水電站大壩上游圍堰水下混凝土的施工技術(shù)

摘要:在水利工程建設(shè)過程中，水下混凝土施工一直是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在保證工程質(zhì)量方面具有重要意義�；�于此，本文對(duì)水電站大壩上游圍堰水下混凝土的施工技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞:水電站大壩;上游圍堰;水下混凝土;施工技術(shù)

1工程簡(jiǎn)介

某水電站大壩工程施工基坑緊靠泄水閘，在布置上游圍堰時(shí)，對(duì)原有建筑物的導(dǎo)墻進(jìn)行了分段設(shè)計(jì)，為了不占用加固工程的施工基坑，混凝土圍堰緊挨著導(dǎo)墻段進(jìn)行設(shè)計(jì)。距導(dǎo)墻設(shè)計(jì)部位較遠(yuǎn)的位置設(shè)計(jì)為土石圍堰。圍堰為重力式水下混凝土結(jié)構(gòu)，底寬為7.9m，底部的高程為821.00～835.00m。按照10年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圍堰最大高度為15m，頂部高程為837.00m。背水面按臺(tái)階設(shè)計(jì)，迎水面按直墻式設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圍堰軸長(zhǎng)45m，混凝土澆筑量3500m3。

2工程施工特點(diǎn)

a.由于水下施工的難度高，施工工期比較緊。河水比較渾濁，施工時(shí)，施工人員完全靠感覺進(jìn)行定位。此外，水下混凝土施工是在汛期前開始的，有效工期只有110d，工期短。
b.由于水下混凝土的施工條件不好，存在一定的安全隱患。且由于施工區(qū)距離泄洪閘進(jìn)口比較近，庫(kù)區(qū)中的流態(tài)比較復(fù)雜。從資料來看，3～4月的溫度大約在8℃左右，河水溫度過低，會(huì)對(duì)人在水下進(jìn)行立模、清基工作造成影響。
c.對(duì)施工質(zhì)量和施工技術(shù)要求比較高。該工程采用的重力式擋土圍堰，要求具有良好的防滲能力和穩(wěn)定性能。由于在澆筑混凝土?xí)r無(wú)法進(jìn)行振搗，主要利用漿柱自身重力進(jìn)行密實(shí)，因此，無(wú)法準(zhǔn)確了解澆筑情況。為保證施工質(zhì)量，需要將混凝土的配合比設(shè)計(jì)好。

3水下混凝土圍堰設(shè)計(jì)

3.1圍堰高程設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)圍堰高程時(shí)，擋水按照12月至次年5月洪水頻率的25%進(jìn)行，由于水位為1330.02m，洪峰流量為942m3/s。根據(jù)河水的壅高和圍堰的安全高度，確定上游圍堰堰頂?shù)母叱虨?331.23m［1］，則圍堰的高度為3.21～6.84m。圍堰堰體的背水面坡比為0.51，迎水面坡比為0，頂部寬度為0.81m，圍堰軸線斷面底部的最大寬度為4.22m。
3.2圍堰結(jié)構(gòu)斷面的設(shè)計(jì)
該工程設(shè)計(jì)圍堰堰頂?shù)淖罡吒叱虨?331.23m，則圍堰最大高度為3.21～6.84m，圍堰堰體的頂部寬度為0.81m，背水面坡比為0.51，迎水面的坡比為0。圍堰軸線底部的最大寬度為4.22m。
3.3計(jì)算混凝土圍堰的穩(wěn)定性
主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下:將質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石作為建基面，設(shè)置圍堰高度為3.21～6.84m，如果單寬堰體為1m，則圍堰的荷載主要來自水壓力和自重。進(jìn)行灌漿防滲處理后對(duì)基底揚(yáng)壓力進(jìn)行計(jì)算。
a.計(jì)算抗剪斷強(qiáng)度。采用下式計(jì)算:
K'=(f'∑W+CA)/∑P≥［K'］
式中K'———抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，取3.1;
f'———基巖接觸面和堰體底板混凝土之間的抗剪斷摩擦系數(shù)，取0.91;
A———基礎(chǔ)截面和堰體底板接觸面的面積;
C———基巖接觸面和堰體底板混凝土的黏結(jié)力，取0.31MPa。
經(jīng)計(jì)算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為7.1，大于3.0。達(dá)到了抗剪斷的強(qiáng)度要求。
b.計(jì)算抗剪強(qiáng)度。采用下式計(jì)算:
F=f∑W/∑P≥［K］
式中［K］———抗剪穩(wěn)定安全系數(shù)，取1.06;
f———基巖接觸面與圍堰堰體底板混凝土的抗摩擦系數(shù)，取0.66;
∑P———作用在基礎(chǔ)截面上的總水平力;
∑W———作用在基礎(chǔ)截面上的總垂直力。
經(jīng)計(jì)算，抗剪強(qiáng)度的K為1.146，大于1.05，符合抗剪強(qiáng)度的要求。

