浅析泸定水电站大坝抗震梁的设计优化与施工方法 4页

水力发电第38卷第1期2012年1月泸定水电站大坝抗震梁的设计优化与施工方法胥彦刚，李明辉(中国人民武装警察部队水电第三总队第九支队，四川成都611130)摘要：泸定水电站地处强震区。大坝抗震工程设计主要由坝体内l350—1382m高程问隔2m水平土工格栅，坝体内1365、1371m和1377m高程的水平抗震框格梁以及上、下游坝坡1365～1381m高程的抗震框格梁三部分组成。坝体内水平抗震框格梁在国内尚属首次使用。就抗震框格梁的设计优化及施工方法予以简单阐述，以供同类工程参考。关键词：大坝；抗震梁；优化设计；施工方法；泸定水电站DesignOptimizationandConstructionofAseismicBeaminLudingDamXuYangang，LiMinghui『The9thDetachmentof3rdGeneralContingentofChinesePeopleSArmedPoliceHydropowerTroops，Chengdu611130，Siehuan，China)Abstract：TheLudingHydropowerStationislocatedathighseismiczone．ThedamaseismiestructuresmainlyconsistsofthehorizontalgeogridbetweenEL．1350-1382mwithaintervalof2mindambody，thehorizontalcellularaseismicbeamsinEL．1365，1371and1377mindambodyandthecellularaseismicbeamsinupstreamanddownstreamslopebetweenEL．1365～1381m．ThehorizontalcellularaseismicbeamsindambodyarefirstlyadoptedinChina．Thedesignoptimizationandconstructionofaseismicbeamsareintroducedhereinforreferencetosimilarprojects．KeyWords：dam；aseismicbeam；designoptimization；constructionmethod；LudingHydropowerStation中图分类号：TV332．12；TV641．41(271)文献标识码：B文章编号：0559—9342(2012)Ol—Oo44～o31．2大坝抗震框格梁工程概况1工程概况(1)为提高大坝的整体抗震效果，在大坝1365、1。1大坝工程概况1371、13771TI高程分别安放坝体水平抗震预制钢筋泸定水电站粘土心墙堆石坝坝顶高程1385．50混凝土框格梁，35crn>(50em矩形断面。根据各层布置范1'／1，大坝建基面高程1304．00ITI，最大坝高81．5m；围不同分三类：预制梁1、2长度均为4．0In，预制梁3坝顶宽12．0ITI，上、下游坝坡均为1：2，坝体上下游长度为3．0In。梁之问连接(见图1)采用钢筋搭接双均设有弃渣压重。防渗心墙顶高程1383．001TI，面焊，搭接长度不小于20cm，并采用沥青包裹防锈顶宽4．0nl，上、下游坡均为1：0．25，上、下游反滤处理；预制梁受力钢筋净混凝土保护层厚度为3．5CIn，层水平厚度分别为6．0、8．0II1，上、下游过渡层水平厚度均为12．0111。粘土心墙基础覆盖层进行收稿日期：2011—11-06固结灌浆。基础接帷幕灌浆形式，坝基防渗墙厚作者简介：胥彦刚(1984一)，男，陕西汉中人，助理工程师1．