陜西漢中石門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造施工技術(shù)總結(jié)

郭 偉，陳清顯

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710016)

1 工程概況

陜西省漢中市石門(mén)水庫(kù)樞紐位于漢江上游一級(jí)支流褒河峽谷出口以上1.8 km，距下游河?xùn)|店鎮(zhèn)3 km，南到漢中市18 km，是以灌溉為主、結(jié)合發(fā)電等綜合利用的大(2)型水利工程。1969年10月動(dòng)工興建，1972年4月下閘蓄水，1983年建成。水庫(kù)總庫(kù)容1.098億m3。

石門(mén)水庫(kù)由混凝土雙曲拱壩、左岸泄洪洞、河床電站、東干渠渠首工程及西干渠渠首工程等建筑物組成?；炷岭p曲拱壩壩基最低高程532.00 m，壩頂高程620.00 m，最大壩高88 m，大壩底寬27.26 m、頂寬5 m，共分17個(gè)壩段。

2018年10月底開(kāi)始對(duì)石門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造施工，主要工作內(nèi)容為：大壩加高2.5 m，1～6號(hào)中孔啟閉機(jī)室、東西干渠渠首排架、交通橋拆除重建。

石門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固改造施工首先對(duì)泄洪1～6號(hào)中孔混凝土排架及啟閉室和東西干渠進(jìn)水塔混凝土排架拆除和重建、重建右岸交通橋和左岸交通橋整體頂升施工，然后進(jìn)行壩體加高施工。截止2020年12月31日漢中石門(mén)水庫(kù)除險(xiǎn)加固主體工程改造施工已基本完成，共計(jì)131個(gè)單元，合格率100%。

2 工程特點(diǎn)及技術(shù)要求

①泄洪1～6號(hào)中孔混凝土排架和啟閉機(jī)室主要施工項(xiàng)目包括；拆除泄洪中孔混凝土排架及啟閉機(jī)室，重建中孔混凝土排架和啟閉機(jī)室、啟閉機(jī)安裝、閘門(mén)拆除、門(mén)槽拆除、門(mén)槽埋件安裝、門(mén)槽二期混凝土澆筑和閘門(mén)安裝等項(xiàng)目。混凝土排架及啟閉機(jī)室拆除從兩端同時(shí)開(kāi)挖，排架重建按照先拆先建的順序施工，啟閉機(jī)室及其他施工項(xiàng)目根據(jù)工作面合理安排。

②大壩加高按照壩頂結(jié)構(gòu)拆除、大壩加高、接縫灌漿、壩頂細(xì)部結(jié)構(gòu)的順序進(jìn)行施工。壩頂結(jié)構(gòu)拆除從右岸開(kāi)始依次進(jìn)行，大壩加高在結(jié)構(gòu)拆除及部分結(jié)構(gòu)重建完成后從右岸開(kāi)始，接縫灌漿在滿足規(guī)范要求后開(kāi)始，細(xì)部結(jié)構(gòu)施工在壩頂結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行施工。

③壩頂交通：大壩壩頂寬5 m，最大寬度為10 m，大型車(chē)輛可由壩頂東端行至西端，并可在較寬處調(diào)頭。

④施工方案的制定：針對(duì)不同部位，結(jié)合施工條件、施工環(huán)境及施工特點(diǎn)，并制定切實(shí)可行的施工方法，關(guān)鍵部位如雙曲拱壩壩體加高施工技術(shù)、中孔混凝土排架及啟閉機(jī)室拆除技術(shù)(圖1)、右岸交通橋橋梁現(xiàn)澆型鋼支架平臺(tái)施工技術(shù)(圖2)、左岸交通橋橋梁整體頂升施工(圖3)、水庫(kù)排沙清淤施工技術(shù)(圖4)，充分發(fā)揮技術(shù)在施工中的指導(dǎo)和引領(lǐng)作用。

圖1 泄洪中孔混凝土排架及啟閉機(jī)室拆除

圖2 右岸交通橋型鋼支架平臺(tái)

