泸定水电站大坝抗震梁的设计优化与施工方法

胥彦刚，李明辉

（中国人民武装警察部队水电第三总队第九支队，四川 成都 611130）

1 工程概况

1.1 大坝工程概况

泸定水电站粘土心墙堆石坝坝顶高程1 385．50 m，大坝建基面高程1 304．00 m，最大坝高81．5 m；坝顶宽12．0 m，上、下游坝坡均为1∶2，坝体上下游均设有弃渣压重。防渗心墙顶高程 1 383．00 m，顶宽4．0 m， 上、 下游坡均为 1∶0．25， 上、 下游反滤层水平厚度分别为 6．0、8．0 m，上、下游过渡层水平厚度均为12．0 m。粘土心墙基础覆盖层进行固结灌浆。基础接帷幕灌浆形式，坝基防渗墙厚1．0 m。

1.2 大坝抗震框格梁工程概况

（1）为提高大坝的整体抗震效果，在大坝1 365、1 371、1 377 m高程分别安放坝体水平抗震预制钢筋混凝土框格梁，35cm×50cm矩形断面。根据各层布置范围不同分三类：预制梁1、2长度均为4．0 m，预制梁3长度为3．0 m。梁之间连接 （见图1）采用钢筋搭接双面焊，搭接长度不小于20 cm，并采用沥青包裹防锈处理；预制梁受力钢筋净混凝土保护层厚度为3．5 cm，梁体采用C25混凝土；预制梁吊环钢筋直径为12 mm，底部与梁受力筋焊接，焊接长度为10 cm。

图1 抗震梁的连接形式 （尺寸单位：cm）

（2）在大坝上、下游坡面的1 365、1 368、1 371、1 374、1 377m及1 381 m高程处设置6排水平抗震梁，并每隔6 m用竖梁连接。坡面抗震框格梁采用现浇钢筋混凝土方式，在整个坝坡坡面形成框格整体。上游坝坡水平抗震框格梁为五边形 （见图2a），竖向抗震框格梁为正方形，边长为60 cm；下游坝坡水平抗震框格梁为五边形 （见图2b），竖向抗震框格梁为矩形，尺寸为40 cm×60 cm。

2 坝体内水平抗震框格梁

2.1 设计优化

图2 上、下游坝坡水平抗震框格梁 （单位：cm）

（1）优化目的。原设计中抗震梁之间连接采用钢筋搭接双面焊硬连接，给大坝工程施工带来两方面的问题：①抗震梁之间的连接较为困难，表现在两根预制梁预埋钢筋之间完全靠拢对齐非常困难，无法保证十字接头钢筋搭接双面焊的焊接质量；②焊接工作量大，速度慢，无法满足大坝填筑进度的要求，还会造成大量机械设备停工闲置。因此，在满足设计抗震梁铺设意图前提下，有必要对坝体内水平抗震框格梁的连接形式进行优化。

（2）优化方案。将抗震梁设计连接方式变为“软连接”，并通过实验确定其是否满足抗拉要求：①将梁原设计中预埋外露的两根独立钢筋 （见图3a）优化为预埋外露的一根凹形钢筋 （见图3b）；②采用公称直径12 mm光面镀锌圆股钢丝绳 （6×37+FC）连接，钢丝绳采用几圈几股通过试验确定。试验数据见表1。试验确定，钢丝绳绕行4圈8股、φ22的钢丝绳绳卡对钢丝绳单股形成死扣可以满足设计要求。③防腐处理同原设计，即采用沥青包裹对外露钢筋涂刷防腐处理。

表1 钢丝绳软连接试验数据

图3 预埋钢筋 (单位：mm)

2.2 施工方法

（1）抗震梁预制。抗震梁预制场地设在上游压重平台上。为了方便预制梁模板和钢筋的制作安装以及混凝土浇筑和模板的拆卸，首先浇筑厚度为20 cm的素混凝土工作平台，后在工作平台上进行预制梁的浇筑。具体如下：①钢筋加工。钢筋制作 （包括吊环制作）在钢筋加工场按设计尺寸集中加工，5 t载重车运输至安装现场，人工运至预制梁浇筑点进行现场安放。由于预制梁种类多，钢筋图相似，极易出错。为了避免用错钢筋，同种预制梁集中一个区域制作。②模板加工。模板在浇筑平台上根据梁的型号加工成定型模板，方便安装、拆卸和重复使用。模板外侧用脚手架钢管作背管，内拉钢筋采用φ8钢筋穿过并与模板外侧钢管焊接固定，间距1.0 m，两端模板预留搭接钢筋孔，模板侧边采用钢管加固，增加模板强度和刚度防止局部变形影响外观质量。③预制梁的浇筑。预制梁混凝土采用拌和楼拌制，6.0 m3混凝土罐车运输至作业平台，通过短溜槽送至仓内，振捣采用ZN50型电动软轴插入式混凝土振动器。为保证保护层厚度，钢筋架立时底部垫3 cm厚预制混凝土块 （10 cm×10 cm×3 cm）， 垫块间距1.0 m。模板的拆除在浇筑结束24 h后进行。拆除模板时只能从外侧敲打，严禁从混凝土面敲打或撬动模板，以防损伤混凝土表面，影响混凝土外观质量。④抗震框格梁的养护。浇筑好的预制梁，采用草袋覆盖，洒水养护。养护7 d后，用吊机装车运至存储区备用，储存区分多块场地分别存放不同型号的预制梁，防止现场安放时出错。

