峽口電站拱壩施工技術(shù)

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 摘   要：峽口電站拱壩混凝土工程在施工中對傳統(tǒng)施工技術(shù)及施工工藝有所創(chuàng)新，本文通過對峽口電站拱壩開挖及砼工程施工的具體闡述，意在總結(jié)其施工中的先進施工技術(shù)、先進的施工工藝，為今后同類拱壩壩型施工提供實踐的參考價值。 
    關(guān)鍵詞：拱壩   施工技術(shù) 

    1、施工概況
    峽口水利水電樞紐工程位于南漳縣沮河上游的峽口鎮(zhèn)以西，距下游的遠安縣城50km，是沮河干流上的控制性樞紐工程。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、航運、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益；是南漳縣供電網(wǎng)中唯一具有調(diào)節(jié)性能的中型電站。峽口電站擋泄水建筑物是一座砼雙曲薄拱壩，壩頂高程267.8m，最低建基面高程183m，最大設計壩高84.8m，壩頂中軸弧長191.8m。大壩沿拱軸線從左到右分為11個壩段，大壩頂寬5m，最大底寬16m，采用壩體泄洪，窄縫挑流消能。泄洪建筑物為壩中間設有三個泄洪表孔，左右各一個泄洪中孔，其中三個表孔布置在5#、6#、7#壩段，堰頂高程為253.627m，孔口尺寸為13m×11m ；二個中孔布置在4#、8#壩段，孔底高程為223.127m，孔口尺寸為6.2m×6.5m，是主要的泄洪和放空設施，兼顧施工中、后期的導流度汛任務。在左右岸壩肩210m、236m、267.8m高程各設有灌漿平洞，壩體內(nèi)設有三層灌漿和交通廊道，并通過壩體下游壩后橋與各層觀測室互相連通。 
    峽口電站砼拱壩由葛洲壩集團第六工程有限公司承建施工，2002年8月28日工程正式開工，2002年8月29日開始左壩肩拱座開挖施工，同年11月18日工程截流，次年4月15日大壩開始澆筑第一倉砼，2003、2004年夏季汛期因度汛及砼溫控要求，6～10月大壩砼被迫停止施工， 2005年11月初順利通過國家大壩安全鑒定中心專家組的審查， 2005年12月底大壩主體砼完工并通過導流洞下閘封堵大壩蓄水階段驗收，2006年4月工程竣工。本文主要就峽口電站拱壩施工中開挖及砼工程的具體施工技術(shù)分述如下。 
    2、開挖工程 
    峽口電站大壩壩基巖性主要為白堊系巨厚層礫巖，圍巖類別為‖類，巖體為厚層狀結(jié)構(gòu)，巖體新鮮完整，強度高，變形低。大壩開挖分為大壩基礎開挖和大壩洞室開挖兩部分，其中2002年8月29日～2003年4月10日進行大壩基礎開挖，共完成土石方開挖9.6萬m3；大壩巖石洞室開挖自2003年8月至2005年3月全部施工完成，共完成洞室開挖2700m3。 
    2、1大壩基礎開挖 