0m主要从事水利水电工程施工管理工作．wfJlIll}{ⅢVo1．38Nf}_in第38卷第1期胥彦刚，等：泸定水电站大坝抗震梁的设计优化与施工方法100l82L‘。————’。。。。‘—一a游坝坡粱b下游坝坡梁图2上、下游坝坡水平抗震框格梁(单位：em)用钢筋搭接双面焊硬连接，给大坝工程施工带来两方面的问题：①抗震梁之间的连接较为困难，图1抗震梁的连接形式(尺寸单位：era)表现在两根预制梁预埋钢筋之间完全靠拢对齐非梁体采用C25混凝土：预制梁吊环钢筋直径为12常困难．无法保证十字接头钢筋搭接双面焊的焊mm。底部与梁受力筋焊接，焊接长度为10cm。接质量；②焊接工作量大，速度慢，无法满足大(2)在大坝上、下游坡面的1365、l368、1371、坝填筑进度的要求，还会造成大量机械设备停工1374、1377m及1381rn高程处设置6排水平抗震闲置。因此，在满足设计抗震梁铺设意图前提下，梁．并每隔6m用竖梁连接。坡面抗震框格梁采用有必要对坝体内水平抗震框格梁的连接形式进行现浇钢筋混凝土方式，在整个坝坡坡面形成框格整优化。体。上游坝坡水平抗震框格梁为五边形(见图2a)，(2)优化方案。将抗震梁设计连接方式变为竖向抗震框格梁为正方形，边长为60om：下游坝“软连接”，并通过实验确定其是否满足抗拉要求：坡水平抗震框格梁为五边形(见图2b)，竖向抗震①将梁原设计中预埋外露的两根独立钢筋(见图框格梁为矩形，尺寸为40era~60em。3a)优化为预埋外露的一根凹形钢筋(见网3b)；②采用公称直径12mm光面镀锌网股钢丝绳(6x2坝体内水平抗震框格梁37+FC)连接，钢丝绳采用几圈几股通过试验确定。2．1设计优化试验数据见表1。试验确定，钢丝绳绕行4圈8股、(1)优化目的。原设计中抗震梁之间连接采咖22的钢丝绳绳卡对钢丝绳单股形成死扣可以满足表1钢丝绳软连接试验数据序竺垒试验情况号光面钢丝绳绳卡／钢丝绳绳卡连接拉力／结果／形式形式kNkN原因分析结论公称直径／rammm钢丝绳在受力调整过程中，在钢筋的“肋”2圈4股单股连接70．1<164否处产生应力集中。导致破断①3股钢丝绳受绳卡约束，每圈钢丝绳长度不一致．3圈6股3股连接92．2<164每股钢丝绳受力不均匀和同步；②钢丝绳在钢筋的否“肋”处产生应力集中，导致破断9．315①采用绳卡对单股钢丝绳进行约束，可以保证每圈钢丝绳长度在受力过程中可以进行调整．保证每股绳受力均匀和同3圈6股单股连接152．2<164步；②保护垫在钢丝绳受力调整的初期阶段，可以对钢丝否绳起一定的保护作用，但随着拉力的增大，保护垫破坏，钢丝绳在钢筋的“肋”处产生应力集中，导致破断3圈6股单股连接170．7164～240①采用绳卡对单股钢丝绳进行约束，可以保证每股钢丝绳3圈6股单股连接158．8<164长度在受力过程中可以进行调整，保证每股绳受力均匀；②保护垫在钢丝绳受力调整的初期阶段，可以对钢丝绳起否3圈6股单股连接180．5164-240一定的保护作用，但随着拉力的增大，保护垫破坏，钢丝绳212223圈6股单股连接190．7164～240被钢筋的“肋”损坏，导致破断①在钢筋被拉断的过程中，钢丝绳工况良好，未出现钢铰线4圈s股单股连接zz4黜譬；是②22inm绳卡形成死扣，未出现滑动现象31422钢丝绳直径太大．在试验中连接比较困难，不具备操作条件否WaterPou'erVo1．38No．1豳n小／J仅吧ZU1Z年1月放置位置符合设计要求，且保证抗震梁不存在架空现象。②(3)抗震框格梁的连接及防腐。先将外露钢⑥吊⑥吊筋采用液态沥青漆涂刷防腐，再按照实验所确定的采用4圈8股钢丝绳，将抗震梁外露的钢筋用钢丝绳连接，然后用西22的钢丝绳绳卡对钢丝绳图3预埋钢筋f单位：mm1单股连接，形成死扣。此施工程序的质量控制重设计要求。