林 森

(中電建水電開發(fā)有限公司，成都，610041)

鋼結(jié)構(gòu)平臺在水電站防滲系統(tǒng)補強加固施工中的應(yīng)用

林 森

(中電建水電開發(fā)有限公司，成都，610041)

本文介紹大渡河下游某電站壩前防滲系統(tǒng)在電站運行期進(jìn)行水下加固處理的經(jīng)驗，即借鑒海上鉆井平臺的特點，采用建造鋼平臺作為施工平臺實施鉆孔灌漿施工，避免了對電站發(fā)電效益和水庫水位的影響，可為類似電站和水庫的水下作業(yè)施工提供參考。

鋼平臺 運行電站 防滲系統(tǒng) 補強應(yīng)用

1 項目概況

大渡河下游某電站采用一級混合開發(fā)方式，為河床式廠房，正常蓄水位432m，蓄水深度15.5m，設(shè)計年利用小時數(shù)5015h，年發(fā)電量24.07億kW·h。其中，泄洪沖砂閘室與廠房壩段壩前設(shè)導(dǎo)水墻(廠壩間導(dǎo)墻)隔開，閘室上游設(shè)長15m、厚度2m的鋪蓋，鋪蓋上游端設(shè)厚1.0m的塑性混凝土防滲墻，防滲墻貫穿覆蓋層，嵌入巖溶角礫巖1m。電站投運后，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，對應(yīng)1#、2#沖砂閘閘室防滲墻存在缺陷，下游海漫排水孔出現(xiàn)多處涌水點，且有細(xì)砂帶出，結(jié)構(gòu)沉降值偏大。根據(jù)設(shè)計提出的防滲墻處理方案，擬在該部位防滲墻前增加三排帷幕灌漿，并適當(dāng)加深防滲體深度，以達(dá)到結(jié)構(gòu)體穩(wěn)定的目的。

2 項目實施的關(guān)鍵問題

該項目設(shè)計帷幕灌漿的部位位于沖砂閘壩前庫區(qū)內(nèi)。根據(jù)施工進(jìn)度安排，灌漿直線工期約為9個月，跨越電站運行的枯、汛期，因此施工首要條件是在保證不影響電站安全運行和發(fā)電效益的情況下，建造一個相對固定的施工平臺，營造旱地施工條件。

設(shè)計在應(yīng)急處置方案上對灌漿施工平臺提出以下兩種建議：

(1)利用壩頂拋填進(jìn)占方式，采用砂卵石填筑施工平臺。根據(jù)設(shè)計院對拋填后廠壩間導(dǎo)墻的穩(wěn)定計算成果，當(dāng)施工平臺頂高程超過427.0m時，導(dǎo)墻的穩(wěn)定將不能滿足安全運行需要，因此施工平臺頂高程只能確定為427.0m。此時電站處于低水位運行，電量損失較大。而且，此方案拋填高度達(dá)到19.5m，其中水下部分15.5m，拋填料入水后迅速擴散，拋填位置和拋填量均無法控制，容易造成沖砂閘門前淤積物堆積，致使閘門無法啟閉，施工后也不易清除，甚至影響臨近機組的運行。另外，施工度汛時，為避免水流對填筑體的沖刷，臨近閘門不能開啟，也將增大電站的度汛壓力。

(2)借鑒貝雷橋施工經(jīng)驗，采用鋼棧橋作為施工平臺。鋼棧橋右側(cè)基礎(chǔ)利用與廠壩間導(dǎo)墻加高至432.90m，左側(cè)基礎(chǔ)利用砂卵石填筑平臺，平臺高程為432.9m高程，邊坡按照砂卵石填筑，自然休止邊坡確定為1∶1.25，并采用鋼筋籠護坡。此方案由于不能降低庫水位，同樣存在砂卵石填筑平臺不易施工、難以成型，對電站安全運行易產(chǎn)生不利影響的問題。

3 鋼平臺方案的提出與實施

借鑒海上作業(yè)鉆井平臺施工抗風(fēng)浪、不受水位變化的特點，技術(shù)人員提出鋼結(jié)構(gòu)平臺的施工方案，并與灌漿單位就如何在鋼平臺上進(jìn)行孔位定位、鉆孔灌漿等技術(shù)進(jìn)行了論證，確定了其實施的可能性。

