矩形廊道在苏阿皮蒂碾压混凝土重力坝中的研究与应用

穆 平，张 俊，党晓明，谭建功

(中国水利电力对外有限公司，北京 100120)

苏阿皮蒂水利枢纽项目是西非几内亚共和国孔库雷河梯级开发的第二级电站，距首都科纳克里135 km。本工程水库正常蓄水位210 m对应库容63.17亿m3，装机容量450 MW，工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。主要建筑物有碾压混凝土重力坝、坝后厂房、进场公路及桥梁等。

苏阿皮蒂碾压混凝土重力坝最大坝高120 m，坝长1 164 m，自左至右分别是：423.45 m长左岸挡水坝段(17个坝段)、97 m长发电引水坝段(5个坝段)、60 m长导流底孔坝段、25 m长泄洪底孔坝段、173.55 m长溢流坝段和385 m长右岸挡水坝段。

1 廊道设置

1)坝内廊道设置原则。坝体内廊道按如下原则布置：①满足灌浆、排水、安全观测、检查维修、运行操作、坝内交通等要求；②避开泄水孔口，并与泄水孔口保持一定距离；③每层水平廊道的垂直高差不宜过大；④为便于碾压混凝土的施工，减少施工干扰，增大施工作业面，坝内廊道布置及构造尽可能简化。

2)三层廊道断面尺寸及长度。为满足基础安全观测、检查和坝内交通的要求，坝体内设置了2层水平交通廊道，高程分别为143、179 m，廊道间高差为36 m。143 m高程廊道上游壁距坝体上游面6.25 m，断面尺寸为2.5 m×3.5 m。179 m高程廊道上游壁距坝体上游面4 m，断面尺寸为2.5 m×3.5 m。各廊道均与坝后桥及两岸坝后贴坡爬梯连接。交通、监测、通气及排水廊道总长约2 490 m。

为满足灌浆排水的要求，沿大坝左岸、河床、右岸坝基在107～179 m范围内设置1层基础灌浆廊道，距建基面的距离为为4～8 m，廊道断面尺寸为3.0 m×3.5 m。基础灌浆排水廊道总长约1 196 m。

2 传统的廊道形式

碾压混凝土大坝中廊道型式由很多，但主要型式有三种，即现浇城门洞型廊道(后简称现浇U型廊道)、柳溪坝式廊道和预制城门洞型廊道(后简称预制U型廊道)，廊道断面一般采用城门洞型。

现浇U型廊道结构形式周边一般采用变态混凝土包裹，与全断面碾压混凝土一同上升，但受其结构体型复杂，加上钢筋绑扎等影响，一般备仓周期较长，且碾压混凝土入仓和碾压十分困难，对大坝直线工期影响较大。因此现浇U型廊道尽管经验成熟，但在全断面碾压混凝土大坝，特别是工期较紧的大坝工程中采用存在困难。

柳溪式廊道形式是在美国柳溪碾压混凝土大坝探索发展起来的，故名为柳溪式廊道形式。柳溪坝廊道原理是在填料浇筑层碾压完成后，用挖掘设备挖除廊道内碾压混凝土，并回填无胶凝材料的骨料，待工程铺筑至一定高程或完工后，再挖除回填骨料，形成廊道。用这种方法，不影响碾压混凝土大仓面施工，因此特别适合全断面碾压混凝土大坝。但柳溪坝式廊道因要在大坝碾压混凝土上升到一定高度后挖除廊道骨料, 廊道提供很迟，因此，该廊道不适用于廊道内有繁重施工任务的碾压混凝土大坝。

预制U型廊道有很成熟的施工经验，施工简单，主要场外预制，仓内吊装。但预制廊道主要存在安装浇筑过程容易变形错位，蓄水后难以发现渗水裂缝并进行修复等问题，外观和后期检修均存在不足之处。

结合上述各种类型廊道的特点，苏阿皮蒂碾压混凝土重力坝采用侧墙现浇+顶板预制的型式，并通过应力分析，取消廊道非迎水面侧墙的配筋，不仅保证廊道内部外观质量，同时节省了廊道层施工时间，充分发挥碾压混凝土快速施工的特点。

3 矩形廊道结构设计

3.1 矩形廊道典型剖面

矩形基础灌浆廊道典型剖面如图1所示。

3.2 矩形基础灌浆廊道现浇侧墙和顶板设计

现浇侧墙，侧墙50 cm范围为变态混凝土，该区域与廊道上下游碾压混凝土一同上升。顶板为30 cm厚C25预制盖板，单块尺寸4.0 m×1.0 m×0.3 m(长×宽×高)，钢筋布置如图2所示。

对于水平直廊道，结构较简单，顶板可直接安装上述盖板，并浇筑上部的碾压混凝土。

对于廊道T型交叉部位，比如与监测廊道、交通廊道交叉部位，采取在交叉处盖板相互搭接，并辅助承重架支撑的方式进行施工，如图3。

3.3 矩形爬坡廊道设计

除T型区域外，左、右岸坝肩爬坡廊道也是施工难点。如廊道坡度太陡，即不利于施工运行阶段检修通行，也不利于施工阶段预制模板的安装。为解决此问题，本工程坝肩爬坡廊道坡度一般缓于1∶1.5(见图4)。同时，结合几内亚当地人脚掌的特点，楼梯台阶按照600 mm≤L+2*B≤660 mm的原则进行设计，L不宜小于300 mm(见图5)。