    大壩基礎開挖主要分為壩肩開挖和壩基開挖，鉆孔設備主要是手風鉆和YQ-100型潛孔鉆，主要火工材料引爆用電雷管，炸藥為硝銨炸藥，出碴設備主是10-20t的自卸汽車和1.2m3的反鏟。壩肩開挖自上而下分梯段開挖，不留保護層，梯段高度10-12m，主要采用光面爆破和預裂爆破，對于巖石整體性略差處采用預裂爆破。爆破鉆孔孔徑100mm，孔距1.0m，為減少爆破作業(yè)對基巖面震動破壞作用，爆破孔超深0.5m作緩沖墊層。梯段鉆孔傾角，接近拱端坡面，以便控制超欠挖。河床基坑開挖主要包括河床砂卵石開挖和基坑巖石開挖和保護層開挖?；訋r石開挖先進行河床左邊4#、5#、6#壩塊的基坑開挖，后進行右邊7#、8#壩塊186m以下的基坑開挖?；娱_挖時先對上下游周邊進行預裂爆破，整個壩基開挖除4#、8#壩塊開挖巖層厚，預留3～4m的保護層外，其余均按保護層開挖施工，大壩開挖石碴主要用于上下游圍堰的填筑料，其余的運往左右岸的棄碴場。 
    2、2大壩洞室開挖施工 
    洞室開挖工程主要有左右岸210m、236 m、267.8 m灌漿平洞、左岸208 m排水平洞及右岸205 m、230 m排水平洞開挖工程。從洞口采用全斷面一次爆破施工，主要采用掏槽爆破法和光面爆破法，按照從外到里，從上到下，分層開挖的程序進行施工。爆破開挖采用垂直桶形掏槽，掏槽孔孔深3.0m，爆破孔孔深2.5m，周邊采用光面爆破，孔深2.5m，孔距0.5m。鉆孔設備選用TYP-28型帶汽腿手風鉆造孔。爆破采用導爆管分段起爆，光面孔用傳爆線起爆，自內(nèi)向外依次分段毫秒微差起爆,爆破后通風排煙。然后作業(yè)面安全檢查排險后，開始出渣，隧洞石方開挖出渣采用人工裝車，人力手推車運輸。具體爆破參數(shù)如下：掏槽孔： 鉆孔直徑：Φ45mm；鉆孔深度：3m；間距：0.8m；排距：0.8m；藥卷直徑：Φ32mm；單孔裝藥量：1.6kg/孔。光爆孔鉆孔直徑：Φ45mm；鉆孔深度：2.5m；間距：0.5m；藥卷直徑：Φ25mm；線裝藥密度在150～200g/m。 
    3、大壩砼施工 
    大壩砼采用一座鄭州水工機械廠制造的HZS-75型(2*1.5m3)砼拌和樓拌和，起重量15t的固定式纜機配4.5m3液壓吊罐垂直運輸，10-20t的自卸汽車水平運輸，采用Φ100插入式振搗棒和Φ50軟管振搗和平板振搗器振搗。自2003年4月15日開始澆筑以來，最高月澆筑強度1.2萬m3/月，至今共完成大壩砼澆筑16萬多m3。2005年初為確保工程安全度汛，經(jīng)參建各方討論研究后，于2005年3月同意左岸1#～3#非溢流壩段238～267.8m采用泵送二級配砼，右岸9#～11#壩段采用溜槽輔助入倉施工方案，這樣加快了施工進度，使大壩砼盡量在汛前和氣溫較低季節(jié)施工，保證施工質(zhì)量，同時確保2006年4月底工程總體發(fā)電目標的實現(xiàn)。
    3、1大壩砼施工特點 
    （1）混凝土雙曲拱壩壩體較單薄，最大底寬僅為16m，壩身范圍內(nèi)不適宜布置門塔機及施工道路，大壩兩岸岸坡陡峻，結(jié)合工程實際情況，采用在左右岸壩體山頂348m高程布置的固定式纜機作為垂直運輸手段，滿足壩體混凝土施工要求。 
    （2）由于多方面原因影響，大壩混凝土工期要求相對緊迫，為了確保工程施工質(zhì)量和施工進度要求，在夏季高溫季節(jié)進行大壩混凝土澆筑施工中，必須采取有效的溫控措施，保證混凝土澆筑溫度和最高溫升，對已澆筑的大壩混凝土進行初期、中期及后期冷卻通水工作，達到設計規(guī)定的封拱灌漿溫度，實施壩體接縫灌漿，是確保導流洞按時下閘蓄水， 措施，保證混凝土澆筑溫度和最高溫升，對已澆筑的大壩混凝土進行初期、中期及后期冷卻通水工作，達到設計規(guī)定的封拱灌漿溫度，實施壩體接縫灌漿，是確保導流洞按時下閘蓄水，2006年4月具備發(fā)電目標的重要條件。 
