陕西汉中石门水库除险加固改造施工技术总结

郭 伟，陈清显

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710016)

1 工程概况

陕西省汉中市石门水库枢纽位于汉江上游一级支流褒河峡谷出口以上1.8 km，距下游河东店镇3 km，南到汉中市18 km，是以灌溉为主、结合发电等综合利用的大(2)型水利工程。1969年10月动工兴建，1972年4月下闸蓄水，1983年建成。水库总库容1.098亿m3。

石门水库由混凝土双曲拱坝、左岸泄洪洞、河床电站、东干渠渠首工程及西干渠渠首工程等建筑物组成。混凝土双曲拱坝坝基最低高程532.00 m，坝顶高程620.00 m，最大坝高88 m，大坝底宽27.26 m、顶宽5 m，共分17个坝段。

2018年10月底开始对石门水库除险加固改造施工，主要工作内容为：大坝加高2.5 m，1～6号中孔启闭机室、东西干渠渠首排架、交通桥拆除重建。

石门水库除险加固改造施工首先对泄洪1～6号中孔混凝土排架及启闭室和东西干渠进水塔混凝土排架拆除和重建、重建右岸交通桥和左岸交通桥整体顶升施工，然后进行坝体加高施工。截止2020年12月31日汉中石门水库除险加固主体工程改造施工已基本完成，共计131个单元，合格率100%。

2 工程特点及技术要求

①泄洪1～6号中孔混凝土排架和启闭机室主要施工项目包括；拆除泄洪中孔混凝土排架及启闭机室，重建中孔混凝土排架和启闭机室、启闭机安装、闸门拆除、门槽拆除、门槽埋件安装、门槽二期混凝土浇筑和闸门安装等项目。混凝土排架及启闭机室拆除从两端同时开挖，排架重建按照先拆先建的顺序施工，启闭机室及其他施工项目根据工作面合理安排。

②大坝加高按照坝顶结构拆除、大坝加高、接缝灌浆、坝顶细部结构的顺序进行施工。坝顶结构拆除从右岸开始依次进行，大坝加高在结构拆除及部分结构重建完成后从右岸开始，接缝灌浆在满足规范要求后开始，细部结构施工在坝顶结构完成后进行施工。

③坝顶交通：大坝坝顶宽5 m，最大宽度为10 m，大型车辆可由坝顶东端行至西端，并可在较宽处调头。

④施工方案的制定：针对不同部位，结合施工条件、施工环境及施工特点，并制定切实可行的施工方法，关键部位如双曲拱坝坝体加高施工技术、中孔混凝土排架及启闭机室拆除技术(图1)、右岸交通桥桥梁现浇型钢支架平台施工技术(图2)、左岸交通桥桥梁整体顶升施工(图3)、水库排沙清淤施工技术(图4)，充分发挥技术在施工中的指导和引领作用。

图1 泄洪中孔混凝土排架及启闭机室拆除

图2 右岸交通桥型钢支架平台

图3 左岸交通桥桥梁整体顶升施工

图4 石门水库排沙减淤施工

3 主要技术措施及应用

3.1 泄洪中孔排架及启闭机室拆除技术

①泄洪洞1～6号排架以中孔为轴，对称布置，左右各3孔，形成了大的启闭机室，中间设有钢筋混凝土楼梯。坝顶高程620.0 m，高程630.5 m以下为钢筋混凝土排架；高程630.5 m以上启闭机室。排架和启闭机室结构尺寸；长度80.8 m，高度15.1 m，宽度5.3 m。

②结合排架启闭机室结构特征、坝顶宽度、施工场地及工期要求等方面考虑，排架分两阶段拆除。高程630.5 m以上启闭机室第一阶段拆除，主要采用人工手持风镐破碎拆除；高程630.5 m以下结构第二阶段拆除，主要采用破碎锤破碎拆除。

③620.0 m坝顶孔口采用I18工字钢作为横梁，10 mm厚钢板作为面板进行封闭覆盖。横梁顺水向铺设，单根长度6 m，横跨闸孔，紧靠下游栏杆基础布设，沿闸孔长度方向间距30 cm间隔布置。

