峽口電站拱壩施工技術(shù)

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 摘   要：峽口電站拱壩混凝土工程在施工中對(duì)傳統(tǒng)施工技術(shù)及施工工藝有所創(chuàng)新，本文通過對(duì)峽口電站拱壩開挖及砼工程施工的具體闡述，意在總結(jié)其施工中的先進(jìn)施工技術(shù)、先進(jìn)的施工工藝，為今后同類拱壩壩型施工提供實(shí)踐的參考價(jià)值。 
    關(guān)鍵詞：拱壩   施工技術(shù) 

    1、施工概況
    峽口水利水電樞紐工程位于南漳縣沮河上游的峽口鎮(zhèn)以西，距下游的遠(yuǎn)安縣城50km，是沮河干流上的控制性樞紐工程。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益；是南漳縣供電網(wǎng)中唯一具有調(diào)節(jié)性能的中型電站。峽口電站擋泄水建筑物是一座砼雙曲薄拱壩，壩頂高程267.8m，最低建基面高程183m，最大設(shè)計(jì)壩高84.8m，壩頂中軸弧長(zhǎng)191.8m。大壩沿拱軸線從左到右分為11個(gè)壩段，大壩頂寬5m，最大底寬16m，采用壩體泄洪，窄縫挑流消能。泄洪建筑物為壩中間設(shè)有三個(gè)泄洪表孔，左右各一個(gè)泄洪中孔，其中三個(gè)表孔布置在5#、6#、7#壩段，堰頂高程為253.627m，孔口尺寸為13m×11m ；二個(gè)中孔布置在4#、8#壩段，孔底高程為223.127m，孔口尺寸為6.2m×6.5m，是主要的泄洪和放空設(shè)施，兼顧施工中、后期的導(dǎo)流度汛任務(wù)。在左右岸壩肩210m、236m、267.8m高程各設(shè)有灌漿平洞，壩體內(nèi)設(shè)有三層灌漿和交通廊道，并通過壩體下游壩后橋與各層觀測(cè)室互相連通。 
    峽口電站砼拱壩由葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司承建施工，2002年8月28日工程正式開工，2002年8月29日開始左壩肩拱座開挖施工，同年11月18日工程截流，次年4月15日大壩開始澆筑第一倉砼，2003、2004年夏季汛期因度汛及砼溫控要求，6～10月大壩砼被迫停止施工， 2005年11月初順利通過國家大壩安全鑒定中心專家組的審查， 2005年12月底大壩主體砼完工并通過導(dǎo)流洞下閘封堵大壩蓄水階段驗(yàn)收，2006年4月工程竣工。本文主要就峽口電站拱壩施工中開挖及砼工程的具體施工技術(shù)分述如下。 
    2、開挖工程 
    峽口電站大壩壩基巖性主要為白堊系巨厚層礫巖，圍巖類別為‖類，巖體為厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體新鮮完整，強(qiáng)度高，變形低。大壩開挖分為大壩基礎(chǔ)開挖和大壩洞室開挖兩部分，其中2002年8月29日～2003年4月10日進(jìn)行大壩基礎(chǔ)開挖，共完成土石方開挖9.6萬m3；大壩巖石洞室開挖自2003年8月至2005年3月全部施工完成，共完成洞室開挖2700m3。 
    2、1大壩基礎(chǔ)開挖 
    大壩基礎(chǔ)開挖主要分為壩肩開挖和壩基開挖，鉆孔設(shè)備主要是手風(fēng)鉆和YQ-100型潛孔鉆，主要火工材料引爆用電雷管，炸藥為硝銨炸藥，出碴設(shè)備主是10-20t的自卸汽車和1.2m3的反鏟。壩肩開挖自上而下分梯段開挖，不留保護(hù)層，梯段高度10-12m，主要采用光面爆破和預(yù)裂爆破，對(duì)于巖石整體性略差處采用預(yù)裂爆破。爆破鉆孔孔徑100mm，孔距1.0m，為減少爆破作業(yè)對(duì)基巖面震動(dòng)破壞作用，爆破孔超深0.5m作緩沖墊層。梯段鉆孔傾角，接近拱端坡面，以便控制超欠挖。河床基坑開挖主要包括河床砂卵石開挖和基坑巖石開挖和保護(hù)層開挖?；訋r石開挖先進(jìn)行河床左邊4#、5#、6#壩塊的基坑開挖，后進(jìn)行右邊7#、8#壩塊186m以下的基坑開挖?；娱_挖時(shí)先對(duì)上下游周邊進(jìn)行預(yù)裂爆破，整個(gè)壩基開挖除4#、8#壩塊開挖巖層厚，預(yù)留3～4m的保護(hù)層外，其余均按保護(hù)層開挖施工，大壩開挖石碴主要用于上下游圍堰的填筑料，其余的運(yùn)往左右岸的棄碴場(chǎng)。 
