淺析臨時通道在大壩施工中的布置

陳立龍

（福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概況

天臺水庫位于福州市馬尾區(qū)浩溪水庫上游，為?。↖）型水庫，總庫容316.33 萬m3，是一座以防洪為主，兼顧供水的綜合利用水庫。天臺水庫由攔河壩、壩頂開敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸引水建筑物、管理房及上壩公路等組成。其主要建筑物為4 級，次要建筑物為5 級，主要建筑物防洪標準按50 年一遇洪水設(shè)計、500年一遇洪水校核，設(shè)計洪水位114.00 m，校核洪水位115.23 m。大壩壩型為漿砌石雙曲拱壩，壩頂高程116.5 m，最大壩高76.5 m（含墊層），壩頂中心線弧長179.5 m，壩頂寬4.0 m，壩底寬16.4 m。

2 布置施工通道的必要性

根據(jù)原審批的施工組織設(shè)計，天臺水庫原規(guī)劃石料場位于大壩下游，因此，施工前期結(jié)合現(xiàn)場地形條件，混凝土拌合系統(tǒng)及砂石料加工系統(tǒng)布置在下游，壩體砌筑的毛塊石和混凝土起吊點位于下游。料場報批時發(fā)現(xiàn)原規(guī)劃的大壩料場位于公益林保護區(qū)內(nèi)，為一級保護林地，難以審批。根據(jù)現(xiàn)場施工條件，并經(jīng)馬尾區(qū)人民政府專題會議（72 號文）研究決定，將石料場移至大壩上游水庫庫區(qū)內(nèi)。為了能將上游料場開采的石料運輸至壩下游已建工區(qū)，需要在大壩砌筑過程布置過壩通道，以解決石料場位置變化與已有施工工區(qū)布置之間的矛盾。

3 臨時通道施工方案的比選

3.1 可選的通道施工方案

根據(jù)現(xiàn)場地形、地質(zhì)及施工條件，擬定3 種過壩通道布置方案。

1）方案一：增設(shè)臨時交通孔。跟隨大壩砌筑，在大壩右岸壩體預(yù)留交通孔作為大壩砌筑施工期間的過壩交通通道。交通孔斷面為4.0 m×5.5 m 城門形，孔底高程52.0 m，上游側(cè)孔口中心與拱圈平面中心線間距約15.0 m，下游側(cè)孔口中心與拱圈平面中心線間距約11.5 m，孔中心線與拱圈平面大致徑向交叉，與壩體交叉段洞長約14.85 m。

2）方案二：導(dǎo)流底孔擴大兼顧通道功能。利用原設(shè)計的導(dǎo)流底孔擴寬作為大壩砌筑施工期間的過壩交通通道。原設(shè)計導(dǎo)流底孔為D=2.0 m 圓形，孔底高程47.0 m，拓寬后底孔斷面為3.6 m×4.2 m 城門形，孔底高程48.0 m；在孔底下部布置1.0 m×2 m 的導(dǎo)流槽，用于排泄上游日常徑流；為滿足底孔交通需要，在導(dǎo)流槽頂部、底孔底板鋪設(shè)工字鋼，并在工字鋼上部鋪設(shè)20 mm厚鋼板。在導(dǎo)流底孔進口布置閘墩，預(yù)埋閘門槽，用于導(dǎo)流底孔封堵時下閘擋水。為了既滿足底孔日常導(dǎo)流通水需要，又滿足底孔通車需求，在大壩上下游側(cè)、導(dǎo)流底孔的進出口布置暗涵。

3）方案三：新建施工便道。采取在右岸壩頂以上高程修建躍壩道路方案，躍壩道路在與壩肩交叉位置路面高程與壩頂相同，為116.5 m；從石料場至壩軸線，道路順著水庫右岸山體岸坡布置，長度約800 m，平均縱向坡度約8%；躍壩后沿著原設(shè)計的上壩道路前行，約在壩下游900 m 位置調(diào)頭回轉(zhuǎn)，利用已建成的場內(nèi)臨時道路運輸至壩后已建工區(qū)。

3.2 通道方案的比較（表1）

表1 各通道方案比較表

從工程造價、工期及對大壩施工影響程度綜合考慮分析，最終決定采用方案一，即右岸壩體預(yù)留交通洞的方案。

4 交通孔設(shè)計

4.1 斷面及結(jié)構(gòu)

為滿足施工期上下游石料等建材運輸需要，預(yù)留交通洞采用城門形斷面，斷面尺寸為4.0 m×5.5m（寬×高），占整個壩面面積很小，洞身采用1.0 m 厚的C25鋼筋混凝土，洞內(nèi)臨近上下游壩面設(shè)兩個鍵槽，洞外臨近上下游壩面設(shè)兩個止推環(huán)，交通洞施工與壩體砌筑同步進行，施工過程中接觸面安放接觸灌漿管，便于后期進行接觸灌漿。具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3。

