倒流河水庫碾壓混凝土雙曲拱壩施工方案的優(yōu)化

冉 蓉

(中國水利水電第五工程局有限公司 國際公司，四川 成都 610066)

1 概 述

倒流河水庫工程位于距敘永縣城83 km的觀興鄉(xiāng)海水村5社的倒流河墨魚尖處。其首部樞紐——碾壓混凝土雙曲拱壩的主要建筑物由左岸非溢流壩段、溢流壩段、右岸非溢流壩段和壩下護坦組成。壩頂高程1 043 m，壩頂寬度為5 m，壩頂弧長191.29 m，最大壩高60 m，壩底寬度為20 m，建基面高程為983 m。在大壩左側非溢流壩段帷幕灌漿廊道底層左側設置了一條放空管，放空閘室依壩體上升至頂。在大壩右側非溢流壩段帷幕灌漿廊道底層排水廊道旁右側設置了一根生態(tài)放水管，兼為壩下支渠供水。大壩結構見圖1。混凝土大壩設計工程量為95 008 m3，其中大壩主體碾壓混凝土59 681 m3，常態(tài)混凝土20 406 m3，主要分布在基礎及基礎處理部位，變態(tài)混凝土14 921 m3，主要分布在壩體上下游壩殼部位，厚度為50 cm。

2 主要施工布置方案的優(yōu)化

2.1 平面布置方案的優(yōu)化

(1)篩分拌和系統(tǒng)布置方案的優(yōu)化。

根據(jù)投標階段的設計文件，砂石骨料生產(chǎn)系統(tǒng)及混凝土拌和系統(tǒng)等臨建設施位于壩址上游左岸山頂，占地面積約10 000 m2。在該布置方式中，料場石料需由主進場路經(jīng)施工營地、1#施工道路至左壩肩，混凝土拌和料再經(jīng)左壩肩運至倉面，運輸距離長且存在重復運輸?shù)那闆r。項目部成立后，結合現(xiàn)場實際情況將篩分及拌和系統(tǒng)由左壩肩山頂優(yōu)化到壩址下游500 m處，系統(tǒng)占地6 000 m2。經(jīng)計算分析，篩分系統(tǒng)的生產(chǎn)及儲存能力可以滿足高峰期混凝土施工強度需要。將篩分及拌和系統(tǒng)由壩基上游優(yōu)化到下游，減少了臨建開挖量和石料運輸上坡與混凝土料再運輸下坡的重復消耗，減少了運距，提高了施工效率。

(2)右岸上壩道路的優(yōu)化。

由于右壩肩上下游側上壩公路原始地形復雜，邊坡陡峭，沖溝較多，根據(jù)原設計報告，若按地形走向開挖將導致上壩公路開挖與壩肩開挖相沖突，且因壩肩上下游側的上壩公路轉彎半徑較小,無法滿足上壩公路安全通行要求，而且右岸上壩公路必須等待大壩澆筑至1 043 m高程后且經(jīng)過橋涵搭接才能貫通?？紤]到大壩前期施工及后期運行要求，保證上壩公路安全暢通，項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況，與業(yè)主、設計、監(jiān)理單位共同協(xié)商，對右壩肩上下游側的上壩公路路線布置進行了優(yōu)化，優(yōu)化后的道路不穿過壩肩，剛好繞至右壩肩外側通過。

右岸上壩公路布置的優(yōu)化不僅減小了開挖難度、避免了施工沖突，提前打開了一條施工道路，而且為后期混凝土入倉方式優(yōu)化創(chuàng)造了條件，同時為水庫后期運營提供了安全保障。