③防腐处理同原设计，即采用沥青包裹点是保证钢丝绳的连接紧度，确保4圈8股钢丝对外露钢筋涂刷防腐处理。绳均匀受力。2．2施工方法(4)抗震框格梁的覆盖。对已经安装好的抗震(1)抗震梁预制。抗震梁预制场地设在上游梁防腐处理后，开始进行填料覆盖。填料时将料倒压重平台上。为了方便预制梁模板和钢筋的制作在卸料平台上，反铲填筑框格内部．填装时避免梁安装以及混凝土浇筑和模板的拆卸。首先浇筑厚移位，避免大块石砸坏抗震梁。本层堆石料填筑完度为20cm的素混凝土工作平台，后在工作平台成后，开始进行碾。碾压时采用静碾的方式进行，上进行预制梁的浇筑。具体如下：①钢筋加工。避免抗震梁被震断。碾压完成并在实验合格后方可钢筋制作(包括吊环制作)在钢筋加工场按设计尺进行上一层填筑。寸集中加工，5t载重车运输至安装现场，人1二运3上、下游坡面抗震框格梁至预制梁浇筑点进行现场安放。由于预制梁种类多，钢筋图相似，极易出错。为了避免用错钢筋，3．1设计优化同种预制梁集中一个区域制作。②模板加]_。模原设计的坝坡抗震框格梁均位于坝体永久坡面板在浇筑平台上根据梁的型号加工成定型模板，上．抗震梁施工期间，大坝尚在填筑，坡面干砌石方便安装、拆卸和重复使用。模板外侧用脚手架尚在砌筑，且抗震梁施工本身需要运输道路：冈此钢管作背管．内拉钢筋采用,k8钢筋穿过并与模板设计并未考虑上游坝坡施工道路和下游永久上坝道外侧钢管焊接固定，间距1．0m，两端模板预留搭路对其的影响，故需对原大坝永久坡面的部分抗震接钢筋孔，模板侧边采用钢管加固，增加模板强框格梁进行优化。度和刚度防止局部变形影响外观质量。⑧预制梁(1)优化原则：在不影响坝坡抗震框格梁抗震的浇筑。预制梁混凝土采用拌和楼拌制，6．0m效果的前提下，方便施工；优化的外观必须确保美混凝土罐车运输至作业平台，通过短溜槽送至仓观效果内，振捣采用ZN50型电动软轴插入式混凝土振(2)具体优化方案的总体思路：将坝坡道路占动器。为保证保护层厚度，钢筋架立时底部垫压的坝坡抗震框格梁移至道路边坡外侧。由于道路3cm厚预制混凝土块(10emx10crux3em)，垫边坡设计坡比为1：1．35，大坝坝坡设计坡比为1：2；块间距1．0rn。模板的拆除在浇筑结束24h后进因此必须将道路边坡的抗震梁渐变至大坝坝坡的抗行。拆除模板时只能从外侧敲打，严禁从混凝土震框格梁。为满足保证抗震框格梁整体抗震要求，面敲打或撬动模板，以防损伤混凝土表面，影响一是将相邻两根不同高程的水平抗震框格梁采用混凝土外观质量。④抗震框格梁的养护。浇筑好同截面的现浇梁予以连接；二是将道路面两侧同的预制梁，采用草袋覆盖，洒水养护。养护7d高程水平抗震梁采用同截面的现浇梁予以连接。后，用吊机装车运至存储区备用。储存区分多块若遇到水平梁外侧斜面坡度与设计边坡不一致的场地分别存放不同型号的预制梁。防止现场安放地方．采取加高或降低混凝土浇筑坡面方式进行时出错。处理竖向梁与顺坡匹配，框格间距以顺坡面法(2)抗震框格梁的吊装铺设。当大坝抗震梁线间距6rn进行控制。在道路与坝体交汇的拐点安放平台填筑完成后，先检测高程。若局部平整位置进行找平。干砌石、浆砌石随坡面抗震框格度不满足铺设要求，则采用细料人工平整；以确梁进行找平成顺坡。保抗震梁铺设基础的平整度。由16t吊机吊装至3．2施工方法载重汽车上，将梁运送至坝面，并且直接卸至T(1)测量放线。测量人员根据设计坡面线，对作面，反铲平整场地后再安放。安放完成后，再坝坡进行测量放样。测量放样采用间隔5rex5m打次进行测量校核，人工局部调整；以使抗震梁的钢筋桩，桩问拉线来控制设计高程。(下转第49页)阻WrPomcrVol38Noin弟3香Bl期~L-Y=刊：qloJ亍仆小已蚰龟F明榘八14上坷iJ豆t芏币U拒i加温低的时段浇筑。