水下混凝土在天桥水电站大坝除险加固工程中的应用 4页

第11期广东水利水电No．112011年l1月GUANGD0NGWATERRES0URCESANDHYDROPOWERNOV．2011水下混凝土在天桥水电站大坝除险加固工程中的应用孙磊(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都610073)摘要：山西天桥水电站位于黄河中游北干流上，是黄河上最后一座险坝，工程紧邻老泄水建筑物，地形地质条件极为复杂，为确保除险加固项目在干地施工，需修建围堰，形成施工基坑。围堰设计时既要考虑不占压基坑施工区域，又不占压原泄水通道，通过各种类型围堰的分析对比确定为重力式混凝土围堰。而混凝土围堰水下基础处理是施工的难点，采用水下混凝土施工工艺进行混凝土围堰施工，可以避开库区内水下基础开挖的施工难题。该文介绍了狭小区域内水下混凝土的施工工艺，将水下混凝土施工工艺推广应用至施工导流工程。关键词：水下混凝土；施工工艺；天桥水电站中图分类号：TV544．925文献标识码：B文章编号：1008—0112(2011)11—0056—031工程概况制，浇筑过程无法直观地了解浇筑质量，特别是对抗渗山西天桥水电站大坝除险加固工程位于黄河中游要求较高的结构。北干流上，施工基坑紧邻原建筑物的泄水闸，上游围堰2施工工艺及要点布置时充分利用原建筑物的导墙进行分段设计。为保2．1施工工艺流程证围堰不占压泄水通道，又不占压加固工程的施工基施工准备一淤泥开挖一水上操作平台搭设一组合坑，在临近导墙段设计混凝土围堰，远离导墙部位设计大模板制作安装一基岩面清理一水下锚杆、插筋施工一为土石围堰。根据原建筑物导墙前端的地形条件，围堰导管配置一混凝土浇筑。形式拟采用重力式水下混凝土结构；围堰底部高程为2．2施工准备822．0—830．0m，底部最大宽度为8m。设计围堰按l02．2．1施工控制点年一遇洪水标准进行，考虑交通需要，确定围堰顶部高根据设计施工图以及现场地形的实际情况，布设施程为836．0m，最大堰高为14m；迎水面采用直墙式，背工控制点。水上控制点位采用浮标做标记，并将相应的水面采用台阶式设计，堰顶宽根据后期交通需要确定为点或线延伸引至陆路。施工准备阶段控制点主要用于6．0m；混凝土围堰与原建筑物导墙平顺连接，围堰设计控制开挖范围，组合模板安装时应重新测放，采用边定轴线长为46m，水下混凝土浇筑工程量约为3000m。。位边校核的方法。本工程水下混凝土施工特点：①所有施工项目基本2．3淤泥开挖都处于水下施工，全凭潜水员施工经验摸索进行，对施2．3．1开挖过程工人员的技能水平要求较高；②对混凝土稳定性要求淤泥开挖分水上部分开挖和水下部分开挖。水上高，水下混凝土是在与环境水隔离的条件下施工，为减部分开挖直接采用反铲配合自卸汽车，并完成水面以下少水的不利影响，保证浇筑过程不中断，}昆凝土要达到3．0m部分的开挖。水下部分开挖采用1艘lm。的抓扬有足够的流动性、抵抗泌水性和抗分离等稳定性；③导式挖泥船、2艘30m开底驳，并配备交通艇i艘，按从管法入仓技术要求高，要根据混凝土的性能确定导管型中间向两边开挖顺序施工。开挖后的淤泥用60m的号、导管平面布置、受料斗距离水面最低高度、首次下料开底船运到指定弃渣地点。方量以及导管提升速度等参数；④混凝土质量难以全面2．3．2淤泥开挖施工要点控制，混凝土质量只能从原材料和}昆凝土拌制过程控黄河河水含沙率大、流速快，在库区内形成回流逐收稿日期：2011—03—24：修回日期：2011—10—19作者简介：孙磊(1982一)，女，本科，助理工程师，从事水利工程施工及管理工作。