土場平后可以形成臨時堆放場地。與投標(biāo)時相比，節(jié)約了金結(jié)機(jī)電加工及堆放場3000m2。

三期泄水閘多孔閘壩大體積混凝土快速施工布置上的研究，節(jié)約了大量成本，工期上增效明顯，為工程安全度汛創(chuàng)造了有利條件。

3.2 泄水閘閘墩墩頭異形混凝土結(jié)構(gòu)模板設(shè)計

泄水閘閘墩墩頭混凝土為異形結(jié)構(gòu)，其中上游下部墩頭的圓弧與堰面上游端圓弧相交于堰體迎水面平面，下游墩頭上部有一圓變方過渡段，投影呈45度斜角。墩頭圓弧直徑3m，堰體上游圓弧直徑1m。閘墩外觀如何與墩頭形體及異型結(jié)構(gòu)關(guān)系甚大，異型結(jié)構(gòu)質(zhì)量不易保證，施工難度大。為確?；炷恋耐庥^質(zhì)量及施工進(jìn)度，墩頭采用大型定型鋼模板，墩身采用平面多卡大模板，根據(jù)以往類似工程經(jīng)驗結(jié)合本項目實際，在充分考慮混凝土的層間接縫、定型模板面板整體性、便于施工等方面，進(jìn)行定型鋼模板設(shè)計。

按照施工方案，閘墩混凝土每一澆筑層高度為3m，閘墩混凝土澆筑完畢后，墩頭墩尾通過采用專門設(shè)計的定型鋼模板，有效減少混凝土層間錯臺、掛簾，質(zhì)量通病得到有效控制，閘墩混凝土整體性較強(qiáng)、色澤均一，外觀質(zhì)量好，達(dá)到了預(yù)期效果。

3.3 水工混凝土采用粒徑60mm以下湘江天然骨料配合比設(shè)計研究

項目部試驗室按施工圖紙的要求和工程師指示，結(jié)合本工程特點，通過室內(nèi)試驗成果進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計，并報送工程師審批?；炷僚浜媳鹊脑O(shè)計方法按相關(guān)試驗規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行。

根據(jù)招標(biāo)文件以及地質(zhì)勘探資料，湘江河道內(nèi)粗骨料的粒徑基本上為60mm以下，而根據(jù)相關(guān)規(guī)范，三級配骨料粒徑為80mm以下。配合比優(yōu)化設(shè)計的重點是提高粉煤灰摻量與采用粒徑為60mm以下的粗骨料，使用高效外加劑，優(yōu)化粗細(xì)骨料級配與配比，降低水泥用量和需水量，以減少混凝土內(nèi)部水化熱升溫。本工程混凝土骨料采用0～5mm、5～20mm、20～40mm、40～60mm粒徑骨料。提高粉煤灰摻量的主要方法是按替代法通過不同粉煤灰摻量試驗，得到粉煤灰摻量與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系線，得出在滿足混凝土設(shè)計指標(biāo)的前提下的最大粉煤灰摻量，同時保證混凝土的施工和易性。

4 結(jié)束語

湘江土谷塘航電樞紐工程三期閘壩面臨汛期頻繁過流的施工風(fēng)險，通過施工資源分時間分倉位優(yōu)化配置、混凝土外觀質(zhì)量控制及針對性的配合比優(yōu)化等工藝的研究，極大增加了混凝土入倉強(qiáng)度，加快了閘壩施工速度，工程成功接受早汛過流及湘江歷史罕見“11.14”冬汛的考驗，樞紐工程安全度汛，同時，取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯，得到了業(yè)主及當(dāng)?shù)卣囊恢潞迷u。本工程閘壩高效快速施工工藝的施工實踐，能夠為后續(xù)工程和類似項目提供指導(dǎo)和借鑒。

作者簡介

肖偉明，（1982.10-），男，工程師，中國葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司，湖北宜昌，443002，現(xiàn)從事水利水電工程現(xiàn)場施工技術(shù)管理。