水下混凝土拆除技術(shù)在遙田水電站門(mén)槽改造工程中的應(yīng)用

羅 亮，陳 燁

（青島太平洋水下科技工程有限公司，山東青島，266100）

1 工程概況

遙田水電站攔河壩中的溢流壩段設(shè)27孔溢流堰（WES），其中高堰24孔，低堰3孔，采用鋼弧門(mén)。電站自1988年底下閘蓄水發(fā)電，已運(yùn)行近30年。由于溢流孔僅設(shè)置了弧形工作門(mén)，未設(shè)置檢修門(mén)，自運(yùn)行以來(lái)，大壩弧門(mén)和溢流堰水下部分無(wú)法得到正常維護(hù)和檢修，目前大部分弧門(mén)存在門(mén)板銹蝕、水封老化變形等問(wèn)題。此外，長(zhǎng)期泄洪導(dǎo)致弧形鋼閘門(mén)漏水（如圖1所示），給電站運(yùn)行帶來(lái)極大安全隱患。根本解決這一問(wèn)題的方法是在溢流壩上增設(shè)檢修閘門(mén)，再對(duì)弧門(mén)進(jìn)行徹底檢修、維護(hù)。

對(duì)于類(lèi)似工程，傳統(tǒng)的施工需降低水位、放空水庫(kù)或者修建圍堰。針對(duì)遙田項(xiàng)目，降低水位不足以創(chuàng)造干地施工工作面，放空水庫(kù)則導(dǎo)致水資源損失過(guò)大，因此項(xiàng)目設(shè)計(jì)最初選擇修建圍堰后局部干地改造。由于項(xiàng)目施工工期長(zhǎng)，需要度過(guò)冬季和春季兩個(gè)汛期，圍堰的安裝位置正好位于溢流孔上游，將對(duì)大壩汛期的正常行洪造成非常不利的影響，對(duì)庫(kù)區(qū)群眾生產(chǎn)生活造成巨大的損失。同時(shí)汛期洪水對(duì)圍堰安全也將造成巨大威脅，可能導(dǎo)致汛期無(wú)法正常施工，工期和工程造價(jià)都無(wú)法控制。

圖1 弧形門(mén)漏水情況Fig.1 Leakage of radial gate

2 改造方案

工程實(shí)施時(shí)由于低堰計(jì)算工況相對(duì)復(fù)雜，需采取多種處理措施才能確保閘壩的穩(wěn)定和安全，因此3個(gè)低堰孔未實(shí)施改造，僅對(duì)24個(gè)高堰孔進(jìn)行了改造。高堰增設(shè)的檢修門(mén)底坎高程是65.80 m，擋水高程為正常蓄水位73.0 m，孔口凈寬度為10 m，改造時(shí)高堰檢修門(mén)厚度為700 mm。由于要新增檢修門(mén)槽，在高堰孔堰體上游側(cè)新澆底檻混凝土，采用水下不分散混凝土澆筑，強(qiáng)度等級(jí)為C30。

圖2 高堰改造前Fig.2 Weir before reconstruction

圖3 高堰改造后Fig.3 Weir after reconstruction

閘墩處改造方案為：首先將門(mén)槽改造處1.468 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的閘墩混凝土從上到下全部拆除，使閘墩分為上游、下游獨(dú)立的兩段；在兩段閘墩之間采用植錨筋、增設(shè)鋼筋、埋設(shè)預(yù)埋件、立模澆筑混凝土等方式，重新恢復(fù)閘墩的整體結(jié)構(gòu)，并使門(mén)槽一體成型。

圖4 高堰新增檢修門(mén)槽配筋圖Fig.4 Distribution of rebar in additional gate slot

3 施工重點(diǎn)與難點(diǎn)

