碾壓混凝土壩廊道層快速施工技術(shù)

何建軍，潘 偉，劉朝建，蔡 暢

(1.華電西藏能源有限公司大古水電分公司，西藏 山南 856000；2.水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

西藏DG水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)雅魯藏布江干流藏木峽谷河段之上，是雅魯藏布江中游水電規(guī)劃沃卡河口～朗縣縣城河段8級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第2級(jí)。DG水電站為二等大(2)型工程，開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，水庫(kù)正常蓄水位3 447.00 m，相應(yīng)庫(kù)容0.552 8億m3，電站壩址控制流域面積15.74萬(wàn)km2。電站裝機(jī)容量為660 MW，多年平均發(fā)電量32.045億kW·h，保證出力(P=5%)173.43 MW。電站樞紐建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)及升壓站等組成，攔河壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程3 451.00 m，最大壩高117.0 m，壩頂長(zhǎng)385.0 m。

本工程設(shè)計(jì)共兩層廊道分別布置在3 343.0、3 363.0 m高程，按照功能分為排水交通廊道和帷幕灌漿排水廊道兩種形式，總長(zhǎng)度為1 560 m。其中底層基礎(chǔ)廊道呈“田”字型布置于3 343.0、3 347.0 m高程，沿著上下游和左右岸邊坡爬升，左岸側(cè)廊道布置到3 396.0 m高程，右岸側(cè)布置到3 375.0 m高程。

1 廊道層施工特點(diǎn)

1)施工作業(yè)面限制。基礎(chǔ)廊道將倉(cāng)面分隔為不同大小的區(qū)域，共分為10個(gè)分區(qū)，施工作業(yè)面操作空間被縮小，最小倉(cāng)面為上游防滲區(qū)寬度為9.7 m，長(zhǎng)度為16 m。倉(cāng)面太狹窄碾壓混凝土施工機(jī)械設(shè)備較多，無(wú)法進(jìn)行碾壓混凝土澆筑。

2)碾壓混凝土入倉(cāng)困難。本工程3 398.0 m高程以下碾壓混凝土均采用自卸車直接入倉(cāng)的方式，因此在3 343.0 m廊道層的碾壓混凝土施工中需要跨越下游較多分區(qū)，且入倉(cāng)方式需要解決如何跨越下游帷幕灌漿、排水廊道的問(wèn)題。

2 施工優(yōu)化措施

基礎(chǔ)廊道將混凝土倉(cāng)面劃分為不同大小的分區(qū)，碾壓混凝土入倉(cāng)受到限制。如果按照其他類似工程常規(guī)做法：在廊道外側(cè)布置挖機(jī)將混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)內(nèi)自卸車，然后通過(guò)自卸車將混凝土轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)內(nèi)澆筑部位進(jìn)行施工；對(duì)各分區(qū)施工區(qū)域提前澆筑入倉(cāng)道路的方式。

由于本工程位于青藏高原氣候區(qū)，基本特性為氣溫低、大氣干燥、太陽(yáng)輻射異常強(qiáng)烈，而碾壓混凝土為干硬性混凝土，在大風(fēng)、干燥、蒸發(fā)量大的氣候條件中混凝土表面失水過(guò)快。第一種常規(guī)施工做法中入倉(cāng)強(qiáng)度太低，無(wú)法保證施工質(zhì)量，對(duì)混凝土層間結(jié)合不利；第二種施工做法中碾壓混凝土開(kāi)倉(cāng)前準(zhǔn)備工作耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且入倉(cāng)道路修建完成后倉(cāng)內(nèi)操作空間再次被縮小，碾壓混凝土施工難度加大；以上兩種常規(guī)施工做法都無(wú)法實(shí)現(xiàn)廊道層混凝土快速施工。

為保證混凝土澆筑質(zhì)量，根據(jù)本工程廊道布置特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，大壩廊道層混凝土需要從施工工藝、施工順序、施工工序方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。以確保混凝土層間結(jié)合質(zhì)量，充分發(fā)揮碾壓混凝土快速、高強(qiáng)度、機(jī)械化施工的優(yōu)點(diǎn)。

1)施工方式優(yōu)化。壩體內(nèi)廊道施工局部轉(zhuǎn)角處無(wú)法使用預(yù)制廊道部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑外，對(duì)廊道區(qū)域優(yōu)先采用提前澆筑底板+安裝預(yù)制廊道的方式進(jìn)行施工；碾壓混凝土倉(cāng)面入倉(cāng)難、施工慢，采取在廊道部位設(shè)置預(yù)制疊梁的方式；

2)施工組織優(yōu)化。廊道分隔區(qū)域無(wú)法澆筑碾壓混凝土的區(qū)塊調(diào)整為常態(tài)混凝土提前進(jìn)行施工，合理組織施工，縮短各區(qū)塊施工前后間隔時(shí)間；

