泉州市八峰水庫砌石拱壩壩體預留交通洞口施工方案分析

吳益平

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

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泉州市八峰水庫砌石拱壩壩體預留交通洞口施工方案分析

吳益平

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

摘要：文章介紹泉州市八峰水庫砌石拱壩右岸現有公路預留交通洞，旨在解決庫區村民交通出行的難題。對位于壩體0.37H處預留交通洞進行壩體應力有限元分析計算及施工方案比較，確定預留交通洞對壩體施工期、運行期均無影響，有效推進大壩施工建設。

關鍵詞：砌石拱壩；交通洞；應力計算；洞口施工

1項目概述

八峰水庫主要樞紐建筑物攔河壩為雙曲砌石拱壩，按50 a一遇洪水設計，500 a一遇洪水校核，設計壩基高程139.0 m，設計壩頂高程206.5 m，最大壩高67.5 m，壩頂寬3.5 m，拱冠梁底寬16.0 m。

大壩右岸有一條現有鄉村公路，是庫區內洪四村村民對外交通的唯一通道，總長約4 km，路面為4.5 m寬的水泥混凝土路面，過壩路段路面高程164.0 m，穿越大壩右岸樁號K0+142.8～161.8。大壩施工已進入主體砌筑施工，按照進度計劃大壩將砌至165 m高程，右岸公路將中斷通行，為了保證壩體砌筑施工的整體性及連續性，又能解決庫區內村民的交通需求，擬定在壩體中預留交通洞，解決交通出行問題。

2解決方案分析與確定

2.1壩體預留施工洞應力計算驗證

首先對結構進行有限元網格劃分，并施加荷載及邊界約束，然后進行結構計算，最后整理計算成果。

拱壩采用三心圓布置，大壩體形參數如表1所示。首先對壩體進行網格劃分(圖1)，在厚度方向上等分成4單元,共劃分成428個塊體單元，700個節點；然后對壩基進行網格劃分，壩基的取值范圍為各方向均取100米，因此整個模型劃分成4880個空間8節點塊體單元，共有6120個節點；最后對模型施加約束和荷載(自重及溫度荷載)，即在基礎邊界施加鉸約束，在壩體的各節點上施加溫度荷載(溫差按國內經驗修正公式：T m=±47/(T+3.39)計算)。

圖1　大壩及基礎網格剖分圖

表1　拱壩基本尺寸

2.1.1計算工況

本次計算了2種工況：①空庫+自重+溫降；②空庫+自重+溫升。

2.1.2計算參數

壩體混凝土彈模E=10GPa，容重γ=2.3t/m3，泊桑比μ=0.22,線性熱膨脹系數α=0.8×10-5/℃，基礎彈模E=13 GPa。

2.1.3應力控制指標

拱壩應力控制指標按照《混凝土拱壩設計規范(SL282—2003)》采用，有限元法經等效處理后的混凝土允許的拉應力，基本組合為1.5 MPa，特殊組合為2.0 MPa。

圖2　有限元計算結果

2.1.4計算成果分析

從圖2可看出，有無交通洞對整個壩體的應力分布影響很小，只是在交通洞附近區域有比較大的影響。

經過應力計算及分析論證，確定在壩體中預留交通洞口是可行的。

2.2預留交通洞方案

經過實地勘察,考慮工程實際,提出以下2種預留交通洞方案：

表6　預留交通洞方案對比

2種方案施工簡圖

1)方案一：施工示意圖見圖3，右岸公路處壩基開挖后架設鋼便橋做臨時路，路面以上壩體預留交通洞。

2)方案二：施工示意圖見圖4，右岸公路處壩基開挖后臨時填石渣做臨時路，壩基分二次開挖后，在現有路面以上壩體預留交通洞。

圖3　方案一示意圖

圖4　方案二示意圖

2.3大壩右岸過壩預留交通洞口方法措施敘述

1)方法一：壩基基坑架設便橋，在便橋旁邊預留交通洞。首先對樁號K0+161.9～170.1段壩基進行開挖，架設一座鋼便橋(寬4.5 m×20 m)，形成過壩通道后，再開挖公路外側壩基，在現有公路位置處，預留過壩交通洞口。在壩體及交通洞口澆筑成型后，臨時路改道往交通洞口通車，拆除鋼便橋后，把壩體從基礎往上砌至交通洞頂平，則左右岸壩體同步砌筑上升，進出洞口及兩側道路做好安全防護措施，確保路面以上壩體施工安全。直至左岸改建公路建成通車后，再把預留交通洞封堵并進行接觸灌漿處理，使其與原壩體形成一體。