    （3）雙曲拱壩壩體輪廓變化較大，上下游面均為較復雜的曲面，配置適應壩體結(jié)構(gòu)體型變化的多卡懸臂模板，在施工過程中進行測量控制保證形體結(jié)構(gòu)符合設計要求。 
    3、2主要施工方法 
    （1）模板施工 
    根據(jù)本工程雙曲薄拱壩的結(jié)構(gòu)特點，基礎部位以上的壩體上下游面主要采用定型組合多卡懸臂鋼模板，基礎部位采用散裝組合鋼模板施工，壩體橫縫面采用鍵槽鋼模板、木模板及組合鋼模板。中、表孔壩段設計了較多懸臂牛腿, 最大牛腿懸挑約20m，在保證施工質(zhì)量、安全、進度的前提下，在比較鋼管排架支撐、鋼桁架和三角柱內(nèi)拉法等施工技術(shù)的基礎上最終采用三角柱內(nèi)拉法進行施工。模板面板采用組合鋼模板，承重系統(tǒng)用3根Φ25鋼筋，按每邊長0.2m的等邊三角形布設連接，采用φ8鋼筋作為三角柱箍筋，三角柱間距1.5m；前后面拉條采用φ12或φ14鋼筋，成功解決中、表孔壩段較多較大懸挑模板施工問題。2005年11月在工期非常緊張的前提下，采用鋼桁架代替鋼管排架施工方案，成功地解決了峽口拱壩中表孔頂板13米跨度的砼施工問題，直接縮短工程直線工期10天，同時保證施工安全。 
    （2）鋼筋制作安裝
    大壩鋼筋工程主要集中在中孔、表孔壩段，工程總量約2000t。鋼筋加工廠根據(jù)鋼筋配料表所列鋼筋型號、種類、數(shù)量等加工成型， 5T東風平板車運至施工現(xiàn)場，固定式纜式起重機吊運入倉，按照鋪料、劃線、綁扎、焊接施工工序進行安裝施工。鋼筋的焊接采用電弧焊，直徑在28mm以下的鋼筋，采用搭接焊；直徑在28mm以上的，采用幫條焊。 
    （3）止水、止?jié){、灌漿系統(tǒng)、預埋件施工  
    大壩僅設橫縫，橫縫距上游壩面0.3m處設有一道1.5mm厚的紫銅止水，橫縫距上下游壩面0.5m處各設一道1.2mm厚的白鐵皮止?jié){片。止水、止?jié){片在金屬加工廠壓制成型，安裝時固定在先澆塊的模板上，現(xiàn)場進行安裝焊接，搭接時采用雙面焊。大壩采用梯形鍵槽，縫面每6～12m高左右為一個灌區(qū)，在灌區(qū)底部設有一組φ40mm進回漿管，上部設一排氣槽，埋設2根φ32mm排氣管引至壩后橋或廊道內(nèi)，灌區(qū)之間用一道水平白鐵皮止?jié){片與上下游止水止?jié){片焊接形成一個封閉的灌區(qū)。 
    （4）壩體砼施工 
    1）倉面結(jié)構(gòu)設計交底及工藝設計 
    每個倉位開始施工一周前由項目部施工技術(shù)科編制倉位技術(shù)通知單，下發(fā)各部門、隊廠，確保參與施工的人員對倉位的各項施工內(nèi)容做到清楚明白，心中有數(shù)，準確無誤；主要內(nèi)容有：施工倉位的升層高度、樁號、結(jié)構(gòu)輪廓尺寸、控制點坐標；倉位包含的鋼筋、止水、金結(jié)預埋、模板、砼倉面要求、砼強度等級等各項工序內(nèi)容；有關(guān)的倉位設計圖紙和設計修改通知；相關(guān)的入倉方式、澆筑方式、倉面排水方向、入倉道路等施工方法；具體的安全防護措施。 
    為強化施工過程的質(zhì)量控制，制定了倉面工藝設計。每個倉位混凝土澆筑時配置活動振搗器機房一個，配φ150型變頻器3臺，φ100振搗器5臺（兩臺備用），并設有相應的控制開關(guān)，遇到細部結(jié)構(gòu)的澆筑倉位，采用φ70和φ50小型軟管振搗器；倉位每班安排澆筑工人6~7人，負責倉內(nèi)的下料、平倉振搗、泌水及骨料分離處理等工作。 
