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(jì)九十年代以前，國外曾掀起水電站建設(shè)熱潮，但因當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)限制和環(huán)境、地質(zhì)、生態(tài)等帶來的一系列問題，水電站建設(shè)遭到多個(gè)國家抵制。進(jìn)入21世紀(jì)后，國外的水電站建設(shè)施工技術(shù)并無大的突破，而中國卻大力發(fā)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(shè)熱潮，而中國已成為其中當(dāng)之無愧的霸主。

擋水建筑物是水電站結(jié)構(gòu)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(shè)處于往西部轉(zhuǎn)移的后水電時(shí)代，而由于西部地形復(fù)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(shè)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(shè)置橫縫以適應(yīng)其溫度變化外，還需采取溫控措施對混凝土的溫度變化進(jìn)行控制，防止混凝土內(nèi)外冷卻速度不一致而導(dǎo)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(tǒng)出機(jī)口進(jìn)行預(yù)冷外，還有鋪設(shè)冷卻水管進(jìn)行通水冷卻。而在進(jìn)行混凝土通水冷卻施工以及橫縫的接縫灌漿時(shí)，需要布置壩后施工通道，以保證上述施工順利進(jìn)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(nèi)的雅礱江中游河段上，工程規(guī)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(gè)壩段，自下而上共分為14層灌區(qū)，在壩體混凝土澆筑時(shí)，每個(gè)灌區(qū)的冷卻水管及接縫灌漿管路的進(jìn)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(xiàng)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(qū)對壩后交通進(jìn)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(yōu)化方案后，決定在壩后增設(shè)水平臨時(shí)全鋼棧橋及垂直鋼轉(zhuǎn)梯，以解決該項(xiàng)目壩體較高、通道布置量較大等問題，從而加快施工進(jìn)度、保障現(xiàn)場安全施工，并取得較大的經(jīng)濟(jì)效益，滿足了項(xiàng)目施工要求。

2 壩后交通規(guī)劃設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)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(shè)備及材料的運(yùn)輸要求。

（3）滿足壩體施工風(fēng)、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(tǒng)建設(shè)等要求。

2.2 設(shè)計(jì)參考

在國內(nèi)外各水電站的施工建設(shè)中，壩后通道規(guī)劃設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)不設(shè)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(xiàng)目部設(shè)計(jì)并優(yōu)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(fēng)險(xiǎn)以及施工資源投入［1］。

在三峽水電站右岸廠壩IA標(biāo)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(dān)了主體工程混凝土澆筑及金結(jié)設(shè)備的吊裝任務(wù)［2］。為了減少施工資金投入，節(jié)約材料及人工成本，達(dá)到提高施工效率、加快棧橋施工進(jìn)度的目的，項(xiàng)目部應(yīng)首先對棧橋進(jìn)行合理規(guī)劃布置，再對施工棧橋的下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［3］（優(yōu)化原則為在滿足結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)棧橋的高效性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性），并依據(jù)施工需要進(jìn)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(gòu)件回收修復(fù)后再進(jìn)行利用；在材料采購及使用方面，精確計(jì)算實(shí)際需要材料用量。另外，再根據(jù)安拆施工難度，優(yōu)化和調(diào)節(jié)安拆施工工藝，并針對部分結(jié)構(gòu)從安全和效率方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整細(xì)部結(jié)構(gòu)。通過工程實(shí)際應(yīng)用可知，壩后棧橋要承擔(dān)大壩上部施工，這與大壩上升密切相關(guān)，因此棧橋的形成時(shí)段越短越能達(dá)到經(jīng)濟(jì)效果。故采用鋼棧橋能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，確保工程的施工進(jìn)度。

在小灣水電站工程建設(shè)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(qū)，壩后僅設(shè)計(jì)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(shè)施工、壩體橫縫接縫灌漿施工、冷卻水管回填灌漿施工等項(xiàng)目的施工要求。針對上述問題，水電四局小灣工程項(xiàng)目部對該混凝土雙曲拱壩壩后施工交通以及建設(shè)施工工期進(jìn)行了全面分析和深入研究之后，決定在壩后布設(shè)臨時(shí)鋼棧橋，利用垂直鋼轉(zhuǎn)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(shí)間要求，同時(shí)該結(jié)構(gòu)可快速安、拆及周轉(zhuǎn)使用，降低了施工資源投入，節(jié)約了施工成本［4］。

