三河口水利樞紐泄洪壩段常態(tài)混凝土施工方案研究

程漢鼎，趙 瑋，王云濤

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

1 概述

三河口水利樞紐壩址處屬峽谷區(qū),河谷呈基本對稱的“V”型。攔河大壩為碾壓混凝土拱壩,壩身設泄洪表孔、放空泄洪底孔和進水口等建筑物,壩體為拋物線雙曲體型,壩頂高程為646 m,最大壩高141.5 m。泄洪建筑物是樞紐的重要組成部分,是保障樞紐安全的關鍵性建筑物,三河口水利樞紐泄洪建筑物采用壩身“2 底孔+3 表孔”的布置方案聯(lián)合泄洪,表孔和底孔出口部位分別采用差動坎和窄縫擴散消能,下泄水流水舌分散入下游消力塘消能[1]。

泄洪壩段采用壩身分層出流、分區(qū)消能的泄洪消能方案,泄洪建筑物方案布置緊湊,能夠有效地削減洪峰且集中解決消能問題。泄洪表孔布置于拱壩中心線附近,孔口尺寸15 m×15 m（寬×高）,堰頂高程628 m,泄洪表孔最大下泄流量6020 m3/s,最大單寬流量133.78 m3/s。兩個放空泄洪底孔相間布置在三個泄洪表孔之間,最大下泄流量1560 m3/s,出口弧形工作閘門孔口尺寸4 m×5 m（寬×高）。

2 混凝土分倉設計

泄洪壩段分布在壩體5# 和6# 壩段,壩段總長度為98.03 m。根據壩體有限元計算成果,考慮到混凝土拌合運輸及施工措施等,泄洪表孔602 m 高程以上分別在左、右表孔沿中心線設施工縫,左右表孔與4#和7#壩段之間分別設1#和2#誘導縫,中表孔中心線處設5#橫縫,故1#誘導縫、三條表孔中心線和2#誘導縫將泄洪壩段分為4 個澆筑塊。見圖1 和圖2。

圖1 泄洪壩段澆筑分倉設計圖

圖2 泄洪表孔剖面圖（以中表孔為例）

3 泄洪壩段混凝土施工方案研究

3.1 施工難點分析

三河口水利樞紐泄洪壩段分布在壩體中部,左、右側分別與大壩碾壓混凝土4#和7#壩段相接。泄洪壩段位于大壩施工關鍵線路,其施工進度影響泄洪表底孔閘門及壩頂金屬結構安裝、大壩結構封拱和壩頂裝修等施工,是控制施工總工期的重要節(jié)點。泄洪表孔體型結構復雜、施工工序繁多、施工精度要求高,常態(tài)混凝土施工與碾壓混凝土倉面交替進行,相互干擾較大,對施工組織和施工工藝要求較高。施工過程中,根據施工工期動態(tài)分析成果及施工資源配置,協(xié)調好混凝土拌合運輸、鋼筋制安、模板安裝及混凝土澆筑養(yǎng)護等作業(yè)環(huán)節(jié),科學合理地安排好各環(huán)節(jié)時間銜接,減少碾壓混凝土與常態(tài)混凝土澆筑之間的施工干擾,盡量減少占用關鍵線路工期。

泄洪壩段602.0 m 高程以上混凝土澆筑總量12.4 萬m3,混凝土澆筑量大,且混凝土分區(qū)復雜,存在澆筑手段單一、施工交通條件較差等施工問題；另外,在泄洪壩段混凝土澆筑時,根據上下游牛腿、支鉸大梁、檢修門槽、門機大梁等重點部位的結構特點,采用了特殊的澆筑手段,確保施工質量安全和施工進度。

3.2 施工布置

表孔壩段共分為4 個澆筑區(qū),泄洪壩段混凝土施工主要采用皮帶機+伸縮式布料機的澆筑方式。在5#和6#壩段岸各布置1 臺SHB22 型伸縮式布料機,用1#、2#皮帶進行布料,澆筑半徑為22 m,局部盲區(qū)部位采用平倉機、M1500 塔機或反鏟補料,左、右邊墩布料機盲區(qū)位置采用搭設溜槽,反鏟補料。1#皮帶機長39 m,2#皮帶機長43 m,立柱截面采用2.0 m×2.5 m 桁架,安裝時授料斗、皮帶立柱、布料機塔柱保持在一條直線。根據SHB22 型布料機特性及澆筑分層,布料機分兩期布置,一期布置在610.0 m 廊道下游,塔柱中心距廊道邊1.9 m,澆筑高程范圍為602.0 m～625.625 m,二期布置在底孔中心線位置,澆筑高程范圍625.625 m～EL646.0 m。見圖3 和圖4。