3)施工工藝優(yōu)化。爬坡廊道部分可與壩體混凝土一起澆筑區(qū)域采用懸空安裝的方式。

2.1 預(yù)制廊道施工

本工程的帷幕灌漿廊道凈尺寸為3 m×4 m，共866塊；排水交通廊道凈尺寸為2.5 m×3.5 m，共694塊，采用定型鋼模板在預(yù)制場(chǎng)集中制作。如采用現(xiàn)澆的方式，施工過(guò)程中模板制作、鋼筋安裝等耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且澆筑完成后模板拆除作業(yè)困難。對(duì)壩體混凝土施工進(jìn)度影響較大，為加快廊道施工進(jìn)度，降低對(duì)壩體混凝土施工的影響采用提前澆筑底板+安裝預(yù)制廊道的方式進(jìn)行施工。

廊道預(yù)制場(chǎng)布置于該水電站項(xiàng)目下游永久交通橋左岸橋頭，占地面積為3 000 m2。廊道預(yù)制設(shè)置獨(dú)立防雨加工棚，加工棚周邊為封閉式鋼結(jié)構(gòu)，為便于廊道預(yù)制施工，加工棚內(nèi)布置一臺(tái)龍門吊，最大起重量分別為10 t，主要用于定型鋼模板吊裝、混凝土吊運(yùn)及半成品轉(zhuǎn)運(yùn)。

預(yù)制廊道應(yīng)預(yù)埋φ50 mm鋼管作為吊裝孔，鋼管埋設(shè)長(zhǎng)度為廊道邊墻厚度。鋼管采用點(diǎn)焊固定在鋼筋上，具體埋設(shè)位置詳見(jiàn)圖1。預(yù)埋鋼管采用海綿封堵管口防止混凝土進(jìn)入，澆筑完成后，拆除海綿灑水進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。為保證預(yù)制廊道安裝后與壩體混凝土良好結(jié)合，在拆模后對(duì)外表面進(jìn)行人工鑿毛，現(xiàn)場(chǎng)澆筑至廊道底部之前對(duì)預(yù)制完成廊道進(jìn)行編號(hào)并整齊堆放至預(yù)制場(chǎng)。碾壓混凝土澆筑時(shí)，在廊道兩側(cè)1.2 m區(qū)域內(nèi)澆筑與壩體同強(qiáng)度等級(jí)的變態(tài)混凝土。

圖1 預(yù)制廊道內(nèi)預(yù)埋鋼管布置圖

2.2 合理的分區(qū)澆筑

爬坡廊道底板施工干擾大，廊道縱橫向交叉布置，不利于混凝土通倉(cāng)澆筑。在壩體混凝土澆筑前應(yīng)將爬坡廊道和水平廊道底板混凝土澆筑完成且將廊道安裝完成。大壩上游面及大壩下游面均布置有爬坡廊道，由于受到廊道布置影響，大壩整體倉(cāng)面被廊道分隔為不同大小的區(qū)塊。為加快施工進(jìn)度根據(jù)工程特點(diǎn)將廊道分隔區(qū)域無(wú)法澆筑碾壓混凝土的區(qū)塊調(diào)整為常態(tài)混凝土。

根據(jù)圖2混凝土澆筑順序?yàn)?-1→1-2→1-3→1-4→1-5→2-1→2-2→2-3→2-4→3-1。在碾壓混凝土倉(cāng)面準(zhǔn)備期間將上游防滲區(qū)常態(tài)混凝土施工完成。上游側(cè)帷幕灌漿廊道凈尺寸3 m×4 m(寬×高)，長(zhǎng)臂挖機(jī)無(wú)法直接將混凝土料轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)內(nèi)，在廊道外側(cè)采用石渣回填形成5 m×5 m×2.5 m(長(zhǎng)×寬×高)的長(zhǎng)臂挖機(jī)操作平臺(tái)。在平臺(tái)底部放置用鋼板焊制的集料斗，施工中自卸車將混凝土料卸在集料斗內(nèi)再由長(zhǎng)臂挖機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)面內(nèi)。

圖2 廊道層混凝土澆筑順序示意圖

圖3 跨廊道入倉(cāng)現(xiàn)場(chǎng)圖(照片)