·56·n2011年l1月第1l期孙磊：水下混凝土在天桥水电站大坝除险加固工程中的应用No．11Nov．2011渐沉淀形成较厚的淤积层。水下部分为淤泥，并具有一焊接饱满，母材没有受损，组合模板吊装必须由专人指定的粘性，且随着淤积深度的增大，含水量逐渐减小，粘挥。性逐渐增大。水上部分为沙壤土，土质颗粒均匀，具有3)组合模板安装就位后必须重新进行测量校正，一定的强度，但遇水即软化。水下部分淤泥开挖范围距校正无误后方可进行加固连接。离结构线应不小于2．0m，以防止结构部位开挖完成，周2．6基岩面清理边淤泥重新淤积。水上部分开挖形成稳定边坡，防止施2．6．1附着泥层清理工过程发生垮塌现象。水下部分淤泥开挖可依据采砂大方量淤泥开挖完成后基岩表面仍然附着粘性较船沙链斗的出沙情况，判断是否开挖至基岩面，当链斗强的泥层，由潜水员配高压水枪，入仓冲刷扰动局部采内出渣为泥浆，则未开挖至基岩面；当链斗内出渣为浑砂船无法完全开挖完的淤泥，用清淤管(虹吸管)吸渣水时，则说明开挖至基岩面。并送至仓外下游。2．4水上操作平台搭设2．6．2基岩面清理施工要点2．4．1平台设计淤泥自然结构变化十分敏感，受到开挖扰动影响部采用6只浮箱(6mX3mX1．5m)拼装成长为12m、分淤泥被重新“溶解”，细颗粒悬浮于水中形成泥浆。宽为10m(内净4m)的浇筑船，浇筑船上布置1只当周围扰动停止后部分颗粒重新沉淀聚集，形成“泥浆1．5m。的集料斗和6根钢导管，导管的作用半径是层”，刚形成的“泥浆层”不具有粘性。3．5m，因此，重力式墩横向断面(宽为8m)布置2根导基岩面清理主要是针对“泥浆层”，根据“泥浆层”管，纵向断面(长为12m)布置3根，间距为4m，平台的特性采用“固定区域内抽换法”。即组合大模板按照设搭设通过计算确定材料，保证有足够的强度和刚度。2计的仓位尺寸安装完成形成一定施工区域，再由潜水员条浇筑平台在施工时可以交叉使用。配高压水枪人仓冲洗扰动“泥浆层”，同时打开操作平2．4．2水上操作平台施工要点台上的泥浆泵，将仓内的浑水抽至仓位下游。大模板阻1)水上操作平台主要用于吊装组合模板、浇筑混隔仓外的淤泥涌入，新的补给水进一步“稀释”仓内泥凝土，其连接必须牢靠，四周必须设安全防护栏。浆，进而达到仓内基岩面清理。2)水上施工人员劳保着装整齐，必须穿戴救生衣，2．7水下锚杆施工并在现场配备一定数量的救生圈，做好防冻、防滑工作。2．7．1水下锚杆施工3)操作平台上的材料、机具必须有可靠的防护，预锚杆主要作用是增大混凝土与基础的结合力以及防材料、设备因防护不充分而在操作平台承载或卸载过用于焊接拉条加固模板。采用HPR20294型的液压动程上下浮动造成损失。同时机具设备起吊必须专人指力钻钻孔，钻孔直径为45mm，成孔后采用高压水枪进挥，并通知平台上的操作人员站稳扶好。行清孔，并检查孔深及孔内清理是否满足施工要求，然2．5组合大模板吊装后再施加锚固剂、插杆的工艺施工。2．5．1模板吊装施工2．7．2锚杆施工要点根据仓面尺寸，在加工场采用钢板和型钢加工可拆1)钻孔孔位偏差不大于10em，偏斜偏差小于5。，卸的组合式模板。模板运至现场后，在陆地上用螺栓连孔径为5em，孔深应符合设计要求，允许偏差应不大于接。模板间设置穿拉条，采用~16圆钢按70emX70cm5cm。的间排距，呈梅花形布置，加强模板的整体稳定性。模2)锚固剂采用药卷式水下锚固剂，进场后进行抽板拼装完成用25t汽车吊将组合大模板转到水上操作样检查，检验合格后方能进行使用。