圖3 左岸交通橋橋梁整體頂升施工

圖4 石門(mén)水庫(kù)排沙減淤施工

3 主要技術(shù)措施及應(yīng)用

3.1 泄洪中孔排架及啟閉機(jī)室拆除技術(shù)

①泄洪洞1～6號(hào)排架以中孔為軸，對(duì)稱(chēng)布置，左右各3孔，形成了大的啟閉機(jī)室，中間設(shè)有鋼筋混凝土樓梯。壩頂高程620.0 m，高程630.5 m以下為鋼筋混凝土排架；高程630.5 m以上啟閉機(jī)室。排架和啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)尺寸；長(zhǎng)度80.8 m，高度15.1 m，寬度5.3 m。

②結(jié)合排架啟閉機(jī)室結(jié)構(gòu)特征、壩頂寬度、施工場(chǎng)地及工期要求等方面考慮，排架分兩階段拆除。高程630.5 m以上啟閉機(jī)室第一階段拆除，主要采用人工手持風(fēng)鎬破碎拆除；高程630.5 m以下結(jié)構(gòu)第二階段拆除，主要采用破碎錘破碎拆除。

③620.0 m壩頂孔口采用I18工字鋼作為橫梁，10 mm厚鋼板作為面板進(jìn)行封閉覆蓋。橫梁順?biāo)蜾佋O(shè)，單根長(zhǎng)度6 m，橫跨閘孔，緊靠下游欄桿基礎(chǔ)布設(shè)，沿閘孔長(zhǎng)度方向間距30 cm間隔布置。

④啟閉機(jī)排架周邊安全防護(hù)腳手架采用普通架管(Φ48 mm×3.5 mm)搭設(shè)，架體站桿間距1 m，步距120 cm，排距約80 cm，與排架柱連接牢固，上游側(cè)、左右側(cè)搭設(shè)懸挑架。

⑤鋼筋混凝土排架和啟閉機(jī)主要采用機(jī)械破碎法施工，以鋼筋混凝土排架頂面高程630.5 m為界，高程630.5 m以上啟閉機(jī)采用機(jī)械方式進(jìn)行拆除，高程630.5 m以下將柱體及梁板采用PC220破碎錘對(duì)排架四個(gè)柱體逐個(gè)鑿空10 cm～30 cm，暫時(shí)利用柱體內(nèi)鋼筋承重，待四個(gè)柱體全部鑿空后，利用上部未拆除結(jié)構(gòu)自重對(duì)掏空柱體鋼筋施加壓力，使其彎曲進(jìn)而排架整體下落。

⑥拆除料在壩頂620 m高程用2.0 m3裝載機(jī)或PC220破碎錘改裝反鏟及8 t吊配鋼絲繩吊運(yùn)裝車(chē)裝車(chē)，10 t自卸汽車(chē)運(yùn)輸至臨時(shí)施工場(chǎng)地堆存直接運(yùn)至渣場(chǎng)。

3.2 混凝土雙曲拱壩加高施工技術(shù)

混凝土雙曲拱壩原壩頂高程620.0 m，加高至622.5 m，最大壩高90.50 m，頂寬5 m，不設(shè)置防浪墻，拱壩其余布置不變。

①大壩壩體加高從右岸向左岸按原壩分縫分塊進(jìn)行澆筑，壩體加高共分兩層澆筑，第一層層高2.3 m，冷卻水管布設(shè)2層，間距1.2 m；雙向布設(shè)限裂鋼筋。第二層為壩頂鋪裝層混凝土，澆筑高度0.2 m。

②大壩壩體加高和混凝土排架及啟閉機(jī)室等施工部位，采用HBT60型混凝土泵送入倉(cāng)?；炷帘貌贾迷诿總}(cāng)左側(cè)大壩頂部。

③利用風(fēng)鎬配合人工作業(yè)對(duì)原壩面進(jìn)行新老結(jié)合面處理，碳化層鑿除深度控制3 cm～5 cm左右，同時(shí)在壩面設(shè)置鑿設(shè)梯形鍵槽(梯形鍵槽尺寸，上寬80 cm，深20 cm，下寬30 cm，坡比1∶3)，鑿除后的混凝土表面顯露石子，清除表面上的松動(dòng)石子、殘碴及污物，并用高壓水沖洗干凈，保持潔凈直至覆蓋混凝土。

