峡口电站拱坝施工技术

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 摘   要：峡口电站拱坝混凝土工程在施工中对传统施工技术及施工工艺有所创新，本文通过对峡口电站拱坝开挖及砼工程施工的具体阐述，意在总结其施工中的先进施工技术、先进的施工工艺，为今后同类拱坝坝型施工提供实践的参考价值。 
    关键词：拱坝   施工技术 

    1、施工概况
    峡口水利水电枢纽工程位于南漳县沮河上游的峡口镇以西，距下游的远安县城50km，是沮河干流上的控制性枢纽工程。工程以发电为主，兼有防洪、航运、灌溉、养殖等综合效益；是南漳县供电网中唯一具有调节性能的中型电站。峡口电站挡泄水建筑物是一座砼双曲薄拱坝，坝顶高程267.8m，最低建基面高程183m，最大设计坝高84.8m，坝顶中轴弧长191.8m。大坝沿拱轴线从左到右分为11个坝段，大坝顶宽5m，最大底宽16m，采用坝体泄洪，窄缝挑流消能。泄洪建筑物为坝中间设有三个泄洪表孔，左右各一个泄洪中孔，其中三个表孔布置在5#、6#、7#坝段，堰顶高程为253.627m，孔口尺寸为13m×11m ；二个中孔布置在4#、8#坝段，孔底高程为223.127m，孔口尺寸为6.2m×6.5m，是主要的泄洪和放空设施，兼顾施工中、后期的导流度汛任务。在左右岸坝肩210m、236m、267.8m高程各设有灌浆平洞，坝体内设有三层灌浆和交通廊道，并通过坝体下游坝后桥与各层观测室互相连通。 
    峡口电站砼拱坝由葛洲坝集团第六工程有限公司承建施工，2002年8月28日工程正式开工，2002年8月29日开始左坝肩拱座开挖施工，同年11月18日工程截流，次年4月15日大坝开始浇筑第一仓砼，2003、2004年夏季汛期因度汛及砼温控要求，6～10月大坝砼被迫停止施工， 2005年11月初顺利通过国家大坝安全鉴定中心专家组的审查， 2005年12月底大坝主体砼完工并通过导流洞下闸封堵大坝蓄水阶段验收，2006年4月工程竣工。本文主要就峡口电站拱坝施工中开挖及砼工程的具体施工技术分述如下。 
    2、开挖工程 
    峡口电站大坝坝基岩性主要为白垩系巨厚层砾岩，围岩类别为‖类，岩体为厚层状结构，岩体新鲜完整，强度高，变形低。大坝开挖分为大坝基础开挖和大坝洞室开挖两部分，其中2002年8月29日～2003年4月10日进行大坝基础开挖，共完成土石方开挖9.6万m3；大坝岩石洞室开挖自2003年8月至2005年3月全部施工完成，共完成洞室开挖2700m3。 
    2、1大坝基础开挖 
    大坝基础开挖主要分为坝肩开挖和坝基开挖，钻孔设备主要是手风钻和YQ-100型潜孔钻，主要火工材料引爆用电雷管，炸药为硝铵炸药，出碴设备主是10-20t的自卸汽车和1.2m3的反铲。坝肩开挖自上而下分梯段开挖，不留保护层，梯段高度10-12m，主要采用光面爆破和预裂爆破，对于岩石整体性略差处采用预裂爆破。爆破钻孔孔径100mm，孔距1.0m，为减少爆破作业对基岩面震动破坏作用，爆破孔超深0.5m作缓冲垫层。梯段钻孔倾角，接近拱端坡面，以便控制超欠挖。河床基坑开挖主要包括河床砂卵石开挖和基坑岩石开挖和保护层开挖。基坑岩石开挖先进行河床左边4#、5#、6#坝块的基坑开挖，后进行右边7#、8#坝块186m以下的基坑开挖。基坑开挖时先对上下游周边进行预裂爆破，整个坝基开挖除4#、8#坝块开挖岩层厚，预留3～4m的保护层外，其余均按保护层开挖施工，大坝开挖石碴主要用于上下游围堰的填筑料，其余的运往左右岸的弃碴场。 
    2、2大坝洞室开挖施工 