平台，并在模板四周设置定位缆绳，再由浮吊安装就位。2．8导管配置经测量验收校核，模板满足设计要求后，在组合模板底2．8．1导管选择部打定位桩，焊接牢固。模板底部的间隙采用木板及沙水下混凝土属于特种混凝土，采用导管法将拌制合袋等进行封堵。格的混凝土送入水下预定部位成型硬化。整个混凝土2．5．2组合模板施工要点浇筑过程无法振捣，主要依靠下料导管内混凝土的自重1)加工组合模板的钢板、型材的质量必须满足相压力自行密实。因此导管的密封性良好与否、导管长短关规范要求。配置在其提升拆卸过程的难易情况等，都会影响混凝土2)严格按照模板设计图进行加工制作，构件之间浇筑。导管选用qb250mm钢管，导管之间采用套接，增·57·n2011年11月第11期广东水利水电No．11NOV．2011强导管的密封性。导管长度选用2．0m和0．5m2种规格，最低部选用2．0m的长导管，再接2节0．5m短导管，然后长短间隔布置接出仓外。导管底部距离基岩面不大于0．5m。根据仓面的大小不设导管套数，导管的间距不大于4．0m，且导管距离结构边线不小于1．5m。2．8．2导管配置施工要点1)导管管径与浇筑强度和骨料最大粒径有关，导管直径应不小于骨料最大粒径的4倍。2)导管的平面布置与混凝土的扩散半径有关，一套导管的控制面积不宜超过30m。，并且在浇筑块最低图1水下混凝土立模浇筑示意部位不设专门的下料管。3)根据混凝土生产系统的供应能力进行仓面划3)导管安装前应进行压水检验，水压力应大于满分，同时浇筑量控制在白班时段完成。单层仓位应跳仓管混凝土的最大压力，且管身与接头不得漏水。施工，减少组合模板的安装工程量，相邻层仓位必须进4)导管各节通过法兰盘用螺栓连接，螺栓连接要行错缝，错缝长度不小于1．5m。在水平和垂直施工缝可靠，随着混凝土浇筑上升再逐节拆除导管。上应设置过缝插筋，过缝插筋设计参数为dP20@1500，2．9混凝土浇筑呈梅花形布置。过缝插筋施工时段应选择在先浇筑块2．9．1浇筑施工完成模板拆除并具备一定强度，施工工艺参照水下锚杆混凝土采用6m搅拌车配IPF一85B2型混凝土泵施工，不宜采用预插的施工方式，以避免组合模板难以机送人收料斗，由收料斗经下料导管人仓。拆除。根据水下混凝土的特性，浇筑过程应尽量减少甚至水下砼围堰仓面布置见图2所示。避免混凝土直接与水接触，以免影响混凝土质量。因此首批入仓的混凝土量必须确保导管底部具有一定的埋深，保证后续人仓混凝土是通过挤压的方式连续不断地834．00m抬升先浇筑混凝土面，避免与水接触，同时达到挤压密828．00m实混凝土。导管的埋深根据导管间距与混凝土扩散坡822．00m率(由砼试验确定)的乘积来确定。再根据混凝土扩散范围和埋深确定首批入仓的混凝土量。水下混凝土是靠下料导管内外的压力差来达到密实效果，同时保证混凝土下料通畅，不出现堵管现象，图2水下砼围堰仓面布置示意通过控制下料导管距水面的最小高度来控制。根据4)施工过程派专人进行下料指挥，在保证混凝土公式：浇筑连续性的条件下，根据实际浇筑方量和导管提升、Ha=P一(尺一R)H。／R拆卸长度控制导管埋深；各个导管应轮流下料，确保混式中P为导管底部的最小超压力，取7．5t／m；R为水凝土面均匀上升，防止出现覆盖产生堰体空洞。下混凝土的容重，取2．4t／m；尺为水的容重，取1t／m；5)收仓阶段由于随着混凝土浇筑面的上升，导管为水面至己浇筑混凝土面的高度，取最小值0m。内外的压力也随之减少，使下料难度增大，为达到预定则下料导管距离水面的最小高度为3．0m。