在遙田電站增設(shè)檢修閘門(mén)工程中，門(mén)槽埋件的精確安裝是重中之重，因此，最關(guān)鍵的部分為門(mén)槽施工和底檻施工。其中難度最大的部分是在原有閘墩的基礎(chǔ)上開(kāi)槽施工。遙田水電站有24個(gè)高堰孔、25個(gè)閘墩需要改造。原閘墩結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度為C20，內(nèi)部設(shè)置了鋼筋網(wǎng)，厚度為1.5 m。施工時(shí)，需要將閘墩中部1.5 m范圍內(nèi)的混凝土全部拆除，重新澆筑二期混凝土。單個(gè)閘墩切割高度16 m，切割截面為1.5 m×1.5 m，單個(gè)閘墩切割拆除方量36 m3。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)共有25個(gè)閘墩需要切割，共需切割、拆除900 m3混凝土，工程量較大，因此閘墩的水下開(kāi)槽也是影響本工程施工進(jìn)度的關(guān)鍵工序之一。一旦閘墩混凝土無(wú)法順利拆除，門(mén)槽改造項(xiàng)目就無(wú)法按期進(jìn)行。鑒于此，快速、高效切割、拆除大體積混凝土是項(xiàng)目需要解決的一大難點(diǎn)。

4 閘墩整體拆除方法

在已建閘墩上進(jìn)行開(kāi)槽和切除的傳統(tǒng)方法是使用液壓鋸和液壓鎬，由潛水員在水下進(jìn)行人工拆除。這種方法施工范圍小、效率低，且耗費(fèi)的勞動(dòng)力非常大。對(duì)于大體積水下混凝土的拆除，在施工進(jìn)度和施工成本上都不具備優(yōu)勢(shì)。

另一種傳統(tǒng)的大體積混凝土水下拆除方法為水下爆破，但爆破帶來(lái)的震動(dòng)會(huì)對(duì)周邊水工建筑物有不同程度的影響，因此其使用局限性很大，無(wú)法廣泛推廣。

為了保證遙田項(xiàng)目能夠如期、順利完成，研究了兩種大體積混凝土水下拆除工法。一種是將水下靜態(tài)破碎劑加上適量的水配合后注入混凝土預(yù)先鉆好的裝藥孔中，破碎劑發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生體積膨脹，從而持續(xù)、緩慢地向孔壁施加膨脹壓力，將混凝土脹碎。此方法無(wú)聲且不會(huì)引發(fā)震動(dòng)，不會(huì)對(duì)周邊建筑物帶來(lái)安全隱患。另一種方法是采用液壓繩鋸作為水下切割工具，進(jìn)行混凝土整體切割、拆除。

4.1 靜態(tài)破碎結(jié)合人工鑿除

靜力破碎的原理是：由于巖石、混凝土是抗壓強(qiáng)度高，而抗拉強(qiáng)度很低的材料，因此，通過(guò)膨脹劑，對(duì)事先布置好的破碎孔施加一定的膨脹力，就會(huì)在切向拉應(yīng)力的作用下使孔壁產(chǎn)生徑向脹開(kāi)的裂縫，再使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展并相互連接，最終實(shí)現(xiàn)巖石、混凝土的解體破碎。

為建筑工程施工工作可以順利的開(kāi)展，施工單位應(yīng)在施工前期做好充足技術(shù)準(zhǔn)備，進(jìn)而使工程施工能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在建筑施工技術(shù)前期準(zhǔn)備階段，要全面分析工程的具體情況，制定科學(xué)的施工進(jìn)度計(jì)劃。深入優(yōu)化施工方案，提升施工效率，使建筑施工工程成本盡量縮減[4]。建筑施工技術(shù)管理是建筑施工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其肩負(fù)著對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)管理和質(zhì)量把控的重要作用。在建筑施工過(guò)程的技術(shù)管理工作中，要加強(qiáng)對(duì)工程質(zhì)量、工程進(jìn)度、工程投資成本以及施工安全管理等方面的把控。加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)管理的檢查力度，相關(guān)部門(mén)應(yīng)進(jìn)行不定期抽查，對(duì)施工技術(shù)管理運(yùn)用不當(dāng)和違規(guī)操作的施工企業(yè)予以處罰。

現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，首先采用繩鋸切割出門(mén)槽邊緣線。切割完成后采用?42液壓鉆頭，按照?qǐng)D5所示位置鉆取靜力爆破孔，并在孔內(nèi)灌注靜力破碎劑，每次鉆取深度為2 m。當(dāng)膨脹劑把閘墩混凝土脹碎后，采用人工鑿除的方式對(duì)已經(jīng)脹碎的混凝土進(jìn)行鑿除。

