烏東德水電站大壩表孔施工關鍵技術

商永紅

(新疆葛洲壩喬巴特水利樞紐工程開發(fā)有限公司，新疆 阿勒泰 836600)

0 引言

拱壩通常采用壩身泄洪方式，表孔作為拱壩主要泄洪通道，一般設計為跨橫縫布置，并設有事故檢修閘門、弧形工作門和連接大梁結構，其中連接大梁在跨中設有預留寬槽結構[1]。國內(nèi)高拱壩表孔連接大梁傳統(tǒng)施工方法一般采用桁架或承重排架立模現(xiàn)澆施工，事故門槽采用二期方式安裝施工，總體施工難度較大，工期較長。

本文依托烏東德水電站特高拱壩表孔施工，系統(tǒng)總結表孔底板整體澆筑技術、連接大梁預留寬槽結構優(yōu)化設計、預制梁封頂施工及事故門槽埋件一期施工技術。通過應用該施工技術，大幅降低了表孔施工難度，加快了施工進度，提升了拱壩整體施工技術水平。

1 大壩表孔設計概況

烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988.0 m，建基面最低高程718.0 m，最大壩高270.0 m，拱冠梁頂厚11.98 m，拱冠底厚51.41 m，厚高比0.19，拱壩最大中心角101.79°，壩頂上游面弧長326.95 m，弧高比1.211。

壩身布置6個中孔和5個表孔，其中表孔跨橫縫布置，堰面采用WES曲線，堰頂高程959.0 m，孔口尺寸12 m×16 m(寬×高)，泄洪表孔設兩道閘門，上游面為平面事故檢修門，下游面設弧形工作門，檢修門槽及弧形工作門槽均設計為一期預留、二期安裝澆筑方式。

表孔閘墩之間設現(xiàn)澆連接大梁，頂部與壩頂齊平，既可增強頂部拱圈整體性，又作為弧門支撐結構，大梁跨橫縫部位預留寬槽、后期回填形成整體結構。

表孔過流面周邊設計為C9035抗沖磨混凝土，其中底板堰頂以下設計為一期預留、二期澆筑方式形成，表孔設計結構如圖1所示。

圖1 表孔設計結構示意圖

根據(jù)烏東德水電站工程蓄水規(guī)劃，2020年汛前蓄水至高程945.0 m處，表孔2020年汛期需具備敞泄條件，汛末具備抬高蓄水位運行條件，汛后具備安裝工作弧門條件。

2 表孔施工規(guī)劃

表孔為拱壩重要泄洪通道，其中底板、事故門槽、連接大梁為施工關鍵部位，底板如采用二期澆筑，不僅投入大、工期長，且受一期已澆壩體剛性約束作用，二期澆筑后底板表面極易產(chǎn)生表面裂縫等質(zhì)量缺陷，影響表孔后期安全運行；事故門槽如采用二期方式安裝澆筑，須待壩體澆筑到頂后才能施工，不能滿足蓄水工期要求；連接大梁跨中設計了預留寬槽結構，傳統(tǒng)上采用鋼桁架立模分左右側現(xiàn)澆方式施工，存在安全風險大、支撐材料用量多、工期長等問題，對工程總體進度的影響也非常大。

烏東德水電站大壩表孔施工中，通過設計與施工技術創(chuàng)新研究，運用側墻與底板一期整體澆筑成型施工技術，避免了二期澆筑可能產(chǎn)生的質(zhì)量問題；創(chuàng)新設計了門槽液壓自爬升臺車，解決了事故門槽埋件一期施工難題，實現(xiàn)了事故門槽一期安裝澆筑施工；優(yōu)化連接大梁預留寬槽設計結構，采取預制梁封頂施工，快速安全完成大梁澆筑。

