溪洛渡水電站泄洪洞雙曲挑坎底板施工技術(shù)

，，

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

1 工程概述

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界的金沙江下游河道上，是金沙江下游河段規(guī)劃的第3個梯級，樞紐工程由混凝土拱壩、壩身泄水孔(7個表孔和8個深孔)及壩后水墊塘，左、右岸泄洪洞與地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。電站裝機容量12600MW，混凝土雙曲拱壩最大壩高285.5m。工程樞紐具有“窄河谷、高拱壩、大泄量、多機組”的特點。

溪洛渡水電站左岸布置泄洪洞2條，軸線平行，中心間距50.0m，1#泄洪洞長1769.571m，2#泄洪洞長1563.304m，均采用有壓接無壓，中段設(shè)置閘門室，出口采用龍落尾方式設(shè)計。泄洪洞挑坎過水渠身斷面為14.0m×11.5m(寬×高)，前端11.96m泄槽為圓弧形結(jié)構(gòu)，后端泄槽為扭曲轉(zhuǎn)彎擴散形式，左側(cè)長邊90m，底板頂面為拋物線。扭曲挑壩底面邊線高程見圖1。

挑壩底板施工的難點與重點為：(1)挑坎底板體型特殊，不僅沿水流前進方向，而且沿橫斷水流方向，底板都有曲率，平面上還是轉(zhuǎn)彎擴散的。整個底板面澆筑時要做好點、線、面的體型控制工作，具體表現(xiàn)在控制點的高程、刮面軌的方向、曲面的光滑程度上；(2)挑坎底板面層為C60高標號硅粉混凝土，基層為C25混凝土，不同標號的混凝土連續(xù)澆筑。硅粉混凝土比常規(guī)混凝土更黏稠，氣泡不容易排出，高速水流區(qū)存在的氣泡極容易在過流時造成空蝕破壞。施工產(chǎn)生的孔洞需要及時處理，氣泡要及時排除，因此采用翻模的施工方法；(3)最大的難點是如何控制高標號硅粉混凝土澆筑過程中的拆模時間，時間未到，混凝土易坍塌，浪費大量人工、材料；時間長了，過了初凝期，無法取出刮面軌，影響抹面質(zhì)量，無法保證設(shè)計體型要求。挑坎主要工程量見表1、表2。

圖1 扭曲挑坎底面邊線方程(立面投影)

2 挑坎底板的主要設(shè)計要求

2.1 過流面不平整度控制

表1 1#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上工程量

編號項目名稱數(shù)量備注1C9025(m3)92892C9060(m3)7790

表2 2#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上工程量

編號項目名稱數(shù)量備注1C9025(m3)90092C9060(m3)7742

挑坎底板的不平整度控制標準(挑坎適用出口部位的標準)見表3。

表3溪洛渡水電站泄洪洞不平整度控制標準

部 位流速(m/s)不平整度最大允許高度(mm)垂直水流磨平坡度平行水流磨平坡度反弧段、下平段及出口40～5031/501/30

過流面不允許有垂直升坎或跌坎(洞身底板摻氣跌坎除外)，其不平整度(用3m直尺檢查)控制在3mm以下，并按縱向坡度控制在1∶20以下，橫向坡度控制在1∶10以下。

2.2 澆筑混凝土成型后的偏差控制及處理

過流面成型后的偏差(指成型表面與設(shè)計輪廓之間的偏差)，不應(yīng)超過模板安裝允許偏差的1.5倍，即不超過10mm，并按平整坡度控制進行打磨。

成型后的偏差超過10mm時，按平整坡度控制進行表面打磨和拆除，對表面采用環(huán)氧砂漿修補。

3 體型控制

3.1 底板方程式推導(dǎo)

設(shè)計藍圖中給出了挑坎左右邊線的方程，底板面由左右邊線對應(yīng)兩點用連線連接形成。由于體型特殊，施工時無類似的測量放樣程序可供參考，經(jīng)過業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、施工方多次討論，認為直接推導(dǎo)底板面的方程比較困難，但通過空間立體幾何解析法可確定底板面內(nèi)任意點坐標，同樣實現(xiàn)放樣目標且操作更為靈活。底板內(nèi)任意點的坐標推導(dǎo)如下：

