泉州市八峰水库砌石拱坝坝体预留交通洞口施工方案分析

吴益平

(福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000)



泉州市八峰水库砌石拱坝坝体预留交通洞口施工方案分析

吴益平

(福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000)

摘要：文章介绍泉州市八峰水库砌石拱坝右岸现有公路预留交通洞，旨在解决库区村民交通出行的难题。对位于坝体0.37H处预留交通洞进行坝体应力有限元分析计算及施工方案比较，确定预留交通洞对坝体施工期、运行期均无影响，有效推进大坝施工建设。

关键词：砌石拱坝；交通洞；应力计算；洞口施工

1项目概述

八峰水库主要枢纽建筑物拦河坝为双曲砌石拱坝，按50 a一遇洪水设计，500 a一遇洪水校核，设计坝基高程139.0 m，设计坝顶高程206.5 m，最大坝高67.5 m，坝顶宽3.5 m，拱冠梁底宽16.0 m。

大坝右岸有一条现有乡村公路，是库区内洪四村村民对外交通的唯一通道，总长约4 km，路面为4.5 m宽的水泥混凝土路面，过坝路段路面高程164.0 m，穿越大坝右岸桩号K0+142.8～161.8。大坝施工已进入主体砌筑施工，按照进度计划大坝将砌至165 m高程，右岸公路将中断通行，为了保证坝体砌筑施工的整体性及连续性，又能解决库区内村民的交通需求，拟定在坝体中预留交通洞，解决交通出行问题。

2解决方案分析与确定

2.1坝体预留施工洞应力计算验证

首先对结构进行有限元网格划分，并施加荷载及边界约束，然后进行结构计算，最后整理计算成果。

拱坝采用三心圆布置，大坝体形参数如表1所示。首先对坝体进行网格划分(图1)，在厚度方向上等分成4单元,共划分成428个块体单元，700个节点；然后对坝基进行网格划分，坝基的取值范围为各方向均取100米，因此整个模型划分成4880个空间8节点块体单元，共有6120个节点；最后对模型施加约束和荷载(自重及温度荷载)，即在基础边界施加铰约束，在坝体的各节点上施加温度荷载(温差按国内经验修正公式：T m=±47/(T+3.39)计算)。

图1　大坝及基础网格剖分图

表1　拱坝基本尺寸

2.1.1计算工况

本次计算了2种工况：①空库+自重+温降；②空库+自重+温升。

2.1.2计算参数

坝体混凝土弹模E=10GPa，容重γ=2.3t/m3，泊桑比μ=0.22,线性热膨胀系数α=0.8×10-5/℃，基础弹模E=13 GPa。

2.1.3应力控制指标

拱坝应力控制指标按照《混凝土拱坝设计规范(SL282—2003)》采用，有限元法经等效处理后的混凝土允许的拉应力，基本组合为1.5 MPa，特殊组合为2.0 MPa。

图2　有限元计算结果

2.1.4计算成果分析

从图2可看出，有无交通洞对整个坝体的应力分布影响很小，只是在交通洞附近区域有比较大的影响。

经过应力计算及分析论证，确定在坝体中预留交通洞口是可行的。

2.2预留交通洞方案

经过实地勘察,考虑工程实际,提出以下2种预留交通洞方案：

表6　预留交通洞方案对比

2种方案施工简图

1)方案一：施工示意图见图3，右岸公路处坝基开挖后架设钢便桥做临时路，路面以上坝体预留交通洞。

2)方案二：施工示意图见图4，右岸公路处坝基开挖后临时填石渣做临时路，坝基分二次开挖后，在现有路面以上坝体预留交通洞。

图3　方案一示意图

图4　方案二示意图

2.3大坝右岸过坝预留交通洞口方法措施叙述

1)方法一：坝基基坑架设便桥，在便桥旁边预留交通洞。首先对桩号K0+161.9～170.1段坝基进行开挖，架设一座钢便桥(宽4.5 m×20 m)，形成过坝通道后，再开挖公路外侧坝基，在现有公路位置处，预留过坝交通洞口。在坝体及交通洞口浇筑成型后，临时路改道往交通洞口通车，拆除钢便桥后，把坝体从基础往上砌至交通洞顶平，则左右岸坝体同步砌筑上升，进出洞口及两侧道路做好安全防护措施，确保路面以上坝体施工安全。直至左岸改建公路建成通车后，再把预留交通洞封堵并进行接触灌浆处理，使其与原坝体形成一体。