2)方法二：壩基臨時填筑石渣形成通道，旁邊預留交通洞。首先對樁號0+161.9～170.1段路內側的壩基進行開挖，再回填石渣，首次改道。再把路外側0+142.8～162.9段壩基開挖完成，把壩體砌筑上升至163.85 m(與現有路面平)，留置好壩體預留洞，再路外側已砌好的壩體上澆筑路面混凝土，把交通路從內向外再次改道。清理出路內側0+161.9～170.1填筑的石渣，把路內側基坑壩體砌筑至現有路面平，使壩體預留洞口兩側壩體(163.85～170 m)可同時砌筑上升，按照設計圖紙澆筑鋼筋混凝土交通洞，形成過壩交通洞，做好進出洞口的連接段路基路面，及路兩側管棚防護工程，即把右岸交通道路改至預留的交通洞口通行，則左右岸壩體可以同步砌筑上升，進出洞口及兩側道路做好安全防護措施，以確保路面以上壩體施工安全。直至左岸改建公路建成通車后，再把預留交通洞封堵并進行接觸灌漿處理，使其與原壩體形成一體。

經兩種措施方案比較，綜合考慮多方面因素，最終采取第二種方案，即采用右岸公路壩基分期開挖，在路內側基坑內填筑石渣做臨時過壩路，路面以上壩體采用預留交通洞口的方案。

3壩基臨時填筑石渣形成通道+預留交通洞實施措施

3.1壩體預留洞交通分流施工總體方案

壩體預留交通洞施工總體部署，采用先開挖路內側壩基，再回填石渣，首次改道，再把路外側壩基開挖完成，壩體砌筑上升至163.85 m(與現有路面平)，把壩體預留洞的位置事先留置好，再路外側與砌好的壩體上澆筑路面混凝土，把交通路從內向外再次改道，清理出路內側填筑石渣，把路內側基坑壩體砌筑至現有路面平，使壩體預留洞口處兩側壩體(163.85～170 m)可同時砌筑上升，按照設計圖紙澆筑預留洞口鋼筋混凝土，然后做好進出洞口的連接段路基路面，及路兩側管棚防護工程，即可把右岸交通道路改至預留的交通洞口通行，直至左岸改建公路建成放行通車后，再把預留交通洞封堵并進行接觸灌漿處理，使其與原壩體形成一體[1]。

3.2方案實施

1)道路內側改線段高邊坡噴錨加固、危石處理。靠近現有道路內側壩坡均為高邊坡，便道向內改線后，因處于汛期雨季施工季節，邊坡容易失穩坍方，應采用噴錨支護后才能保證通車安全。壩址上游路段邊坡為土坡，采用噴10cm厚C20素混凝土防護，；壩址下游路段邊坡為壩基開挖石方邊坡，邊坡上松石險石應先排除干凈，對節理面發育的巖層打設Φ22錨桿，長4 m，間距2 m，再掛Φ6@10的鋼筋網，噴10cm厚C20素混凝土進行防護。

2)首次開挖靠路內側壩基石方。因右岸現有公路的影響，右岸樁號0+142.8～0+170.1段， 27.3 m長的壩基無法開挖，本段壩基分二次開挖，首先開挖右岸公路內側樁號K0+170.1～161.9段壩基，長8.2 m，采用淺孔小藥量控制爆破方法開挖，并做好爆破安全警戒工作，開挖過程應注意保護已施工完壩體及現有公路交通安全。

3)第一次便道改線。路內側壩基開挖后，在靠路外側用m7.5砌筑一塊石擋土墻用于擋渣，自卸汽車運載石渣回填至現有路面平，最后澆筑一層15cm厚素混凝土硬化路面，并在路內外側分界線砌筑一條(0.5*0.5 m)防撞擋墻隔離。路面形成后即可向內改道通車。

