錦屏一級水電站左岸導流洞出口水下混凝土圍堰設計與施工技術研究

王 強， 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流洞出口水下混凝土圍堰設計與施工技術研究

王 強， 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流洞封堵施工要求，需對右岸導流洞單洞過流，高水深、非靜水條件下左岸導流洞出口圍堰大體積水下混凝土進行設計與施工。鑒于對出口圍堰穩定性和防滲性要求，需對左岸導流洞出口水下混凝土圍堰進行設計和施工研究，介紹了所進行的設計與采用的施工技術。

導流洞出口；水下混凝土圍堰；高水深；設計；施工；錦屏一級水電站

1 概 述

錦屏一級水電站設置有左右岸導流洞，在大壩導流底孔完成、主體澆筑至滿足過流條件后，需對導流洞進行分期封堵以進行蓄水。根據現場實際情況及左右岸導流洞地質情況，通過設計規劃和專家組論證，決定先對左岸導流洞進行封堵施工，左岸導流洞臨時堵頭封堵完成后再進行右岸導流洞下閘封堵施工。依照該原則并經過設計復核，左岸導流洞出口水下混凝土圍堰需在右岸導流洞過流量達到600 m3/s、水深超13 m情況下進行施工。由于現場場地狹窄、環境復雜、施工難度大，必須對左岸導流洞出口水下混凝土圍堰進行設計和施工研究。

2 水下混凝土圍堰的設計

根據《錦屏一級水電站導流洞下閘封堵設計報告》 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年一遇洪水設計(流量值Q=6 920 m3/s)，相應圍堰堰頂高程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計下閘流量2 170 m3/s洪水標準進行設計，根據施工期水位流量關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，經綜合考慮，將水下混凝土堰體部分上下游面設計成垂直面。圍堰高程1 647.5 m以上背水面上游側預留4.4 m寬平臺作為設備安放場地，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 出口圍堰結構圖

3 水下混凝土圍堰結構驗算

對左岸導流洞出口水下混凝土圍堰進行了最大設計下閘流量對應洪水標準下抗傾覆穩定計算及抗滑穩定計算(驗算過程文中未詳述)。經驗算，出口水下混凝土圍堰設計參數滿足穩定性要求，水下混凝土圍堰參數獲得各方復核通過。

4 水下混凝土圍堰施工方案的研究

根據現場施工條件，左岸導流洞出口靠山側為陡峭山坡，邊坡1 667 m高程為2#公路交通洞出口，靠河側為橋臺和圍堰道路，導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)。在橋梁兩側采用中型吊車時，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行加固處理。鑒于上述現場條件，通過前期勘查和方案研究，擬定了以下三種方案：

方案一：分塊獨立拼接組合模板+吊車+導管法。

將上游、下游模板分別作為兩個獨立的分塊，各模板結構采用主骨架為工字鋼、次骨架為矩形鋼焊接而成的桁架結構，在桁架的迎水面焊接組合鋼模板作為面板，桁架底部設置防傾覆的側向三角架支撐。加工完成并由兩臺吊車抬吊放入預定位置后，由吊車將預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定和抵抗混凝土側壓力。

方案二：“沉箱”模板+吊車+導管法。

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

方案三：整體模板+吊車、卷揚機+導管法。

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，由吊車將上、下游模板上部分塊逐次吊裝與下部結構焊接在一起，并利用型鋼和鋼管將上、下游模板連接為整體(圖2)。完成全部拼裝任務后，由卷揚機將其下放至水下預定位置，最后利用導管進行水下混凝土澆筑。

通過對三種水下混凝土施工方案進行對比得知：

圖2 整體模板+吊車、卷揚機+導管法施工方法圖

方案一的缺點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濟；方案三避免了采用大型起吊設備，采用小型卷揚機吊裝即可，經濟性好，模板安裝固定時間短，充分利用了鋼棧橋橋面及橋下的立體空間，模板整體穩定性和抗傾覆能力較強，在加強施工現場管理組織和拼裝焊接質量的前提下，能夠保證水下混凝土模板的穩定性和密閉性。最終，經專家組會議論證，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構設計

水下混凝土圍堰上、下游模板設計綜合考慮了鋼棧橋與左岸導流洞出口翼墻之間的尺寸、吊車吊裝能力、安裝方便、模板穩定性及可靠度等因素。上、下游模板為滿足加工和運輸、現場安裝等要求，各分為8個分塊進行加工。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。模板邊緣側安裝的橡膠皮帶U型槽及橡膠皮帶裙邊與導流洞邊墻緊密貼合，模板加固采用在模板豎向骨架和橫向骨架的I25a工字鋼交叉點上設置對拉φ159×9 mm鋼管連接。

5.2 水下混凝土施工通道設計

為滿足上、下游各分塊模板在水上拼裝、連接件焊接施工、材料運輸、人員通行等施工需要，在模板安裝前，需在鋼棧橋下部設置施工平臺、人員施工通道及材料與運輸通道。在上、下游模板內側焊一個鋼平臺，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的調查及清理

水下混凝土模板安裝前，需要對模板安裝部位的左岸導流洞底板基礎情況進行前期調查。調查主要采用下閘后由潛水員下潛至水下對基礎部位進行探摸的方式，需對水下基礎部位的淤泥層厚度、有無大塊石等情況做好記錄和統計。對于水下淤泥層，采用高壓風或高壓水攪動配合污水潛水泵抽出的方式進行清淤；有大塊石時，將根據塊石情況制定專項方案采用水下爆破或其他方式進行清理。經調查得知：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、下游底部分塊同時吊裝并利用所設置的鋼棧橋上的卷揚機和葫蘆懸置于橋梁兩側，由吊車將上、下游模板上部分塊逐次吊裝與下部結構焊接在一起。為滿足橋下的安裝空間和作業人員的安全，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

為滿足澆筑施工時導管提升、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的網格，在網格上鋪裝雙層馬道板以形成作業平臺。

5.6 水下混凝土澆筑

水下混凝土澆筑程序為：導管下放到底、固定→安放導管塞→水泥砂漿潤管、閉氣→滿管下料→割除導管塞固定繩→開澆→提升導管，循環澆筑。

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鋼管作導管，混凝土為一級配、高塌落度、自密實C25混凝土。首批混凝土單管澆筑量為3.5 m3，確保導管埋入混凝土范圍內0.8 m。

經試驗確定，左岸導流洞出口圍堰水下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，混凝土擴展度為550 mm±50 mm。

5.7 等強和防滲處理

水下混凝土澆筑出水面后，排除倉內余水，澆筑至模板外側水面以上30 cm。對水下混凝土進行等強后，利用水下混凝土靠迎水面側模板面埋置的兩排間距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 語

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

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

王 強(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與管理工作；

張 宇(1985-)，男，四川廣安人，項目副總工程師，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

2016-10-28

TV7;TV52;TV544;TV222

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1001-2184(2016)06-0030-03