④启闭机排架周边安全防护脚手架采用普通架管(Φ48 mm×3.5 mm)搭设，架体站杆间距1 m，步距120 cm，排距约80 cm，与排架柱连接牢固，上游侧、左右侧搭设悬挑架。

⑤钢筋混凝土排架和启闭机主要采用机械破碎法施工，以钢筋混凝土排架顶面高程630.5 m为界，高程630.5 m以上启闭机采用机械方式进行拆除，高程630.5 m以下将柱体及梁板采用PC220破碎锤对排架四个柱体逐个凿空10 cm～30 cm，暂时利用柱体内钢筋承重，待四个柱体全部凿空后，利用上部未拆除结构自重对掏空柱体钢筋施加压力，使其弯曲进而排架整体下落。

⑥拆除料在坝顶620 m高程用2.0 m3装载机或PC220破碎锤改装反铲及8 t吊配钢丝绳吊运装车装车，10 t自卸汽车运输至临时施工场地堆存直接运至渣场。

3.2 混凝土双曲拱坝加高施工技术

混凝土双曲拱坝原坝顶高程620.0 m，加高至622.5 m，最大坝高90.50 m，顶宽5 m，不设置防浪墙，拱坝其余布置不变。

①大坝坝体加高从右岸向左岸按原坝分缝分块进行浇筑，坝体加高共分两层浇筑，第一层层高2.3 m，冷却水管布设2层，间距1.2 m；双向布设限裂钢筋。第二层为坝顶铺装层混凝土，浇筑高度0.2 m。

②大坝坝体加高和混凝土排架及启闭机室等施工部位，采用HBT60型混凝土泵送入仓。混凝土泵布置在每仓左侧大坝顶部。

③利用风镐配合人工作业对原坝面进行新老结合面处理，碳化层凿除深度控制3 cm～5 cm左右，同时在坝面设置凿设梯形键槽(梯形键槽尺寸，上宽80 cm，深20 cm，下宽30 cm，坡比1∶3)，凿除后的混凝土表面显露石子，清除表面上的松动石子、残碴及污物，并用高压水冲洗干净，保持洁净直至覆盖混凝土。

④在新老混凝土结合面布置普通砂浆锚杆和锁口锚杆，坝体周边距横缝30 m～50 m布置锁口锚杆，孔距1 m；其余部分设置砂浆锚杆，采用梅花型布置，间排距2 m×2 m。

⑤新老混凝土结合面设置接缝灌浆系统；坝段间按照分缝设计方案布置接缝灌浆系统和止水，止水设置在上游距离坝面30 cm处，止水应埋入老混凝土30 cm，并与原止水焊接。接缝灌浆应待新加高混凝土冷却至封拱温度14℃，灌浆压力0.1 MPa～0.3 MPa。

⑥在浇筑第一层混凝土前，先均匀铺设一层厚3 cm的水泥砂浆。砂浆的标号比同部位混凝土高一级。每次铺设砂浆的面积与浇筑强度相适，以铺设砂浆后30 min内被混凝土覆盖为限，铺设工艺必须保证新浇混凝土能与老混凝土结合良好。

⑦混凝土收仓完毕立即养护，在终凝前注意混凝土面水分不能过快损失，及时喷雾或洒水保持表面湿润，终凝后可洒水养护至下次施工。

3.3 右岸交通桥型钢支架平台施工技术

①右岸3号坝段与河床电站进水塔之间新建钢筋混凝土简支梁桥，原桥拆除。新建后的交通桥桥宽5.0 m，跨径1×23.25 m+1×24.5 m采用现浇钢筋混凝土T梁，T梁梁高1.7 m；每跨由两片T型桥梁组成。

②经现场查看，原交通桥拱肋完整，拱肋上的立柱与拱肋连接部位完整。原交通桥先不进行拆除，利用原交通桥桥面作为施工平台，利用型钢支撑架进行新桥施工。

③新桥墩和原桥墩加宽加高混凝土浇筑前，预埋槽钢并保证预埋深度和外露长度。

④型钢支架施工作业平台主要采用700×300H工字钢、10#槽钢进行搭设。组装好的型钢支架主要呈现“回”字形状，钢筋混凝土T梁主要在形状为“回”字区域内进行作业，作业平台做好相关的安全防护和监护工作。