結(jié)合施工區(qū)域范圍原設(shè)計鋪蓋混凝土的承載能力，以沖砂閘門關(guān)閉臨近機組發(fā)電時的最大水底流速及施工過程中的各種動、靜荷載為結(jié)構(gòu)計算參數(shù)，進(jìn)行鋼平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計。項目實施前，切斷1#、2#閘的動力電源，避免誤操作。潛水人員提前摸排水下施工區(qū)域，確認(rèn)平臺搭設(shè)區(qū)域底板是否平整、無異物，并做必要的清理。

鋼平臺為桁架結(jié)構(gòu)，場外制作，分部件運至現(xiàn)場吊裝?？紤]到壩頂操作空間和結(jié)構(gòu)承載力的限制，結(jié)構(gòu)支撐部分采用9個鋼支架單元，最大單榀鋼支架尺寸為16m×6.8m×6.8m，重量約18t；考慮現(xiàn)場拼裝焊接后其它輔件高度，完工后的平臺操作面比正常蓄水位高出1.5m。鋼材材質(zhì)為Q235、Q345，經(jīng)力學(xué)性能檢測，具有合格的抗拉強度、伸長率、屈服點、冷彎沖擊功和碳、硫、磷含量的保證。支架周邊立柱采用400mm×400mm×14mm方鋼，中間連接橫梁為400mm×200mm×8mm×13mm工字鋼，柱間斜支撐為φ180mm×4.5mm鋼管。為減小立柱對鋪蓋混凝土的壓強，立柱四腳焊接800mm×800mm鋼板，以增加鋼柱基礎(chǔ)的受力面積。

架體拼裝完成后進(jìn)行焊接，24h后進(jìn)行無損檢測，確認(rèn)焊縫等級符合設(shè)計及規(guī)范要求后進(jìn)行除銹處理。除銹等級達(dá)到Sa2.5，現(xiàn)場補涂除銹等級為St3。噴砂處理過的構(gòu)件立即噴涂水性無機富鋅底漆一道。

圖1 鋼平臺平面布置示意

由于鋼支架架體高度大于最大水深，且施工區(qū)域與機組進(jìn)水口之間有廠壩間導(dǎo)墻分隔，因此架體在吊裝過程中不受電站運行水位和發(fā)電量的影響。支架架體由潛水員配合，提前對各鋼架體進(jìn)行編號，由180t和50t汽車吊相互配合，按預(yù)定的E字形平面位置和順序進(jìn)行吊裝，吊裝順序為8#→7#→5#→4#→3#→2#→9#→6#→1#。每榀桁架要確保位置相對準(zhǔn)確，立柱支撐垂直、平整、穩(wěn)固，不侵占、擠壓原混凝土防滲墻。各相鄰鋼支架根據(jù)庫水位運行情況，對立柱上部采用400mm×200mm×8mm×13mm工字鋼作為連接桿縱橫向焊接固定，使其形成整體。當(dāng)庫水位運行高度降低時，采用型鋼對下部露出水面部分的構(gòu)件在縱橫向上進(jìn)行輔助焊接加固。

采用500mm×200mm×10mm×16mm工字鋼,沿縱向立放于四排支柱頂部，通過修、補焊接，作為平臺操作面的找平層，要求焊縫飽滿，符合設(shè)計、規(guī)范要求。沿找平層橫向每隔1m密鋪500mm×200mm×10mm×16mm工字鋼作為平臺操作面的支撐梁，縱橫向工字鋼接觸面滿焊連接。由于鉆孔灌漿區(qū)域位于原防滲墻前，因此橫向支撐梁鋪設(shè)時需向上游伸出5m，斜向焊接500mm×200mm×10mm×16mm工字鋼支撐，形成懸臂結(jié)構(gòu)，預(yù)留出帷幕灌漿平臺施工區(qū)域。此懸臂部分為施工設(shè)備和人員主要施工及活動區(qū)域，各種荷載交叉、復(fù)雜，為確保安全，在橫向支撐端頭每隔3m～5m，焊接預(yù)制鋼桁架支撐柱作為加強支撐。加強支撐為斷面為1m×1m的桁架結(jié)構(gòu)，主立柱為150mm×5mm矩管，腹桿和斜拉桿為60mm×5mm矩管。考慮到原防滲墻前河床平整度問題，支撐柱長度適當(dāng)加長約1m左右，并在底部焊接鋼板，減少與河床接觸面的壓強。