3.4 廊道坝体横缝分缝处的设计

在坝段横缝分缝处，廊道顶部止水应避开预制盖板，并与其保留一定的空间，便于变态混凝土的铺筑和振捣。为更好的避免预制模板影响廊道横缝四周橡胶止水的功能，在分缝处50 cm范围内的廊道顶板采用现浇钢筋混凝土，不铺设预制盖板，采用机制变态混凝土与上层碾压混凝土同步浇筑。如图6所示。

图2 预制盖板钢筋图

图3 廊道T型交叉部位预制盖板布置方式图

图4 爬坡廊道结构图

图5 楼梯台阶尺寸图

图6 廊道过缝处的结构图

4 矩形廊道应力分析

坝内廊道和竖井的尺寸相对较小，对重力坝的整体应力分布影响不大，但在坝体自重、上游水压力以及温度应力作用下，在廊道周围的混凝土内会产生局部应力，甚至可能产生裂缝。

1)在坝体自重和上游水压力作用下，廊道周围产生的应力由混凝土内的虚拟拱承受，在廊道顶板、底板和侧壁有局部拉应力，当拉应力超过混凝土的容许拉应力时，会产生裂缝。

2)温度应力。廊道周边温度应力产生的原因主要有以下两种。①施工期的温度应力。廊道底部和两侧的混凝土先浇筑，而后浇筑廊道顶部混凝土，由于这两部分混凝土的温升、散热和弹模增长存在时间差，顶部混凝土的收缩将受到两侧壁混凝土的约束而产生温度拉应力；②廊道内温度的年变化将导致廊道周围产生内外温差，从而产生拉应力。

廊道周边应力计算：计算选取36号坝段，采用大型通用有限元计算程序ANSYS，建立包含廊道孔口在内的大坝三维有限元模型，分析坝体廊道周边应力情况。计算模型如图7所示，整体坐标系+Z向表示竖直向上，-X表示水流方向。地基底面和四个侧面采用法向约束。计算时考虑校核洪水、施工完建和施工过程车辆荷载等三个工况，通过计算分析，各工况下廊道周边以压应力为主，局部有0.1～0.5 MPa的拉应力，拉应力区长度小于20.5 m。

图7 计算模型图

廊道周边温度应力：通过对现有坝体内C9020(二)大体积碾压混凝土温度观测资料、半绝热温升和绝热温升试验资料的分析，碾压混凝土最高温升至约45℃，长期平衡与35～40℃附近。而坝址附附近常年平均气温在30℃左右，平均气温季节性差异不大，气温年际、年内变化均较小，日较差也不大。

通过对坝址附近几个水电站库水温的观测，水下50 m常年气温在23～24℃左右，水温年际比较稳定。

综合上述本工程和地区特点，即施工期和运行期混凝土内外温差不大且很稳定，在廊道上游配置适量钢筋，并控制廊道周边混凝土浇筑的间隔时间不应过长，以避免廊道区域产生裂缝。

根据廊道周边拉应力分布面积，并考虑温度应力的影响，参考国际类似工程经验，苏阿皮蒂坝体采用现浇侧壁+预制盖板矩形廊道，廊道周边1 m范围采用二级配变态混凝土C9020F50W8(二)，上游区域基础灌浆、排水廊道(3 m×3 m)受力筋φ20@200，分布筋φ18@300，布置于廊道上游面；其余交通、监测廊道侧壁不进行配筋。

5 矩形廊道施工中关键技术

因矩形廊道为新型结构，通过对一段时间的施工总结，在施工过程中应注意如下几点：

1)廊道侧壁模板采用内撑钢构进行固定，避免斜

拉模筋对碾压混凝土施工的影响。

2)廊道底板和排水沟应在侧墙混凝土浇筑前完成，并在排水沟内预留一定二期找坡的空间，方便廊道成型后二期找坡。

3)预制盖板除底面外，其他5面在浇筑完成拆模后应进行深凿毛，利于与现浇混凝土的结合。

4)廊道侧壁形成后，安装预制盖板前，应使用砂浆对盖板檐口进行砂浆找平处理，保证盖板安装后廊道内顶板的平整度。

5)预制盖板安装完成后，上层碾压混凝土浇筑前，应对预制板间的结合缝进行砂浆勾缝处理。

6)预制盖板上部变态混凝土应尽量采用机制变态，并确保砂浆铺筑和变态混凝土振捣质量。

6 结 语

几内亚苏阿皮蒂碾压混凝土重力坝施工，针对坝址处的气候、水库水温以及坝体布置等特点，采用侧墙现浇+顶板预制的矩形廊道，减少相邻部位施工的干扰，缩短廊道施工工期，工程实践表明，采用矩形廊道有着如下优点：一是充分结合当地气候、库水温条件，在满足廊道裂缝验算要求的同时，适当的配置钢筋，使廊道层碾压混凝土施工便捷，缩短廊道层备仓和浇筑周期，体现大体积碾压混凝土快速施工的特点；二是增大了廊道内部空间尺寸，优化廊道坡度和台阶尺寸，方便人员行走和设备布置；三是减少钢筋和混凝土量，节约成本。

矩形廊道在苏阿皮蒂碾压混凝土重力坝的成功应用，特别是工期紧，气候条件较适宜的类似工程，该技术值得推广应用，为类似工程提供借鉴。