    2、2大壩洞室開挖施工 
    洞室開挖工程主要有左右岸210m、236 m、267.8 m灌漿平洞、左岸208 m排水平洞及右岸205 m、230 m排水平洞開挖工程。從洞口采用全斷面一次爆破施工，主要采用掏槽爆破法和光面爆破法，按照從外到里，從上到下，分層開挖的程序進(jìn)行施工。爆破開挖采用垂直桶形掏槽，掏槽孔孔深3.0m，爆破孔孔深2.5m，周邊采用光面爆破，孔深2.5m，孔距0.5m。鉆孔設(shè)備選用TYP-28型帶汽腿手風(fēng)鉆造孔。爆破采用導(dǎo)爆管分段起爆，光面孔用傳爆線起爆，自內(nèi)向外依次分段毫秒微差起爆,爆破后通風(fēng)排煙。然后作業(yè)面安全檢查排險(xiǎn)后，開始出渣，隧洞石方開挖出渣采用人工裝車，人力手推車運(yùn)輸。具體爆破參數(shù)如下：掏槽孔： 鉆孔直徑：Φ45mm；鉆孔深度：3m；間距：0.8m；排距：0.8m；藥卷直徑：Φ32mm；單孔裝藥量：1.6kg/孔。光爆孔鉆孔直徑：Φ45mm；鉆孔深度：2.5m；間距：0.5m；藥卷直徑：Φ25mm；線裝藥密度在150～200g/m。 
    3、大壩砼施工 
    大壩砼采用一座鄭州水工機(jī)械廠制造的HZS-75型(2*1.5m3)砼拌和樓拌和，起重量15t的固定式纜機(jī)配4.5m3液壓吊罐垂直運(yùn)輸，10-20t的自卸汽車水平運(yùn)輸，采用Φ100插入式振搗棒和Φ50軟管振搗和平板振搗器振搗。自2003年4月15日開始澆筑以來，最高月澆筑強(qiáng)度1.2萬m3/月，至今共完成大壩砼澆筑16萬多m3。2005年初為確保工程安全度汛，經(jīng)參建各方討論研究后，于2005年3月同意左岸1#～3#非溢流壩段238～267.8m采用泵送二級(jí)配砼，右岸9#～11#壩段采用溜槽輔助入倉施工方案，這樣加快了施工進(jìn)度，使大壩砼盡量在汛前和氣溫較低季節(jié)施工，保證施工質(zhì)量，同時(shí)確保2006年4月底工程總體發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
    3、1大壩砼施工特點(diǎn) 
    （1）混凝土雙曲拱壩壩體較單薄，最大底寬僅為16m，壩身范圍內(nèi)不適宜布置門塔機(jī)及施工道路，大壩兩岸岸坡陡峻，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用在左右岸壩體山頂348m高程布置的固定式纜機(jī)作為垂直運(yùn)輸手段，滿足壩體混凝土施工要求。 
    （2）由于多方面原因影響，大壩混凝土工期要求相對(duì)緊迫，為了確保工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度要求，在夏季高溫季節(jié)進(jìn)行大壩混凝土澆筑施工中，必須采取有效的溫控措施，保證混凝土澆筑溫度和最高溫升，對(duì)已澆筑的大壩混凝土進(jìn)行初期、中期及后期冷卻通水工作，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的封拱灌漿溫度，實(shí)施壩體接縫灌漿，是確保導(dǎo)流洞按時(shí)下閘蓄水， 措施，保證混凝土澆筑溫度和最高溫升，對(duì)已澆筑的大壩混凝土進(jìn)行初期、中期及后期冷卻通水工作，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的封拱灌漿溫度，實(shí)施壩體接縫灌漿，是確保導(dǎo)流洞按時(shí)下閘蓄水，2006年4月具備發(fā)電目標(biāo)的重要條件。 
    （3）雙曲拱壩壩體輪廓變化較大，上下游面均為較復(fù)雜的曲面，配置適應(yīng)壩體結(jié)構(gòu)體型變化的多卡懸臂模板，在施工過程中進(jìn)行測(cè)量控制保證形體結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。 
    3、2主要施工方法 
    （1）模板施工 
