楊房溝水電站拱壩壩后施工通道規劃設計與應用

范 維

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213）

0 前 言

在二十世紀九十年代以前，國外曾掀起水電站建設熱潮，但因當時的科學技術限制和環境、地質、生態等帶來的一系列問題，水電站建設遭到多個國家抵制。進入21世紀后，國外的水電站建設施工技術并無大的突破，而中國卻大力發展水利水電工程，從而后來居上。如今石油資源日益枯竭，世界上又重新燃起了水電站建設熱潮，而中國已成為其中當之無愧的霸主。

擋水建筑物是水電站結構中不可或缺的一部分，而混凝土壩又是擋水建筑物中的一種重要的壩型，它能充分利用筑壩材料。中國目前的水電建設處于往西部轉移的后水電時代，而由于西部地形復雜，河川落差大等原因，選擇混凝土壩型的水電站也越來越多。在混凝土壩的施工建設中，混凝土凝固帶來水化熱是難以避免的，因此除在壩體上設置橫縫以適應其溫度變化外，還需采取溫控措施對混凝土的溫度變化進行控制，防止混凝土內外冷卻速度不一致而導致壩體開裂。常用的大體積混凝土溫度控制措施中，除了在混凝土系統出機口進行預冷外，還有鋪設冷卻水管進行通水冷卻。而在進行混凝土通水冷卻施工以及橫縫的接縫灌漿時，需要布置壩后施工通道，以保證上述施工順利進行。

1 工程概述

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內的雅礱江中游河段上，工程規模為大（Ⅰ）型，其壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高155 m。壩體從左至右共分為17個壩段，自下而上共分為14層灌區，在壩體混凝土澆筑時，每個灌區的冷卻水管及接縫灌漿管路的進出口皆水平引至壩后，壩后僅布置高程2 005 m與2 054 m兩條永久水平交通橋，但這無法滿足壩體通水混凝土冷卻、冷卻水管回填及橫縫接縫灌漿等項目施工要求。針對上述問題，楊房溝水電站總承包部大壩工區對壩后交通進行了全面分析和深入研究，并參考借鑒錦屏一級電站、三峽水電站、小灣水電站的優化方案后，決定在壩后增設水平臨時全鋼棧橋及垂直鋼轉梯，以解決該項目壩體較高、通道布置量較大等問題，從而加快施工進度、保障現場安全施工，并取得較大的經濟效益，滿足了項目施工要求。

2 壩后交通規劃設計

2.1 設計基本要求

（1）滿足大壩混凝土澆筑施工人員通行要求。

（2）滿足小型設備及材料的運輸要求。

（3）滿足壩體施工風、水、電管線布置要求。

（4）滿足壩后橫縫接縫灌漿以及智能溫控系統建設等要求。

2.2 設計參考

在國內外各水電站的施工建設中，壩后通道規劃設計比較突出的有錦屏一級水電站、三峽水電站、小灣水電站。

錦屏一級水電站大壩為世界第一高拱壩，最大壩高305 m，頂拱中心線弧長552.23 m。大壩上共布置25條橫縫，這25條橫縫將大壩分為了26個壩段，每條橫縫間距范圍在20～25 m之間，壩段平均寬度為22.6 m，施工時不設縱縫。為形成不同壩段相同高程之間以及相同壩段不同高程之間的交通通道，以便為施工人員的交通通行、大壩接縫灌漿以及冷卻通水檢查提供必要條件，項目部設計并優化了混凝土施工通道方案，大大提高了施工效率，降低了施工安全風險以及施工資源投入［1］。

在三峽水電站右岸廠壩IA標段中，共布置了高程120 m和高程82 m兩座施工棧橋，這兩座施工棧橋是三期工程施工的重要交通要道。該施工棧橋承擔了主體工程混凝土澆筑及金結設備的吊裝任務［2］。為了減少施工資金投入，節約材料及人工成本，達到提高施工效率、加快棧橋施工進度的目的，項目部應首先對棧橋進行合理規劃布置，再對施工棧橋的下部結構和上部結構進行優化設計［3］（優化原則為在滿足結構安全的基礎上，體現棧橋的高效性、經濟性、實用性），并依據施工需要進行橋面布置；在保障施工安全的前提下，注重二期棧橋拆除件的完整拆除，對拆除構件回收修復后再進行利用；在材料采購及使用方面，精確計算實際需要材料用量。另外，再根據安拆施工難度，優化和調節安拆施工工藝，并針對部分結構從安全和效率方面進行優化設計，調整細部結構。通過工程實際應用可知，壩后棧橋要承擔大壩上部施工，這與大壩上升密切相關，因此棧橋的形成時段越短越能達到經濟效果。故采用鋼棧橋能取得良好的經濟效益，確保工程的施工進度。

