錦屏一級水電站左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

王 強(qiáng)， 張 宇

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

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錦屏一級水電站左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究

王 強(qiáng)， 張 宇

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

為滿足錦屏一級水電站左岸導(dǎo)流洞封堵施工要求，需對右岸導(dǎo)流洞單洞過流，高水深、非靜水條件下左岸導(dǎo)流洞出口圍堰大體積水下混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。鑒于對出口圍堰穩(wěn)定性和防滲性要求，需對左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工研究，介紹了所進(jìn)行的設(shè)計(jì)與采用的施工技術(shù)。

導(dǎo)流洞出口；水下混凝土圍堰；高水深；設(shè)計(jì)；施工；錦屏一級水電站

1 概 述

錦屏一級水電站設(shè)置有左右岸導(dǎo)流洞，在大壩導(dǎo)流底孔完成、主體澆筑至滿足過流條件后，需對導(dǎo)流洞進(jìn)行分期封堵以進(jìn)行蓄水。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及左右岸導(dǎo)流洞地質(zhì)情況，通過設(shè)計(jì)規(guī)劃和專家組論證，決定先對左岸導(dǎo)流洞進(jìn)行封堵施工，左岸導(dǎo)流洞臨時(shí)堵頭封堵完成后再進(jìn)行右岸導(dǎo)流洞下閘封堵施工。依照該原則并經(jīng)過設(shè)計(jì)復(fù)核，左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰需在右岸導(dǎo)流洞過流量達(dá)到600 m3/s、水深超13 m情況下進(jìn)行施工。由于現(xiàn)場場地狹窄、環(huán)境復(fù)雜、施工難度大，必須對左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工研究。

2 水下混凝土圍堰的設(shè)計(jì)

根據(jù)《錦屏一級水電站導(dǎo)流洞下閘封堵設(shè)計(jì)報(bào)告》 之《錦屏一級水電站分期洪水成果表》，混凝土圍堰高度按照全年5年一遇洪水設(shè)計(jì)(流量值Q=6 920 m3/s)，相應(yīng)圍堰堰頂高程1 655 m，圍堰總高度H=1 655-1 634=21(m)。堰底寬度12.4 m，堰頂寬度2 m，堰軸線基本與左岸導(dǎo)流洞出口鋼棧橋軸線平行。

出口圍堰水下混凝土部分按照最大設(shè)計(jì)下閘流量2 170 m3/s洪水標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)施工期水位流量關(guān)系并考慮錦屏二級水電站蓄水影響，水下混凝土澆筑高程為1 647.5 m(含30 cm安全超高)，水下混凝 土 圍 堰 總 高 度H=1 647.5-1 634=13.5(m)。為便于水下混凝土施工立模等，經(jīng)綜合考慮，將水下混凝土堰體部分上下游面設(shè)計(jì)成垂直面。圍堰高程1 647.5 m以上背水面上游側(cè)預(yù)留4.4 m寬平臺作為設(shè)備安放場地，背坡坡比為1∶0.8，迎水面為垂直面，混凝土高度為7.5 m，圍堰頂部寬度為2 m(圖1)。

圖1 出口圍堰結(jié)構(gòu)圖

3 水下混凝土圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

對左岸導(dǎo)流洞出口水下混凝土圍堰進(jìn)行了最大設(shè)計(jì)下閘流量對應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)下抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算及抗滑穩(wěn)定計(jì)算(驗(yàn)算過程文中未詳述)。經(jīng)驗(yàn)算，出口水下混凝土圍堰設(shè)計(jì)參數(shù)滿足穩(wěn)定性要求，水下混凝土圍堰參數(shù)獲得各方復(fù)核通過。

4 水下混凝土圍堰施工方案的研究

根據(jù)現(xiàn)場施工條件，左岸導(dǎo)流洞出口靠山側(cè)為陡峭山坡，邊坡1 667 m高程為2#公路交通洞出口，靠河側(cè)為橋臺和圍堰道路，導(dǎo)流洞出口上部為鋼棧橋，橋梁最大汽車通行能力為40 t(無法通行大型吊車)。在橋梁兩側(cè)采用中型吊車時(shí)，由于場地限制橋臺寬度無法滿足場地要求，需對所占用的部分橋面進(jìn)行加固處理。鑒于上述現(xiàn)場條件，通過前期勘查和方案研究，擬定了以下三種方案：