圖1 交通孔立面位置圖

圖2 交通孔橫斷面圖

圖3 交通孔縱斷面圖

4.2 交通孔上下游連接段

交通孔上下游高程52.0 m 以下基坑全部采用C15埋石混凝土填塞與壩體一起澆筑成整體，以防壩外混凝土基礎(chǔ)滑動。洞外上下游采用堆石修路連接，路面均硬化處理，路基邊坡進行噴錨支護，以防泄洪時，水流對路面及邊坡的過分沖刷，導(dǎo)致路基失穩(wěn)；交通洞上下游連接部位外側(cè)設(shè)鋼筋混凝土防撞欄板，上部搭設(shè)管棚，保證上下游車輛進出安全，靠近山坡一側(cè)路基設(shè)寬0.5 m、深0.5 m 的排水溝。

4.3 壩體應(yīng)力復(fù)核

由于預(yù)留交通孔改變了施工期大壩結(jié)構(gòu)，特別是交通孔附近的拱圈結(jié)構(gòu)應(yīng)力可能發(fā)生變化，因此，需復(fù)核在大壩砌筑完成、孔洞封堵前，因設(shè)置交通孔的壩體應(yīng)力分布情況，并與原結(jié)構(gòu)的壩體應(yīng)力分布成果進行比較，分析預(yù)留交通孔對壩體結(jié)構(gòu)安全的影響。另外，交通孔封堵后，理論上堵頭與周邊壩體結(jié)構(gòu)連為整體，大壩恢復(fù)原設(shè)計的體型結(jié)構(gòu)，壩體應(yīng)力與原設(shè)計計算成果一致。

1）計算方法。交通孔斷面尺寸為4.0 m×5.5 m，占整個壩體展開面積的比重很小，可采用有限元方法分析預(yù)留交通孔對壩體應(yīng)力分布成果的影響。采用美國ALGOR 公司開發(fā)的綜合性有限元軟件包“ALGOR FEAS”計算，該軟件包是進行數(shù)值計算研究和設(shè)計的通用工具。先進行結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格劃分，再施加荷載及邊界約束，進行結(jié)構(gòu)計算，整理計算成果。

2）計算模型。拱壩采用單圓心布置，先進行壩體網(wǎng)格劃分，厚度方向上等分為4 單元，共劃分為816 個塊體單元，1 235 個節(jié)點；再進行壩基網(wǎng)格劃分，取值范圍壩基不同方向各100 m，整個模型劃分為7 060 個空間8 節(jié)點塊體單元，共有8 715 個節(jié)點。再對模型施加邊界約束和荷載（自重及溫度荷載），即在基礎(chǔ)邊界施加鉸約束，在壩體的各節(jié)點上施加溫度荷載（溫差按國內(nèi)經(jīng)驗修正公式：Tm=±47/（T+3.39）計算）。

3）應(yīng)力復(fù)核計算成果。應(yīng)力復(fù)核計算成果表明：施工期交通孔對壩體應(yīng)力分布的影響范圍集中在孔洞附近，且影響較小，表現(xiàn)為應(yīng)力集中，孔洞角線各節(jié)點應(yīng)力值加大，但變幅小且均小于壩砌體材料的容許應(yīng)力值，壩體結(jié)構(gòu)是安全的。

5 臨時通道施工

5.1 交通孔施工

交通孔施工與壩體砌筑同步進行，施工過程中接觸面安放接觸灌漿管，便于后期進行接觸灌漿?；炷潦┕げ捎贸Ｒ?guī)混凝土施工程序，自下而上分層進行，分層高度為每層1.5 m。

1）模板工程。本工程結(jié)構(gòu)較簡單，可采用普通膠合板拼裝而成，根據(jù)混凝土施工強度要求，現(xiàn)場配備2套模板，搭設(shè)滿堂腳手架進行立模澆筑。

①模板材料選擇：本工程斷面結(jié)構(gòu)類似，可采用膠合板拼裝，模板的強度和剛度應(yīng)符合要求。

②模板制作加工：模板制作加工在模板加工廠進行，應(yīng)先熟悉施工圖紙，掌握各部位模板加工制作的技術(shù)參數(shù)，繪制材料表，根據(jù)材料表進行加工，并注意控制模板加工的精度，特別是頂拱部分。

