商永紅

(新疆葛洲壩喬巴特水利樞紐工程開發(fā)有限公司，新疆 阿勒泰 836600)

0 引言

拱壩通常采用壩身泄洪方式，表孔作為拱壩主要泄洪通道，一般設(shè)計(jì)為跨橫縫布置，并設(shè)有事故檢修閘門、弧形工作門和連接大梁結(jié)構(gòu)，其中連接大梁在跨中設(shè)有預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)[1]。國(guó)內(nèi)高拱壩表孔連接大梁傳統(tǒng)施工方法一般采用桁架或承重排架立模現(xiàn)澆施工，事故門槽采用二期方式安裝施工，總體施工難度較大，工期較長(zhǎng)。

本文依托烏東德水電站特高拱壩表孔施工，系統(tǒng)總結(jié)表孔底板整體澆筑技術(shù)、連接大梁預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、預(yù)制梁封頂施工及事故門槽埋件一期施工技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用該施工技術(shù)，大幅降低了表孔施工難度，加快了施工進(jìn)度，提升了拱壩整體施工技術(shù)水平。

1 大壩表孔設(shè)計(jì)概況

烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988.0 m，建基面最低高程718.0 m，最大壩高270.0 m，拱冠梁頂厚11.98 m，拱冠底厚51.41 m，厚高比0.19，拱壩最大中心角101.79°，壩頂上游面弧長(zhǎng)326.95 m，弧高比1.211。

壩身布置6個(gè)中孔和5個(gè)表孔，其中表孔跨橫縫布置，堰面采用WES曲線，堰頂高程959.0 m，孔口尺寸12 m×16 m(寬×高)，泄洪表孔設(shè)兩道閘門，上游面為平面事故檢修門，下游面設(shè)弧形工作門，檢修門槽及弧形工作門槽均設(shè)計(jì)為一期預(yù)留、二期安裝澆筑方式。

表孔閘墩之間設(shè)現(xiàn)澆連接大梁，頂部與壩頂齊平，既可增強(qiáng)頂部拱圈整體性，又作為弧門支撐結(jié)構(gòu)，大梁跨橫縫部位預(yù)留寬槽、后期回填形成整體結(jié)構(gòu)。

表孔過(guò)流面周邊設(shè)計(jì)為C9035抗沖磨混凝土，其中底板堰頂以下設(shè)計(jì)為一期預(yù)留、二期澆筑方式形成，表孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 表孔設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)烏東德水電站工程蓄水規(guī)劃，2020年汛前蓄水至高程945.0 m處，表孔2020年汛期需具備敞泄條件，汛末具備抬高蓄水位運(yùn)行條件，汛后具備安裝工作弧門條件。

2 表孔施工規(guī)劃

表孔為拱壩重要泄洪通道，其中底板、事故門槽、連接大梁為施工關(guān)鍵部位，底板如采用二期澆筑，不僅投入大、工期長(zhǎng)，且受一期已澆壩體剛性約束作用，二期澆筑后底板表面極易產(chǎn)生表面裂縫等質(zhì)量缺陷，影響表孔后期安全運(yùn)行；事故門槽如采用二期方式安裝澆筑，須待壩體澆筑到頂后才能施工，不能滿足蓄水工期要求；連接大梁跨中設(shè)計(jì)了預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)上采用鋼桁架立模分左右側(cè)現(xiàn)澆方式施工，存在安全風(fēng)險(xiǎn)大、支撐材料用量多、工期長(zhǎng)等問(wèn)題，對(duì)工程總體進(jìn)度的影響也非常大。

烏東德水電站大壩表孔施工中，通過(guò)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)創(chuàng)新研究，運(yùn)用側(cè)墻與底板一期整體澆筑成型施工技術(shù)，避免了二期澆筑可能產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題；創(chuàng)新設(shè)計(jì)了門槽液壓自爬升臺(tái)車，解決了事故門槽埋件一期施工難題，實(shí)現(xiàn)了事故門槽一期安裝澆筑施工；優(yōu)化連接大梁預(yù)留寬槽設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，采取預(yù)制梁封頂施工，快速安全完成大梁澆筑。