表孔具體施工規(guī)劃如下：

1)表孔采用3 m澆筑升層，側墻與底板一期整體澆筑成型施工；

2)事故門槽埋件采取一期施工，弧形工作門槽采取二期施工方式；

3)連接大梁跨中預留寬槽優(yōu)化至閘墩部位，與壩體脫開澆筑，后期回填至設計高程；

4)連接大梁采用預制梁封頂施工，2020年汛前完成大梁澆筑，汛后安裝工作弧門。

3 表孔側墻與底板整體澆筑成型施工技術

烏東德大壩5個表孔分2批或3批施工，單個表孔從下到上按3 m分層澆筑，其中底板與側墻整體澆筑，整體澆筑分層如圖2所示。

圖2 表孔整體澆筑分層圖

側墻與底板一期整體澆筑成型施工技術要點包括：

1)底板與側墻整體澆筑成型，其中，底板設樣架，以人工抹面方式施工，側墻立模與底板同步澆筑；

2)底板樣架按照設計結構放樣并驗收，在混凝土初凝前拆除，收倉面底板部位設20 cm厚倒角；

3)底板采用定型模板和散裝模板翻轉施工，采用承插式圍囹、套筒式拉條，方便拆模抹面施工；

4)過流面周邊澆筑C9035 PVA纖維(聚乙烯醇纖維，polyvinylalcohol fiber)抗沖磨混凝土。

4 事故門槽埋件一期安裝與澆筑施工技術

表孔事故檢修門槽埋件由主軌、副軌、反軌、底檻等組成，除底檻外，其余均采用一期埋設安裝施工技術，利用液壓自爬升臺車由下至上分層安裝，與壩體混凝土澆筑同步。

4.1 液壓自爬升臺車設計

液壓自爬升臺車整體呈懸臂結構，由爬升平臺、主框桁架、爬升系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)組成。液壓自爬升臺車通過錨固系統(tǒng)固定在已澆側墻面，形成穩(wěn)定剛體結構，可以平衡埋件澆筑中產(chǎn)生的作用力，其自帶動力、自主爬升，作為門槽埋件施工工作平臺，兼作門槽模板安裝拆除平臺。門槽臺車平面及側視結構如圖3所示。

圖3 門槽臺車結構示意圖

1)爬升平臺

爬升平臺總高11.5 m，通過頂升系統(tǒng)固定在已澆混凝土側墻面上，上下共設置4層操作平臺，外防護設計采用沖孔鐵板網(wǎng)。各層平臺板均采用為45 mm折彎花紋鋼跳板，局部采用鋼板填補，具有防火、防滑、耐腐蝕的作用。各層平臺之間均設上下人洞，層與層之間設置鋼制斜梯。自爬升平臺在作業(yè)面形成一個封閉、安全并可獨立施工的操作空間。

2)主框桁架

主框桁架設計為桁架式整體鋼結構，高9 m，桁架通過挑梁與爬升平臺連接為一體，隨爬升平臺一起爬升，爬升到位后再通過錨固系統(tǒng)與已澆混凝土側墻面固定，形成穩(wěn)定的懸臂鋼結構。主框桁架主要作用是通過頂撐裝置和夾緊裝置將倉內(nèi)門槽埋件固定，以此保障埋件安裝精度滿足設計要求，除此之外，兼作門槽模板安裝拆除平臺。

3)爬升系統(tǒng)

爬升系統(tǒng)采用液壓油缸頂升方式，包括導軌、掛座、液壓油缸等。臺車爬升方式為：先在壩體混凝土內(nèi)埋設定位錐，定位錐上安裝固定掛座，固定掛座與爬軌通過液壓油缸和固定掛座的爬升導向槽相連接，通過液壓油缸的頂升運動帶動臺車向上爬升，一次爬升的高度為3 m，與混凝土澆筑升層相適應。

4)錨固系統(tǒng)

自爬升平臺和主框桁架各設計1套錨固系統(tǒng)，采用廠家提供的M32波紋高強螺桿配M36定位錐，具體技術參數(shù)如下：

①波紋高強螺桿M32(3級熱軋帶肋鋼筋，HRB400E)；

②定位錐及高強螺栓為M36，材料為40Cr；

③M32高強螺桿上入定位錐的長度不小于60 mm。

4.2 事故門槽埋件一期施工

表孔事故檢修門槽由二期優(yōu)化為一期施工后，門槽埋件隨壩體混凝土一同澆筑，不再預留二期混凝土。根據(jù)表孔分層規(guī)劃，事故檢修門槽從高程959.0 m處以上與壩體一并分層澆筑，液壓自爬升臺車隨壩體澆筑逐步安裝到位，主要施工技術如下：

1)門槽埋件前期安裝需要在倉內(nèi)設置拉筋固定，混凝土澆筑前，將門槽液壓自爬升平臺上的埋件固定支撐系統(tǒng)與埋件連接為一個整體，以控制埋件在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的變形；

