采用坡度架法控制雙曲拱壩壩面的施工方法

何國(guó)瑋

(浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江■杭州■310052)

1　工程概況

小河水庫(kù)位于貴州省貴定縣縣城東南部的七八河上的定南鄉(xiāng)鼓坪村，壩址距河口0.94 km，距貴定縣城直線距離7 km。

小河水庫(kù)流域面積10.5 km2，多年平均徑流量612.15萬(wàn)m3，多年平均流量0.19 m3/s。水庫(kù)校核洪水位1 099.11 m，總庫(kù)容194萬(wàn)m3，工程等別為Ⅳ等，規(guī)模為小(1)型，壩型為砌石拱壩，最大壩高45 m。壩體迎水面及背水面設(shè)置混凝土預(yù)制塊護(hù)面，預(yù)制塊長(zhǎng)×高×寬為49.5 cm×24.5 cm×35 cm，砌筑方式為兩順一丁。

該壩采用雙曲拋物線，用變中心、變半徑布置，拱壩壩面曲線的控制成為工程技術(shù)難點(diǎn)，且貫穿整個(gè)大壩的施工過(guò)程；而此類(lèi)工程又需高空作業(yè)，技術(shù)要求高，因此找到一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于操作，滿(mǎn)足砌筑工程施工質(zhì)量控制的方法，對(duì)工程實(shí)施來(lái)說(shuō)就顯得尤為重要。坡度架法是對(duì)以往砌石工程質(zhì)量控制方法的改進(jìn)和創(chuàng)新，對(duì)雙曲線拱壩工程的施工具有重要的指導(dǎo)意義。

2　壩面控制方案比選

壩體砌筑控制輪廓線及平整度通常采用掛線法和鋼管腳手架法，這兩種方法與坡度架法相比，具有一定的局限性(見(jiàn)圖1、表1)。

圖1　雙曲拱壩壩面預(yù)制塊砌筑曲線控制方案

◎：5分○：3分△：1分

3　坡度架法的理論基礎(chǔ)和實(shí)施原理

利用微積分原理：在微小的鄰域內(nèi)，可以用一段切線段來(lái)代替曲線。坡度架法就是根據(jù)此原理，將拱壩曲線從下而上，從左而右，分成若干段切線，通過(guò)調(diào)整每個(gè)砌筑層的坡度尺角度并引線連接每根坡度尺，實(shí)現(xiàn)砌筑的壩面曲線與設(shè)計(jì)曲線相契合(見(jiàn)圖2)。

坡度架由三角形支架和靠尺組成，用5號(hào)角鋼制作。三角形支架用作施工作業(yè)平臺(tái)，靠尺固定在懸挑三腳架上，通過(guò)調(diào)節(jié)花籃螺栓調(diào)節(jié)靠尺角度控制每層預(yù)制塊的上下位置。由于坡度架間的距離很小，各根靠尺之間的連線近似為壩塊在平面上的曲線。

圖2坡度架法原理示意

單個(gè)坡度架由墻體預(yù)埋螺栓固定，再利用連接桿將所有坡度架連接成一個(gè)整體保證其穩(wěn)定性。懸挑腳手架兼作材料運(yùn)輸和人工操作平臺(tái)，通過(guò)“安裝懸挑平臺(tái)→砌筑壩面預(yù)制塊→拆除懸挑安裝平臺(tái)”工藝的不斷循環(huán)，使壩壩層層上壘，形成設(shè)計(jì)壩體。

為保證施工安全并滿(mǎn)足精度要求，兩坡度架間距不應(yīng)大于1.5 m，引線控制壩面曲線。坡度架外側(cè)及底部掛L型安全防護(hù)網(wǎng)，以保障作業(yè)人員的安全。在三角支撐架上面鋪設(shè)腳手板作為一個(gè)簡(jiǎn)易的作業(yè)平臺(tái)，操作人員系好安全帶后在平臺(tái)上進(jìn)行砌筑、勾縫、壩面清理等作業(yè)(見(jiàn)圖3)。

坡度架法借鑒了掛線法的控制原理，用坡度尺控制壩體表面平整度和預(yù)制塊的上下位置，通過(guò)坡度尺之間的引線控制預(yù)制塊的平面位置；又借鑒鋼管腳手架法，采用懸挑式，避免了從壩底開(kāi)始搭設(shè)腳手架，從而節(jié)省了大量的人力、物力，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖3坡度架法實(shí)施

4　工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1　工藝流程

施工準(zhǔn)備→坡度架制作→預(yù)埋螺栓→安裝坡度架→掛安全防護(hù)網(wǎng)→鋪設(shè)腳手板→測(cè)量放樣→坡度校正→引線→砌筑上層墻體并預(yù)埋螺栓→勾縫、清理→坡度架依次升高準(zhǔn)備上層砌筑。

4.2　操作要點(diǎn)

4.2.1施工準(zhǔn)備

(1)施工前應(yīng)認(rèn)真熟悉施工區(qū)域和地質(zhì)條件，編制切實(shí)可行的施工方案及技術(shù)交底，明確施工方法和要求。

(2)材料準(zhǔn)備，確保質(zhì)量、規(guī)格、類(lèi)型符合施工要求。

(3)提前制作足夠數(shù)量的坡度架并檢查坡度架質(zhì)量。

4.2.2坡度架制作

坡度架在前期制作時(shí)嚴(yán)格控制下料尺寸，孔徑根據(jù)螺栓大小確定?？讖讲灰诉^(guò)大，鉆孔位置應(yīng)嚴(yán)格按圖施工，確保滿(mǎn)足精度要求；焊接部位須牢固可靠。