4上游圍堰水下混凝土施工

4.1施工前準(zhǔn)備
施工前，按照圍堰設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)邊線和軸線控制點(diǎn)的測(cè)定，并利用水上浮標(biāo)將標(biāo)記做好，將對(duì)應(yīng)的線和點(diǎn)引至陸地上。同時(shí)將浮箱、制作模板、專業(yè)人員、供電供風(fēng)系統(tǒng)、施工器具等水下混凝土施工的準(zhǔn)備工作做好。
4.2開挖水下土方
在開挖水下土方時(shí)，該工程使用小型挖泥船進(jìn)行施工，在施工前，水電站有3d時(shí)間可以進(jìn)行放水沖沙，在將水庫(kù)的水位降低到824.00m時(shí)，安排使用PC405反鏟對(duì)淤積層進(jìn)行挖掘。
4.3搭設(shè)施工平臺(tái)
由于該工程是水上施工，需要搭設(shè)水上施工平臺(tái)。施工平臺(tái)主要由浮箱拼接而成。其中浮吊船、模板安裝船、工作船各一艘，利用6個(gè)大小為6m×1.5m×3m的浮箱拼成澆筑船，在澆筑船的中間圍成寬度為8.6m、長(zhǎng)度為12m的空腔來作為混凝土澆筑和安裝模板的通道。在布置混凝土圍堰澆筑倉(cāng)面時(shí)，要在距離邊線1m以上的范圍內(nèi)將下料管布置好，各個(gè)導(dǎo)管之間的距離控制在4.1m。
4.4對(duì)基面的淤泥進(jìn)行清理
當(dāng)水下土方挖到基巖后，安排潛水人員潛入水中用高壓水槍和清淤管對(duì)基巖進(jìn)行清理，使用直徑25cm的鋼管作為清淤管，并利用空壓機(jī)進(jìn)行供氣，在潛水員使用高壓水槍擾動(dòng)基巖上的淤泥后，利用清淤管將淤泥排到施工區(qū)外部。
4.5錨桿的施工方法
錨桿的作用主要是對(duì)模板進(jìn)行加固。施工時(shí)，使用HPＲ2034型的液壓動(dòng)力鉆進(jìn)行鉆孔，孔的大小為46mm，孔鉆好后，利用高壓水槍進(jìn)行清孔。檢查過孔的深度以及孔的清理情況后，進(jìn)行錨固劑的安放以及插桿的施工。使用卷式水下錨固劑，錨固劑在進(jìn)場(chǎng)后，要做好檢查工作。合格后才可以使用。
4.6模板的施工技術(shù)
使用可以自由拆卸的組合鋼模板作為水下模板，根據(jù)倉(cāng)面的大小，使用螺栓在澆筑船上進(jìn)行連接，然后使用澆筑船運(yùn)輸?shù)绞┕の恢煤�，再將其吊入到水中。使用�?jiǎn)易型三角支架和手葫蘆進(jìn)行配合吊裝。模板安裝前，將定位纜繩固定后，調(diào)整型鋼模板的水平位置，并使用纜繩對(duì)型鋼模板的位置進(jìn)行調(diào)整。使用交會(huì)法進(jìn)行定位測(cè)量，測(cè)量位置由經(jīng)緯測(cè)量?jī)x和測(cè)距儀進(jìn)行控制。利用掛重球的方法檢查模板的垂直度。在測(cè)量時(shí)，將一個(gè)豎向的圓鋼焊接在鋼模板的中心，并在鋼模中心涂抹紅白油漆，以此對(duì)中心點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。在岸上使用兩臺(tái)儀器分別對(duì)準(zhǔn)中心和軸線，并安排專人對(duì)安裝進(jìn)行指揮。在制作模板時(shí)，由于對(duì)模板的平整度要求比較高，使用法蘭螺栓在模板的四周進(jìn)行可調(diào)支撐，在實(shí)際安裝的過程中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。分別在模板的四周打斜撐，底部打定位樁，以此來將模板固定好。對(duì)于底部存在縫隙的位置，使用模板進(jìn)行封堵。使用16mm以上的圓鋼作為模板的拉條。按照梅花形進(jìn)行對(duì)穿拉條的布置。將梯形鍵槽設(shè)置在圍堰軸線的施工縫上，并以此來保證圍堰整體的穩(wěn)定性。