    固定式纜機以混凝土澆筑為主，澆筑過程一般不打雜，保證混凝土澆筑的連續(xù)性，平均小時強度達到20～25m3/h，最高達到45m3/h。根據(jù)不同壩體混凝土的澆筑面積，選定不同的澆筑方法。澆筑面積大于200 m2的倉位一般采用臺階法施工，臺階高度為0.5 m，寬度2.0 m，倉面澆筑采取平行壩軸線進行，一般是先下游后上游，邊前進邊加高，逐步向前推進并形成明顯的臺階，臺階坡度不大于1:2，直到把整個倉位澆筑到收倉高程。澆筑面積小于200m2的倉位，采用平鋪法澆筑，一般是先下游后上游，每層0.5 m厚混凝土按水平層連續(xù)地逐層鋪填，第一層澆完后，再澆第二層，依此類推直至達到設計高度。平鋪法要求下層混凝土初凝之前應覆蓋上一層混凝土，否則將出現(xiàn)冷縫。 
    2）縫面處理 
    基巖與砼的層面處理采取將基巖松動巖塊清理干凈，尖角打緩，用高壓水沖洗干凈。新老砼層面處理采用GCHJ系列高壓沖毛機進行縫面沖毛，沖毛后的砼表面粗砂微露，老砼上無乳皮和水銹。 
    3）鋪料及平倉 
    基礎面及老砼面，砼入倉前，在待澆層面上均勻地鋪一層2～3cm厚的水泥砂漿，一次鋪設的面積以砼能及時覆蓋不產(chǎn)生初凝為準。砼入倉后，用大功率振搗器平倉，采用2臺振搗器垂直插入料堆頂部，料堆在振搗器作用下自動攤平至平倉厚度，嚴禁以平倉代替振搗。遇到大骨料集中部位，人工將骨料均勻地散布在未振搗的砂漿較多的砼層面上，然后振搗密實，以免出現(xiàn)蜂窩；對于靠近模板和鋼筋較密的地方、水平止水、止?jié){片底部、預埋件儀器周圍等施工部位采用人工平倉，石子均勻分布，振搗密實。 
    4）振搗 
    在已平倉的砼層面上，采用2～3臺φ100的高頻振搗器，從已振搗好的砼層面搭接處有順序地振搗，振搗間距不大于振搗半徑的1.5倍，并插入下層砼5cm，確保上下層砼結(jié)合完整，避免漏振。振搗棒在每一孔位振搗時間，以砼不再顯著下沉、水分和氣泡不再逸出并開始泛漿為準，不得欠振或過振。 
    5）砼養(yǎng)護 
    砼澆筑完畢12～18h后即開始對砼表面及所有側(cè)面及時灑水養(yǎng)護，使其表面濕潤狀態(tài)，在炎熱、干燥氣候情況下可提前養(yǎng)護。永久暴露面采取長期流水養(yǎng)護，采用φ25.4mm的冷卻塑料水管，每隔20～30cm鉆φ1mm左右的小孔，臨時掛在模板上或外露拉條筋上，孔口對砼壁面噴水養(yǎng)護。 
    3、2溫控防裂施工技術(shù) 
    大壩砼施工過程中，對砼原材料、配合比優(yōu)化、拌和生產(chǎn)、運輸、入倉澆筑、覆蓋保溫、通水冷卻及灑水養(yǎng)護等全過程進行質(zhì)量監(jiān)控，合理安排砼施工澆筑順序及施工時間，使壩體砼裂縫得到了有效控制，主要體現(xiàn)在以下幾方面： 
    （1） 優(yōu)化大壩砼配合比設計提高砼抗裂能力 
    大壩砼施工配合比選用葛洲壩荊門水泥廠的普通硅酸鹽32.5Mpa水泥，荊門熱電廠的II級粉煤灰和中建三局的高效緩凝減水劑，并采用四級配砼適當降低單位水泥用量，減少砼水化熱溫升，提高砼抗裂能力。  
    （2）合理控制澆筑層厚度及層間間隔 
    峽口電站大壩砼采用薄層短間歇均勻上升，河床壩段基礎強約束區(qū)及度汛過渡的老砼澆筑分層厚度為1.5m或2.0m，約束區(qū)以上澆筑層厚為3.0m，層間間隔時間控制在4～10天左右。 
