水电站大坝上游围堰水下混凝土的施工技术

2014-01-28

中国水能及电气化 2014年12期

(清远市水利水电建筑工程有限公司，广东清远 511518)

1 工程简介

某水电站大坝工程施工基坑紧靠泄水闸，在布置上游围堰时，对原有建筑物的导墙进行了分段设计，为了不占用加固工程的施工基坑，混凝土围堰紧挨着导墙段进行设计。距导墙设计部位较远的位置设计为土石围堰。围堰为重力式水下混凝土结构，底宽为7.9m，底部的高程为821.00～835.00m。按照10年一遇的洪水标准进行设计。围堰最大高度为15m，顶部高程为837.00m。背水面按台阶设计，迎水面按直墙式设计。设计围堰轴长45m，混凝土浇筑量3500m3。

2 工程施工特点

a.由于水下施工的难度高，施工工期比较紧。河水比较浑浊，施工时，施工人员完全靠感觉进行定位。此外，水下混凝土施工是在汛期前开始的，有效工期只有110d，工期短。

b.由于水下混凝土的施工条件不好，存在一定的安全隐患。且由于施工区距离泄洪闸进口比较近，库区中的流态比较复杂。从资料来看，3～4月的温度大约在8℃左右，河水温度过低，会对人在水下进行立模、清基工作造成影响。

c.对施工质量和施工技术要求比较高。该工程采用的重力式挡土围堰，要求具有良好的防渗能力和稳定性能。由于在浇筑混凝土时无法进行振捣，主要利用浆柱自身重力进行密实，因此，无法准确了解浇筑情况。为保证施工质量，需要将混凝土的配合比设计好。

3 水下混凝土围堰设计

3.1 围堰高程设计

在设计围堰高程时，挡水按照12月至次年5月洪水频率的25%进行，由于水位为1330.02m，洪峰流量为942m3/s。根据河水的壅高和围堰的安全高度，确定上游围堰堰顶的高程为1331.23m[1]，则围堰的高度为3.21～6.84m。围堰堰体的背水面坡比为0.51，迎水面坡比为0，顶部宽度为0.81m，围堰轴线断面底部的最大宽度为4.22m。

3.2 围堰结构断面的设计

该工程设计围堰堰顶的最高高程为1331.23m，则围堰最大高度为3.21～6.84m，围堰堰体的顶部宽度为0.81m，背水面坡比为0.51，迎水面的坡比为0。围堰轴线底部的最大宽度为4.22m。

3.3 计算混凝土围堰的稳定性

主要设计参数如下：将质地坚硬的岩石作为建基面，设置围堰高度为3.21～6.84m，如果单宽堰体为1m，则围堰的荷载主要来自水压力和自重。进行灌浆防渗处理后对基底扬压力进行计算。

a.计算抗剪断强度。采用下式计算：

K′=(f′∑W+CA)/∑P≥[K′]

式中K′——抗滑稳定安全系数，取3.1；

f′——基岩接触面和堰体底板混凝土之间的抗剪断摩擦系数，取0.91；

A——基础截面和堰体底板接触面的面积；

C——基岩接触面和堰体底板混凝土的黏结力，取0.31MPa。

经计算，抗滑稳定安全系数为7.1，大于3.0。达到了抗剪断的强度要求。

b.计算抗剪强度。采用下式计算：

F=f∑W/∑P≥[K]

式中 [K]——抗剪稳定安全系数，取1.06；

f——基岩接触面与围堰堰体底板混凝土的抗摩擦系数，取0.66；

∑P——作用在基础截面上的总水平力；

∑W——作用在基础截面上的总垂直力。

经计算，抗剪强度的K为1.146，大于1.05，符合抗剪强度的要求。

4 上游围堰水下混凝土施工

4.1 施工前准备

施工前，按照围堰设计图纸进行结构边线和轴线控制点的测定，并利用水上浮标将标记做好，将对应的线和点引至陆地上。同时将浮箱、制作模板、专业人员、供电供风系统、施工器具等水下混凝土施工的准备工作做好。

4.2 开挖水下土方

在开挖水下土方时，该工程使用小型挖泥船进行施工，在施工前，水电站有3d时间可以进行放水冲沙，在将水库的水位降低到824.00m时，安排使用PC405反铲对淤积层进行挖掘。