方案一：分塊獨(dú)立拼接組合模板+吊車+導(dǎo)管法。

將上游、下游模板分別作為兩個(gè)獨(dú)立的分塊，各模板結(jié)構(gòu)采用主骨架為工字鋼、次骨架為矩形鋼焊接而成的桁架結(jié)構(gòu)，在桁架的迎水面焊接組合鋼模板作為面板，桁架底部設(shè)置防傾覆的側(cè)向三角架支撐。加工完成并由兩臺吊車抬吊放入預(yù)定位置后，由吊車將預(yù)制混凝土壓重塊放入水中的三角架位置，桁架頂部與邊墻的插筋連接。模板主要依靠自重在水流和澆筑過程中保證穩(wěn)定和抵抗混凝土側(cè)壓力。

方案二：“沉箱”模板+吊車+導(dǎo)管法。

通過對混凝土澆筑部位的體型進(jìn)行測量后，在金屬加工廠加工并現(xiàn)場焊接安裝大型鋼結(jié)構(gòu)沉箱模板，沉箱模板采用型鋼骨架，鋼板覆蓋其表面。在現(xiàn)場制作完成后，由吊車吊運(yùn)放入水中的預(yù)定位置，沉箱兩側(cè)與導(dǎo)流洞導(dǎo)墻混凝土貼合，最后利用導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土澆筑。吊車施工前，需對吊車支撐占用橋面的位置進(jìn)行加固。

方案三：整體模板+吊車、卷揚(yáng)機(jī)+導(dǎo)管法。

上、下游模板沿橫向分塊在加工廠加工完成后，首先將上、下游底部分塊吊裝并利用鋼棧橋懸置于橋梁兩側(cè)，由吊車將上、下游模板上部分塊逐次吊裝與下部結(jié)構(gòu)焊接在一起，并利用型鋼和鋼管將上、下游模板連接為整體(圖2)。完成全部拼裝任務(wù)后，由卷揚(yáng)機(jī)將其下放至水下預(yù)定位置，最后利用導(dǎo)管進(jìn)行水下混凝土澆筑。

通過對三種水下混凝土施工方案進(jìn)行對比得知：

圖2 整體模板+吊車、卷揚(yáng)機(jī)+導(dǎo)管法施工方法圖

方案一的缺點(diǎn)為水下拼接控制難度太大；方案二中，沉箱與原出口邊墻難以完全貼合，且橋臺加固方案不經(jīng)濟(jì)；方案三避免了采用大型起吊設(shè)備，采用小型卷揚(yáng)機(jī)吊裝即可，經(jīng)濟(jì)性好，模板安裝固定時(shí)間短，充分利用了鋼棧橋橋面及橋下的立體空間，模板整體穩(wěn)定性和抗傾覆能力較強(qiáng)，在加強(qiáng)施工現(xiàn)場管理組織和拼裝焊接質(zhì)量的前提下，能夠保證水下混凝土模板的穩(wěn)定性和密閉性。最終，經(jīng)專家組會議論證，決定采用方案三。

5 出口圍堰水下混凝土施工

5.1 水下混凝土施工模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水下混凝土圍堰上、下游模板設(shè)計(jì)綜合考慮了鋼棧橋與左岸導(dǎo)流洞出口翼墻之間的尺寸、吊車吊裝能力、安裝方便、模板穩(wěn)定性及可靠度等因素。上、下游模板為滿足加工和運(yùn)輸、現(xiàn)場安裝等要求，各分為8個(gè)分塊進(jìn)行加工。模板橫向按照3 m一層分為4層，單層按照靠近中軸線位置分為2塊，上、下游共16塊，采用I25a工字鋼、[18槽鋼及12 mm 厚鋼板制作。模板邊緣側(cè)安裝的橡膠皮帶U型槽及橡膠皮帶裙邊與導(dǎo)流洞邊墻緊密貼合，模板加固采用在模板豎向骨架和橫向骨架的I25a工字鋼交叉點(diǎn)上設(shè)置對拉φ159×9 mm鋼管連接。

5.2 水下混凝土施工通道設(shè)計(jì)

為滿足上、下游各分塊模板在水上拼裝、連接件焊接施工、材料運(yùn)輸、人員通行等施工需要，在模板安裝前，需在鋼棧橋下部設(shè)置施工平臺、人員施工通道及材料與運(yùn)輸通道。在上、下游模板內(nèi)側(cè)焊一個(gè)鋼平臺，鋼平臺寬度為1.2 m，采用角鋼焊接支撐，上鋪木板。人員運(yùn)輸通道采用∠50 mm×3 mm焊接形成寬度為50 cm的梯步。