以左岸1#泄洪洞出口雙曲挑坎為例(如圖2所示)。

圖2 1#泄洪洞出口雙曲挑坎平面投影圖

根據(jù)1#泄洪洞獨立施工平面坐標系，可得a點平面坐標為(X=1845，Y=7.00)、b點平面坐標為(X=1845，Y=-7.00)、c點平面坐標為(X=1905，Y=15.281)、d點平面坐標為(X=1935，Y=-7.00)、圓心o點平面坐標為(X=1845，Y=228.50)。其中，ab直線與cd直線是兩條不平行的直線，必相交于一點j，j點的平面坐標可根據(jù)ab直線與cd直線相交于一點求得。j的平面坐標為(X=1845，Y=59.844)。1#泄洪洞出口挑坎左側(cè)底板高程為拋物線，其方程式為Zr=37.41-37.41×(101.682-(X-1845)2)0.5/101.68；平面投影為直線bd，bd兩點直線方程為y=-7.00。右側(cè)底板高程為拋物線，其方程式為Z1=3.41-3.41×(60.442-(X-1845)2)0.5/60.44；平面投影為轉(zhuǎn)彎半徑221.5m的一段弧線過ac兩點，其方程為(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52。假設(shè)在1#泄洪洞出口挑坎內(nèi)任意點e的三維坐標為(X，Y，H)，要求該點在底板高程上超欠，得出經(jīng)過je兩點在平面上投影的直線方程與bd兩點在平面上投影直線方程相交于一點m(A，B，C)，與平面投影為轉(zhuǎn)彎半徑221.5m圓方程(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52在ac兩點內(nèi)相交于一點n(E，F(xiàn)，G)。

設(shè)L=1845 得 I=X-1845

(1)

J=59.844-Y

(2)

K=J/I

(3)

即je兩點在平面上投影的直線方程為：y=-x·J/I+59.844+1845J/I

(4)

bd兩點直線方程為y=-7.00

(5)

圓方程(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52

(6)

由方程(4)和(5)得出點m平面坐標(A：B)，即

A=66.844I/J+1845

(7)

B=-7.00

(8)

C=415.48+37.41-37.41×(101.682-(A-1845)2)0.5/101.68

(9)

由方程(4)和(6)在ac兩點內(nèi)得出點n平面坐標(E：F)，即

x2(1+K2)+337.312Kx-20617.403664=0

令：D=1+K2；O=337.312K；

P=-20617.40366

E=(-O+(O2-4DP)0.5)/(2D)+1845

(10)

F=228.5-(221.52-(E-1845)2)0.5

(11)

G=415.48+3.41-3.41×(60.442-(E-1845)2)0.5/60.44

(12)

得：me兩點之間的距離為M=((A-X)2+(B-Y)2)0.5

mn兩點之間的距離為N=((A-E)2+(B-F)2)0.5

任意點e的底板設(shè)計高程為T=C-(C-G)·M/N

3.2 施工放樣

點：任意點e的底板高程超欠值為Z=T-H，因此在挑坎區(qū)域內(nèi)，只需要測得其中任意點e的三維坐標(X，Y，H)，即可計算出該點的設(shè)計高程，并與該點實測高程相比較，得出該點的超欠值。

線：根據(jù)任意點e的坐標，可以推出對應(yīng)的導(dǎo)線mn，導(dǎo)線上任意第二點也可確定。施工中沿曲面導(dǎo)線的方向布置刮面軌。

面：曲面內(nèi)的所有導(dǎo)線確定后，連接起相鄰導(dǎo)線的每一個面就是整個底板面。由于相鄰的導(dǎo)線都是空間直線，不平行也不相交，施工中布置好刮面軌后，在刮面軌上拼裝模板，用平面來接近曲面。

4 挑坎結(jié)構(gòu)混凝土施工方案

4.1 混凝土分區(qū)、分層

左右側(cè)邊墻和底板各自分區(qū)、分層進行施工，底板不設(shè)縱縫。

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求及混凝土施工規(guī)范，左岸1#、2#泄洪洞出口挑坎左右邊墻分層最大高度為3m；底板結(jié)構(gòu)C25混凝土基層分層高度為3m，C90混凝土面層采用翻模通倉澆筑，澆筑分層厚度0.3m，不同標號混凝土層面連續(xù)澆筑。

圖3 底板分層示意

4.2 施工程序

左岸1#、2#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上結(jié)構(gòu)混凝土整體施工程序為：先進行左右邊墻下部混凝土施工(412m高程以上至邊墻底部)→左右邊墻混凝土施工→挑坎底板混凝土施工。整體施工程序是自上游向下游進行。

5 挑坎底板施工

5.1 模板施工

挑坎的模板采用翻模施工，“內(nèi)拉內(nèi)撐”的支撐形式，便于氣泡的排出和輔助拉桿孔洞的修補。每個翻模單元劃分為1m×1.5m的小區(qū)域，采用三塊P3015和一塊P1015間隔鋪裝，模板鋪設(shè)在刮面軌上方。