4)開挖現有公路處壩基土石方。在道路向內改道后，即可著手現有公路外側的壩基開挖，開挖右岸公路外側K0+142.8～161.9段壩基，長19.1 m，采用淺孔小藥量控制爆破方法開挖，并做好爆破安全警戒工作，開挖過程應注意保護已施工完壩體及現有公路交通安全。在靠近已砌筑壩體間，打設一排防震孔，確保不影響壩體質量。在靠近首次改道處砌筑隔離擋土墻的壩基石方，采用挖掘機改裝的沖擊錘鑿除基底塊石進行非爆破開挖，確保該處擋墻穩定，保證首次改道路基安全。

5)第二次改道，現有公路處壩體砌筑至163.85 m，澆筑15cm厚素混凝土路面。在路外側壩體開挖完成后，進行壩基灌漿處理，逐層砌筑壩體至163.85 m。再靠公路外側壩體處先后澆筑一段與上下游公路連接段混凝土，把過壩段公路再次臨時改向靠河外側。

6)路內側壩段挖除回填石渣,壩體砌筑至164 m。

道路再次改向靠路外側后，就把原路內側壩基工作面清理出來，把填筑做路的石渣清理干凈，驗槽灌漿處理后，即可進行壩體砌筑，逐層砌筑至現有路面(164 m)平。

7)壩體163.85～170 m砌筑,澆筑預留洞口鋼筋混凝土。

按照預定的預留洞口位置(中心樁號0+158.5)處，事先把兩側壩體約2～3 m長，砌筑至170 m高程，即處于洞口頂拱位置，再安裝預留洞的內模，澆筑洞壁、頂拱鋼筋混凝土，拆模后預留交通洞成型。壩體交通洞口尺寸擬為：4.5×5.75 m，預留洞中心樁號0+158.5，高程164 m。

8)砌筑進出洞口段擋墻、回填石渣、路面混凝土。因壩體砌筑后與開挖基坑邊坡之間有間隙，需要采用內外側砌筑 m7.5塊石擋墻連接，中間填筑石渣至路面平，面層澆筑一層C20素混凝土硬化。

9)進出洞口段管棚及交通安全警示防護設施。

壩體預留洞口形成后，即在進出洞口兩側，各架設15～20 m長、寬6 m的鋼架管棚，上部鋪設工字鋼及12 mm厚鋼板遮擋進行防護，防止壩上吊裝作業時高空落物，影響道路交通安全。進出大壩作業區時，考慮夜間施工及道路安全行車需要，應在管棚及預留洞口內及進出洞口，設立反光標志，夜間警示燈照明裝置等，確保施工及交通安全。

10)第3次道路改道，恢復通車，進入壩體正常施工。預留洞口及前后道路硬化及安全防護措施到位后，即可進行道路第3次改線，從原有的路線行車。在右岸壩段砌筑施工時，應特別注意壩體吊裝作業與道路交通干擾的交叉作業，采用在交通繁忙的時段停止或減少吊裝作業，吊裝作業點放在靠近道路外的地段，避免吊裝作業與交通車輛的交叉，避免交通事故。

11)左岸改建公路建成通車。規劃的左岸改線公路建成后，具備通車條件后，即可中斷現有右岸公路交通，大壩即可著手封堵預留洞口施工。大壩封堵預留洞口，采用與壩體同標號的混凝土砌筑回填，接觸面采用回填灌漿處理，使該處壩體形成整體，具備擋水條件。

4結語

為了有效解決水庫右岸交通現狀問題，徹底解決因交通公路改線建設可能導致水庫大壩建設嚴重滯后中斷的問題，本工程通過科學分析論證在砌石拱壩壩體中預留一個≤4.5×5.75 m洞口作為交通洞方案的可行性，并經過一年多的安全運行觀測，對大壩的整體結構無產生影響，為以后類似工程可提供學習借鑒。

參考文獻：

[1]肖艷,張光科,劉超.石城子水庫砌石拱壩除險加固設計[J].東北水利水電，2007(08)：111-112.

文章編號：1007-7596(2016)02-0048-04

[收稿日期]2015-10-28

[作者簡介]吳益平(1960-)，男，福建泉州人，工程師，從事水利施工管理工作。

中圖分類號：TV641.31

文獻標識碼：B