在小灣水電站工程建設施工中，因其擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，最大壩高294.5 m。壩體自下而上共分為27層灌區，壩后僅設計了高程1 021～1 039.5 m、1 060～1 069.5 m、1 100 m、l 150 m及1 190 m五層永久馬道，無法滿足壩體混凝土通水冷卻管路敷設施工、壩體橫縫接縫灌漿施工、冷卻水管回填灌漿施工等項目的施工要求。針對上述問題，水電四局小灣工程項目部對該混凝土雙曲拱壩壩后施工交通以及建設施工工期進行了全面分析和深入研究之后，決定在壩后布設臨時鋼棧橋，利用垂直鋼轉梯將相鄰兩層棧橋連通。此方案滿足了小灣水電站工程的時間要求，同時該結構可快速安、拆及周轉使用，降低了施工資源投入，節約了施工成本［4］。

通過對上述水電站的壩后通道優化方式進行分析研究，為楊房溝水電站拱壩壩后通道設計優化提供參考思路。

2.3 壩后通道的結構選型

楊房溝水電站大壩混凝土計劃在2018年10月開始澆筑。為了滿足大壩混凝土澆筑施工人員通行，小型設備及材料運輸，壩體施工中風、水、電管線布置，壩后接縫灌漿以及智能溫控系統建設等要求，在大壩下游面布置多條施工通道，以滿足現場建設施工要求。施工通道共分為垂直通道和水平通道兩種。

2.3.1 水平通道的結構選型

由于拱壩從左到右共分為17個壩段，自下而上共分為14層灌區，因此擬采用鋼棧橋作為壩后水平通道。鋼棧橋由三腳架、埋件、主梁、鋼平臺、安全通道組成［5］，三腳架的側面設置有埋件，三腳架的頂端布置有若干根主梁，主梁上鋪設鋼平臺，鋼平臺上設置有安全通道，埋件部分是鋼棧橋的核心受力點。

2.3.2 垂直通道結構選型

在壩后高程1 952 m以上，布置鋼轉梯做為壩后豎向的施工通道，鋼轉梯的尺寸為1.2 m×2.4 m（長×寬），3 m高度為一個標準節（最終以生產廠家提供圖紙為準）。購買成品后，在現場進行組裝。

2.4 通道的布置

2.4.1 初始方案及評估

（1）水平通道。在大壩下游壩面布設水平方向的施工通道，水平方向主要采用鋼棧橋形式；水平通道按照“一層一灌區”布設原則進行布設。在壩后各灌漿分區線下1 m部位搭設寬2.8 m的水平鋼棧橋（共計布置13層）。鋼棧橋采用［14b槽鋼作為支架，防護欄桿為∠50×5 mm等邊角鋼，頂部采用彩鋼瓦作為防雨設施，棧橋底部支架利用定位錐與大壩混凝土進行錨固。臨邊采用300 cm×30 cm×5 cm（長×寬×厚）的木板或300 cm×30 cm×5 cm（長×寬×厚）竹夾板作為踢腳板，欄桿臨邊掛設密目網。

（2）垂直通道。在壩后高程1 952 m以上布置鋼轉梯做為壩后豎向的施工通道，鋼轉梯的尺寸為1.2 m×2.4 m（長×寬），3 m高度為一個標準節（最終以生產廠家提圖紙為準）。購買成品后，在現場進行組裝。鋼轉梯布置應滿足以下原則：靠近橫縫且距橫縫不小于1 m、間隔壩段進行布置、布置于智能分控站以外，若遇特殊情況可局部進行調整（見圖1）。

圖1 壩后通道初始布置示意（單位：m）

（3）方案評估。①初始方案安裝耗時較長，占用了大壩混凝土備倉時間。②搭設壩后臨時通道消耗的鋼材較多。按照每個灌區布置一層水平棧橋計算，共需布置13層水平棧橋，水平棧橋布置長度共計2 516.7 m，消耗［14b槽鋼、定位錐錨筋、鋼管及角鋼等臨時鋼材較多，采購、加工、安裝任務繁重。③按照每個灌區布置一層施工通道，相鄰層間通道最小距離為8 m，平均層間距離為10.4 m，施工通道布置較為密集，通道利用率不高。而優化施工通道布置后，通過精心布置及優化管理，可以提高施工通道利用率，并保證設備布置及人員通行。④后期棧橋拆除危險性較大，且拆除后的拆料利用率不高。⑤調整水平棧橋布置高程，減少水平棧橋布置層數，從而減少水平棧橋布置長度，達到減少臨時通道拆除工作量，縮短臨時通道安拆工期的目的。

為此，在與業主、監理進行了溝通后，項目部優化了水平鋼棧橋施工方案。

2.4.2 優化后方案

大壩壩后臨時施工棧橋（水平通道）采用2個灌區一層進行布置，同時2 044 m高程布置一層臨時施工棧橋。調整后共布置8層水平棧橋，相較于前期布置方案，減少布置5層水平棧橋。

2.4.3 優化前后方案比較

優化后大壩壩后水平棧橋布置長度1 410.8 m，相較于原措施減少1 105.9 m，大大減少了對應［14b槽鋼、鋼板網、角鋼等鋼材投入（近50%）。同時，水平棧橋布置長度減少，減輕了大壩混凝土的備倉工作，間接減少了大壩混凝土施工時間，加快了施工進度。

