洞坪电站拱坝快速施工技术

1、洞坪电站拱坝快速施工技术吕芝林【摘要】：介绍了洞坪电站拱坝工程泄洪孔牛腿采用翻转模、接缝灌浆采用球面键槽灌浆系统,将坝后桥改为二期施工,为多卡模施工创造条件等快速施工方法,从而取消了大坝临时导流底孔,加快了施工进度,取得了良好的经济效益和社会效益。【关键词】： 洞坪拱坝工程 快速施工 技术 导流底孔封堵 多卡模板 临时导流底孔 大坝 接缝灌浆 施工方案 施工速度 一、 概述拱坝由于工程量省、造价低、大坝承载力高、运行安全等优越的经济性能，特别适合在高山峡谷地形条件中建设，在我国云、贵、川等西部地区有较大的发展前景，在建的和即将开工建设的小湾电站、溪洛渡、锦屏一级等电站均为混凝土拱坝。拱坝结构比

2、较单薄，必须通过封拱灌浆将大坝形成一个整体后才能承受较大的水平推力。为满足度汛要求，拱坝一般都设有临时导流底孔，增加了拱坝的施工难度，同时由于拱坝坝体较薄，泄洪孔闸墩远远地悬挑出坝体和坝体本身结构的复杂性，都严重地影响了拱坝的施工速度，其施工进度如错过了封拱灌浆的季节，整个工程就会推迟一个汛期，造成较大的经济损失。简化拱坝的施工工艺，加快拱坝的施工速度成了拱坝施工中重要课题。二、 洞坪工程施工洞坪电站是湖北省“十一·五”重点工程，为一座135米高的对数螺旋混凝土双曲拱坝，装机110MW,总库容3.24亿M3,坝顶全长243.41米，共设有两个泄洪表孔、三个泄洪中孔。为大坝观测和交通需

3、要，在坝后406、420、432、458、472高程分别设置了坝后桥。工程于2003年2月20日开始浇筑混凝土，按计划要求工程要于2005年二月进行导流洞封堵，2005年5月初发电。（1）按原设计规划为满足2004年大坝度汛要求在大坝上设有两个临时导流底孔，同时为满足导流底孔进出口引导水流的需要设有进出口引导墩等，设置两个导流底孔需增加投资200万元左右，需要增加工期2个余月，还需要增加导流底孔封堵的时间，如不能取消导流底孔整个工程进度将推迟半年以上。（2）大坝的泄洪孔上游检修闸门、下游弧形工作门的闸墩远远地挑出坝体，闸墩牛腿最大挑出坝体20余米，施工难度大。如按传统的施工方式施工安全、进度都

4、得不到保证，取消导流底孔方案也就不能成立。故必须要技术革新。（3）下游坝面的坝后交通桥按传统施工方法Doka模板无法使用，大坝外观和进度都要受到严重的影响。（4）按原方案大坝横缝接缝灌浆系统复杂，施工质量和施工进度难以满足要求。三、 主要的技术措施（1） 采取合理配置，取消导流底孔，加快施工速度。根据原施工安排洞坪电站第一年采用在大坝上预留缺口与导流洞联合导流渡汛，第二年采取在大坝上设置两个导流底孔与导流洞联合导流渡汛。在第二年渡汛任务完成后再将两个导流底孔用二期混凝土封堵。整个导流底孔使用寿命为2004年5、6、7、8和9月上旬几个月，使用时间不长，但要增加投资200万元左右，延长工期2个余

5、月，还需要增加导流底孔封堵的时间，不能满足2005年3月份导流洞的封堵条件，整个工期将推迟半年以上。能否取消导流底孔和怎样才能加快施工进度将影响洞坪工程的整体目标实现。为此我们进行了全面的分析和研究。洞坪电站所在的忠建河为山区性河流，汇流迅速，洪水陡涨陡落。多年平均降雨量1502.4mm,一般集中在59月份，根据水利水电工程施工组织设计规范（SD-338-39)(以下简称规范）。坝体施工期挡水渡汛设计洪水标准和坝型及坝前拦洪库容有关。根据进度安排和库容计算洞坪工程2004年渡汛按20年一遇洪水设计，50年一遇洪水复核。调洪演算坝前水位成果见表1：表1 2004年汛期（59月）调洪演算坝前水位成