表孔具體施工規(guī)劃如下：

1)表孔采用3 m澆筑升層，側(cè)墻與底板一期整體澆筑成型施工；

2)事故門槽埋件采取一期施工，弧形工作門槽采取二期施工方式；

3)連接大梁跨中預(yù)留寬槽優(yōu)化至閘墩部位，與壩體脫開澆筑，后期回填至設(shè)計(jì)高程；

4)連接大梁采用預(yù)制梁封頂施工，2020年汛前完成大梁澆筑，汛后安裝工作弧門。

3 表孔側(cè)墻與底板整體澆筑成型施工技術(shù)

烏東德大壩5個(gè)表孔分2批或3批施工，單個(gè)表孔從下到上按3 m分層澆筑，其中底板與側(cè)墻整體澆筑，整體澆筑分層如圖2所示。

圖2 表孔整體澆筑分層圖

側(cè)墻與底板一期整體澆筑成型施工技術(shù)要點(diǎn)包括：

1)底板與側(cè)墻整體澆筑成型，其中，底板設(shè)樣架，以人工抹面方式施工，側(cè)墻立模與底板同步澆筑；

2)底板樣架按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)放樣并驗(yàn)收，在混凝土初凝前拆除，收倉(cāng)面底板部位設(shè)20 cm厚倒角；

3)底板采用定型模板和散裝模板翻轉(zhuǎn)施工，采用承插式圍囹、套筒式拉條，方便拆模抹面施工；

4)過(guò)流面周邊澆筑C9035 PVA纖維(聚乙烯醇纖維，polyvinylalcohol fiber)抗沖磨混凝土。

4 事故門槽埋件一期安裝與澆筑施工技術(shù)

表孔事故檢修門槽埋件由主軌、副軌、反軌、底檻等組成，除底檻外，其余均采用一期埋設(shè)安裝施工技術(shù)，利用液壓自爬升臺(tái)車由下至上分層安裝，與壩體混凝土澆筑同步。

4.1 液壓自爬升臺(tái)車設(shè)計(jì)

液壓自爬升臺(tái)車整體呈懸臂結(jié)構(gòu)，由爬升平臺(tái)、主框桁架、爬升系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)組成。液壓自爬升臺(tái)車通過(guò)錨固系統(tǒng)固定在已澆側(cè)墻面，形成穩(wěn)定剛體結(jié)構(gòu)，可以平衡埋件澆筑中產(chǎn)生的作用力，其自帶動(dòng)力、自主爬升，作為門槽埋件施工工作平臺(tái)，兼作門槽模板安裝拆除平臺(tái)。門槽臺(tái)車平面及側(cè)視結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 門槽臺(tái)車結(jié)構(gòu)示意圖

1)爬升平臺(tái)

爬升平臺(tái)總高11.5 m，通過(guò)頂升系統(tǒng)固定在已澆混凝土側(cè)墻面上，上下共設(shè)置4層操作平臺(tái)，外防護(hù)設(shè)計(jì)采用沖孔鐵板網(wǎng)。各層平臺(tái)板均采用為45 mm折彎花紋鋼跳板，局部采用鋼板填補(bǔ)，具有防火、防滑、耐腐蝕的作用。各層平臺(tái)之間均設(shè)上下人洞，層與層之間設(shè)置鋼制斜梯。自爬升平臺(tái)在作業(yè)面形成一個(gè)封閉、安全并可獨(dú)立施工的操作空間。

2)主框桁架

主框桁架設(shè)計(jì)為桁架式整體鋼結(jié)構(gòu)，高9 m，桁架通過(guò)挑梁與爬升平臺(tái)連接為一體，隨爬升平臺(tái)一起爬升，爬升到位后再通過(guò)錨固系統(tǒng)與已澆混凝土側(cè)墻面固定，形成穩(wěn)定的懸臂鋼結(jié)構(gòu)。主框桁架主要作用是通過(guò)頂撐裝置和夾緊裝置將倉(cāng)內(nèi)門槽埋件固定，以此保障埋件安裝精度滿足設(shè)計(jì)要求，除此之外，兼作門槽模板安裝拆除平臺(tái)。

3)爬升系統(tǒng)