圖3 泄洪壩段混凝土澆筑平面布置示意圖

圖4 泄洪壩段混凝土澆筑設備立面展開示意圖

3.3 泄洪壩段混凝土澆筑

3.3.1 主體混凝土澆筑

泄洪壩段602.0 m 高程以上表孔中心線處設有大壩5#橫縫,左、右表孔沿其中心線設施工縫,故1#誘導縫、三條表孔中心線、2#誘導縫將表孔分為4 個澆筑塊,泄洪壩段混凝土澆筑分層高度按3 m 控制,遇交通廊道、臺階等結構可適當調整澆筑層厚。

泄洪壩段常態(tài)澆筑時由9 m3自卸車水平運輸至左、右岸646.0 m 高程壩頂溜管卸料,由倉內 1#、2#皮帶機喂料給1#、2#伸縮式布料機,布料機施工盲區(qū)采用搭設溜槽及M1500 塔機作為補充澆筑手段。伸縮式皮帶機分兩期布置,均布置于左、右中墩,可滿足22 m 范圍內常態(tài)混凝土澆筑,采用?168 mm 鋼管做立柱支撐,澆筑時根據兩側碾壓混凝土升層高度,及時頂升1#和2#皮帶機及伸縮式皮帶機,可滿足澆筑需要；一期伸縮式布料機布置于左右中墩中心線與廊道下游側邊線50 cm 處,澆筑控制高程602.0 m～625.625 m,二期布置于左右中墩中心線與廊道軸線交點處,澆筑控制高程625.625 m 以上,立柱安裝高度12 m,左右岸碾壓混凝土供料倉高程644.00 m,1#、2#供料皮帶機按澆筑高程調整送料角度,進行625.625 m～644.00 m 高程混凝土澆筑。

3.3.2 溢流面混凝土澆筑

根據泄洪表孔結構型式,為有效消除溢流面混凝土表面氣泡,提高成型后外觀質量,溢流面采用翻模抹面工藝,采用組合鋼模板。

泄洪表孔溢流面混凝土用刮軌控制體型,刮軌制作采用∠50×5 角鋼,根據刮軌安裝位置在倉內設架立筋,底部與預埋插筋焊接牢靠。刮軌安裝到位并經測量復核與設計體型一致后,進行混凝土澆筑。模板樣架采用∠50×5 角鋼制作,在溢流面鋼筋網安裝后,測量放樣樣架安裝點位,用Φ28 鋼筋點焊加固,待模板拼裝后校正樣架高度,將樣架斜撐鋼筋與鋼筋網點焊加固牢靠。澆筑過程中,翻模順序為先澆筑先翻模,通常在初凝前2 h～3 h 先拆除最早收面處的模板。抹面時用抹鏟按設置的刮軌樣架壓實殘留于混凝土表面的水汽泡、麻面,抹平錯臺,消除表面缺陷,然后用刮杠刮平,再將刮軌樣架和螺栓取出,樣架槽和螺栓洞用同倉同標號混凝土填塞補平。

泄洪表孔澆筑倉面搭設遮陽棚骨架,骨架斷面呈“V”型,施工部位設置橫桿保證骨架穩(wěn)定；遮陽棚篷布在抹面時起遮陽和防雨作用,可根據現場天氣情況,用牽引繩收放篷布遮陽。見圖5。

圖5 泄洪表孔溢流面翻模加固及抹面施工示意圖

3.3.3 支鉸大梁混凝土澆筑

（1）施工分縫設計

為了提高壩體的整體性,表孔支鉸大梁跨橫縫布置,左、右表孔支鉸大梁中心線設置施工縫,左、右表孔支鉸大梁施工縫左側混凝土隨邊墩等結構一起分層澆筑,施工縫右側混凝土隨中墩及中表孔支鉸大梁寬槽左側一起分層澆筑,保證表孔左中墩兩側支鉸大梁同步對稱上升,左、右表孔支鉸大梁鋼筋在施工縫處不斷開。為避免在壩體冷卻期間對壩體的約束,中表孔支鉸大梁在5#橫縫跨中預留寬槽,中表孔支鉸大梁寬槽左、右側混凝土隨表孔中墩及左、右表孔支鉸大梁施工縫兩側混凝土結構一起分層澆筑,保證表孔左中墩及右中墩兩側支鉸大梁同步對稱上升。

（2）施工支撐方案

泄洪表孔支鉸大梁施工支撐方案在貝雷梁和三角支撐架方案之間進行選擇。由于貝雷梁支撐方案具有承載能力強、結構調整靈活、架設和分解速度快、節(jié)省施工工期和工程投資等優(yōu)點,且貝雷梁支撐方案不影響溢流面及其他部位混凝土施工,故選擇貝雷梁支撐方案[2]。