6、果一览方案洪水频率P（%）1251020(1)无底孔/m455.35450.76444.73440.31435.26（2）一底孔/m445.60441.64436.16430.81424.46（3）两底孔/m437.68433.54426.91420.63413.39根据以上的计算成果，如取消导流底孔按20年一遇的洪水上游水位是444.73米，50年一遇的校核水位是450.76米。分析宣恩站19591999共41年的年最大洪峰流量系列和主汛期5月、6月、7月、8月、和9月各月发生大洪水的次数和洪峰流量，只要大坝最低坝块2003年10月底达到401.0m高程，12月中旬达到412.0m高程，20

7、04年4月底升至435.0m高程，5月底上升至443.0m高程，6月底上升至451.0m高程，2004年4月底大坝接缝、接触固结灌浆至412.0m高程，412封拱高程下部坝体已形成了整体拱圈，挡水后稳定和应力均无问题，但封拱高程以上坝块则以独立旋臂梁进行分析计算，计算结果是相应梁底抗倾覆和抗剪安全系数可以满足规范要求，而梁底（412.0m）截面上游拉应力略大于0.5MPa，不能满足要求。但可从411至418m高程布设上游坝面钢筋抵抗不是太大的拉应力以满足该复核标准，其增加的费用很少。故满足进度要求的情况下取消导流底孔的方案是可行的。而要满足以上的进度要求所有坝块每八天必须上升一层，要达到这种进

8、度要求重点需要解决的是中孔附近复杂的结构施工，特别是闸墩悬臂牛腿施工方案和大坝快速立模的问题，我们认为只要采取合理的施工措施和工艺是完全可能的，故在2003年时我们建议取消导流底孔被业主和设计采纳。（2） 大坝泄洪孔牛腿施工中自行设计了一种翻转式悬臂模板工艺，大大地加快了施工速度，解决了施工难点。洞坪电站设有三个泄洪中孔和两个泄洪表孔，由于为拱坝，其闸墩牛腿最大悬挑出坝体20余米，下部距离大坝基础高差达70米，其施工安全性和进度也成了影响大坝进度和能否取消导流底孔的一个关键因素。根据水利水电施工组织设计和其它有关资料介绍的情况我们国家水电施工中牛腿浇筑的施工方案有：预制混凝土模板内拉式，内拉式

9、模板，三角架支撑式和三峡的外设配重和平台的内拉式（此方案在洞坪工程方案实施以后，已申请国家专利）。以上各方案都有其难以克服的缺点，其安全性和经济性、施工速度都不能满足洞坪工程的要求，在洞坪工程中我们设计了一种半内拉半悬臂的模板施工工艺，其第一层采用下部的多卡模板三角架支撑和仓内内拉，第二层采用第一层模板外支架支撑和仓内内拉，以后如此循环一层一层上翻。模板拆卸采用了一个大吊蓝。其具体实施见示意图：（3） 坝后桥采用二期浇筑，为解决拱坝的结构布置和采用先进的DOKA模板提供了可能。传统的坝后桥施工方案是把浇筑仓位收仓面设于坝后桥底部，待仓位浇筑到此高程后安装坝后桥预制块或现浇，故坝体模板以散装钢模

10、板为主，异型模板多，仓位有高有低，施工不便组织，施工速度和外观都得不到保证。Doka模板以其立模的快速、舒适、安全、浇筑出来的混凝土外观美观、成本低的优点现在我国水电工程中得到普遍应用，但由于它是一种定型的标准模板，比较适合标准的循环作业。如采用传统的坝后桥施工方式由于高程限制和坝后桥的阻碍Doka模板就失去了它的使用优势。而采用Doka模板浇筑就必须打破传统的施工方案：改一期施工为二期现浇。需要解决以下几个问题：1）从受力方面来讲如把一、二期结合面留在下游坝面其正截面抗弯强度没有受到影响，但其斜截面及抗剪强度由于缺少了混凝土骨料的咬合力会降低，故设计比较担心，但只要我们采取将其结合面适当深入