4.2.3預(yù)埋螺栓

預(yù)埋螺栓直徑不小于14 mm，螺栓尾部設(shè)彎勾，錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足受力要求，錨固在壩體內(nèi)牢固可靠，預(yù)埋間距根據(jù)壩面曲線半徑確定，一般不大于1.5 m，預(yù)埋螺栓間距基本保持一致。

4.2.4安裝坡度架

安裝坡度架的人員應(yīng)戴安全帶，用連接桿將全部坡度架連接成整體保證其穩(wěn)定性。

4.2.5掛安全防護(hù)網(wǎng)

掛安全防護(hù)網(wǎng)人員必須佩戴安全帶，坡度架外側(cè)及底部都應(yīng)掛安全防護(hù)網(wǎng)。安全網(wǎng)要經(jīng)常檢查，損壞的安全網(wǎng)不得使用。

4.2.6鋪設(shè)腳手板

三角支撐架上鋪設(shè)腳手板形成操作平臺(tái)，腳手板應(yīng)鋪滿(mǎn)。探頭板不應(yīng)大于20 cm，搭接部位必須在支承架上，搭接處用10號(hào)鉛絲固定，保證牢固可靠。

4.2.7測(cè)量放樣

平面坐標(biāo)放樣時(shí)首先利用全站儀采集預(yù)埋螺栓的實(shí)際坐標(biāo)值，根據(jù)拱壩壩塊曲線布置，利用計(jì)算軟件或計(jì)算器計(jì)算出螺栓位置沿本次砌筑頂面高程壩體徑向方向的設(shè)計(jì)坐標(biāo)值。本次砌筑頂面高程應(yīng)根據(jù)砌筑構(gòu)件高度、砌筑層數(shù)、水平灰縫大小確定；利用全站儀放樣設(shè)計(jì)坐標(biāo)點(diǎn)并計(jì)算放樣點(diǎn)實(shí)際高程與本次砌筑頂面高程間的高差值(垂距)。

4.2.8坡度校正

利用垂直對(duì)中桿及水平尺依據(jù)平面坐標(biāo)點(diǎn)放樣所求得的各點(diǎn)高差值(垂距)及偏距對(duì)坡度架進(jìn)行校正，校正誤差≤5 mm,確保精度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.2.9引線

引線前測(cè)量員利用水準(zhǔn)儀在校正好的坡度架立桿上精確放樣本次砌筑頂面高程，并做好標(biāo)記?，F(xiàn)場(chǎng)施工員利用鋼卷尺將本次砌筑的坡面長(zhǎng)度根據(jù)砌筑層數(shù)平均分配，砌筑人員由下至上分層引線進(jìn)行砌筑。

4.2.10砌筑上層墻體并預(yù)埋螺栓

砌筑人員由下至上分層引線進(jìn)行砌筑，不宜一次砌筑過(guò)高；砌筑時(shí)即對(duì)縱、橫灰縫進(jìn)行清理，為壩面勾縫創(chuàng)造有利條件；最后一層預(yù)制塊砌筑前預(yù)埋螺栓。

4.2.11勾縫、清理

因勾縫及清理工作是在坡度架上操作的，為避免觸碰坡度架，影響砌筑精度，勾縫及清理工作在砌筑完成后方可進(jìn)行。

4.2.12坡度架依次升高準(zhǔn)備上層砌筑

勾縫及清理工作完成后將腳手板及安全網(wǎng)拆除，并將坡度架上升至預(yù)埋螺栓位置，操作人員必須佩戴安全帶，保障施工安全(見(jiàn)圖4)。

圖4坡度架法施工效果

5　坡度架法控制預(yù)制塊砌筑質(zhì)量的要點(diǎn)

(1)按小于1.5 m間距布置坡度架,保證設(shè)計(jì)壩體曲線的精準(zhǔn)控制。

(2)利用全站儀精確布置每根靠尺，施工過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常性檢查靠尺是否有變形，及時(shí)更換變形的靠尺。

(3)坡度尺之間的引線必須保證繃直，防止下垂和松散影響預(yù)制塊的砌筑精度。

(4)現(xiàn)場(chǎng)由專(zhuān)人負(fù)責(zé)坡度架的制作、檢修及維護(hù)工作，發(fā)現(xiàn)損壞、變形的坡度架及時(shí)更換。

(5)建立質(zhì)量管理領(lǐng)導(dǎo)小組，嚴(yán)格落實(shí)施工質(zhì)量“三檢”制。

6　主要的材料與設(shè)備

6.1　材料

坡度架法所使用的材料主要有：5號(hào)角鋼、焊條、花籃螺栓、預(yù)埋螺栓、連接桿、安全帶固定鋼圈、爬梯、安全防護(hù)網(wǎng)、安全帶、腳手板等。

6.2　儀器設(shè)備

坡度架法所使用的儀器設(shè)備主要有：電焊機(jī)、鋼卷尺、計(jì)算器、測(cè)量?jī)x器、質(zhì)量檢測(cè)工具。

7　結(jié)　語(yǔ)

坡架法只需利用常用測(cè)量?jī)x器即可完成砌筑定位，且不需全程觀測(cè)，只需控制靠尺的位置即可，簡(jiǎn)化了砌筑工藝，降低了施工難度；使用常規(guī)的5號(hào)角鋼材料、花籃螺栓和安全網(wǎng)就可以完成施工操作工序，投入成本低，解決了拱壩大規(guī)模砌筑的質(zhì)量控制；本工法能精確控制雙曲拱壩的壩體布置，還保障了施工進(jìn)度與施工安全，是一種簡(jiǎn)便易行的施工方法，在小水電建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。