廊道層最大倉(cāng)面61 m×37 m(長(zhǎng)×寬)，可采取碾壓混凝土進(jìn)行澆筑。上游防滲區(qū)澆筑完成后利用下游側(cè)廊道底板澆筑和廊道安裝時(shí)間完成廊道中部碾壓混凝土倉(cāng)面準(zhǔn)備工作。但需要解決自卸車入倉(cāng)如何跨越下游的帷幕灌漿、排水廊道。在施工過(guò)程中采取預(yù)留入倉(cāng)口的方式將各主要區(qū)塊連通，使碾壓混凝土澆筑部位均可采用自卸汽車直接入倉(cāng)。在預(yù)制廊道施工過(guò)程中預(yù)留出四榀(4 m)后期進(jìn)行安裝，預(yù)留寬度滿足單臺(tái)自卸車通行要求。廊道上下游側(cè)采用預(yù)制疊梁進(jìn)行封閉，上方放置過(guò)車蓋板。預(yù)制疊梁中部設(shè)有兩個(gè)預(yù)留孔，靠倉(cāng)面?zhèn)阮A(yù)制疊梁跟隨倉(cāng)內(nèi)混凝土澆筑高度逐層升高，在疊梁逐漸上升過(guò)程中將上下層預(yù)制疊梁進(jìn)行連接。倉(cāng)外采用2 m×0.5 m×0.5 m(長(zhǎng)×寬×高)的條形預(yù)制塊+斜向鋼結(jié)構(gòu)桁架鋪設(shè)形成通道。

圖4 跨廊道入倉(cāng)口預(yù)制疊梁示意圖

圖5 跨廊道入倉(cāng)口過(guò)車蓋板示意圖

廊道層中部碾壓混凝土施工完成后，在廊道下游側(cè)可墊渣至澆筑完成面形成施工通道，進(jìn)行廊道四周無(wú)法進(jìn)行碾壓混凝土施工分區(qū)部位作業(yè)。在廊道中部碾壓混凝土澆筑完成時(shí)間少于3 d且強(qiáng)度小于70% 為防止行車區(qū)域混凝土因強(qiáng)度未達(dá)到而破壞在施工道路區(qū)域滿鋪2 cm厚鋼板。將廊道四周分區(qū)倉(cāng)面面積較小施工部位碾壓混凝土調(diào)整為常態(tài)混凝土，采用混凝土運(yùn)輸車通過(guò)廊道層中部混凝土澆筑完成面進(jìn)行澆筑。

2.3 爬坡廊道施工

大壩上下游均布置有爬坡廊道沿左右岸邊坡向3 396.0 m延伸，爬坡廊道坡度為1∶1.3～1∶2，坡度較緩且距離基巖面寬度較大。若在碾壓混凝土施工前提前澆筑爬坡廊道底板，兩側(cè)需采用球形鍵槽模板設(shè)置1∶0.5斜坡，澆筑完成后混凝土表面及側(cè)面均采用人工鑿毛。碾壓混凝土開(kāi)倉(cāng)前在臨邊兩側(cè)設(shè)置單層限裂鋼筋網(wǎng)，碾壓砼澆筑時(shí)，在爬坡廊道底板兩側(cè)1.2 m區(qū)域內(nèi)澆筑與壩體同強(qiáng)度等級(jí)的變態(tài)砼。爬坡廊道底板提前澆筑完成后導(dǎo)致廊道距離上、下游壩面或壩體分縫區(qū)域需采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合入倉(cāng)澆筑機(jī)拌變態(tài)混凝土，該施工方法存在備倉(cāng)、澆筑耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，施工縫面處理工序繁瑣，且施工縫布置的限裂鋼筋網(wǎng)對(duì)碾壓混凝土平倉(cāng)、碾壓造成限制，導(dǎo)致變態(tài)混凝土方量增加，降低碾壓混凝土施工速度。

為加快施工進(jìn)度，減少碾壓混凝土施工中的影響因素，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將爬坡廊道底板混凝土施工措施進(jìn)行優(yōu)化。按照設(shè)計(jì)坡比、高程采用型鋼將預(yù)制廊道懸空安裝，廊道底板與壩體碾壓混凝土一起進(jìn)行施工，減少備倉(cāng)時(shí)間及提前澆筑產(chǎn)生縫面處理工序，且避免了對(duì)碾壓混凝土的施工干擾。鋼支撐主要采用I16工字鋼，廊道底部采用I20工字鋼做橫梁，支撐中間采用I16工字鋼做斜向支撐，保證鋼結(jié)構(gòu)支撐牢固穩(wěn)定。預(yù)制廊道懸空安裝的方式具體詳見(jiàn)圖6。

圖6 爬坡廊道懸空安裝鋼支撐示意圖

3 施工注意事項(xiàng)

1)由于本地區(qū)晝夜溫差大，為防止預(yù)制廊道或壩體混凝土澆筑完成后在養(yǎng)護(hù)期間出現(xiàn)不均勻收縮，對(duì)澆筑完成混凝土白天高溫時(shí)間段采取麻袋覆蓋并用水管進(jìn)行噴淋灑水保濕養(yǎng)護(hù)，保證混凝土表面的濕潤(rùn)度；夜間溫度低采取覆蓋保溫被保溫養(yǎng)護(hù)。