2.2 倉面模板規(guī)劃

目前，國內(nèi)外在大曲率雙曲碾壓混凝土拱壩施工中多采用多卡懸臂模板或翻轉模板。而多卡懸臂模板只能滿足縱橫曲率可調(diào)這一要求，但模板不能連續(xù)翻升；而翻轉模板雖然能夠滿足連續(xù)翻升的要求，但不能進行雙向曲率調(diào)整。由于雙曲拱壩具有水平向及豎向雙向彎曲的特性，項目部經(jīng)對類似工程現(xiàn)場進行考察及對比后分析決定采用懸臂雙曲可調(diào)翻轉模板。經(jīng)放樣和計算在鉛垂方向上的圓弧，取弦長2.1 m時，其最大拱高為3 mm；水平方向上取弦長3 m時，其最大拱高為9 mm。通過水平調(diào)節(jié)絲桿可將拱高控制在4 mm以內(nèi)。因此，最終將模板做成3 m×2.1 m雙曲可調(diào)模板，模板面板采用5 mm厚鋼板。為了適應弧度變化，選擇長度為1.5 m的平面模板,在兩側各加長度為0.75 m的可調(diào)模板，背部使用四根可調(diào)節(jié)螺桿用于調(diào)節(jié)模板弧度，以滿足大壩曲線要求。

懸臂雙曲可調(diào)翻轉模板的采用克服了多卡模板和翻轉模板存在的不足之處，不僅可以進行快速連續(xù)翻升，而且其雙向曲率可調(diào)，操作簡便快捷、使用安全，高精度地滿足了倒流河碾壓混凝土雙曲拱壩的施工要求，使倒流河碾壓混凝土雙曲拱壩前后曲面平順過渡，施工外觀質(zhì)量得到業(yè)主及相關單位的好評。

2.3 混凝土入倉方式的優(yōu)化

該工程碾壓混凝土工程量近10萬m3，工程初期計劃對高程1 005～1 028.45 m之間的碾壓混凝土采用通倉澆筑的方式，采用布置在上游左岸的負壓溜筒入倉，倉內(nèi)配以自卸汽車轉運。對于高程1 028.45 m以上的碾壓混凝土施工，由于受溢流表孔的影響，將混凝土自然分成了兩個區(qū)段進行澆筑，在左右岸壩肩分別布置了一套負壓溜筒，用自卸汽車將混凝土運至左右壩間，通過負壓溜筒再采用倉內(nèi)自卸汽車轉運的方式。

項目部組建后，根據(jù)類似工程施工方案并結合該工程的實際情況，認為負壓溜筒結構復雜，布置及施工期維護難度大，投資較大；而滿管溜槽結構簡單，安裝方便，便于維護，易于操作，項目部經(jīng)多方論證后最終決定采用滿管溜槽方案。滿管溜槽由三段組成，第一段為上口尺寸3 000 mm×3 000 mm，下口尺寸為800 mm×800 mm，高度為3 000 mm的授料斗；第二段為尺寸為800 mm×800 mm，長度為3 000 mm一節(jié)的管身段；第三段為單開液壓弧形閘門。以上各部位均選用厚度為10 mm的鋼板進行加工，法蘭盤采用δ=12 mm的鋼板進行加工，液壓弧門及滿管溜槽均由相關具有資質(zhì)的單位生產(chǎn)。

倒流河水庫大壩工程通過滿管溜槽的使用，建設各方一致認為滿管溜槽結構簡單，安裝方便，投資小，壽命長，維護簡單，易于操作。同時，滿管溜槽通過弧門的開度控制混凝土在滿管中的下料速度，能夠保證出料流量的穩(wěn)定性，物料在滿管中的運行速度能夠得到控制，溜送過程中無骨料分離現(xiàn)象出現(xiàn)，碾壓混凝土VC值無明顯損失，未曾出現(xiàn)過堵管現(xiàn)象，運輸量滿足現(xiàn)場施工強度要求。滿管溜槽的運用充分體現(xiàn)了碾壓混凝土快速化施工的特性，加快了施工進度，確保了碾壓混凝土的入倉質(zhì)量。

3 大壩快速施工倉面的優(yōu)化

對碾壓混凝土而言，倉面大不僅有利于倉面設備效率的發(fā)揮，而且有利于減少模板的使用數(shù)量和倉面管理的難度。但是，灌漿廊道、排水廊道、泄洪管、生態(tài)管等結構物的存在將碾壓混凝土大倉位分割成數(shù)塊，而且不同結構物之間存在多種類型的混凝土，導致碾壓混凝土不能連續(xù)施工，嚴重影響到混凝土的施工進度及混凝土層間的結合質(zhì)量，對混凝土抗?jié)B質(zhì)量影響較大。為確保碾壓混凝土的施工進度及施工質(zhì)量，項目部結合實際情況，在倒流河水庫碾壓混凝土施工中對施工方法及施工工藝進行了優(yōu)化。