圖5 靜力爆破孔位置示意圖Fig.5 Distribution of static blast holes

靜態(tài)破碎法的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）操作簡(jiǎn)單。主要工藝為水下鉆孔和水下裝藥，目前水下鉆孔工藝已經(jīng)相當(dāng)成熟，潛水員水下施工效率快。

（2）安全、易管理。靜態(tài)爆破劑為非爆炸危險(xiǎn)品，破碎劑與其他普通貨物一樣可以購(gòu)買(mǎi)、運(yùn)輸、使用。

（3）材料環(huán)保。使用中無(wú)聲、無(wú)震動(dòng)、無(wú)飛石、無(wú)毒氣、無(wú)粉塵，是無(wú)公害環(huán)保產(chǎn)品。

（4）使用方便。按破碎要求，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目讖?、孔距、角度，能夠達(dá)到“外科手術(shù)式”的分裂、切割。

圖6 遙田水電站現(xiàn)場(chǎng)靜力破碎效果Fig.6 Result of static blast at Yaotian hydropower station

靜態(tài)破碎法的缺點(diǎn)如下：

（1）主要通過(guò)膨脹劑將混凝土脹碎，之后仍然需要耗費(fèi)較多人力進(jìn)行水下鑿除和清理。

（2）靜態(tài)破碎法只能把混凝土脹碎，但對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋無(wú)效。因此，對(duì)于鋼筋混凝土的水下拆除，仍然需要潛水員在水下對(duì)混凝土內(nèi)部鋼筋進(jìn)行水下切割。

（3）水下靜態(tài)破碎無(wú)法控制破碎孔對(duì)周邊需保留的混凝土的破壞。因此，在實(shí)施破碎之前，需要將待拆除混凝土的邊緣提前切割出來(lái)，將需要保留和需要拆除的混凝土分隔開(kāi)。

4.2 采用繩鋸對(duì)閘墩進(jìn)行整體切割

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的起吊能力，采用繩鋸將閘墩切割成若干塊后，用吊機(jī)將混凝土塊整體吊出。繩鋸主要由繩鋸驅(qū)動(dòng)、飛輪、導(dǎo)向輪、金剛石繩鋸鏈條組成。繩鋸能切割鋼筋密布的混凝土構(gòu)筑物、厚磚墻，也能勝任水下切割作業(yè)。繩鋸比液壓墻鋸能完成的切割深度更深，切割作業(yè)深度不受限制，作業(yè)環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)、作業(yè)效率更高。

圖7 液壓繩鋸安裝和切割Fig.7 Installation and cutting of hydraulic rope saw

繩鋸切割法的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）繩鋸可同時(shí)切割混凝土和鋼筋，在完成鏈條穿孔及繩鋸鏈條安裝后，便無(wú)需潛水員進(jìn)行水下操作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了切割能力和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（2）線性切割可以使施工截面更加整齊，能夠成倍提高工作速度，縮短施工工期，進(jìn)一步降低勞動(dòng)力成本。

繩鋸切割法的缺點(diǎn)有：

（1）對(duì)待切割混凝土的形狀有要求，比較適合切割獨(dú)立的混凝土結(jié)構(gòu)，比如墩、柱等。

（2）繩鋸的金剛石鏈條磨損率大，設(shè)備損耗較大。

4.4 實(shí)施結(jié)果

結(jié)合遙田水電站施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目最終選擇繩鋸整體切割法對(duì)閘墩進(jìn)行整體拆除，拆除效果良好。

圖8 閘墩混凝土整體切割效果Fig.8 Overall cutting result of pier concrete

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)很多小型水電站依然沿用40年前的設(shè)備和技術(shù)，安全保護(hù)性能差，大部分設(shè)備和建筑物帶病運(yùn)行。輸水和泄水建筑物缺少檢修門(mén)槽是此類(lèi)農(nóng)村水電站的普遍缺陷之一。

項(xiàng)目通過(guò)對(duì)現(xiàn)有門(mén)槽進(jìn)行水下改造，增設(shè)檢修門(mén)槽，解決了遙田水電站溢流孔因缺少檢修閘門(mén)無(wú)法對(duì)已經(jīng)老化破損的工作閘門(mén)進(jìn)行檢修的問(wèn)題，便于后期工作閘門(mén)的日常維護(hù)，確保大壩的正常運(yùn)行，為各地區(qū)農(nóng)村水電站類(lèi)似工程問(wèn)題提供了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。