碾壓混凝土拱壩快速施工技術(shù)淺析

曹艷艷

摘 要：招徠河大壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，系目前已建和在建的同類工程中薄壁之最。設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均較高，工期緊，必須有較高的工藝要求和先進(jìn)的工藝方法，方能滿足設(shè)計(jì)要求。招徠河工程通過現(xiàn)場實(shí)例，研究出一套快速施工的施工工藝，可供借鑒。

關(guān)鍵詞：碾壓混凝；土拱壩；快速施工

中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）09-0164-01

1 概 述

招徠河水利水電樞紐工程是位于湖北省長陽縣境內(nèi)、清江中游左岸的一級(jí)支流招徠河河口招徠河村，主要開發(fā)的任務(wù)是一座以發(fā)電為主，并具備庫區(qū)航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、防洪及旅游等綜合性效益的Ⅲ等中型水利水電樞紐工程。主要建筑物包括攔河大壩、引水洞、廠房和開關(guān)站等，水庫正常蓄水位EL300.00 m，總庫容0.7033億m3，電站總裝機(jī)容量36 MW。

招徠河大壩系三級(jí)建筑物，該大壩是一座空間變厚不對(duì)稱的對(duì)數(shù)螺旋線型碾壓混凝土雙曲拱壩。大壩設(shè)計(jì)最低建基面高程EL200.50 m，壩頂高程EL305.50 m，最大設(shè)計(jì)壩高105.00 m，大壩各層拱圈的水平拱軸線均由左、右兩段對(duì)數(shù)螺旋線組成。壩頂軸線弧長198.05 m，相應(yīng)弦長178.20 m，其中，左半弦長68.50 m，右半弦長109.70 m，其河谷寬高比1.70，大壩頂厚6 m，拱冠處底厚18.50 m，厚高比0.17，最大中心角95.55 °，最小中心角49.86 °，最大曲率半徑167.85 m，最小曲率半徑30.72 m，壩頂軸線弧長198.05 m，相應(yīng)弦長178.20 m，壩體最大倒懸度0.41，是目前國內(nèi)外已建或在建的100 m級(jí)以上最薄最高的碾壓混凝土雙曲拱壩。

2 主要施工特點(diǎn)

2.1 壩太薄

大壩頂厚6 m，拱冠處底厚18.5 m，厚高比只有0.17，平均厚度約10 m，是目前國內(nèi)外已建或在建的100 m級(jí)以上最薄最高的碾壓混凝土雙曲拱壩。

倉號(hào)窄而小，倉內(nèi)擁擠，設(shè)備不能正常通倉運(yùn)行，必要時(shí)還需垂直運(yùn)輸設(shè)備輔助協(xié)調(diào)倉內(nèi)設(shè)備運(yùn)行，倉內(nèi)工藝組織相當(dāng)困難，給大壩防滲與排水帶來困難，碾壓混凝土快速、大規(guī)模施工的優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮。

2.2 體型復(fù)雜，曲率變化很大

最大中心角95.55 °，最小中心角49.86 °，最大曲率半徑167.85 m，最小曲率半徑30.72 m，壩頂軸線弧長198.05 m，相應(yīng)弦長178.20 m，壩體最大倒懸度0.41，在模板規(guī)劃及翻升、大壩體型快速檢測及控制等方面提出了很具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題和組織難題。

2.3 混凝土原材料儲(chǔ)備不足

由于現(xiàn)場臨建場地狹窄，砂石骨料及膠材儲(chǔ)備量太小，混凝土原材料基本依賴混凝土開盤后補(bǔ)給供應(yīng)，對(duì)碾壓混凝土正常施工帶來很大的潛在影響。

2.4 大壩溫度控制標(biāo)準(zhǔn)較高，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高

因此，對(duì)大壩大體積混凝土溫度控制與防裂措施等都有嚴(yán)格的要求；另外壩體采取預(yù)埋一、二期冷卻系統(tǒng)，通水冷卻。增大了施工干擾和質(zhì)量控制難度。

3 主要的快速施工技術(shù)方案

3.1 大壩體型的控制技術(shù)

由于大壩的施工方法采用的是連續(xù)上升的通倉澆筑，因此，必須將模板設(shè)置為連續(xù)不斷翻升的形式，為了實(shí)現(xiàn)模板的快速連續(xù)翻升，首先需要對(duì)壩體的體型進(jìn)行有效控制，同時(shí)與模板快速檢測系統(tǒng)的支持相結(jié)合，若模板檢測系統(tǒng)無法做到準(zhǔn)確快速的應(yīng)用，則會(huì)導(dǎo)致大壩無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)上升的要求。對(duì)于招徠河體型而言，由于壩體存在較為復(fù)雜的體型特點(diǎn)，因此若盲目的采用傳統(tǒng)模板檢測方法是行不通的，必須研發(fā)一套快速準(zhǔn)確的模板檢測系統(tǒng)，進(jìn)一步將模板快速連續(xù)翻升得以實(shí)現(xiàn)。

編制模板檢測軟件工作的開展，使傳統(tǒng)施工放樣方法得到徹底打破，通過全站儀和開發(fā)軟件的相互配合，將施工放樣從設(shè)計(jì)圖紙的條件限制中擺脫出來，在對(duì)模板進(jìn)行調(diào)整時(shí)，不會(huì)受到模板位置和高程的影響，只要將模板頂部任意一點(diǎn)的施工坐標(biāo)測量出來，并在開發(fā)軟件內(nèi)輸入坐標(biāo)，在短暫的數(shù)秒內(nèi)即可將模板的偏差判斷出來，在2～3 h內(nèi)即可完成90套模板的檢測工作，為了充分考蘇地實(shí)現(xiàn)大壩連續(xù)上升的檢測工作。軟件的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定、直觀方便、操作簡單、設(shè)計(jì)速度快等特點(diǎn)。通過壩體竣工斷面測量結(jié)果的分析可以看出，壩體輪廓符合設(shè)計(jì)體型的要求，存在的誤差均處于允許范圍內(nèi)。