    根據(jù)本工程雙曲薄拱壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基礎(chǔ)部位以上的壩體上下游面主要采用定型組合多卡懸臂鋼模板，基礎(chǔ)部位采用散裝組合鋼模板施工，壩體橫縫面采用鍵槽鋼模板、木模板及組合鋼模板。中、表孔壩段設(shè)計(jì)了較多懸臂牛腿, 最大牛腿懸挑約20m，在保證施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度的前提下，在比較鋼管排架支撐、鋼桁架和三角柱內(nèi)拉法等施工技術(shù)的基礎(chǔ)上最終采用三角柱內(nèi)拉法進(jìn)行施工。模板面板采用組合鋼模板，承重系統(tǒng)用3根Φ25鋼筋，按每邊長(zhǎng)0.2m的等邊三角形布設(shè)連接，采用φ8鋼筋作為三角柱箍筋，三角柱間距1.5m；前后面拉條采用φ12或φ14鋼筋，成功解決中、表孔壩段較多較大懸挑模板施工問題。2005年11月在工期非常緊張的前提下，采用鋼桁架代替鋼管排架施工方案，成功地解決了峽口拱壩中表孔頂板13米跨度的砼施工問題，直接縮短工程直線工期10天，同時(shí)保證施工安全。 
    （2）鋼筋制作安裝
    大壩鋼筋工程主要集中在中孔、表孔壩段，工程總量約2000t。鋼筋加工廠根據(jù)鋼筋配料表所列鋼筋型號(hào)、種類、數(shù)量等加工成型， 5T東風(fēng)平板車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，固定式纜式起重機(jī)吊運(yùn)入倉，按照鋪料、劃線、綁扎、焊接施工工序進(jìn)行安裝施工。鋼筋的焊接采用電弧焊，直徑在28mm以下的鋼筋，采用搭接焊；直徑在28mm以上的，采用幫條焊。 
    （3）止水、止?jié){、灌漿系統(tǒng)、預(yù)埋件施工  
    大壩僅設(shè)橫縫，橫縫距上游壩面0.3m處設(shè)有一道1.5mm厚的紫銅止水，橫縫距上下游壩面0.5m處各設(shè)一道1.2mm厚的白鐵皮止?jié){片。止水、止?jié){片在金屬加工廠壓制成型，安裝時(shí)固定在先澆塊的模板上，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝焊接，搭接時(shí)采用雙面焊。大壩采用梯形鍵槽，縫面每6～12m高左右為一個(gè)灌區(qū)，在灌區(qū)底部設(shè)有一組φ40mm進(jìn)回漿管，上部設(shè)一排氣槽，埋設(shè)2根φ32mm排氣管引至壩后橋或廊道內(nèi)，灌區(qū)之間用一道水平白鐵皮止?jié){片與上下游止水止?jié){片焊接形成一個(gè)封閉的灌區(qū)。 
    （4）壩體砼施工 
    1）倉面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交底及工藝設(shè)計(jì) 
    每個(gè)倉位開始施工一周前由項(xiàng)目部施工技術(shù)科編制倉位技術(shù)通知單，下發(fā)各部門、隊(duì)廠，確保參與施工的人員對(duì)倉位的各項(xiàng)施工內(nèi)容做到清楚明白，心中有數(shù)，準(zhǔn)確無誤；主要內(nèi)容有：施工倉位的升層高度、樁號(hào)、結(jié)構(gòu)輪廓尺寸、控制點(diǎn)坐標(biāo)；倉位包含的鋼筋、止水、金結(jié)預(yù)埋、模板、砼倉面要求、砼強(qiáng)度等級(jí)等各項(xiàng)工序內(nèi)容；有關(guān)的倉位設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)修改通知；相關(guān)的入倉方式、澆筑方式、倉面排水方向、入倉道路等施工方法；具體的安全防護(hù)措施。 
    為強(qiáng)化施工過程的質(zhì)量控制，制定了倉面工藝設(shè)計(jì)。每個(gè)倉位混凝土澆筑時(shí)配置活動(dòng)振搗器機(jī)房一個(gè)，配φ150型變頻器3臺(tái)，φ100振搗器5臺(tái)（兩臺(tái)備用），并設(shè)有相應(yīng)的控制開關(guān)，遇到細(xì)部結(jié)構(gòu)的澆筑倉位，采用φ70和φ50小型軟管振搗器；倉位每班安排澆筑工人6~7人，負(fù)責(zé)倉內(nèi)的下料、平倉振搗、泌水及骨料分離處理等工作。 