11、坝体内部并加少量的抗剪斜筋是可以解决的2）从施工方案来讲Doka模板是不能在模板上开孔预埋插筋的，否则模板无法拆除，只有采取在模板内预埋一个木盒，在木盒上钻孔预留插筋，这也正是受力需要的一种方式3）二期现浇支架可利用Doka模板的定位锥和三角架，施工也是比较方便、安全的，综合成本还会降低。实际施工时采取了在Doka模板内侧安装了一个30cm深的木盒，在木盒上按设计钢筋孔位钻孔安设插筋，如坝后桥位置与Doka模板预埋定位锥位置重合则将木盒断开，坝后桥待大坝上升以后二期现浇，施工非常方便。4)采用球形键槽，简化了拱坝的灌浆系统，加快了施工速度。为防止拱坝裂缝，常态混凝土拱坝都是采取分块浇筑，待各坝

12、块冷却到设计封拱灌浆温度以后再对各坝块的缝面进行接缝灌浆将大坝形成一个整体，为增加各坝块之间的整体性和咬合力，在缝面都设有键槽，传统的施工方式都是采用梯形键槽，梯形键槽容易形成受压面，使缝面不畅，故常采用拔管技术形成缝面浆槽，而浆槽容易堵塞需要处理，其进浆系统也非常复杂，需要在各个面布设。缝面立模、拆模难度大，施工复杂，进度慢。在洞坪工程中采用了球形键槽技术，球形键槽各个面都是比较均匀的，没有尖锐的菱角，浆液扩散性好，缝面畅通，进浆和排气系统布置非常简单，球形键槽模板可与缝面模板焊接在一起，立模拆模和普通模板一样方便。四、 主要创新点：（1） 拱坝施工一般都需要设计导流底孔，但在施工条件和环境

13、发生改变时，特别是设计单位和施工单位在施工过程中可以根据实际的施工进度和资源配置情况对是否可以取消或少设临时导流底孔进行优化，可以加快施工速度。（2） 水电工程中的混凝土牛腿施工一直是比较复杂的施工部位，特别是对于拱坝悬挑出来的大牛腿，施工难度大，安全性差，占用的工期长，成本高，三峡工程中申请国家专利的施工方案也存在着以上的缺点，但洞坪工程中的牛腿施工方案可以象普通仓位一样施工，而且不管牛腿悬出多远都都存在问题，形成了一套完整的施工工艺。可以普遍适用。据检索为国内首创。该方案的主要创新点：a) 模板外设钢结构蓝式平台，可以保证操作人员从立模、校正、加固和浇筑过程的检查等全部是在平台内作业。可以

14、象多卡模板一样方便，安全性得到根本性改变。b) 此方案在仓位浇筑完成48小时后就可以进行下一轮仓位的立模施工，不必象传统的方案必须待混凝土达到78天以后的龄期强度（有的设计要求达到70%的强度）才能拆模施工。每仓可节约工期78天以上。而且此方案立模是在上一仓模板的基础上安装，立模的工效大大提高。施工速度得到加快。c) 此方案模板的受力方式是以上一仓已浇筑锚固的模板作为支撑为主，而施工仓内拉为辅，采取两层联合受力，形成了半悬臂半内拉复合受力体系，其施工用钢材是传统的三分之一，大大降低了工程成本。d) 传统施工方案是以内拉受力结构模式，仓内拉条和立柱受力后变形大，拉条螺杆在浇筑过程中容易松动，浇筑后模板变形大，混凝土外观得不到保证，预制混凝土模板安装更复杂，外观也差，而本方案是以上一层已浇仓位模板作为支撑，刚度大，变形很少，浇筑出来的混凝土外观美观。e) 拆模采用大吊蓝，施工都是在平台内作业，可一次性将一层模板全部拆到吊蓝上，一般2个小时就可拆除一层，施工安全。（3） 大坝下游坝后桥等结构采取二期现浇，可使先进的模板技术在高坝中普遍应用，使悬挑结构施工变得