泄洪壩段支鉸大梁底部支撐形式采用5 組跨度15 m 的組合式貝雷梁（三排單層）,每組貝雷梁為3 榀加強型貝雷架采用支撐架拼裝而成。加強型貝雷架即321 型標準貝雷架頂部及底部加設加強弦桿。在孔口閘墩內側,邊墻628.80 m 高程預埋I40 a 工字鋼,伸入混凝土深度為1.2 m。各組貝雷梁緊挨放置,吊至規(guī)定位置后,8 組貝雷梁底部采用4 根I16 工字鋼連接梁將各組貝雷梁連接成整體,間距按6 m 控制,模板支撐排架立桿間距1 m×1 m。在貝雷梁上部布置I16 工字鋼連系梁,間距1 m,支鉸大梁底模直接坐于連系梁,貝雷架兩側邊墻預留20 cm 深預留槽,待貝雷架拆除后進行回填。見圖6 和圖7。

圖6 支鉸大梁支撐系統(tǒng)圖

圖7 支鉸大梁支撐系統(tǒng)立視圖

（3）寬槽鋼筋連接方式

施工圖設計時,設計要求支鉸大梁預留寬槽回填前,其兩側垂直流向鋼筋應準確對位,但不得連接,待寬槽澆筑回填混凝土時再將寬槽兩側鋼筋用連接鋼筋連成整體,鋼筋連接位置在平面和立面上錯開；寬槽連接鋼筋與寬槽兩側預留的垂直流向鋼筋連接時,采用一端焊接連接（雙面焊）,一端機械連接。施工過程中,參考工程實例,采用新型微彎寬槽鋼筋連接方式,利用鋼筋弧形段的伸縮適應混凝土的溫度變形,解決了寬槽鋼筋連接施工困難和施工質量難以保證的難題[3]。

（4）混凝土的分層與澆筑

支鉸大梁底部高程為633.0 m,按照支鉸大梁斷面尺寸,澆筑層混凝土重量約為165 t/m,考慮到施工支撐結構受力條件,前兩倉按1.5 m 升層澆筑,且第一倉澆筑完混凝土澆筑齡期7 天后再進行第2 倉澆筑,以后各倉按3.0 m 升層澆筑?？紤]到施工期荷載和支撐結構安全穩(wěn)定性,在支絞大梁每個澆筑層面布置單層施工期鋼筋。

中表孔支鉸大梁預留寬槽回填澆筑應選擇在低溫季節(jié)進行,回填混凝土與先澆混凝土之間齡期不小于4 個月,并達到設計要求溫度；回填混凝土分層澆筑厚度不大于2 m；寬槽兩側施工縫面按照新老混凝土結合面要求進行鑿毛處理。

（5）結構縫處理措施

混凝土澆筑前,對施工縫縫面和預留寬槽混凝土面進行鑿毛處理,并設置鍵槽。支鉸大梁預留寬槽回填前,應完成大壩5#橫縫及大壩誘導縫629.5 m 高程以下灌區(qū)的接縫灌漿,預留寬槽回填完成后,再進行大壩誘導縫629.5 m 高程以上灌區(qū)及左右表孔支鉸大梁施工縫的接縫灌漿,由于預留寬槽寬度小,混凝土收縮量小,兩側縫面未設置接縫灌漿系統(tǒng)。

4 結語

（1）泄洪壩段體型結構復雜,混凝土種類和分區(qū)多,施工綜合難度較大,采用的混凝土分區(qū)設計方案科學合理、安全可靠,支鉸大梁的跨中分縫方案有利于壩體溫度應力充分釋放,卻增加了施工支撐的難度和對施工工藝的要求。

（2）根據現場施工狀況、場地條件、資源配置等,泄洪壩段混凝土澆筑采用了皮帶機、塔機、溜槽、機械平倉和人工振搗相結合的組合措施,針對支鉸大梁、門機大梁等重點部位采取了加強型貝雷梁支撐,散裝鋼模板與定型鋼模板結合運用,保證了施工質量和施工工期。

（3）泄洪壩段混凝土澆筑過程中,閘墩大體積混凝土倉面局部出現表層裂縫,并采取了布設止縫孔、并縫鋼筋網及化學灌漿等綜合處理措施,支鉸大梁、門機大梁等關鍵部位未發(fā)現結構變形、表層裂縫等質量問題。

（4）混凝土分區(qū)設計與現場施工措施及資源配置有效結合,混凝土澆筑質量得到有效保證；中表孔支鉸大梁采取的預留寬槽和微彎鋼筋連接方式,具有施工方便、結構可靠等優(yōu)點；支鉸大梁澆筑采用的支撐結構安全可靠、經濟合理,有利于控制混凝土施工質量。

綜上所述,三河口水利樞紐泄洪壩段混凝土分區(qū)設計和現場施工方案對同類工程設計和施工具有借鑒意義。