2)方法二：坝基临时填筑石渣形成通道，旁边预留交通洞。首先对桩号0+161.9～170.1段路内侧的坝基进行开挖，再回填石渣，首次改道。再把路外侧0+142.8～162.9段坝基开挖完成，把坝体砌筑上升至163.85 m(与现有路面平)，留置好坝体预留洞，再路外侧已砌好的坝体上浇筑路面混凝土，把交通路从内向外再次改道。清理出路内侧0+161.9～170.1填筑的石渣，把路内侧基坑坝体砌筑至现有路面平，使坝体预留洞口两侧坝体(163.85～170 m)可同时砌筑上升，按照设计图纸浇筑钢筋混凝土交通洞，形成过坝交通洞，做好进出洞口的连接段路基路面，及路两侧管棚防护工程，即把右岸交通道路改至预留的交通洞口通行，则左右岸坝体可以同步砌筑上升，进出洞口及两侧道路做好安全防护措施，以确保路面以上坝体施工安全。直至左岸改建公路建成通车后，再把预留交通洞封堵并进行接触灌浆处理，使其与原坝体形成一体。

经两种措施方案比较，综合考虑多方面因素，最终采取第二种方案，即采用右岸公路坝基分期开挖，在路内侧基坑内填筑石渣做临时过坝路，路面以上坝体采用预留交通洞口的方案。

3坝基临时填筑石渣形成通道+预留交通洞实施措施

3.1坝体预留洞交通分流施工总体方案

坝体预留交通洞施工总体部署，采用先开挖路内侧坝基，再回填石渣，首次改道，再把路外侧坝基开挖完成，坝体砌筑上升至163.85 m(与现有路面平)，把坝体预留洞的位置事先留置好，再路外侧与砌好的坝体上浇筑路面混凝土，把交通路从内向外再次改道，清理出路内侧填筑石渣，把路内侧基坑坝体砌筑至现有路面平，使坝体预留洞口处两侧坝体(163.85～170 m)可同时砌筑上升，按照设计图纸浇筑预留洞口钢筋混凝土，然后做好进出洞口的连接段路基路面，及路两侧管棚防护工程，即可把右岸交通道路改至预留的交通洞口通行，直至左岸改建公路建成放行通车后，再把预留交通洞封堵并进行接触灌浆处理，使其与原坝体形成一体[1]。

3.2方案实施

1)道路内侧改线段高边坡喷锚加固、危石处理。靠近现有道路内侧坝坡均为高边坡，便道向内改线后，因处于汛期雨季施工季节，边坡容易失稳坍方，应采用喷锚支护后才能保证通车安全。坝址上游路段边坡为土坡，采用喷10cm厚C20素混凝土防护，；坝址下游路段边坡为坝基开挖石方边坡，边坡上松石险石应先排除干净，对节理面发育的岩层打设Φ22锚杆，长4 m，间距2 m，再挂Φ6@10的钢筋网，喷10cm厚C20素混凝土进行防护。

2)首次开挖靠路内侧坝基石方。因右岸现有公路的影响，右岸桩号0+142.8～0+170.1段， 27.3 m长的坝基无法开挖，本段坝基分二次开挖，首先开挖右岸公路内侧桩号K0+170.1～161.9段坝基，长8.2 m，采用浅孔小药量控制爆破方法开挖，并做好爆破安全警戒工作，开挖过程应注意保护已施工完坝体及现有公路交通安全。

3)第一次便道改线。路内侧坝基开挖后，在靠路外侧用m7.5砌筑一块石挡土墙用于挡渣，自卸汽车运载石渣回填至现有路面平，最后浇筑一层15cm厚素混凝土硬化路面，并在路内外侧分界线砌筑一条(0.5*0.5 m)防撞挡墙隔离。路面形成后即可向内改道通车。