模板拼縫盡量保持在同一水平面，與等高線接近，利于翻模、抹面的強度控制。挑坎表面為扭曲擴散段，平面模板拼裝后總與水平面有一定夾角，因此要根據(jù)模板拼裝的實際情況，現(xiàn)場測量放出模板走向，并設(shè)置三角區(qū)糾正模板走向。三角區(qū)采用木模拼裝或采用鋼模板進行切割安裝。

圍柃橫向采用2m短鋼管，縱向采用1m長φ32mm短鋼筋，縮小翻模單元的區(qū)域，便于及時拆模、抹面，保證拆模時不影響周邊混凝土連續(xù)澆筑和體型。

拉桿間距1.2m，排距1.0m，拉條安裝在P1015模板上，與底板錨筋連接固定，采用節(jié)安螺栓穿過模板。拉桿采用節(jié)安螺栓連接，翻模后節(jié)安螺栓擰出。T型架頂撐采用絲桿，φ12mm螺帽埋在混凝土中，與架管焊接在一起，翻模后T型架使用專用工具擰出。

模板拼裝的順序為：鋼筋網(wǎng)支撐加密→測量放點，鋼筋網(wǎng)上焊接T型架、刮面軌→模板拼裝、設(shè)置三角區(qū)糾偏→模板拉桿布置。

5.2 刮面軌施工

5.2.1 刮面軌設(shè)置

采用φ18mm圓鋼做刮面軌，依據(jù)挑坎底板扭曲規(guī)律，刮面軌山側(cè)布置與河側(cè)布置距離比例1.5∶1，原則上山側(cè)按1.5m間距布置，河側(cè)按1.0m間距布置，局部根據(jù)現(xiàn)場實際情況予以調(diào)整。

刮面軌必須按要求布置，施工過程中不得圖方便使用原材料的鋼筋，這樣既保證支撐體系足夠的剛度，承擔模板和人員的重力，又保證混凝土到初凝時間、拆模時不影響周邊混凝土連續(xù)澆筑及體型要求。

5.2.2 刮面軌T型架

刮面軌T型架下方車絲，鋼筋網(wǎng)上焊接螺帽，將T型架擰入螺帽并調(diào)節(jié)好高程。在抹面完成后，T型架將擰出螺帽取走，禁止通過左右晃動T型架的方式取出，否則，會在混凝土面形成一個錐形坑，影響成型質(zhì)量。

5.2.3 尖角部位及靠江側(cè)邊墻1.5m范圍，采用頂撐螺栓，平緩區(qū)域采用刮面軌。

5.2.4 刮面軌控制要點

①安裝前測量放樣定位；②安裝過程測量隨時檢查糾偏；③安裝完畢后測量整體校核確保無誤，并設(shè)置檢測控制點；④澆筑過程測量，定時校核檢測控制點偏差，隨時予以修正。

5.3 入倉方式

挑坎底板混凝土澆筑采用泵送方式，澆筑時按1.4m×1.5m間排距開一個0.6m×1.5m(2塊P3015模板的大小)的進料孔，在端頭處加密設(shè)置振搗孔，保證振搗不留死角。采用兩臺泵、4道溜槽，均勻下料的方式。

底板C9060和C9025混凝土分界線為過流面以下1.5m，由于回填剩余方量不一致，先立模將回填部分澆筑完成，再澆筑結(jié)構(gòu)層混凝土，保證面層澆筑速度、翻模、抹面均勻施工。

5.4 振搗方法

采用φ70mm、φ100mm的插入式振搗器振搗。振搗棒應(yīng)盡量垂直插入混凝土，如果垂直插入不便，也可適當傾斜，但與水平角度不得小于45°，且每次傾斜方向應(yīng)保持一致，以防漏振?？拷０宀课徽駬v棒應(yīng)以平行于模板的角度斜插振搗，以保證混凝土全面振搗到位，不留死角。振搗棒應(yīng)快插、慢拔，為使上下層混凝土振搗密實均勻，可將振搗棒上下抽動，抽動幅度為5cm～10cm。

5.5 翻模抹面

5.5.1 翻模抹面時間

翻模抹面的時機選擇非常重要，是除體型控制之外的第二大要點，首先對混凝土的初凝時間提出要求：混凝土初凝時間≥運輸及入倉時間+振搗及二次復(fù)振時間+倉內(nèi)等待時間+翻模時間+抹面的可操作時間。