④在新老混凝土結(jié)合面布置普通砂漿錨桿和鎖口錨桿，壩體周邊距橫縫30 m～50 m布置鎖口錨桿，孔距1 m；其余部分設(shè)置砂漿錨桿，采用梅花型布置，間排距2 m×2 m。

⑤新老混凝土結(jié)合面設(shè)置接縫灌漿系統(tǒng)；壩段間按照分縫設(shè)計(jì)方案布置接縫灌漿系統(tǒng)和止水，止水設(shè)置在上游距離壩面30 cm處，止水應(yīng)埋入老混凝土30 cm，并與原止水焊接。接縫灌漿應(yīng)待新加高混凝土冷卻至封拱溫度14℃，灌漿壓力0.1 MPa～0.3 MPa。

⑥在澆筑第一層混凝土前，先均勻鋪設(shè)一層厚3 cm的水泥砂漿。砂漿的標(biāo)號(hào)比同部位混凝土高一級(jí)。每次鋪設(shè)砂漿的面積與澆筑強(qiáng)度相適，以鋪設(shè)砂漿后30 min內(nèi)被混凝土覆蓋為限，鋪設(shè)工藝必須保證新澆混凝土能與老混凝土結(jié)合良好。

⑦混凝土收倉(cāng)完畢立即養(yǎng)護(hù)，在終凝前注意混凝土面水分不能過(guò)快損失，及時(shí)噴霧或?yàn)⑺３直砻鏉駶?rùn)，終凝后可灑水養(yǎng)護(hù)至下次施工。

3.3 右岸交通橋型鋼支架平臺(tái)施工技術(shù)

①右岸3號(hào)壩段與河床電站進(jìn)水塔之間新建鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋，原橋拆除。新建后的交通橋橋?qū)?.0 m，跨徑1×23.25 m+1×24.5 m采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土T梁，T梁梁高1.7 m；每跨由兩片T型橋梁組成。

②經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，原交通橋拱肋完整，拱肋上的立柱與拱肋連接部位完整。原交通橋先不進(jìn)行拆除，利用原交通橋橋面作為施工平臺(tái)，利用型鋼支撐架進(jìn)行新橋施工。

③新橋墩和原橋墩加寬加高混凝土澆筑前，預(yù)埋槽鋼并保證預(yù)埋深度和外露長(zhǎng)度。

④型鋼支架施工作業(yè)平臺(tái)主要采用700×300H工字鋼、10#槽鋼進(jìn)行搭設(shè)。組裝好的型鋼支架主要呈現(xiàn)“回”字形狀，鋼筋混凝土T梁主要在形狀為“回”字區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)平臺(tái)做好相關(guān)的安全防護(hù)和監(jiān)護(hù)工作。

⑤工字鋼接長(zhǎng)采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)12 m長(zhǎng)的700×300H工字鋼和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的700×300H工字鋼進(jìn)行焊接，工字鋼兩側(cè)采用補(bǔ)強(qiáng)鋼板進(jìn)行焊接，焊件參照《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50205-2001)規(guī)定進(jìn)行檢查和驗(yàn)收。

3.4 左岸交通橋橋梁整體頂升施工技術(shù)

①2020年6月在左岸2號(hào)壩段上游與泄洪洞進(jìn)水塔之間新建了一座交通橋，主要由三跨T型梁組成，每跨由兩片T型梁進(jìn)行連接，T梁內(nèi)部布置橫隔板，T梁施工縫采用鋼筋混凝土連接。原有T梁每跨分別為14.22 m、13.0 m、12.6 m，橋面寬度為4 m，T梁翼板厚0.4 m，腹板寬0.5 m，腹板高1.3 m，橫隔板為0.85 m×0.75 m，最大單根T梁重約35T。原橋面高程620.0 m，整體頂升高度2.5 m。

②頂升總流程：頂升準(zhǔn)備→加工安裝工作平臺(tái)→千斤頂支架安裝→頂升設(shè)備校檢調(diào)試→試頂升10 mm→正式頂升→拆除千斤頂→落梁→重復(fù)第一次頂升步驟。