爬升系統(tǒng)采用液壓油缸頂升方式，包括導(dǎo)軌、掛座、液壓油缸等。臺(tái)車爬升方式為：先在壩體混凝土內(nèi)埋設(shè)定位錐，定位錐上安裝固定掛座，固定掛座與爬軌通過(guò)液壓油缸和固定掛座的爬升導(dǎo)向槽相連接，通過(guò)液壓油缸的頂升運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)臺(tái)車向上爬升，一次爬升的高度為3 m，與混凝土澆筑升層相適應(yīng)。

4)錨固系統(tǒng)

自爬升平臺(tái)和主框桁架各設(shè)計(jì)1套錨固系統(tǒng)，采用廠家提供的M32波紋高強(qiáng)螺桿配M36定位錐，具體技術(shù)參數(shù)如下：

①波紋高強(qiáng)螺桿M32(3級(jí)熱軋帶肋鋼筋，HRB400E)；

②定位錐及高強(qiáng)螺栓為M36，材料為40Cr；

③M32高強(qiáng)螺桿上入定位錐的長(zhǎng)度不小于60 mm。

4.2 事故門槽埋件一期施工

表孔事故檢修門槽由二期優(yōu)化為一期施工后，門槽埋件隨壩體混凝土一同澆筑，不再預(yù)留二期混凝土。根據(jù)表孔分層規(guī)劃，事故檢修門槽從高程959.0 m處以上與壩體一并分層澆筑，液壓自爬升臺(tái)車隨壩體澆筑逐步安裝到位，主要施工技術(shù)如下：

1)門槽埋件前期安裝需要在倉(cāng)內(nèi)設(shè)置拉筋固定，混凝土澆筑前，將門槽液壓自爬升平臺(tái)上的埋件固定支撐系統(tǒng)與埋件連接為一個(gè)整體，以控制埋件在混凝土澆筑過(guò)程中產(chǎn)生的變形；

2)門槽埋件后期主要由自爬升平臺(tái)頂撐絲桿及鎖緊裝置固定，倉(cāng)內(nèi)采用少量預(yù)埋插筋及角鋼(型鋼)輔助固定，同時(shí)利用平臺(tái)進(jìn)行輔助操作的方式定位；

3)門槽周邊模板均采用內(nèi)拉方式安裝固定，與液壓自爬升臺(tái)車之間相對(duì)獨(dú)立、互不干擾，爬升平臺(tái)不作為模板支撐的受力體，只作為模板安裝架設(shè)作業(yè)平臺(tái)；

4)爬升平臺(tái)兩端分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)位，與相鄰最近的測(cè)量點(diǎn)作為基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；

5)爬升平臺(tái)按照埋件與爬升平臺(tái)聯(lián)合受力設(shè)計(jì)，澆筑時(shí)前后左右對(duì)稱均衡下料，澆筑面高差不超過(guò)0.5 m，即可滿足設(shè)計(jì)允許變形要求。

在此基礎(chǔ)上，制訂了埋件一期安裝施工流程和技術(shù)要求。液壓自爬升臺(tái)車初次安裝現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4所示，此時(shí)尚未安裝爬升平臺(tái)和操作平臺(tái)。

圖4 門槽臺(tái)車初始安裝現(xiàn)場(chǎng)照片

5 表孔連接大梁優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

表孔連接大梁跨中預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整至閘墩部位，順流向和垂直流向布置，平面呈T型或L型結(jié)構(gòu)，連接大梁設(shè)計(jì)采用預(yù)制梁封頂，預(yù)留寬槽后期采用混凝土分層回填至設(shè)計(jì)高程。

對(duì)優(yōu)化后的預(yù)留寬槽和預(yù)制梁結(jié)構(gòu)，采用三維有限單元法對(duì)連接大梁運(yùn)行期和施工期進(jìn)行應(yīng)力分析，分析結(jié)果滿足表孔安全運(yùn)行設(shè)計(jì)要求，表孔水面線在校核洪水位時(shí)與表孔連接大梁、弧門支鉸均有較大安全裕度。

5.1 預(yù)留寬槽及預(yù)制梁設(shè)計(jì)