    固定式纜機(jī)以混凝土澆筑為主，澆筑過程一般不打雜，保證混凝土澆筑的連續(xù)性，平均小時(shí)強(qiáng)度達(dá)到20～25m3/h，最高達(dá)到45m3/h。根據(jù)不同壩體混凝土的澆筑面積，選定不同的澆筑方法。澆筑面積大于200 m2的倉位一般采用臺(tái)階法施工，臺(tái)階高度為0.5 m，寬度2.0 m，倉面澆筑采取平行壩軸線進(jìn)行，一般是先下游后上游，邊前進(jìn)邊加高，逐步向前推進(jìn)并形成明顯的臺(tái)階，臺(tái)階坡度不大于1:2，直到把整個(gè)倉位澆筑到收倉高程。澆筑面積小于200m2的倉位，采用平鋪法澆筑，一般是先下游后上游，每層0.5 m厚混凝土按水平層連續(xù)地逐層鋪填，第一層澆完后，再澆第二層，依此類推直至達(dá)到設(shè)計(jì)高度。平鋪法要求下層混凝土初凝之前應(yīng)覆蓋上一層混凝土，否則將出現(xiàn)冷縫。 
    2）縫面處理 
    基巖與砼的層面處理采取將基巖松動(dòng)巖塊清理干凈，尖角打緩，用高壓水沖洗干凈。新老砼層面處理采用GCHJ系列高壓沖毛機(jī)進(jìn)行縫面沖毛，沖毛后的砼表面粗砂微露，老砼上無乳皮和水銹。 
    3）鋪料及平倉 
    基礎(chǔ)面及老砼面，砼入倉前，在待澆層面上均勻地鋪一層2～3cm厚的水泥砂漿，一次鋪設(shè)的面積以砼能及時(shí)覆蓋不產(chǎn)生初凝為準(zhǔn)。砼入倉后，用大功率振搗器平倉，采用2臺(tái)振搗器垂直插入料堆頂部，料堆在振搗器作用下自動(dòng)攤平至平倉厚度，嚴(yán)禁以平倉代替振搗。遇到大骨料集中部位，人工將骨料均勻地散布在未振搗的砂漿較多的砼層面上，然后振搗密實(shí)，以免出現(xiàn)蜂窩；對(duì)于靠近模板和鋼筋較密的地方、水平止水、止?jié){片底部、預(yù)埋件儀器周圍等施工部位采用人工平倉，石子均勻分布，振搗密實(shí)。 
    4）振搗 
    在已平倉的砼層面上，采用2～3臺(tái)φ100的高頻振搗器，從已振搗好的砼層面搭接處有順序地振搗，振搗間距不大于振搗半徑的1.5倍，并插入下層砼5cm，確保上下層砼結(jié)合完整，避免漏振。振搗棒在每一孔位振搗時(shí)間，以砼不再顯著下沉、水分和氣泡不再逸出并開始泛漿為準(zhǔn)，不得欠振或過振。 
    5）砼養(yǎng)護(hù) 
    砼澆筑完畢12～18h后即開始對(duì)砼表面及所有側(cè)面及時(shí)灑水養(yǎng)護(hù)，使其表面濕潤狀態(tài)，在炎熱、干燥氣候情況下可提前養(yǎng)護(hù)。永久暴露面采取長(zhǎng)期流水養(yǎng)護(hù)，采用φ25.4mm的冷卻塑料水管，每隔20～30cm鉆φ1mm左右的小孔，臨時(shí)掛在模板上或外露拉條筋上，孔口對(duì)砼壁面噴水養(yǎng)護(hù)。 
    3、2溫控防裂施工技術(shù) 
    大壩砼施工過程中，對(duì)砼原材料、配合比優(yōu)化、拌和生產(chǎn)、運(yùn)輸、入倉澆筑、覆蓋保溫、通水冷卻及灑水養(yǎng)護(hù)等全過程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，合理安排砼施工澆筑順序及施工時(shí)間，使壩體砼裂縫得到了有效控制，主要體現(xiàn)在以下幾方面： 
    （1） 優(yōu)化大壩砼配合比設(shè)計(jì)提高砼抗裂能力 
    大壩砼施工配合比選用葛洲壩荊門水泥廠的普通硅酸鹽32.5Mpa水泥，荊門熱電廠的II級(jí)粉煤灰和中建三局的高效緩凝減水劑，并采用四級(jí)配砼適當(dāng)降低單位水泥用量，減少砼水化熱溫升，提高砼抗裂能力。  
    （2）合理控制澆筑層厚度及層間間隔 
    峽口電站大壩砼采用薄層短間歇均勻上升，河床壩段基礎(chǔ)強(qiáng)約束區(qū)及度汛過渡的老砼澆筑分層厚度為1.5m或2.0m，約束區(qū)以上澆筑層厚為3.0m，層間間隔時(shí)間控制在4～10天左右。 
    （3）砼拌制 