（2）抗震框格梁的吊装铺设。当大坝抗震梁安放平台填筑完成后，先检测高程。若局部平整度不满足铺设要求，则采用细料人工平整；以确保抗震梁铺设基础的平整度。由16 t吊机吊装至载重汽车上，将梁运送至坝面，并且直接卸至工作面，反铲平整场地后再安放。安放完成后，再次进行测量校核，人工局部调整；以使抗震梁的放置位置符合设计要求，且保证抗震梁不存在架空现象。

（3）抗震框格梁的连接及防腐。先将外露钢筋采用液态沥青漆涂刷防腐，再按照实验所确定的采用4圈8股钢丝绳，将抗震梁外露的钢筋用钢丝绳连接，然后用φ22的钢丝绳绳卡对钢丝绳单股连接，形成死扣。此施工程序的质量控制重点是保证钢丝绳的连接紧度，确保4圈8股钢丝绳均匀受力。

（4）抗震框格梁的覆盖。对已经安装好的抗震梁防腐处理后，开始进行填料覆盖。填料时将料倒在卸料平台上，反铲填筑框格内部，填装时避免梁移位，避免大块石砸坏抗震梁。本层堆石料填筑完成后，开始进行碾压。碾压时采用静碾的方式进行，避免抗震梁被震断。碾压完成并在实验合格后方可进行上一层填筑。

3 上、下游坡面抗震框格梁

3.1 设计优化

原设计的坝坡抗震框格梁均位于坝体永久坡面上，抗震梁施工期间，大坝尚在填筑，坡面干砌石尚在砌筑，且抗震梁施工本身需要运输道路；因此设计并未考虑上游坝坡施工道路和下游永久上坝道路对其的影响，故需对原大坝永久坡面的部分抗震框格梁进行优化。

（1）优化原则：在不影响坝坡抗震框格梁抗震效果的前提下，方便施工；优化的外观必须确保美观效果。

（2）具体优化方案的总体思路：将坝坡道路占压的坝坡抗震框格梁移至道路边坡外侧。由于道路边坡设计坡比为1∶1.35，大坝坝坡设计坡比为1∶2；因此必须将道路边坡的抗震梁渐变至大坝坝坡的抗震框格梁。为满足保证抗震框格梁整体抗震要求，一是将相邻两根不同高程的水平抗震框格梁采用同截面的现浇梁予以连接；二是将道路面两侧同高程水平抗震梁采用同截面的现浇梁予以连接。若遇到水平梁外侧斜面坡度与设计边坡不一致的地方，采取加高或降低混凝土浇筑坡面方式进行处理。竖向梁与顺坡匹配，框格间距以顺坡面法线间距6 m进行控制。在道路与坝体交汇的拐点位置进行找平。干砌石、浆砌石随坡面抗震框格梁进行找平成顺坡。

3.2 施工方法

（1）测量放线。测量人员根据设计坡面线，对坝坡进行测量放样。测量放样采用间隔5 m×5 m打钢筋桩，桩间拉线来控制设计高程。在变坡点位置加密测量，并准确找出折点位置，并打上有特殊标记的钢筋桩，多个折点放样完成后，人工采用拉线的方式校核折点桩，保证所有变坡点均在一条直线上，以满足整体性美观要求。

（2）抗震梁基础整平。由于水平梁为嵌入坝体式，若采用人工挖槽方式，无论是施工进度、工程成本及施工难度都无法满足要求；因此采用了挖掘机挖出基础平台。基础平台开挖分为粗平和精平两个阶段：粗平采用中型挖掘机开挖整平。根据测量放样的设计坡面线和平台高程，挖掘机自路口向里开挖，挖出的石渣料用25 t自卸车运出。粗平标准控制在±30 cm。粗平完成之后，再用人工配合小型挖掘机 （如60型）精平，在精平过程中，测量工作及时跟上。精平标准控制在±10 cm。

（3）钢筋混凝土抗震框格梁浇筑。坝坡抗震框格梁浇筑施工的重点为模板架立及混凝土振捣：①立模同前2．2（1）抗震梁预制中的②模板加工。立模完成之后，先采用全站仪校模，再用拉线方式进一步校正，以确保模板平整顺直。②混凝土振捣同前2．2（1）中③；确保振捣到位，气泡排出，尽量减少混凝土表面的蜂窝麻面，以确保外观质量良好。

4 结语

优化效果必须建立在满足设计要求的前提下，优化设计的目的是方便施工、加快施工进度、节约施工成本、满足美观效果。坝体水平预制抗震梁“软连接”，可以使坝体内抗震框格梁形成整体稳定的受力状态，又可以加快施工进度；而坝坡道路两侧斜梁以及跨道路连接大梁，既有效保证了坝坡抗震框格梁的整体稳定，又保证了大坝工程的正常施工；从而达到了优化的目的。