高温季节混凝土浇筑过程中，铺中对表面裂缝进行了普查，只有极少细微的表面裂料层部分振捣完毕在上层覆盖前采取覆盖遮阳材料缝，60％的表面裂缝出现在浇筑后8～15d之间，在的措施以防止气温倒灌。浇筑20d后裂缝没有太大发展，没有发现危害性裂(3)当浇筑仓内气温高于25℃时，进行仓面喷缝。特别是左导墙墙身混凝土高峰浇筑时间段集中雾，直到上层混凝土浇筑准备工作开始，以降低仓在了温控要求的3～4月，完工后的裂缝普查中，未面环境温度。喷雾时水分要求雾滴直径达到40～80发现任何裂缝，由此说明在浇筑过程中的温控措施仙m，以防止混凝土表面泛出水泥浆液。采取了这些是有效的。措施后有效的抑制了混凝土温度的回升，保证了混5结语凝土的人仓温度和浇筑温度。经现场1607次抽检，采取上述措施后，混凝土入仓温度由不采取任何措(1)桐子林水电站工程所在的四川省攀枝花地施的19～27℃降至13～l9cC，浇筑温度由19～28℃区昼夜温差大，特别是夏季环境温度高，因此，夏降至14~20℃。季混凝土温控的基本工作是控制出机口温度，保证2．2．4表面保护和养护人仓强度以及浇筑的连续性是关键，浇筑过程中仓(1)高温季节(3月一10月)左导墙混凝土采用面保温及良好的喷雾是控制混凝土浇筑温度的重要了悬挂花管流水养护，底板采用了蓄水流水养护散热。保证(2)低温季节(11月～2月)浇筑的混凝土，每(2)在浇筑过程中一定要体现一个“快”字，层混凝土浇筑结束后，在其上表面用一层3cm厚聚在入仓、摊铺、振捣平仓等环节一定要组织严密、苯乙烯泡沫塑料板覆盖。快速施工，这样就减少了外界温度和混凝土本身接触的时间3通水冷却(3)要加强混凝土的后期通水冷却，保证24h混凝土下料浇筑即可开始一期通水冷却。4月～有专人负责通水，这对控制混凝土内部温升起了关10月一期通水采用通12℃制冷水，通水21d；11月～3键作用。月采用通天然河水，冷却水流量1．2～2．5m，通水21(4)在混凝土的养护方面，桐子林水电站工程左d；同时要求降温阶段最大日降温速率≤0．5℃／d。导墙一直坚持了铺设花管流水养护的方式，这样保证了在混凝土表面始终保持一层流水养护膜．起到了很4施工效果好的养护效果。采取了诸多措施之后，在底板混凝土质量验收(责任编辑高瑜)(上接第46页)在变坡点位置加密测量．并准确找①立模同前2．2(1)抗震梁预制中的②模板加工。出折点位置，并打上有特殊标记的钢筋桩，多个折立模完成之后，先采用全站仪校模，再用拉线方点放样完成后，人工采用拉线的方式校核折点桩，式进一步校正，以确保模板平整顺直。②混凝土保证所有变坡点均在一条直线上，以满足整体性美振捣同前2．2(1)中③；确保振捣到位，气泡排观要求。出，尽量减少混凝土表面的蜂窝麻面，以确保外(2)抗震梁基础整平。由于水平梁为嵌入坝体观质量良好。式，若采用人工挖槽方式，无论是施工进度、工程4结语成本及施工难度都无法满足要求；因此采用了挖掘机挖出基础平台。基础平台开挖分为粗平和精平两优化效果必须建立在满足设计要求的前提下．个阶段：粗平采用中型挖掘机开挖整平。根据测量优化设计的目的是方便施工、加快施工进度、节约放样的设计坡面线和平台高程，挖掘机自路口向里施工成本、满足美观效果。坝体水平预制抗震梁开挖，挖出的石渣料用25t自卸车运出。粗平标准“软连接”，可以使坝体内抗震框格梁形成整体稳定控制在+30ClTI。粗平完成之后，再用人工配合小型的受力状态，又可以加快施工进度；而坝坡道路两挖掘机(如60型)精平，在精平过程中，测量工作侧斜梁以及跨道路连接大梁，既有效保证了坝坡抗及时跟上。精平标准控制在±10cm。震框格粱的整体稳定，又保证了大坝工程的正常施(3)钢筋混凝土抗震框格梁浇筑。坝坡抗震工；从而达到了优化的目的框格梁浇筑施工的重点为模板架立及混凝土振捣：(责任编辑陈萍)l~cterPowerVo1．38No．，囡