③模板安裝與加固：安裝與加固是模板工程的重要環(huán)節(jié)，安裝前，施工員與木工共同測設(shè)墻體邊線，通常采用墨斗線進行標記，邊線即為側(cè)板安裝的基準線，應(yīng)保證側(cè)板的垂直度。頂拱部分應(yīng)保證與側(cè)墻順利連接。模板對拉螺栓等應(yīng)上緊，支撐的鋼管架應(yīng)搭設(shè)牢固。經(jīng)各方檢查合格后，方可進行混凝土澆筑。

④模板拆除：模板拆除前混凝凝土的強度應(yīng)達到規(guī)范規(guī)定的要求，拆除過程中避免損壞混凝土結(jié)構(gòu)的邊角部位。

2）鋼筋工程。鋼筋制作前根據(jù)工程實際情況，以安全、便于運輸、便于安裝和保證質(zhì)量為原則進行分段下料，為保證施工安全，鋼筋由加工廠統(tǒng)一加工后運到工作面進行安裝。鋼筋通過升降機運輸?shù)焦ぷ髅婧笕斯ざㄎ话惭b，采用焊接和綁扎相結(jié)合的方式，以加快施工速度。

3）混凝土拌和運輸及澆筑?；炷潦┕ご钤O(shè)滿堂架進行，混凝土由拌和站集中拌和后由運輸車運至進口頂部，由溜筒溜至施工倉面集料斗后用斗車接至倉面入倉。

5.2 交通孔內(nèi)防震措施

為降低車輛穿壩通行時震動對拱壩結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，在交通孔鋼筋混凝土底板上部鋪設(shè)20 cm 厚砂碎石墊層，而后在面層壓蓋20 mm 厚鋼板。

5.3 洞口連接段道路

道路路基以開挖為主，局部根據(jù)線性平順布置需要，就實際地形砌筑矮、短擋墻平整貫通，路基寬5.0 m，采用C25 混凝土路面，厚20 cm，路面寬4.0 m；道路根據(jù)需要分段設(shè)置錯車平臺。道路邊坡根據(jù)開挖后的工程地質(zhì)條件采取不同的支護方式，其中下游側(cè)靠近出洞口內(nèi)側(cè)上坡陡峭，路基開挖后先清除坡上松動巖塊、巖體，而后鉆設(shè)Φ25@2000 系統(tǒng)錨桿，錨桿長4.5 m，錨入山體長4.0 m，露頭0.5 m，隨后緊貼開挖坡面布設(shè)Φ8@200×200 鋼筋網(wǎng)，再噴射C25 細石混凝土，厚12 cm；其他路段根據(jù)邊坡整體穩(wěn)定情況采取錨噴混凝土支護，或不支護。在邊坡腳路基一側(cè)設(shè)寬0.5 m、深0.5 m 的排水溝。

5.4 洞口防墜落安全防護

由于大壩砌筑施工期間，預(yù)留的交通孔洞口上空始終面臨高空墜物等風險，為保護洞口的交通安全，在連接段道路上部設(shè)置鋼管防墜門架，上下游側(cè)各設(shè)置15.0 m，防墜管架呈門型結(jié)構(gòu)，凈寬不小于5.0 m，凈高不小于5.5 m。

5.5 交通孔封堵

交通孔封堵混凝土強度為C20，頂拱預(yù)埋回填、接觸灌漿管，邊墻新、老混凝土接觸面間預(yù)埋接觸灌漿管，進行回填、接觸灌漿，以防止堵頭漏水。交通孔封堵盡量安排在冬季施工，孔洞頂拱回填灌漿，堵頭接觸灌漿應(yīng)在混凝土澆筑齡期達28天以上，堵頭結(jié)構(gòu)充分收縮后進行。先頂拱回填灌漿，再進行接觸灌漿。

6 增設(shè)臨時交通孔效果

在大壩的中下部預(yù)留過壩交通孔，豎向上基本平順打通了石料場與下游已建工區(qū)之間的連接，而且預(yù)留的交通孔不改變原施工導(dǎo)流布置，不影響導(dǎo)流封堵方案，交通孔底板高程高于導(dǎo)流底孔，枯水期交通防洪保障率高，也基本不影響大壩施工度汛方案，有力保障了大壩砌筑施工進度；大壩砌筑封堵后，在導(dǎo)流底孔封堵之前，及時對交通孔進行封堵并做好防滲加固，使堵頭與周邊拱圈形成完整壩體，共同承擔外部荷載，不影響大壩的安全運行。

7 結(jié) 語

由于工程現(xiàn)場石料場位置變化，為滿足施工期上下游輸送石料交通需要，天臺水庫大壩砌筑過程中在壩體右岸預(yù)留交通孔方案技術(shù)可行，不影響壩體結(jié)構(gòu)安全，工程造價經(jīng)濟，對類似工程有一定的借鑒作用。