2)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)澆筑完成至廊道底部時(shí)，用25 t吊車將廊道成品轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。吊裝過(guò)程中安排專業(yè)信號(hào)工指揮吊運(yùn)，應(yīng)平穩(wěn)緩慢下降，吊運(yùn)時(shí)鋼絲與廊道之間應(yīng)用木板隔開(kāi)，避免直接接觸而損壞廊道結(jié)構(gòu)外側(cè)形狀及外觀，且應(yīng)防止廊道吊運(yùn)過(guò)程中碰撞其他堅(jiān)硬物。

3)廊道安裝采用起重機(jī)械(25 t汽車吊、50 t履帶吊)吊運(yùn)，人工配合校正安裝。安裝前一定要檢查起重機(jī)具的工作性能、起吊工具(鋼絲繩、卡扣)的完好性，確認(rèn)安全無(wú)誤后方可開(kāi)始吊裝作業(yè)。吊裝作業(yè)過(guò)程中必須配備專業(yè)信號(hào)指揮人員進(jìn)行指揮作業(yè)，起吊、下降不得出現(xiàn)磕碰預(yù)埋件的情況。對(duì)吊裝作業(yè)范圍進(jìn)行警示維護(hù)，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員在起重機(jī)械周圍隨意走動(dòng)。

4)預(yù)制廊道安裝前應(yīng)對(duì)廊道安裝位置采用砂漿找平，找平精度必須達(dá)到測(cè)量放線規(guī)定。有條件的部位也可在廊道底部埋設(shè)∠50×50×5的角鋼以固定廊道底部。

5)廊道安裝完成加固前必須對(duì)廊道進(jìn)行微調(diào)對(duì)齊，無(wú)誤后方可加固。廊道加固方式采用內(nèi)撐、外拉的方式，外拉主要利用吊裝預(yù)留孔，在管道外側(cè)采用I16工字鋼做橫楞，采用φ14 mm的鋼筋進(jìn)行反拉加固。內(nèi)部采用調(diào)節(jié)撐桿加固，調(diào)節(jié)撐桿及拉筋間距均為1 m。另外在廊道底板排水溝兩側(cè)部位采用30 cm×20 cm的枕木支撐廊道邊墻底部，間距0.5 m，以確保廊道在澆筑過(guò)程中不發(fā)生變形。對(duì)于懸空廊道，需在廊道兩側(cè)底部增設(shè)反拉的φ16 mm鋼筋。

6)在廊道部位澆筑時(shí)，需專門配置人員對(duì)廊道進(jìn)行觀測(cè)，當(dāng)廊道發(fā)生變形、位移或出現(xiàn)裂紋時(shí)，應(yīng)暫停混凝土入倉(cāng)，將變形廊道進(jìn)行調(diào)整，待調(diào)整完成且加固好保證廊道不再出現(xiàn)變形后繼續(xù)進(jìn)行混凝土澆筑。對(duì)于懸空廊道需在廊道兩側(cè)對(duì)稱均勻下料，保證兩側(cè)面混凝土高差不得大于50 cm。

4 分析對(duì)比

廊道層施工中將廊道分隔區(qū)域合理規(guī)劃施工順序、對(duì)部分施工區(qū)域混凝土進(jìn)行調(diào)整、將碾壓混凝土跨廊道入倉(cāng)方式和爬坡廊道安裝方式進(jìn)行優(yōu)化。相比類似工程混凝土入倉(cāng)采用挖機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)或提前澆筑入倉(cāng)道路的方式有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)混凝土倉(cāng)面澆筑順序靈活調(diào)整，充分利用碾壓倉(cāng)面?zhèn)鋫}(cāng)時(shí)間進(jìn)行小倉(cāng)面澆筑，縮短各區(qū)塊施工前后間隔時(shí)間；

2)碾壓混凝土倉(cāng)面面積利用率最大化，減少對(duì)施工機(jī)械設(shè)備的影響，充分發(fā)揮碾壓混凝土快速、高強(qiáng)度、機(jī)械化施工的特點(diǎn)，保證混凝土層間結(jié)合質(zhì)量。

5 結(jié) 語(yǔ)

本工程將小倉(cāng)面混凝土進(jìn)行調(diào)整、對(duì)施工先后順序合理規(guī)劃、將碾壓混凝土跨廊道入倉(cāng)方式和爬坡廊道安裝方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，減小了碾壓混凝土壩在廊道層常規(guī)做法的工期影響，加快施工進(jìn)度完成廊道層混凝土施工。