    洞室开挖工程主要有左右岸210m、236 m、267.8 m灌浆平洞、左岸208 m排水平洞及右岸205 m、230 m排水平洞开挖工程。从洞口采用全断面一次爆破施工，主要采用掏槽爆破法和光面爆破法，按照从外到里，从上到下，分层开挖的程序进行施工。爆破开挖采用垂直桶形掏槽，掏槽孔孔深3.0m，爆破孔孔深2.5m，周边采用光面爆破，孔深2.5m，孔距0.5m。钻孔设备选用TYP-28型带汽腿手风钻造孔。爆破采用导爆管分段起爆，光面孔用传爆线起爆，自内向外依次分段毫秒微差起爆,爆破后通风排烟。然后作业面安全检查排险后，开始出渣，隧洞石方开挖出渣采用人工装车，人力手推车运输。具体爆破参数如下：掏槽孔： 钻孔直径：Φ45mm；钻孔深度：3m；间距：0.8m；排距：0.8m；药卷直径：Φ32mm；单孔装药量：1.6kg/孔。光爆孔钻孔直径：Φ45mm；钻孔深度：2.5m；间距：0.5m；药卷直径：Φ25mm；线装药密度在150～200g/m。 
    3、大坝砼施工 
    大坝砼采用一座郑州水工机械厂制造的HZS-75型(2*1.5m3)砼拌和楼拌和，起重量15t的固定式缆机配4.5m3液压吊罐垂直运输，10-20t的自卸汽车水平运输，采用Φ100插入式振捣棒和Φ50软管振捣和平板振捣器振捣。自2003年4月15日开始浇筑以来，最高月浇筑强度1.2万m3/月，至今共完成大坝砼浇筑16万多m3。2005年初为确保工程安全度汛，经参建各方讨论研究后，于2005年3月同意左岸1#～3#非溢流坝段238～267.8m采用泵送二级配砼，右岸9#～11#坝段采用溜槽辅助入仓施工方案，这样加快了施工进度，使大坝砼尽量在汛前和气温较低季节施工，保证施工质量，同时确保2006年4月底工程总体发电目标的实现。
    3、1大坝砼施工特点 
    （1）混凝土双曲拱坝坝体较单薄，最大底宽仅为16m，坝身范围内不适宜布置门塔机及施工道路，大坝两岸岸坡陡峻，结合工程实际情况，采用在左右岸坝体山顶348m高程布置的固定式缆机作为垂直运输手段，满足坝体混凝土施工要求。 
    （2）由于多方面原因影响，大坝混凝土工期要求相对紧迫，为了确保工程施工质量和施工进度要求，在夏季高温季节进行大坝混凝土浇筑施工中，必须采取有效的温控措施，保证混凝土浇筑温度和最高温升，对已浇筑的大坝混凝土进行初期、中期及后期冷却通水工作，达到设计规定的封拱灌浆温度，实施坝体接缝灌浆，是确保导流洞按时下闸蓄水， 措施，保证混凝土浇筑温度和最高温升，对已浇筑的大坝混凝土进行初期、中期及后期冷却通水工作，达到设计规定的封拱灌浆温度，实施坝体接缝灌浆，是确保导流洞按时下闸蓄水，2006年4月具备发电目标的重要条件。 
    （3）双曲拱坝坝体轮廓变化较大，上下游面均为较复杂的曲面，配置适应坝体结构体型变化的多卡悬臂模板，在施工过程中进行测量控制保证形体结构符合设计要求。 
    3、2主要施工方法 
    （1）模板施工 
    根据本工程双曲薄拱坝的结构特点，基础部位以上的坝体上下游面主要采用定型组合多卡悬臂钢模板，基础部位采用散装组合钢模板施工，坝体横缝面采用键槽钢模板、木模板及组合钢模板。中、表孔坝段设计了较多悬臂牛腿, 最大牛腿悬挑约20m，在保证施工质量、安全、进度的前提下，在比较钢管排架支撑、钢桁架和三角柱内拉法等施工技术的基础上最终采用三角柱内拉法进行施工。模板面板采用组合钢模板，承重系统用3根Φ25钢筋，按每边长0.2m的等边三角形布设连接，采用φ8钢筋作为三角柱箍筋，三角柱间距1.5m；前后面拉条采用φ12或φ14钢筋，成功解决中、表孔坝段较多较大悬挑模板施工问题。2005年11月在工期非常紧张的前提下，采用钢桁架代替钢管排架施工方案，成功地解决了峡口拱坝中表孔顶板13米跨度的砼施工问题，直接缩短工程直线工期10天，同时保证施工安全。 
    （2）钢筋制作安装
    大坝钢筋工程主要集中在中孔、表孔坝段，工程总量约2000t。钢筋加工厂根据钢筋配料表所列钢筋型号、种类、数量等加工成型， 5T东风平板车运至施工现场，固定式缆式起重机吊运入仓，按照铺料、划线、绑扎、焊接施工工序进行安装施工。钢筋的焊接采用电弧焊，直径在28mm以下的钢筋，采用搭接焊；直径在28mm以上的，采用帮条焊。 