    （3）砼拌制 
    在篩分樓凈料堆場、集料斗的上方搭設遮陽棚，鋪設四層遮陽材料防曬防止太陽光直接照射骨料升溫，適當降低骨料拌和溫度。2005年夏季大壩砼施工時，采取5℃的制冷水對凈料堆場所有粗骨料進行噴霧降溫冷卻及5℃制冷水進行砼拌和。 
    （4）砼澆筑工藝 
    充分利用高溫季節(jié)中有利的澆筑時段，抓住早、晚和夜間溫度相對較低的時機，搶陰雨時段，合理組織安排倉位砼澆筑。倉面采取噴霧措施，在每倉面安裝兩臺3kw的軸流噴霧風機，可使?jié)仓秶沫h(huán)境溫度降低約2～3℃，必要時可采用75kw的GCHJ系統(tǒng)高壓沖毛機噴霧降溫。砼水平運輸車輛增設隔熱遮陽棚，防止砼運輸過程冷量損失。倉面砼加蓋彈性聚氨酯保溫被。 
    （5）通水冷卻及表面散熱 
    初期通水冷卻能有效削減砼水化熱溫升峰值， 2005年夏季砼施工時，冷卻水管層高縮小為1.5m，并同時增加通制冷水削減砼前期水化熱溫升。 
    4、結(jié)語 
    峽口電站拱壩工程自2002年8月28日開工以來，歷時三年多時間，在大壩施工過程中采取一些先進的施工技術(shù)、施工工藝，確保工程施工質(zhì)量，并于2005年11月初順利通過國家大壩安全鑒定中心專家組的審查，2005年12月底進行導流洞下閘封堵大壩蓄水階段驗收。 
    （1）工程開工時，根據(jù)工程實際情況，在對纜機與門塔機等垂直運輸手段方案進行可行性對比的基礎上，最終采用固定式纜機。通過實踐表明它具有澆筑工效高，生產(chǎn)率大，與拱壩主體工程施工干擾小，并省去門塔機方案需轉(zhuǎn)移而影響設備的利用率等優(yōu)點，同時還不受汛期防洪渡汛的影響，確保主體砼工程能連續(xù)均勻上升，對順利完成總體工期目標無疑是一種有力保證。 
    （2）本工程大壩砼開始澆筑前，安排充分的時間進行大壩砼施工配合比優(yōu)化設計。通過采用荊門熱電廠生產(chǎn)的II級粉煤灰和中建三局NFJ-03型高效緩凝減水劑，同時采用四級配砼代替招標文件規(guī)定的三級配砼，適當降低單位水泥用量，減少砼水化熱溫升，提高砼抗裂能力，主體砼最大粉煤灰摻量達到30%，降低單位水泥用量，不僅是溫度控制的重要措施之一，而且能減少水泥用量，降低砼成本。 
    （3）在模板施工中，采用多卡懸臂模板代替組合鋼模板的現(xiàn)場拼裝施工方法，平面曲線長度變化采用在模板端部加板調(diào)節(jié)，豎向曲率的變化利用模板支撐調(diào)節(jié)軸桿調(diào)節(jié)模板的前傾或后傾，有效地滿足壩體體形曲線，防止或避免了掛簾現(xiàn)象的發(fā)生，同時也節(jié)約了模板的固定拉筋，沒有拉筋頭遺留，從整體上提高了砼的外觀質(zhì)量。三角柱內(nèi)拉法成功方便地解決中、表孔壩段較多較大懸臂外挑問題，采用鋼桁架代替鋼管排架施工方案，成功地解決了峽口拱壩中表孔13米跨度的頂板砼施工，直接縮短直線工期10天，同時也保證施工安全。 
    （4）對砼篩分拌和系統(tǒng)進行局部的改造，在施工倉面采取噴霧降溫、加密冷卻水管并初期通7℃制冷水等多種溫控措施，滿足設計要求的夏季高溫砼溫控要求，保證2005年夏季大壩砼能連續(xù)均勻上升澆筑。 
    （5）對砼通7℃制冷水進行強冷，極大地降低大壩砼溫度，縮短壩體接縫灌漿時間1～2月。