通過對上述水電站的壩后通道優(yōu)化方式進(jìn)行分析研究，為楊房溝水電站拱壩壩后通道設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考思路。

2.3 壩后通道的結(jié)構(gòu)選型

楊房溝水電站大壩混凝土計(jì)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(shè)備及材料運(yùn)輸，壩體施工中風(fēng)、水、電管線布置，壩后接縫灌漿以及智能溫控系統(tǒng)建設(shè)等要求，在大壩下游面布置多條施工通道，以滿足現(xiàn)場建設(shè)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(jié)構(gòu)選型

由于拱壩從左到右共分為17個(gè)壩段，自下而上共分為14層灌區(qū)，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(cè)面設(shè)置有埋件，三腳架的頂端布置有若干根主梁，主梁上鋪設(shè)鋼平臺，鋼平臺上設(shè)置有安全通道，埋件部分是鋼棧橋的核心受力點(diǎn)。

2.3.2 垂直通道結(jié)構(gòu)選型

在壩后高程1 952 m以上，布置鋼轉(zhuǎn)梯做為壩后豎向的施工通道，鋼轉(zhuǎn)梯的尺寸為1.2 m×2.4 m（長×寬），3 m高度為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（最終以生產(chǎn)廠家提供圖紙為準(zhǔn)）。購買成品后，在現(xiàn)場進(jìn)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(shè)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(qū)”布設(shè)原則進(jìn)行布設(shè)。在壩后各灌漿分區(qū)線下1 m部位搭設(shè)寬2.8 m的水平鋼棧橋（共計(jì)布置13層）。鋼棧橋采用［14b槽鋼作為支架，防護(hù)欄桿為∠50×5 mm等邊角鋼，頂部采用彩鋼瓦作為防雨設(shè)施，棧橋底部支架利用定位錐與大壩混凝土進(jìn)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(shè)密目網(wǎng)。

（2）垂直通道。在壩后高程1 952 m以上布置鋼轉(zhuǎn)梯做為壩后豎向的施工通道，鋼轉(zhuǎn)梯的尺寸為1.2 m×2.4 m（長×寬），3 m高度為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（最終以生產(chǎn)廠家提圖紙為準(zhǔn)）。購買成品后，在現(xiàn)場進(jìn)行組裝。鋼轉(zhuǎn)梯布置應(yīng)滿足以下原則：靠近橫縫且距橫縫不小于1 m、間隔壩段進(jìn)行布置、布置于智能分控站以外，若遇特殊情況可局部進(jìn)行調(diào)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(shí)較長，占用了大壩混凝土備倉時(shí)間。②搭設(shè)壩后臨時(shí)通道消耗的鋼材較多。按照每個(gè)灌區(qū)布置一層水平棧橋計(jì)算，共需布置13層水平棧橋，水平棧橋布置長度共計(jì)2 516.7 m，消耗［14b槽鋼、定位錐錨筋、鋼管及角鋼等臨時(shí)鋼材較多，采購、加工、安裝任務(wù)繁重。③按照每個(gè)灌區(qū)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(yōu)化施工通道布置后，通過精心布置及優(yōu)化管理，可以提高施工通道利用率，并保證設(shè)備布置及人員通行。④后期棧橋拆除危險(xiǎn)性較大，且拆除后的拆料利用率不高。⑤調(diào)整水平棧橋布置高程，減少水平棧橋布置層數(shù)，從而減少水平棧橋布置長度，達(dá)到減少臨時(shí)通道拆除工作量，縮短臨時(shí)通道安拆工期的目的。

為此，在與業(yè)主、監(jiān)理進(jìn)行了溝通后，項(xiàng)目部優(yōu)化了水平鋼棧橋施工方案。

2.4.2 優(yōu)化后方案

大壩壩后臨時(shí)施工棧橋（水平通道）采用2個(gè)灌區(qū)一層進(jìn)行布置，同時(shí)2 044 m高程布置一層臨時(shí)施工棧橋。調(diào)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(yōu)化前后方案比較

優(yōu)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(yīng)［14b槽鋼、鋼板網(wǎng)、角鋼等鋼材投入（近50%）。同時(shí)，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(shí)間，加快了施工進(jìn)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(tǒng)（固定端）、支架、棧橋橋面、防護(hù)欄桿、頂部防雨設(shè)施組成，水平鋼棧橋6.0 m×2.8 m（長×寬）為一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