2)門槽埋件后期主要由自爬升平臺頂撐絲桿及鎖緊裝置固定，倉內(nèi)采用少量預埋插筋及角鋼(型鋼)輔助固定，同時利用平臺進行輔助操作的方式定位；

3)門槽周邊模板均采用內(nèi)拉方式安裝固定，與液壓自爬升臺車之間相對獨立、互不干擾，爬升平臺不作為模板支撐的受力體，只作為模板安裝架設作業(yè)平臺；

4)爬升平臺兩端分別設置測量點位，與相鄰最近的測量點作為基準進行實時檢測；

5)爬升平臺按照埋件與爬升平臺聯(lián)合受力設計，澆筑時前后左右對稱均衡下料，澆筑面高差不超過0.5 m，即可滿足設計允許變形要求。

在此基礎上，制訂了埋件一期安裝施工流程和技術要求。液壓自爬升臺車初次安裝現(xiàn)場情況如圖4所示，此時尚未安裝爬升平臺和操作平臺。

圖4 門槽臺車初始安裝現(xiàn)場照片

5 表孔連接大梁優(yōu)化設計與施工技術

表孔連接大梁跨中預留寬槽結構優(yōu)化調(diào)整至閘墩部位，順流向和垂直流向布置，平面呈T型或L型結構，連接大梁設計采用預制梁封頂，預留寬槽后期采用混凝土分層回填至設計高程。

對優(yōu)化后的預留寬槽和預制梁結構，采用三維有限單元法對連接大梁運行期和施工期進行應力分析，分析結果滿足表孔安全運行設計要求，表孔水面線在校核洪水位時與表孔連接大梁、弧門支鉸均有較大安全裕度。

5.1 預留寬槽及預制梁設計

表孔連接大梁預留寬槽由跨中部位優(yōu)化至跨端，即閘墩中部，順流向布置，并增設垂直流向預留槽，形成T型或L型結構，預留寬槽結構優(yōu)化后，連接大梁跨表孔部分為整體結構，底部即可設計為預制梁結構，作為結構的一部分兼作施工支撐模板，后期無需拆除。

預留寬槽及預制梁設計要點包括：

1)表孔閘墩連接大梁范圍設順流向和垂直流向預留寬槽，中墩預留寬槽平面為T型結構，邊墩預留寬槽平面為L型結構，預留寬槽設計寬度1 m，起止高程968.0～988.0 m，如圖5和圖6所示；

圖5 預留寬槽平面圖

圖6 預留寬槽下游立視圖

2)連接大梁與閘墩上游部位脫開澆筑，預留寬槽內(nèi)設連接鋼筋，后期回填形成整體結構；

3)連接大梁采用預制梁封頂，作為結構的一部分，后期不拆除；

4)為滿足預制梁安裝需要，閘墩邊墻部位增設小牛腿結構，不影響表孔泄洪過流；

5)單根預制梁結構為倒T型和L型，長度從上游至下游漸長，與流道體型適應，如圖7所示；

圖7 預制T型梁布置示意圖

6)預制梁安裝范圍內(nèi)倉面設計為自由滑動面，以平衡接縫灌漿對壩體產(chǎn)生的影響。

5.2 連接大梁施工技術

連接大梁預留寬槽結構優(yōu)化后，大梁部位實現(xiàn)與壩體脫開澆筑。大梁采用預制梁封頂施工，預制梁提前預制、現(xiàn)場安裝，施工進度快。

連接大梁施工技術的要點主要包括4個方面：

1)連接大梁部位與壩體脫開單獨澆筑上升，相互不干擾，有利于減少施工難度，加快施工進度，壩體可快速澆筑至壩頂，壩頂結構混凝土施工能盡早開展；

2)連接大梁采用預制梁封頂施工質(zhì)量好、安全性高，且更加方便、快速，避免了現(xiàn)澆施工所帶來的安全風險高、工期長、材料用量大等問題；

3)預制梁后期無需拆除，大梁澆筑到頂后即可開始表孔弧門施工，有利于加快施工進度；

4)預留寬槽在大梁及壩體部位內(nèi)部溫度冷卻至設計允許溫度后即可回填，不影響壩頂及壩體接縫灌漿施工。

6 結語

本文依托烏東德水電站總結形成了特高拱壩表孔施工技術。該技術研發(fā)了事故門槽自爬升臺車，實現(xiàn)了事故門槽埋件一期施工，對研發(fā)弧形工作門槽一期施工技術具有重要借鑒意義；連接大梁預留寬槽結構優(yōu)化調(diào)整、預制梁封頂施工技術、過流面一期整體澆筑技術解決了表孔傳統(tǒng)施工技術存在的安全風險管控難度大、工期長等問題。

烏東德水電站表孔設計施工技術優(yōu)化和創(chuàng)新后，通過應用實施，節(jié)約了4個月直線工期，施工期間未發(fā)生質(zhì)量安全事故。表孔底板成型質(zhì)量良好，事故閘門埋件安裝質(zhì)量滿足規(guī)范及設計要求，實現(xiàn)了工程按期蓄水發(fā)電度汛工程建設目標，取得了顯著的工程效益和經(jīng)濟效益。