表孔連接大梁預(yù)留寬槽由跨中部位優(yōu)化至跨端，即閘墩中部，順流向布置，并增設(shè)垂直流向預(yù)留槽，形成T型或L型結(jié)構(gòu)，預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，連接大梁跨表孔部分為整體結(jié)構(gòu)，底部即可設(shè)計(jì)為預(yù)制梁結(jié)構(gòu)，作為結(jié)構(gòu)的一部分兼作施工支撐模板，后期無(wú)需拆除。

預(yù)留寬槽及預(yù)制梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

1)表孔閘墩連接大梁范圍設(shè)順流向和垂直流向預(yù)留寬槽，中墩預(yù)留寬槽平面為T型結(jié)構(gòu)，邊墩預(yù)留寬槽平面為L(zhǎng)型結(jié)構(gòu)，預(yù)留寬槽設(shè)計(jì)寬度1 m，起止高程968.0～988.0 m，如圖5和圖6所示；

圖5 預(yù)留寬槽平面圖

圖6 預(yù)留寬槽下游立視圖

2)連接大梁與閘墩上游部位脫開澆筑，預(yù)留寬槽內(nèi)設(shè)連接鋼筋，后期回填形成整體結(jié)構(gòu)；

3)連接大梁采用預(yù)制梁封頂，作為結(jié)構(gòu)的一部分，后期不拆除；

4)為滿足預(yù)制梁安裝需要，閘墩邊墻部位增設(shè)小牛腿結(jié)構(gòu)，不影響表孔泄洪過(guò)流；

5)單根預(yù)制梁結(jié)構(gòu)為倒T型和L型，長(zhǎng)度從上游至下游漸長(zhǎng)，與流道體型適應(yīng)，如圖7所示；

圖7 預(yù)制T型梁布置示意圖

6)預(yù)制梁安裝范圍內(nèi)倉(cāng)面設(shè)計(jì)為自由滑動(dòng)面，以平衡接縫灌漿對(duì)壩體產(chǎn)生的影響。

5.2 連接大梁施工技術(shù)

連接大梁預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，大梁部位實(shí)現(xiàn)與壩體脫開澆筑。大梁采用預(yù)制梁封頂施工，預(yù)制梁提前預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝，施工進(jìn)度快。

連接大梁施工技術(shù)的要點(diǎn)主要包括4個(gè)方面：

1)連接大梁部位與壩體脫開單獨(dú)澆筑上升，相互不干擾，有利于減少施工難度，加快施工進(jìn)度，壩體可快速澆筑至壩頂，壩頂結(jié)構(gòu)混凝土施工能盡早開展；

2)連接大梁采用預(yù)制梁封頂施工質(zhì)量好、安全性高，且更加方便、快速，避免了現(xiàn)澆施工所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期長(zhǎng)、材料用量大等問(wèn)題；

3)預(yù)制梁后期無(wú)需拆除，大梁澆筑到頂后即可開始表孔弧門施工，有利于加快施工進(jìn)度；

4)預(yù)留寬槽在大梁及壩體部位內(nèi)部溫度冷卻至設(shè)計(jì)允許溫度后即可回填，不影響壩頂及壩體接縫灌漿施工。

6 結(jié)語(yǔ)

本文依托烏東德水電站總結(jié)形成了特高拱壩表孔施工技術(shù)。該技術(shù)研發(fā)了事故門槽自爬升臺(tái)車，實(shí)現(xiàn)了事故門槽埋件一期施工，對(duì)研發(fā)弧形工作門槽一期施工技術(shù)具有重要借鑒意義；連接大梁預(yù)留寬槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整、預(yù)制梁封頂施工技術(shù)、過(guò)流面一期整體澆筑技術(shù)解決了表孔傳統(tǒng)施工技術(shù)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)管控難度大、工期長(zhǎng)等問(wèn)題。

烏東德水電站表孔設(shè)計(jì)施工技術(shù)優(yōu)化和創(chuàng)新后，通過(guò)應(yīng)用實(shí)施，節(jié)約了4個(gè)月直線工期，施工期間未發(fā)生質(zhì)量安全事故。表孔底板成型質(zhì)量良好，事故閘門埋件安裝質(zhì)量滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了工程按期蓄水發(fā)電度汛工程建設(shè)目標(biāo)，取得了顯著的工程效益和經(jīng)濟(jì)效益。