4.3 搭设施工平台

由于该工程是水上施工，需要搭设水上施工平台。施工平台主要由浮箱拼接而成。其中浮吊船、模板安装船、工作船各一艘，利用6个大小为6m×1.5m×3m的浮箱拼成浇筑船，在浇筑船的中间围成宽度为8.6m、长度为12m的空腔来作为混凝土浇筑和安装模板的通道。在布置混凝土围堰浇筑仓面时，要在距离边线1m以上的范围内将下料管布置好，各个导管之间的距离控制在4.1m。

4.4 对基面的淤泥进行清理

当水下土方挖到基岩后，安排潜水人员潜入水中用高压水枪和清淤管对基岩进行清理，使用直径25cm的钢管作为清淤管，并利用空压机进行供气，在潜水员使用高压水枪扰动基岩上的淤泥后，利用清淤管将淤泥排到施工区外部。

4.5 锚杆的施工方法

锚杆的作用主要是对模板进行加固。施工时，使用HPR2034型的液压动力钻进行钻孔，孔的大小为46mm，孔钻好后，利用高压水枪进行清孔。检查过孔的深度以及孔的清理情况后，进行锚固剂的安放以及插杆的施工。使用卷式水下锚固剂，锚固剂在进场后，要做好检查工作。合格后才可以使用。

4.6 模板的施工技术

使用可以自由拆卸的组合钢模板作为水下模板，根据仓面的大小，使用螺栓在浇筑船上进行连接，然后使用浇筑船运输到施工位置后，再将其吊入到水中。使用简易型三角支架和手葫芦进行配合吊装。模板安装前，将定位缆绳固定后，调整型钢模板的水平位置，并使用缆绳对型钢模板的位置进行调整。使用交会法进行定位测量，测量位置由经纬测量仪和测距仪进行控制。利用挂重球的方法检查模板的垂直度。在测量时，将一个竖向的圆钢焊接在钢模板的中心，并在钢模中心涂抹红白油漆，以此对中心点进行标注。在岸上使用两台仪器分别对准中心和轴线，并安排专人对安装进行指挥。在制作模板时，由于对模板的平整度要求比较高，使用法兰螺栓在模板的四周进行可调支撑，在实际安装的过程中，根据实际情况进行调整。分别在模板的四周打斜撑，底部打定位桩，以此来将模板固定好。对于底部存在缝隙的位置，使用模板进行封堵。使用16mm以上的圆钢作为模板的拉条。按照梅花形进行对穿拉条的布置。将梯形键槽设置在围堰轴线的施工缝上，并以此来保证围堰整体的稳定性。

4.7 混凝土浇筑施工技术

在进行混凝土浇筑时，使用二级配的泵送混凝土，强度等级为C25。混凝土的坍落度控制在17cm左右。为保证水下混凝土的施工质量，首先要设计出合理的配合比。根据多次施工的相关经验，在设计水下混凝土的配合比时，要使流动性达到要求，胶凝料要大于421kg/m3。使用导管法进行浇筑施工，首先横向布置两根间距为4m的导管，然后纵向布置三根间距为4m的导管，导管的直径为255mm。在浇筑的过程中，要使用导管轮流进行浇筑，保证浇筑一次性完成。导管的长度分别为0.5m和2m。为了可以在提升的过程中，轻松完成导管的拆卸工作，每一套导管都需要搭配好短导管和长导管。使用简易三角配筋手动葫芦对导管进行提升，根据导管的提升长度和下料量来对埋深进行判断，提升由人工完成。在水下浇筑混凝土时，要保证埋入混凝土中的导管深度在80cm以上，首批进入导管的混凝土要超出1.6m3。根据施工经验，该工程在浇筑混凝土时，当水下浇筑的深度为15m左右时，取最小埋深0.81m。

一般情况下，在浇筑水下混凝土时，将上升速度控制在0.31m/h，参考仓位的大小算出入仓的强度为28.6m3/h。混凝土使用两部0.76m3的搅拌机进行搅拌，生产力可以达到31m3/h,混凝土搅拌后使用HB-60B型泵车进行输送，输送距离为200m，每小时可输送60m3混凝土，满足浇筑要求。