3.1 混凝土倉面平倉工藝優(yōu)化

倒流河碾壓混凝土雙曲拱壩倉面為長條形且上下游壩面為雙曲收縮面，整個大壩由寬短雙曲向窄長過渡，由計算得知，壩體最大施工面積約為1 500 m2，處于1 012 m高程以下，根據(jù)現(xiàn)場地形，壩體施工具備設備直接入倉條件，混凝土入倉強度及設備的施工效率能夠滿足平層通倉要求，層間間隔時間在2 h以內(nèi)，能夠滿足碾壓混凝土層間間歇時間施工質(zhì)量要求，因此，項目部決定對1 012 m高程以下采用通倉平層施工的方法進行混凝土澆筑。

隨著壩體的上升，倉面逐漸變窄，壩體至1 012 m高程后采用滿管溜槽入倉，設備直接進入倉內(nèi)，通道關閉。為避免設備干擾，倉內(nèi)的設備布置不宜過多，為縮短層間間隔時間，有效地降低因高溫多雨季節(jié)帶來的溫控問題、降雨問題對碾壓混凝土施工質(zhì)量的影響，改善層面結合質(zhì)量，最終決定1 012～1 030 m高程采用滿管溜槽配自卸汽車入倉斜層平推法施工。

大壩在1 030～1 042.5 m高程被溢洪道分為左右兩岸，由于壩頂寬度僅為5 m，壩體操作僅限于單種單次設備操作，即自卸車整倉卸料完成后出倉，推土機統(tǒng)一進行鋪料，鋪料完成后推土機出倉，振動碾再進行碾壓。當壩體混凝土施工至1 030 m高程時，壩體相對較寬，設備可以錯車施工，最終決定利用左岸滿管溜槽對右岸混凝土采用斜層平推方式施工；當右岸混凝土斜坡至頂時，利用右岸鄉(xiāng)村道路采用汽車直接入倉，繼續(xù)對右岸實施斜層平推法澆筑上升至頂；左岸由于放空閘室部位較寬，可方便設備錯車，因此，左岸利用滿管溜槽進行平層通倉澆筑至頂。混凝土入倉方式優(yōu)化情況見圖2。

圖2 混凝土入倉方式規(guī)劃圖

針對倒流河碾壓混凝土為長條形倉面且上下游壩面為雙曲收縮面的情況，在施工中，根據(jù)不同的施工環(huán)境及施工條件靈活地分別采用通倉平層法、斜層平推法作為施工手段，充分利用了現(xiàn)有設備，同時減少了倉面施工設備的干擾，在入倉強度降低的情況下，縮短了層間間隔時間，有效地減少了因高溫多雨季節(jié)帶來的溫控問題、降雨問題以及對碾壓混凝土施工質(zhì)量的影響。特別是在1 030～1 042.5 m高程段倉面逐漸變窄的情況下采用斜層平推法施工，直接解決了倉內(nèi)施工設備需要頻繁進出倉的問題，達到了減少投入、提高工效、降低成本和改善層面結合質(zhì)量的目的。經(jīng)大壩蓄水后的實際檢驗，層間結合良好，結合部位無漏水現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 帷幕灌漿廊道及排水廊道層的設計及施工優(yōu)化

在大壩河床段高程997 m處設有帷幕灌漿及排水廊道，帷幕灌漿廊道距上游壩面3 m，灌漿廊道斷面尺寸為2.5 m(寬)×3 m(高)，排水廊道尺寸為2 m(寬)×2.5 m(高)，灌漿廊道長77.99 m，廊道兩端隨兩岸地形延升。在帷幕灌漿廊道底層左側大壩設有一順河流向的排水廊道，排水廊道長11.84 m。在帷幕灌漿廊道上層大壩左側設有一順河流向的交通廊道，用于交通和排水(圖3)。多個廊道分布將997 m高程處的倉位劃分為三個區(qū)域，給碾壓混凝土施工帶來諸多不便；同時設計的擋水壩997 m高程從上游開始依次布置為厚50 cm C20二級配富膠變態(tài)混凝土、厚150 cm C20二級配富膠碾壓混凝土、厚50 cm C20碾壓混凝土、帷幕灌漿廊道(廊道周邊均采用厚50 cm變態(tài)C20混凝土)、C20碾壓混凝土、C20變態(tài)混凝土。