挑坎澆筑混凝土從拌合樓至澆筑現(xiàn)場運輸時間30min，入倉時間30min，振搗及二次復(fù)振60min，倉內(nèi)等待時間包括一個條帶澆筑完成時間(根據(jù)最大的倉面面積以及入倉強度定)360min，翻模時間30min，抹面時間60min，合計570min，混凝土的初凝時間不少于570min。

現(xiàn)場使用的混凝土配合比見表4，拌合物全面性能檢測結(jié)果見表5。

由于混凝土連續(xù)幾天澆筑，環(huán)境氣溫、風力等因素對混凝土初凝時間影響較大，挑坎底板控制在振搗完成后1.5h～3h左右，拆模混凝土距澆筑面斜面4m以上，以確保翻模后混凝土體型保持不變和表面仍具有可塑性。翻模前，采取開觀察孔或試翻的方式對混凝土進行檢查，確定是否達到最佳翻模時機。

5.5.2 翻模步驟

翻模時先找平、提漿后再抹面，便于氣泡排出。拆模時局部出現(xiàn)初凝現(xiàn)象應(yīng)進行挖除。布置風管，用小風量吹出混凝土殘渣，上部漏漿采用人工刮，禁止用水沖。

表4 挑坎C9060硅粉混凝土施工配合比(低熱水泥)

序號設(shè)計等級級配水膠比水泥品種及強度等級F(%)硅粉(%)砂率(%)用水量(kg/m3)膠凝材料(kg/m3)外加劑摻量水泥粉煤灰硅粉膠材總量減水劑(%)引氣劑(/萬)坍落度要求(mm)1C9060W8F150泵送二0 33華新P MH42 53053713526612320 5410JM-PCA/0 8ZB-1G/1 8160～1802C9060W8F150溜槽二0 33華新P MH42 53053512725011519 2384JM-PCA/0 8ZB-1G/1 8120～1403C9060W8F150泵送二0 33嘉華P·LH42 53053713326212120 2403JM-PCA/0 7ZB-1G/0 4160～1804C9060W8F150溜槽二0 33嘉華P·LH42 53053512725011519 2384JM-PCA/0 7ZB-1G/1 8120～140

表5 挑坎C9060硅粉混凝土拌和物全面性能檢測結(jié)果

試驗日期施工部位混凝土設(shè)計要求混凝土溫度(℃)凝結(jié)時間(min)坍落度損失測值(mm)/損失率(%)初凝終凝030min60min90min2012-11-142#泄洪洞挑坎底板結(jié)構(gòu)混凝土K1+618 344m～K1+648 304m高程415 48m～417 65mC9060W8F15013 5標養(yǎng)690常溫775標養(yǎng)785常溫925179159/11 2151/15 6148/17 3

翻模后將節(jié)安螺桿取出，并填補坑槽，在混凝土初凝前進行人工抹面，人工壓光收面至少三次，第一次在刮平后馬上進行，此過程測量隊利用全站儀隨機復(fù)核面部平整度；第二次在混凝土表面不見水光時，約在初凝前1h～0.5h；第三次在接近初凝時。

5.5.3 采取的特殊措施

考慮到挑坎末端陡坡上人員站不穩(wěn)，陡坡上設(shè)置一個繩梯，繩子上掛三角木，下面墊保溫被，人員站在上面抹面。

5.6 養(yǎng)護及保護

5.6.1 在距底板迎水面下0.75m按間距1m鋪設(shè)冷卻水管，澆筑完成后及時通水冷卻。

5.6.2 剛抹好的面用噴霧器噴霧養(yǎng)護，對已抹面壓光且終凝的混凝土面鋪蓋土工布或保溫被進行灑水養(yǎng)護，待澆筑完成后再進行流水養(yǎng)護。

5.6.3 在混凝土表面放置鋼筋、模板等材料或架設(shè)泵管時，需在混凝土面墊置木方或木板。

5.6.4 拆模時沿山邊邊墻的節(jié)安螺栓孔設(shè)置行人和材料運輸通道，防止從拆模后的混凝土面上行走破壞成型的混凝土。

6 澆筑效果

1#泄洪洞龍落尾挑坎底板混凝土澆筑完成后，體型偏差最小值為-15mm，最大值為17mm，平均值6mm。其中有92.5%的點體型偏差在±10mm以內(nèi)，符合相關(guān)設(shè)計要求。

挑坎底板澆筑后不平整度大部分在3mm以下，很少量為3mm～8mm。

挑坎底板過流面存在局部不平整，用角磨機打磨處理后體型滿足要求。

2013年4月泄洪洞混凝土全部澆筑完成，12月進行了過流檢驗，水舌經(jīng)過挑坎全部挑入下游河道中，實現(xiàn)預(yù)期效果，過流后挑坎完好無損。