③頂升準(zhǔn)備：施工前切斷每跨梁與梁之間的連接體及欄桿。對(duì)每跨T型梁進(jìn)行加固，主要采用32#工字鋼和18#槽鋼焊接而成的支撐架，作為頂升支架，特別對(duì)T梁翼緣板及梁段進(jìn)行二次加固并固定。

④頂升采用人工同步頂升的方法進(jìn)行，每跨橋墩設(shè)置4個(gè)QL50千斤頂，人工操作進(jìn)行逐層頂升，每層頂升高度10 cm并用并列2片10#槽鋼支撐。

⑤頂升監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)貫穿于頂升全過(guò)程中，包括頂升、支撐、落梁等過(guò)程的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括位移監(jiān)測(cè)、橋梁的整體姿態(tài)監(jiān)測(cè)等。

⑥頂升注意事項(xiàng)：頂升的高度應(yīng)稍高于墊塊厚度，能滿足墊塊安裝的要求即可；頂升關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全，各方要密切配合；頂升過(guò)程中，認(rèn)真做好記錄工作；頂升過(guò)程中，加強(qiáng)巡視工作，指定專(zhuān)人觀察各個(gè)系統(tǒng)的工作情況；結(jié)構(gòu)頂升空間內(nèi)不得有障礙物；在施工過(guò)程中，要密切觀察結(jié)構(gòu)的變形情況；頂升過(guò)程中，未經(jīng)許可不得擅自進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.5 水庫(kù)排沙減淤施工技術(shù)

①石門(mén)水庫(kù)來(lái)沙以懸移質(zhì)為主，淤積物也是以懸移質(zhì)淤積為主，淤積物的粒徑自上而下沿程細(xì)化，越靠近壩前，淤積物的粒徑就越細(xì)。國(guó)內(nèi)中小型水庫(kù)清淤方式基本以水力排沙、機(jī)械挖沙相結(jié)合的方式為主，并結(jié)合水庫(kù)枯水期短的特點(diǎn)，主要選擇水力排沙，人工干預(yù)的輔助方法對(duì)庫(kù)區(qū)左岸河床局部清淤，形成有利于左岸泄洪洞明渠段開(kāi)挖地形。

②清淤量核查：首先用交通艇和測(cè)繩設(shè)備對(duì)清淤作業(yè)區(qū)全面測(cè)量，并核對(duì)壩前庫(kù)區(qū)的原始地形進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)清淤作業(yè)的要求，核對(duì)實(shí)際的水下清淤方量。

③先將作業(yè)船開(kāi)到明渠段中間位置，保證抽沙泵作業(yè)最大覆蓋范圍，為了防止在清淤作業(yè)過(guò)程中，放空時(shí)的水流對(duì)抽淤船和清淤的影響，抽淤船先后各設(shè)兩組錨纜，通過(guò)布置在抽淤船甲板面的卷?yè)P(yáng)機(jī)，控制清淤船的穩(wěn)定和移動(dòng)。

④庫(kù)區(qū)清淤作業(yè)期間需要利用水庫(kù)放空時(shí)產(chǎn)生的水流，因此，在中孔閘門(mén)打開(kāi)時(shí)，即可啟動(dòng)渣漿泵和高壓水泵，利用高壓水槍將渣漿泵附近的淤積物進(jìn)行松動(dòng)攪拌，使淤積物在水中懸浮后，再通過(guò)渣漿泵下的攪拌輪對(duì)吸口的水、渣土進(jìn)行粉碎混合，在渣漿泵的吸力作用下，通過(guò)輸泥管道抽排到中孔閘室門(mén)上方的水體中，利用放空時(shí)形成的高速水流將渣土攜帶至大壩下游。

4 結(jié)論

褒河石門(mén)水庫(kù)峽谷混凝土雙曲拱壩改造施工項(xiàng)目多、工程量少，施工環(huán)境較為復(fù)雜，根據(jù)其工程特點(diǎn)及技術(shù)要求，針對(duì)性地提出對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施及應(yīng)用，取得了較好的施工效果。