的浇筑高程，避免产生欠浇、高差过大等缺陷，采用加大水下混凝土立模浇筑如图1所示。入仓混凝土的坍落度、经常活动下料导管以及改用软管2．9．2混凝土施工要点下料等方式。1)混凝土开始浇筑时，为避免堵管，先用水泥砂浆6)混凝土浇筑过程必须严格控制混凝土的质量，润滑泵管。水泥砂浆用量根据输送泵管长度确定。受原材料、配料、搅拌及施工组织等各方面的原因，混凝2)混凝土浇筑应连续，若浇筑间隙时间过长或浇土的和易性难免受到影响，采用和易性较好、坍落度损筑过程导管脱空导致停仓，均应按施工缝处理。(下转第64页)·58·n2011年l1月第l1期广东水利水电桩径是合理的，该地基设计方法是成功的，满足地基承内，并通过现场静载试验证明，采用2．25m桩径进行处载力以及沉降的要求。理，可以较好地满足变电站地基承载力和沉降的要求。3结论对地下水位高、软土层厚度较薄而且位于地表的情经上述计算分析，得到以下结论：况，采用强夯碎石混合料置换桩的处理方案，具有施工在相同置换率条件下，对桩径和桩间距对加固效果方便、造价低廉、工期短等优点，可供同类工程参考。的影响进行了有限元分析，结果表明当置换率一定时，参考文献：桩径在0．6～1．00m范围内，随着桩径的减小，地基承[1]靳振波．强夯置换法在公路工程中的应用[J]．黑龙江交载力随着桩径的减小而略有降低。在1．00～2．25m范通科技，2006，(4)：14—15．[2]王成华，吴永红，陆培毅，等．基础工程学[M]．天津：天津围内，地基承载力随着桩径的增大而提高；在2．25～大学出版社，2002．3．75m范围内，地基承载力则随着桩径的增大而降低。(本文责任编辑王瑞兰)由上可知该工程采用2．25m的桩径处于较合适的范围(上接第58页)失较小的配合比，入仓的混凝土坍落度不小于18em。的接触；二是添加外加剂须保证混凝土在水中具有不分7)混凝土凝固后要凿除其与水接触部位不满足强散、不离析的特性。度要求的部分。水下混凝土施工浇筑需要专业的施工队伍，其清3结语基、立模、锚杆等工序和水上作业类似，关键是水下混凝水下混凝土施工属于特种混凝土施工，实质是将拌土浇筑时的配合比设计、下料导管埋深、混凝土上升速制的高流态混凝土，用各种工程的手段送人水下预定的度需要进行专门的研究。部位硬化成形的过程。水利水电工程建筑方面主要应水下混凝土施工工艺在天桥大坝除险加固工程的用于围堰修建或边坡防护。水下施工对混凝土要求较成功应用，解决了施工导流工程在狭小区域内设计和实高，应具有足够的流动性和抗泌水、抗分离的稳定性。施等难题。本文结合现场实际情况，从施工工艺上着手为了确保送入水下混凝土的稳定性，抑制水下混凝土在研究，进一步细化了施工工艺，总结了施工要点，为类似施工中骨料的分离，保证混凝土施工质量，主要从2方工程提供一些借鉴经验。面进行调整：一是混凝土浇筑过程混凝土尽可能不与水(本文责任编辑王瑞兰)(上接第6O页)以防御在河道内取砂采石造成的堤防结构破坏。因此，[2]孙秀玲，于翠松．桥涵水文学[M]．北京：中国水利水电出建议有关部门严格执行国家“防洪法”，加大执法力度，版社，2007．严禁在河道内私自乱采乱挖；在河道内存在的砂坑和砂[3]GB50286—98堤防工程设计规范[S]．[4]CJJ50—92城市防洪工程设计规范[S]．堆，在堤防建设中必须进行河道清理，以保证堤防的稳[5]王海云．兰州市黄家滩、营门滩河堤基础埋深探究[J]．定及河道行洪安全。城市道桥与防洪，2006，(5)：136—144．参考文献：(本文责任编辑王瑞兰)[1]王昌杰．河流动力学[M]．北京：人民交通出版社，2001．·64·