4.7混凝土澆筑施工技術(shù)
在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，使用二級(jí)配的泵送混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C25。混凝土的坍落度控制在17cm左右。為保證水下混凝土的施工質(zhì)量，首先要設(shè)計(jì)出合理的配合比。根據(jù)多次施工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)水下混凝土的配合比時(shí)，要使流動(dòng)性達(dá)到要求，膠凝料要大于421kg/m3。使用導(dǎo)管法進(jìn)行澆筑施工，首先橫向布置兩根間距為4m的導(dǎo)管，然后縱向布置三根間距為4m的導(dǎo)管，導(dǎo)管的直徑為255mm。在澆筑的過程中，要使用導(dǎo)管輪流進(jìn)行澆筑，保證澆筑一次性完成。導(dǎo)管的長(zhǎng)度分別為0.5m和2m。為了可以在提升的過程中，輕松完成導(dǎo)管的拆卸工作，每一套導(dǎo)管都需要搭配好短導(dǎo)管和長(zhǎng)導(dǎo)管。使用簡(jiǎn)易三角配筋手動(dòng)葫蘆對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行提升，根據(jù)導(dǎo)管的提升長(zhǎng)度和下料量來對(duì)埋深進(jìn)行判斷，提升由人工完成。在水下澆筑混凝土?xí)r，要保證埋入混凝土中的導(dǎo)管深度在80cm以上，首批進(jìn)入導(dǎo)管的混凝土要超出1.6m3。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，該工程在澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)水下澆筑的深度為15m左右時(shí)，取最小埋深0.81m。一般情況下，在澆筑水下混凝土?xí)r，將上升速度控制在0.31m/h，參考倉(cāng)位的大小算出入倉(cāng)的強(qiáng)度為28.6m3/h�；炷�土使用兩部0.76m3的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，生產(chǎn)力可以達(dá)到31m3/h，混凝土攪拌后使用HB-60B型泵車進(jìn)行輸送，輸送距離為200m，每小時(shí)可輸送60m3混凝土，滿足澆筑要求。
4.8拆除模板和處理縫面
拆除模板要等到混凝土終凝后進(jìn)行，使用浮吊車配合施工。浮吊低昂模板吊起后，潛水員利用氣焊在水下將螺桿割除，脫落后，使用浮吊將其緩慢吊起。對(duì)于水下的縫面，人工挖好鍵槽后，在埋設(shè)間進(jìn)行插筋。鋼筋之間的距離為1.6m。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為保證混凝土施工的穩(wěn)定性，水下混凝土澆筑過程中，混凝土盡量不和水接觸，要加入外加劑來保證混凝土在水中不離析、不分散。該工程經(jīng)過一個(gè)多月的努力，混凝土的水下澆筑工作圓滿完成，具有施工速度快、投入少等優(yōu)點(diǎn)，值得同類工程借鑒引用。