圖2 鋼平臺立面示意

橫向支撐表面滿鋪8mm花紋鋼板，并與工字鋼點焊，其中對應(yīng)灌漿區(qū)域按設(shè)計灌漿孔排距預(yù)留空隙。鉆孔灌漿前由測量人員定位，在對應(yīng)灌漿孔位處下設(shè)φ140mm定位管，定位管內(nèi)鑲鑄φ108mm孔口管，鉆孔采用較易控制鉆孔偏斜的XY-2地質(zhì)鉆機鉆孔。定位管在水面以上采用角鋼、槽鋼與鋼平臺結(jié)構(gòu)連接固定，并保證其垂直度和穩(wěn)定性。

鋼平臺形成后，臨空面采用鋼管焊接1.6m防護欄，下設(shè)踢腳板。與壩體連接部分設(shè)鋼結(jié)構(gòu)通道，以滿足施工人員自由進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)平臺。平臺操作面上多余孔洞，采用鋼材或木板封堵。

4 鋼結(jié)構(gòu)平臺使用情況

本項目鋼結(jié)構(gòu)平臺含全部桿件、護欄，總重量約360t，從場外開始制作到現(xiàn)場吊裝完成具備使用條件，直線工期45d。施工期間，除每周采用全站儀對鋼結(jié)構(gòu)平臺進(jìn)行穩(wěn)定性檢查外，前三個月每半月安排潛水人員檢查水下混凝土結(jié)構(gòu)和鋼平臺桿件的安全情況，確保水下混凝土和鋼結(jié)構(gòu)桿件穩(wěn)定，后期則根據(jù)施工進(jìn)展情況適當(dāng)安排水下抽查。經(jīng)對比多次檢查成果，確認(rèn)混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)平臺始終處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

進(jìn)入汛期后，按提前制定的預(yù)案規(guī)定，除特殊情況外，不得開啟施工區(qū)域臨近沖砂閘閘門(3#～5#閘)泄洪。但為了應(yīng)對突發(fā)狀況，檢驗鋼平臺所能承受的最大洪水考驗情況，施工過程中，選擇合適時機采用逐步、逐一開啟3#～5#閘，驗證鋼平臺適應(yīng)不同水流的穩(wěn)定性。驗證方法為：從5#閘向3#閘方向，按每次開啟高度不超過2m的方式單孔逐一提升閘門，同時觀察和測量鋼平臺的穩(wěn)定情況，在確保結(jié)構(gòu)安全的狀態(tài)下，再逐步加大閘門開啟高度。最后確定3#閘門可開啟高度為2m，4#、5#閘門可開啟高度為6m。此時，三孔閘門泄洪量為1853m3/s，可滿足電站10年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。通過檢驗，在閘門達(dá)到檢驗開啟高度時，除平臺能感到輕微震動外，測量穩(wěn)定性無任何影響。施工過程中，組織施工單位人員參與了電站汛期的防汛演練，明確和強化了各級組織遇到突發(fā)情況時的撤離標(biāo)準(zhǔn)和路線。

通過費用估算對比，吊裝鋼平臺實際措施費比設(shè)計方案節(jié)約投資約25萬元，且投資受控。由于灌漿過程中對電站運行和防洪度汛未產(chǎn)生影響，此次帷幕灌漿做到了精細(xì)化施工，利用鋼平臺共布置灌漿孔155個，結(jié)合不同孔段和地質(zhì)情況有效地采用了循環(huán)鉆灌法和套閥管法等灌漿工藝，總工程量10975.3m，前后設(shè)置11個檢查孔，施工直線工期近9個月，注(壓)水試驗全部滿足設(shè)計和規(guī)范要求，并避免發(fā)電損失11098.51萬元。

5 結(jié)語

本項目開創(chuàng)性地將海上作業(yè)鉆井平臺技術(shù)引入到已運行河床式電站水下防滲體維修、加固施工中，在區(qū)域正常水文、氣象條件下，成功地實踐了一套在電站運行期間，如何進(jìn)行水下結(jié)構(gòu)防滲體，特別是無灌漿廊道的河床式電站結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)防滲體的維護、加固處理方法。該項處理措施可行，效果顯著，且節(jié)約了大量投資。

林 森(1975-)，男，遼寧大連人，高級工程師，碩士研究生，一直從事水利水電施工和大壩安全管理工作。

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