    （3）止水、止浆、灌浆系统、预埋件施工  
    大坝仅设横缝，横缝距上游坝面0.3m处设有一道1.5mm厚的紫铜止水，横缝距上下游坝面0.5m处各设一道1.2mm厚的白铁皮止浆片。止水、止浆片在金属加工厂压制成型，安装时固定在先浇块的模板上，现场进行安装焊接，搭接时采用双面焊。大坝采用梯形键槽，缝面每6～12m高左右为一个灌区，在灌区底部设有一组φ40mm进回浆管，上部设一排气槽，埋设2根φ32mm排气管引至坝后桥或廊道内，灌区之间用一道水平白铁皮止浆片与上下游止水止浆片焊接形成一个封闭的灌区。 
    （4）坝体砼施工 
    1）仓面结构设计交底及工艺设计 
    每个仓位开始施工一周前由项目部施工技术科编制仓位技术通知单，下发各部门、队厂，确保参与施工的人员对仓位的各项施工内容做到清楚明白，心中有数，准确无误；主要内容有：施工仓位的升层高度、桩号、结构轮廓尺寸、控制点坐标；仓位包含的钢筋、止水、金结预埋、模板、砼仓面要求、砼强度等级等各项工序内容；有关的仓位设计图纸和设计修改通知；相关的入仓方式、浇筑方式、仓面排水方向、入仓道路等施工方法；具体的安全防护措施。 
    为强化施工过程的质量控制，制定了仓面工艺设计。每个仓位混凝土浇筑时配置活动振捣器机房一个，配φ150型变频器3台，φ100振捣器5台（两台备用），并设有相应的控制开关，遇到细部结构的浇筑仓位，采用φ70和φ50小型软管振捣器；仓位每班安排浇筑工人6~7人，负责仓内的下料、平仓振捣、泌水及骨料分离处理等工作。 
    固定式缆机以混凝土浇筑为主，浇筑过程一般不打杂，保证混凝土浇筑的连续性，平均小时强度达到20～25m3/h，最高达到45m3/h。根据不同坝体混凝土的浇筑面积，选定不同的浇筑方法。浇筑面积大于200 m2的仓位一般采用台阶法施工，台阶高度为0.5 m，宽度2.0 m，仓面浇筑采取平行坝轴线进行，一般是先下游后上游，边前进边加高，逐步向前推进并形成明显的台阶，台阶坡度不大于1:2，直到把整个仓位浇筑到收仓高程。浇筑面积小于200m2的仓位，采用平铺法浇筑，一般是先下游后上游，每层0.5 m厚混凝土按水平层连续地逐层铺填，第一层浇完后，再浇第二层，依此类推直至达到设计高度。平铺法要求下层混凝土初凝之前应覆盖上一层混凝土，否则将出现冷缝。 
    2）缝面处理 
    基岩与砼的层面处理采取将基岩松动岩块清理干净，尖角打缓，用高压水冲洗干净。新老砼层面处理采用GCHJ系列高压冲毛机进行缝面冲毛，冲毛后的砼表面粗砂微露，老砼上无乳皮和水锈。 
    3）铺料及平仓 
    基础面及老砼面，砼入仓前，在待浇层面上均匀地铺一层2～3cm厚的水泥砂浆，一次铺设的面积以砼能及时覆盖不产生初凝为准。砼入仓后，用大功率振捣器平仓，采用2台振捣器垂直插入料堆顶部，料堆在振捣器作用下自动摊平至平仓厚度，严禁以平仓代替振捣。遇到大骨料集中部位，人工将骨料均匀地散布在未振捣的砂浆较多的砼层面上，然后振捣密实，以免出现蜂窝；对于靠近模板和钢筋较密的地方、水平止水、止浆片底部、预埋件仪器周围等施工部位采用人工平仓，石子均匀分布，振捣密实。 
    4）振捣 
    在已平仓的砼层面上，采用2～3台φ100的高频振捣器，从已振捣好的砼层面搭接处有顺序地振捣，振捣间距不大于振捣半径的1.5倍，并插入下层砼5cm，确保上下层砼结合完整，避免漏振。振捣棒在每一孔位振捣时间，以砼不再显著下沉、水分和气泡不再逸出并开始泛浆为准，不得欠振或过振。 
    5）砼养护 
    砼浇筑完毕12～18h后即开始对砼表面及所有侧面及时洒水养护，使其表面湿润状态，在炎热、干燥气候情况下可提前养护。永久暴露面采取长期流水养护，采用φ25.4mm的冷却塑料水管，每隔20～30cm钻φ1mm左右的小孔，临时挂在模板上或外露拉条筋上，孔口对砼壁面喷水养护。 