圖3 廊道層施工平面布置圖

由于帷幕灌漿廊道上游面距壩面寬度僅為3 m，倉面狹窄且存在多種性態(tài)的混凝土，碾壓設備無法進行施工。經(jīng)與設計及監(jiān)理工程師協(xié)商，對帷幕灌漿廊道采用現(xiàn)澆模式，將廊道上游面多種混凝土調(diào)整為變態(tài)混凝土；同時，項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況，分三個倉塊進行施工，即帷幕灌漿廊道上游為第一倉塊，采用變態(tài)混凝土施工；帷幕灌漿廊道下游排水廊道右側為第二倉塊，采用碾壓混凝土施工；帷幕灌漿廊道下游排水廊道左側為第三倉塊，采用變態(tài)混凝土施工，帷幕灌漿廊道及排水廊道周邊為變態(tài)混凝土。變態(tài)混凝土的澆筑方式采用臺階式澆筑，由自卸汽車運輸，反鏟入倉，加漿振搗。碾壓混凝土采用自卸車運輸直接入倉、推土機攤鋪平倉、振動碾碾壓壓實的方式施工，廊道周邊變態(tài)混凝土隨同碾壓混凝土同層攤鋪，加漿振搗施工。具體的施工分倉分層及施工方法見圖4。

997 m高程帷幕灌漿廊道及排水廊道的施工優(yōu)化充分利用了現(xiàn)場設備，在保證施工進度及施工質(zhì)量的前提下，解決了因廊道將壩體分割成局部區(qū)域而無法進行碾壓施工的難題，保證了廊道上游面混凝土及廊道周邊混凝土的合理過渡及良好結合，加快了施工進度，保證了施工質(zhì)量。

3.3 溢流表孔段的施工

溢流壩段長42.5 m，包括3個表孔，表孔上設交通橋?；炷涟雺夯炷痢⒏荒z碾壓混凝土、變態(tài)混凝土、常態(tài)混凝土，工序及工藝銜接難度大。溢流表孔挑流鼻坎挑出壩體長2.631 m，高2.327 m，寬42.2 m。溢流表孔挑流鼻坎牛腿結構尺寸較大，懸空高度為44 m，施工環(huán)境復雜，分層澆筑剖面見圖5。

溢流表孔段主要采用懸臂可調(diào)翻轉模板，下游挑流鼻坎結構采用鋼模板組裝，模板的支撐加固主要采用內(nèi)拉外撐體系相結合的方式，在混凝土分層施工時通過預埋工字鋼形成挑流鼻坎混凝土懸挑支撐平臺及操作平臺。

圖4 997 m高程廊道層施工規(guī)劃圖

圖5 溢流壩段分層澆筑剖面圖(圖中單位：高程m；其他cm)

為使挑流鼻坎部位的混凝土與主體碾壓混凝土有效結合，挑流鼻坎部位的C30常態(tài)混凝土和碾壓混凝土同層同步上升。牛腿部位的混凝土在上升過程中要時刻關注混凝土狀態(tài)，防止冷倉。在挑流鼻坎混凝土澆筑過程中，應均勻上升并隨時觀察模板情況，防止模板變形。

牛腿部位的常態(tài)混凝土結合碾壓混凝土施工同步上升，使碾壓混凝土及牛腿部位的常態(tài)混凝土結合良好，減少了施工環(huán)節(jié)，節(jié)約了施工資源，加快了施工進度。

4 結 語

項目部針對倒流河水庫雙曲拱壩碾壓混凝土施工環(huán)境狹小，壩體窄長，結構復雜，涉及混凝土種類多，施工工藝標準要求各有不同的具體情況，對各項工藝進行了規(guī)劃布局，靈活利用現(xiàn)場環(huán)境、材料、設備對各種施工工藝進行了優(yōu)化，使各種工藝工序合理有序銜接，減少了施工環(huán)節(jié)，在保證施工質(zhì)量的前提下節(jié)約了資源，降低了成本，加快了施工進度，得到了參建各方的好評。