（1）水平鋼棧橋橋面及以上結(jié)構(gòu)（見圖2～3）

圖2 鋼棧橋橋面以上橫斷面結(jié)構(gòu)（單位：mm）

圖3 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(shè)而成。

③頂部防雨設(shè)施。防雨棚主要采用彩鋼瓦進(jìn)行現(xiàn)場加工，未設(shè)置分控站的橋頂部防雨頂棚間隔布置在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（6 m）中部，其長度為2 m；布置分控站與鋼轉(zhuǎn)梯的鋼棧橋頂部全部設(shè)置防雨棚。

（2）水平鋼棧橋橋面以下結(jié)構(gòu)

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(jié)點(diǎn)采用8 mm鋼板進(jìn)行加固焊接。支架底部采用80 cm長［12槽鋼制作可調(diào)支撐（鉆多個(gè)孔洞，以供支架角度調(diào)整使用），安裝時(shí)調(diào)節(jié)棧橋橋面（支架橫梁）至水平角度，待上部調(diào)平后采用螺栓旋緊，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 棧橋支架結(jié)構(gòu)示意（單位：mm）

②棧橋固定端（埋件系統(tǒng)）。安裝時(shí)采用定位錐將棧橋支架固定在大壩混凝土上，澆筑混凝時(shí)，定位錐預(yù)埋進(jìn)混凝土。寬2.8 m的水平鋼棧橋定位錐預(yù)埋間距為1.5 m和4.5 m間隔布置，需布設(shè)鋼轉(zhuǎn)梯、分控站及沖毛機(jī)的地方，其棧橋定位錐預(yù)埋間距為1 m，相應(yīng)的棧橋支架架設(shè)間距調(diào)整為1 m，不足1 m的地方按照1 m進(jìn)行控制，其結(jié)構(gòu)預(yù)埋如圖5所示。

圖5 預(yù)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(yùn)至左岸或右岸壩頂平臺，從壩頂平臺采用纜機(jī)吊運(yùn)至工作面。鋼棧橋安裝由人工配合汽車吊進(jìn)行現(xiàn)場安裝。其安裝工藝流程如下：首先由測量人員根據(jù)施工方案以及現(xiàn)場實(shí)際情況，測放出水平鋼棧橋部位，將定位錐按相應(yīng)間距預(yù)埋在混凝土內(nèi)；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(diào)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(jìn)行防雨棚安裝，至此，水平鋼棧橋安裝完畢。

（2）鋼轉(zhuǎn)梯安裝。鋼轉(zhuǎn)梯源自場外購買成品，直接根據(jù)廠家說明進(jìn)行安裝即可。

水平鋼棧橋和垂直轉(zhuǎn)梯安裝交替進(jìn)行，其安裝效果如圖6所示。

圖6 壩后通道優(yōu)化后布置

3 應(yīng)用情況

楊房溝水電站拱壩壩后通道的布設(shè)及優(yōu)化，給施工作業(yè)人員進(jìn)入施工面提供了極大的便利，同時(shí)也滿足了大壩混凝土通水冷卻供水管路敷設(shè)、接縫灌漿管路鋪設(shè)以及冷卻水管回填灌漿等項(xiàng)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(jié)點(diǎn)目標(biāo)的順利完成。棧橋可拆卸式標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間不僅在施工中安拆快捷、方便，而且可回收并重復(fù)使用，大大提高了材料利用率，從而減少了施工資源投入，節(jié)約了成本。該項(xiàng)設(shè)計(jì)在楊房溝水電站的應(yīng)用過程中，產(chǎn)生了安全文明的施工效果，其經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、簡約、美觀的設(shè)計(jì)理念，獲得了業(yè)主、監(jiān)理及其他工程人員的一致認(rèn)可。

4 結(jié) 語

該設(shè)計(jì)自楊房溝大壩首倉澆筑應(yīng)用至今，產(chǎn)生了良好的生產(chǎn)建設(shè)效果，達(dá)到了預(yù)期目的，為楊房溝水電站高質(zhì)量、高效率、低風(fēng)險(xiǎn)、低投入施工創(chuàng)造了有利的條件，同時(shí)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(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，也不斷總結(jié)楊房溝水電站壩后交通規(guī)劃項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，對壩后交通不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，力求“安全、經(jīng)濟(jì)、高效、高質(zhì)”，最終保質(zhì)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(qū)，且采用的高壩較多，本工程經(jīng)驗(yàn)可為其他高壩壩后交通規(guī)劃設(shè)計(jì)提供一定的參考。