4)开挖现有公路处坝基土石方。在道路向内改道后，即可着手现有公路外侧的坝基开挖，开挖右岸公路外侧K0+142.8～161.9段坝基，长19.1 m，采用浅孔小药量控制爆破方法开挖，并做好爆破安全警戒工作，开挖过程应注意保护已施工完坝体及现有公路交通安全。在靠近已砌筑坝体间，打设一排防震孔，确保不影响坝体质量。在靠近首次改道处砌筑隔离挡土墙的坝基石方，采用挖掘机改装的冲击锤凿除基底块石进行非爆破开挖，确保该处挡墙稳定，保证首次改道路基安全。

5)第二次改道，现有公路处坝体砌筑至163.85 m，浇筑15cm厚素混凝土路面。在路外侧坝体开挖完成后，进行坝基灌浆处理，逐层砌筑坝体至163.85 m。再靠公路外侧坝体处先后浇筑一段与上下游公路连接段混凝土，把过坝段公路再次临时改向靠河外侧。

6)路内侧坝段挖除回填石渣,坝体砌筑至164 m。

道路再次改向靠路外侧后，就把原路内侧坝基工作面清理出来，把填筑做路的石渣清理干净，验槽灌浆处理后，即可进行坝体砌筑，逐层砌筑至现有路面(164 m)平。

7)坝体163.85～170 m砌筑,浇筑预留洞口钢筋混凝土。

按照预定的预留洞口位置(中心桩号0+158.5)处，事先把两侧坝体约2～3 m长，砌筑至170 m高程，即处于洞口顶拱位置，再安装预留洞的内模，浇筑洞壁、顶拱钢筋混凝土，拆模后预留交通洞成型。坝体交通洞口尺寸拟为：4.5×5.75 m，预留洞中心桩号0+158.5，高程164 m。

8)砌筑进出洞口段挡墙、回填石渣、路面混凝土。因坝体砌筑后与开挖基坑边坡之间有间隙，需要采用内外侧砌筑 m7.5块石挡墙连接，中间填筑石渣至路面平，面层浇筑一层C20素混凝土硬化。

9)进出洞口段管棚及交通安全警示防护设施。

坝体预留洞口形成后，即在进出洞口两侧，各架设15～20 m长、宽6 m的钢架管棚，上部铺设工字钢及12 mm厚钢板遮挡进行防护，防止坝上吊装作业时高空落物，影响道路交通安全。进出大坝作业区时，考虑夜间施工及道路安全行车需要，应在管棚及预留洞口内及进出洞口，设立反光标志，夜间警示灯照明装置等，确保施工及交通安全。

10)第3次道路改道，恢复通车，进入坝体正常施工。预留洞口及前后道路硬化及安全防护措施到位后，即可进行道路第3次改线，从原有的路线行车。在右岸坝段砌筑施工时，应特别注意坝体吊装作业与道路交通干扰的交叉作业，采用在交通繁忙的时段停止或减少吊装作业，吊装作业点放在靠近道路外的地段，避免吊装作业与交通车辆的交叉，避免交通事故。

11)左岸改建公路建成通车。规划的左岸改线公路建成后，具备通车条件后，即可中断现有右岸公路交通，大坝即可着手封堵预留洞口施工。大坝封堵预留洞口，采用与坝体同标号的混凝土砌筑回填，接触面采用回填灌浆处理，使该处坝体形成整体，具备挡水条件。

4结语

为了有效解决水库右岸交通现状问题，彻底解决因交通公路改线建设可能导致水库大坝建设严重滞后中断的问题，本工程通过科学分析论证在砌石拱坝坝体中预留一个≤4.5×5.75 m洞口作为交通洞方案的可行性，并经过一年多的安全运行观测，对大坝的整体结构无产生影响，为以后类似工程可提供学习借鉴。

参考文献：

[1]肖艳,张光科,刘超.石城子水库砌石拱坝除险加固设计[J].东北水利水电，2007(08)：111-112.

文章编号：1007-7596(2016)02-0048-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者简介]吴益平(1960-)，男，福建泉州人，工程师，从事水利施工管理工作。

中图分类号：TV641.31

文献标识码：B