    在篩分樓凈料堆場(chǎng)、集料斗的上方搭設(shè)遮陽棚，鋪設(shè)四層遮陽材料防曬防止太陽光直接照射骨料升溫，適當(dāng)降低骨料拌和溫度。2005年夏季大壩砼施工時(shí)，采取5℃的制冷水對(duì)凈料堆場(chǎng)所有粗骨料進(jìn)行噴霧降溫冷卻及5℃制冷水進(jìn)行砼拌和。 
    （4）砼澆筑工藝 
    充分利用高溫季節(jié)中有利的澆筑時(shí)段，抓住早、晚和夜間溫度相對(duì)較低的時(shí)機(jī)，搶陰雨時(shí)段，合理組織安排倉位砼澆筑。倉面采取噴霧措施，在每倉面安裝兩臺(tái)3kw的軸流噴霧風(fēng)機(jī)，可使?jié)仓秶沫h(huán)境溫度降低約2～3℃，必要時(shí)可采用75kw的GCHJ系統(tǒng)高壓沖毛機(jī)噴霧降溫。砼水平運(yùn)輸車輛增設(shè)隔熱遮陽棚，防止砼運(yùn)輸過程冷量損失。倉面砼加蓋彈性聚氨酯保溫被。 
    （5）通水冷卻及表面散熱 
    初期通水冷卻能有效削減砼水化熱溫升峰值， 2005年夏季砼施工時(shí)，冷卻水管層高縮小為1.5m，并同時(shí)增加通制冷水削減砼前期水化熱溫升。 
    4、結(jié)語 
    峽口電站拱壩工程自2002年8月28日開工以來，歷時(shí)三年多時(shí)間，在大壩施工過程中采取一些先進(jìn)的施工技術(shù)、施工工藝，確保工程施工質(zhì)量，并于2005年11月初順利通過國家大壩安全鑒定中心專家組的審查，2005年12月底進(jìn)行導(dǎo)流洞下閘封堵大壩蓄水階段驗(yàn)收。 
    （1）工程開工時(shí)，根據(jù)工程實(shí)際情況，在對(duì)纜機(jī)與門塔機(jī)等垂直運(yùn)輸手段方案進(jìn)行可行性對(duì)比的基礎(chǔ)上，最終采用固定式纜機(jī)。通過實(shí)踐表明它具有澆筑工效高，生產(chǎn)率大，與拱壩主體工程施工干擾小，并省去門塔機(jī)方案需轉(zhuǎn)移而影響設(shè)備的利用率等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還不受汛期防洪渡汛的影響，確保主體砼工程能連續(xù)均勻上升，對(duì)順利完成總體工期目標(biāo)無疑是一種有力保證。 
    （2）本工程大壩砼開始澆筑前，安排充分的時(shí)間進(jìn)行大壩砼施工配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過采用荊門熱電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰和中建三局NFJ-03型高效緩凝減水劑，同時(shí)采用四級(jí)配砼代替招標(biāo)文件規(guī)定的三級(jí)配砼，適當(dāng)降低單位水泥用量，減少砼水化熱溫升，提高砼抗裂能力，主體砼最大粉煤灰摻量達(dá)到30%，降低單位水泥用量，不僅是溫度控制的重要措施之一，而且能減少水泥用量，降低砼成本。 
    （3）在模板施工中，采用多卡懸臂模板代替組合鋼模板的現(xiàn)場(chǎng)拼裝施工方法，平面曲線長(zhǎng)度變化采用在模板端部加板調(diào)節(jié)，豎向曲率的變化利用模板支撐調(diào)節(jié)軸桿調(diào)節(jié)模板的前傾或后傾，有效地滿足壩體體形曲線，防止或避免了掛簾現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也節(jié)約了模板的固定拉筋，沒有拉筋頭遺留，從整體上提高了砼的外觀質(zhì)量。三角柱內(nèi)拉法成功方便地解決中、表孔壩段較多較大懸臂外挑問題，采用鋼桁架代替鋼管排架施工方案，成功地解決了峽口拱壩中表孔13米跨度的頂板砼施工，直接縮短直線工期10天，同時(shí)也保證施工安全。 
    （4）對(duì)砼篩分拌和系統(tǒng)進(jìn)行局部的改造，在施工倉面采取噴霧降溫、加密冷卻水管并初期通7℃制冷水等多種溫控措施，滿足設(shè)計(jì)要求的夏季高溫砼溫控要求，保證2005年夏季大壩砼能連續(xù)均勻上升澆筑。 
    （5）對(duì)砼通7℃制冷水進(jìn)行強(qiáng)冷，極大地降低大壩砼溫度，縮短壩體接縫灌漿時(shí)間1～2月。