    3、2温控防裂施工技术 
    大坝砼施工过程中，对砼原材料、配合比优化、拌和生产、运输、入仓浇筑、覆盖保温、通水冷却及洒水养护等全过程进行质量监控，合理安排砼施工浇筑顺序及施工时间，使坝体砼裂缝得到了有效控制，主要体现在以下几方面： 
    （1） 优化大坝砼配合比设计提高砼抗裂能力 
    大坝砼施工配合比选用葛洲坝荆门水泥厂的普通硅酸盐32.5Mpa水泥，荆门热电厂的II级粉煤灰和中建三局的高效缓凝减水剂，并采用四级配砼适当降低单位水泥用量，减少砼水化热温升，提高砼抗裂能力。  
    （2）合理控制浇筑层厚度及层间间隔 
    峡口电站大坝砼采用薄层短间歇均匀上升，河床坝段基础强约束区及度汛过渡的老砼浇筑分层厚度为1.5m或2.0m，约束区以上浇筑层厚为3.0m，层间间隔时间控制在4～10天左右。 
    （3）砼拌制 
    在筛分楼净料堆场、集料斗的上方搭设遮阳棚，铺设四层遮阳材料防晒防止太阳光直接照射骨料升温，适当降低骨料拌和温度。2005年夏季大坝砼施工时，采取5℃的制冷水对净料堆场所有粗骨料进行喷雾降温冷却及5℃制冷水进行砼拌和。 
    （4）砼浇筑工艺 
    充分利用高温季节中有利的浇筑时段，抓住早、晚和夜间温度相对较低的时机，抢阴雨时段，合理组织安排仓位砼浇筑。仓面采取喷雾措施，在每仓面安装两台3kw的轴流喷雾风机，可使浇筑范围的环境温度降低约2～3℃，必要时可采用75kw的GCHJ系统高压冲毛机喷雾降温。砼水平运输车辆增设隔热遮阳棚，防止砼运输过程冷量损失。仓面砼加盖弹性聚氨酯保温被。 
    （5）通水冷却及表面散热 
    初期通水冷却能有效削减砼水化热温升峰值， 2005年夏季砼施工时，冷却水管层高缩小为1.5m，并同时增加通制冷水削减砼前期水化热温升。 
    4、结语 
    峡口电站拱坝工程自2002年8月28日开工以来，历时三年多时间，在大坝施工过程中采取一些先进的施工技术、施工工艺，确保工程施工质量，并于2005年11月初顺利通过国家大坝安全鉴定中心专家组的审查，2005年12月底进行导流洞下闸封堵大坝蓄水阶段验收。 
    （1）工程开工时，根据工程实际情况，在对缆机与门塔机等垂直运输手段方案进行可行性对比的基础上，最终采用固定式缆机。通过实践表明它具有浇筑工效高，生产率大，与拱坝主体工程施工干扰小，并省去门塔机方案需转移而影响设备的利用率等优点，同时还不受汛期防洪渡汛的影响，确保主体砼工程能连续均匀上升，对顺利完成总体工期目标无疑是一种有力保证。 
    （2）本工程大坝砼开始浇筑前，安排充分的时间进行大坝砼施工配合比优化设计。通过采用荆门热电厂生产的II级粉煤灰和中建三局NFJ-03型高效缓凝减水剂，同时采用四级配砼代替招标文件规定的三级配砼，适当降低单位水泥用量，减少砼水化热温升，提高砼抗裂能力，主体砼最大粉煤灰掺量达到30%，降低单位水泥用量，不仅是温度控制的重要措施之一，而且能减少水泥用量，降低砼成本。 
    （3）在模板施工中，采用多卡悬臂模板代替组合钢模板的现场拼装施工方法，平面曲线长度变化采用在模板端部加板调节，竖向曲率的变化利用模板支撑调节轴杆调节模板的前倾或后倾，有效地满足坝体体形曲线，防止或避免了挂帘现象的发生，同时也节约了模板的固定拉筋，没有拉筋头遗留，从整体上提高了砼的外观质量。三角柱内拉法成功方便地解决中、表孔坝段较多较大悬臂外挑问题，采用钢桁架代替钢管排架施工方案，成功地解决了峡口拱坝中表孔13米跨度的顶板砼施工，直接缩短直线工期10天，同时也保证施工安全。 
    （4）对砼筛分拌和系统进行局部的改造，在施工仓面采取喷雾降温、加密冷却水管并初期通7℃制冷水等多种温控措施，满足设计要求的夏季高温砼温控要求，保证2005年夏季大坝砼能连续均匀上升浇筑。 
    （5）对砼通7℃制冷水进行强冷，极大地降低大坝砼温度，缩短坝体接缝灌浆时间1～2月。