2.5 棧橋的制作與安裝

2.5.1 棧橋的制作

水平鋼棧橋由埋件系統（固定端）、支架、棧橋橋面、防護欄桿、頂部防雨設施組成，水平鋼棧橋6.0 m×2.8 m（長×寬）為一標準節。

（1）水平鋼棧橋橋面及以上結構（見圖2～3）

圖2 鋼棧橋橋面以上橫斷面結構（單位：mm）

圖3 標準節結構示意（單位：mm）

①棧橋橋面。棧橋橋面［14b槽鋼作為主橫梁，寬為2.8 m，采用4根∠63×6 mm角鋼作為縱向橫梁，∠50×5 mm與∠30×3 mm等邊角鋼作為橫向次梁，然后滿鋪4 mm花紋鋼板網形成橋面。

②棧橋欄桿。棧橋欄桿由兩部分組成，底部1.2 m采用∠50×5 mm、∠63×6 mm等邊角鋼焊接，上部采用Φ48 mm鋼架管搭設而成。

③頂部防雨設施。防雨棚主要采用彩鋼瓦進行現場加工，未設置分控站的橋頂部防雨頂棚間隔布置在標準節（6 m）中部，其長度為2 m；布置分控站與鋼轉梯的鋼棧橋頂部全部設置防雨棚。

（2）水平鋼棧橋橋面以下結構

①棧橋支架。棧橋支架采用［14b槽鋼作為主梁，主支架支桿均采用［14b槽鋼焊接，各槽鋼連接節點采用8 mm鋼板進行加固焊接。支架底部采用80 cm長［12槽鋼制作可調支撐（鉆多個孔洞，以供支架角度調整使用），安裝時調節棧橋橋面（支架橫梁）至水平角度，待上部調平后采用螺栓旋緊，其結構如圖4所示。

圖4 棧橋支架結構示意（單位：mm）

②棧橋固定端（埋件系統）。安裝時采用定位錐將棧橋支架固定在大壩混凝土上，澆筑混凝時，定位錐預埋進混凝土。寬2.8 m的水平鋼棧橋定位錐預埋間距為1.5 m和4.5 m間隔布置，需布設鋼轉梯、分控站及沖毛機的地方，其棧橋定位錐預埋間距為1 m，相應的棧橋支架架設間距調整為1 m，不足1 m的地方按照1 m進行控制，其結構預埋如圖5所示。

圖5 預埋定位錐示意

2.5.2 壩后通道的安裝

（1）鋼棧橋安裝。鋼棧橋在鋼筋加工廠制作完成后，采用25 t平板汽車運至左岸或右岸壩頂平臺，從壩頂平臺采用纜機吊運至工作面。鋼棧橋安裝由人工配合汽車吊進行現場安裝。其安裝工藝流程如下：首先由測量人員根據施工方案以及現場實際情況，測放出水平鋼棧橋部位，將定位錐按相應間距預埋在混凝土內；然后采用人工配合25 t汽車吊安裝支架支撐，支架支撐安裝完成并調平加固后，將鋼棧橋橋面吊裝至支架上，連接成整體，隨后再進行防雨棚安裝，至此，水平鋼棧橋安裝完畢。

（2）鋼轉梯安裝。鋼轉梯源自場外購買成品，直接根據廠家說明進行安裝即可。

水平鋼棧橋和垂直轉梯安裝交替進行，其安裝效果如圖6所示。

圖6 壩后通道優化后布置

3 應用情況

楊房溝水電站拱壩壩后通道的布設及優化，給施工作業人員進入施工面提供了極大的便利，同時也滿足了大壩混凝土通水冷卻供水管路敷設、接縫灌漿管路鋪設以及冷卻水管回填灌漿等項目的施工要求，從源頭上解決了壩后施工交通這一難題，保證了大壩澆筑施工中各節點目標的順利完成。棧橋可拆卸式標準節間不僅在施工中安拆快捷、方便，而且可回收并重復使用，大大提高了材料利用率，從而減少了施工資源投入，節約了成本。該項設計在楊房溝水電站的應用過程中，產生了安全文明的施工效果，其經濟、實用、安全、簡約、美觀的設計理念，獲得了業主、監理及其他工程人員的一致認可。

4 結 語

該設計自楊房溝大壩首倉澆筑應用至今，產生了良好的生產建設效果，達到了預期目的，為楊房溝水電站高質量、高效率、低風險、低投入施工創造了有利的條件，同時楊房溝水電站總承包部在施工中，不僅借鑒了其他水電站的建設施工經驗，也不斷總結楊房溝水電站壩后交通規劃項目的施工經驗，對壩后交通不斷進行優化設計，力求“安全、經濟、高效、高質”，最終保質保量地完成了楊房溝水電站大壩澆筑。鑒于目前中國水電站大多集中在西南地區，且采用的高壩較多，本工程經驗可為其他高壩壩后交通規劃設計提供一定的參考。