⑤工字钢接长采用标准节12 m长的700×300H工字钢和非标准节的700×300H工字钢进行焊接，工字钢两侧采用补强钢板进行焊接，焊件参照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205-2001)规定进行检查和验收。

3.4 左岸交通桥桥梁整体顶升施工技术

①2020年6月在左岸2号坝段上游与泄洪洞进水塔之间新建了一座交通桥，主要由三跨T型梁组成，每跨由两片T型梁进行连接，T梁内部布置横隔板，T梁施工缝采用钢筋混凝土连接。原有T梁每跨分别为14.22 m、13.0 m、12.6 m，桥面宽度为4 m，T梁翼板厚0.4 m，腹板宽0.5 m，腹板高1.3 m，横隔板为0.85 m×0.75 m，最大单根T梁重约35T。原桥面高程620.0 m，整体顶升高度2.5 m。

②顶升总流程：顶升准备→加工安装工作平台→千斤顶支架安装→顶升设备校检调试→试顶升10 mm→正式顶升→拆除千斤顶→落梁→重复第一次顶升步骤。

③顶升准备：施工前切断每跨梁与梁之间的连接体及栏杆。对每跨T型梁进行加固，主要采用32#工字钢和18#槽钢焊接而成的支撑架，作为顶升支架，特别对T梁翼缘板及梁段进行二次加固并固定。

④顶升采用人工同步顶升的方法进行，每跨桥墩设置4个QL50千斤顶，人工操作进行逐层顶升，每层顶升高度10 cm并用并列2片10#槽钢支撑。

⑤顶升监测；监测贯穿于顶升全过程中，包括顶升、支撑、落梁等过程的监测，监测内容主要包括位移监测、桥梁的整体姿态监测等。

⑥顶升注意事项：顶升的高度应稍高于垫块厚度，能满足垫块安装的要求即可；顶升关系到结构的安全，各方要密切配合；顶升过程中，认真做好记录工作；顶升过程中，加强巡视工作，指定专人观察各个系统的工作情况；结构顶升空间内不得有障碍物；在施工过程中，要密切观察结构的变形情况；顶升过程中，未经许可不得擅自进入施工现场。

3.5 水库排沙减淤施工技术

①石门水库来沙以悬移质为主，淤积物也是以悬移质淤积为主，淤积物的粒径自上而下沿程细化，越靠近坝前，淤积物的粒径就越细。国内中小型水库清淤方式基本以水力排沙、机械挖沙相结合的方式为主，并结合水库枯水期短的特点，主要选择水力排沙，人工干预的辅助方法对库区左岸河床局部清淤，形成有利于左岸泄洪洞明渠段开挖地形。

②清淤量核查：首先用交通艇和测绳设备对清淤作业区全面测量，并核对坝前库区的原始地形进行计算，根据清淤作业的要求，核对实际的水下清淤方量。

③先将作业船开到明渠段中间位置，保证抽沙泵作业最大覆盖范围，为了防止在清淤作业过程中，放空时的水流对抽淤船和清淤的影响，抽淤船先后各设两组锚缆，通过布置在抽淤船甲板面的卷扬机，控制清淤船的稳定和移动。

④库区清淤作业期间需要利用水库放空时产生的水流，因此，在中孔闸门打开时，即可启动渣浆泵和高压水泵，利用高压水枪将渣浆泵附近的淤积物进行松动搅拌，使淤积物在水中悬浮后，再通过渣浆泵下的搅拌轮对吸口的水、渣土进行粉碎混合，在渣浆泵的吸力作用下，通过输泥管道抽排到中孔闸室门上方的水体中，利用放空时形成的高速水流将渣土携带至大坝下游。

4 结论

褒河石门水库峡谷混凝土双曲拱坝改造施工项目多、工程量少，施工环境较为复杂，根据其工程特点及技术要求，针对性地提出对应的技术措施及应用，取得了较好的施工效果。