通過實(shí)踐可以看出，該程序的應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模板的快速連續(xù)上升，而且還能有效避免涉及圖紙所帶來的條件制約，有效地提升了工作效率，實(shí)現(xiàn)大壩混凝土澆筑施工的連續(xù)不斷上升，為工程施工的順利實(shí)施、大壩體型準(zhǔn)確控制以及模板快速檢測工作的開展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 碾壓混泥土壩體排水孔拔管成孔新工藝

在碾壓混凝土壩體排水孔成孔施工中，應(yīng)首先要確保成孔效果和成孔后的排水效果，其次不得導(dǎo)致倉內(nèi)碾壓混凝土的正常大面積機(jī)械攤鋪機(jī)碾壓所受到影響，充分考慮成孔的經(jīng)濟(jì)型，實(shí)現(xiàn)工程成本的有效控制。

通過對(duì)拔管法、預(yù)埋無砂管法、回填碎石法以及間歇期分段鉆機(jī)成孔法等多種成孔工藝的應(yīng)用，均無法達(dá)到預(yù)期要求。拔管法的應(yīng)用雖然不會(huì)影響到倉內(nèi)碾壓混凝土的正常大面積機(jī)械攤鋪和碾壓，但會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的塌孔或堵孔問題，且有過大的孔偏移出現(xiàn)。在碾壓施工中，回填碎石法中的漿液容易將碎石進(jìn)行填充，成孔效果不夠顯著，且孔位有較大偏移產(chǎn)生。預(yù)埋無砂管法的應(yīng)用不僅會(huì)影響到倉內(nèi)碾壓混凝土的正常大面積機(jī)械碾壓和攤鋪，而且容易出現(xiàn)破碎問題。間歇分段鉆成孔法和后期鉆機(jī)成孔法在孔位控制上有較大難度存在，且成本過高；在近幾年出現(xiàn)的拔管變態(tài)法和預(yù)埋透水管變態(tài)法也都出現(xiàn)不盡人意的現(xiàn)象。第一，對(duì)倉內(nèi)碾壓混凝土的正常大面積機(jī)械攤鋪和碾壓造成影響，與碾壓混凝土快速施工的特點(diǎn)出現(xiàn)背離。第二，采用變態(tài)混凝土對(duì)形成的壩體排水孔四周進(jìn)行封閉，出現(xiàn)透水性較低的現(xiàn)象。第三，成本過高。

通過仔細(xì)總結(jié)和分析過去的拔管成孔法工藝及拔管變態(tài)法成孔工藝中存在的問題，從而制定出了一整套完善的拔管成孔方案，將150 mm的鋼管作為拔管工具，主要由管身和蓋子制作構(gòu)成。

在招徠河碾壓混凝土施工過程中，運(yùn)用新的拔管成孔工藝能夠?qū)氐紫雺夯炷链竺娣e攤鋪及碾壓施工中產(chǎn)生的干擾，取消變態(tài)混凝土對(duì)壩體排水孔四周的封閉。在新工藝的操作施工上過去簡單化，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，成本效果及成孔率較高，基本不會(huì)有施工成本增加的問題出現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。

3.3 廣州多維DW150 s型連續(xù)拌和站的應(yīng)用

招徠河工程碾壓混凝土施工選用廣州多維工程機(jī)械投資有限公司生產(chǎn)的DW150S型連續(xù)強(qiáng)拌站。該系統(tǒng)是水工領(lǐng)域第一次引進(jìn)全國產(chǎn)連續(xù)式強(qiáng)拌站，在此之前該拌和站主要應(yīng)用于工民建中，而且系統(tǒng)引進(jìn)前僅生產(chǎn)過二級(jí)配常態(tài)混凝土，經(jīng)與廠家聯(lián)合對(duì)其系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行成功改造，滿足了干硬性三級(jí)配碾壓混凝土的生產(chǎn)。DW150S型連續(xù)強(qiáng)制式混凝土攪拌站由上料皮帶、儲(chǔ)料倉、原材料衡量及配料系統(tǒng)、攪拌鼓、中控室及拌和物集料斗等組成，實(shí)際生產(chǎn)能力150 m3/h，拌和時(shí)間20 s，系統(tǒng)采取連續(xù)衡量方式，集中控制。經(jīng)改造后的連續(xù)強(qiáng)拌站具有施工方便，操作和維護(hù)簡單、工作穩(wěn)定、出故障率低以及生產(chǎn)量大等優(yōu)點(diǎn)。該拌和站實(shí)際占地面積少，設(shè)備運(yùn)行的可靠性高，特別適用于快速、連續(xù)生產(chǎn)混凝土的需要。

4 結(jié) 語

在招徠河碾壓混凝土拱壩施工過程中通過施工工藝的改進(jìn)，新工藝的應(yīng)用及新設(shè)備的改進(jìn)和應(yīng)用，使碾壓混凝土快速、大規(guī)模施工的特點(diǎn)得到充分的發(fā)揮。工程17個(gè)月完成大壩碾壓混凝土施工（高溫季節(jié)停止碾壓混凝土施工），共施工碾壓混凝土約16.80萬m3，平均月升程高度約11 m，最大月升程高度27.30 m，并創(chuàng)下碾壓混凝土拱壩月連續(xù)上升27.30 m的新記錄，創(chuàng)國內(nèi)碾壓混凝土壩壩工界上升新紀(jì)錄。

參考文獻(xiàn)：

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