5.3 水下混凝土模板安裝基礎(chǔ)的調(diào)查及清理

水下混凝土模板安裝前，需要對模板安裝部位的左岸導(dǎo)流洞底板基礎(chǔ)情況進(jìn)行前期調(diào)查。調(diào)查主要采用下閘后由潛水員下潛至水下對基礎(chǔ)部位進(jìn)行探摸的方式，需對水下基礎(chǔ)部位的淤泥層厚度、有無大塊石等情況做好記錄和統(tǒng)計(jì)。對于水下淤泥層，采用高壓風(fēng)或高壓水?dāng)噭优浜衔鬯疂撍贸槌龅姆绞竭M(jìn)行清淤；有大塊石時(shí)，將根據(jù)塊石情況制定專項(xiàng)方案采用水下爆破或其他方式進(jìn)行清理。經(jīng)調(diào)查得知：模板放置部位主要為淤泥層、無大塊石，遂決定采用高壓水進(jìn)行清淤。

5.4 水下混凝土模板的安裝

上、下游模板分塊加工完成后，首先將上、下游底部分塊同時(shí)吊裝并利用所設(shè)置的鋼棧橋上的卷揚(yáng)機(jī)和葫蘆懸置于橋梁兩側(cè)，由吊車將上、下游模板上部分塊逐次吊裝與下部結(jié)構(gòu)焊接在一起。為滿足橋下的安裝空間和作業(yè)人員的安全，采用邊拼裝、邊下放的方式。上、下游模板全部安裝完成后，利用型鋼和鋼管將上、下游模板連接為整體。

5.5 施工平臺的安裝

為滿足澆筑施工時(shí)導(dǎo)管提升、施工人員通行、澆筑施工材料堆放等要求，需在模板安裝完成后在水面以上搭設(shè)施工平臺，施工平臺充分利用模板頂層的支撐連接鋼管以及豎向立桿，在其上部增焊φ32螺紋鋼至形成1 m×1 m的網(wǎng)格，在網(wǎng)格上鋪裝雙層馬道板以形成作業(yè)平臺。

5.6 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑程序?yàn)椋簩?dǎo)管下放到底、固定→安放導(dǎo)管塞→水泥砂漿潤管、閉氣→滿管下料→割除導(dǎo)管塞固定繩→開澆→提升導(dǎo)管，循環(huán)澆筑。

水下混凝土采用升管法澆筑。水下混凝土澆筑高度為13.5 m，一次澆筑完成。采用φ219 mm鋼管作導(dǎo)管，混凝土為一級配、高塌落度、自密實(shí)C25混凝土。首批混凝土單管澆筑量為3.5 m3，確保導(dǎo)管埋入混凝土范圍內(nèi)0.8 m。

經(jīng)試驗(yàn)確定，左岸導(dǎo)流洞出口圍堰水下C25混凝土參考配合比為：水∶水泥∶粉煤灰∶砂∶小石∶中石=175 kg∶333 kg∶83 kg∶815 kg∶598 kg∶399 kg，外摻江蘇博特JM -PCA減水劑2.496 kg，混凝土擴(kuò)展度為550 mm±50 mm。

5.7 等強(qiáng)和防滲處理

水下混凝土澆筑出水面后，排除倉內(nèi)余水，澆筑至模板外側(cè)水面以上30 cm。對水下混凝土進(jìn)行等強(qiáng)后，利用水下混凝土靠迎水面?zhèn)饶０迕媛裰玫膬膳砰g距1 m布置的DN80鋼管灌漿，灌漿采用的配合比為0.5∶1、0.8∶1，分兩序注漿，灌漿壓力為0.35～0.5 MPa，以保證圍堰的防滲性能。

6 結(jié) 語

通過對錦屏一級水電站左岸導(dǎo)流洞水下混凝土圍堰的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)研究，在高水深、場地狹窄受限的條件下快速完成施工。通過對左岸導(dǎo)流洞抽排水后進(jìn)行檢查得知：圍堰防滲性能良好，保證了左岸導(dǎo)流洞封堵的施工安全并滿足施工進(jìn)度要求。

[1] DL/T 5309-2013，水電水利工程水下混凝土施工規(guī)范[S].

王 強(qiáng)(1976-) ，男，黑龍江齊齊哈爾人，分局長助理，高級工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

張 宇(1985-)，男，四川廣安人，項(xiàng)目副總工程師，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-10-28

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