瀘定水電站大壩抗震梁的設(shè)計(jì)優(yōu)化與施工方法

胥彥剛，李明輝

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)水電第三總隊(duì)第九支隊(duì)，四川 成都 611130）

1 工程概況

1.1 大壩工程概況

瀘定水電站粘土心墻堆石壩壩頂高程1 385．50 m，大壩建基面高程1 304．00 m，最大壩高81．5 m；壩頂寬12．0 m，上、下游壩坡均為1∶2，壩體上下游均設(shè)有棄渣壓重。防滲心墻頂高程 1 383．00 m，頂寬4．0 m， 上、 下游坡均為 1∶0．25， 上、 下游反濾層水平厚度分別為 6．0、8．0 m，上、下游過(guò)渡層水平厚度均為12．0 m。粘土心墻基礎(chǔ)覆蓋層進(jìn)行固結(jié)灌漿。基礎(chǔ)接帷幕灌漿形式，壩基防滲墻厚1．0 m。

1.2 大壩抗震框格梁工程概況

（1）為提高大壩的整體抗震效果，在大壩1 365、1 371、1 377 m高程分別安放壩體水平抗震預(yù)制鋼筋混凝土框格梁，35cm×50cm矩形斷面。根據(jù)各層布置范圍不同分三類：預(yù)制梁1、2長(zhǎng)度均為4．0 m，預(yù)制梁3長(zhǎng)度為3．0 m。梁之間連接 （見圖1）采用鋼筋搭接雙面焊，搭接長(zhǎng)度不小于20 cm，并采用瀝青包裹防銹處理；預(yù)制梁受力鋼筋凈混凝土保護(hù)層厚度為3．5 cm，梁體采用C25混凝土；預(yù)制梁吊環(huán)鋼筋直徑為12 mm，底部與梁受力筋焊接，焊接長(zhǎng)度為10 cm。

圖1 抗震梁的連接形式 （尺寸單位：cm）

（2）在大壩上、下游坡面的1 365、1 368、1 371、1 374、1 377m及1 381 m高程處設(shè)置6排水平抗震梁，并每隔6 m用豎梁連接。坡面抗震框格梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土方式，在整個(gè)壩坡坡面形成框格整體。上游壩坡水平抗震框格梁為五邊形 （見圖2a），豎向抗震框格梁為正方形，邊長(zhǎng)為60 cm；下游壩坡水平抗震框格梁為五邊形 （見圖2b），豎向抗震框格梁為矩形，尺寸為40 cm×60 cm。

2 壩體內(nèi)水平抗震框格梁

2.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

圖2 上、下游壩坡水平抗震框格梁 （單位：cm）

（1）優(yōu)化目的。原設(shè)計(jì)中抗震梁之間連接采用鋼筋搭接雙面焊硬連接，給大壩工程施工帶來(lái)兩方面的問(wèn)題：①抗震梁之間的連接較為困難，表現(xiàn)在兩根預(yù)制梁預(yù)埋鋼筋之間完全靠攏對(duì)齊非常困難，無(wú)法保證十字接頭鋼筋搭接雙面焊的焊接質(zhì)量；②焊接工作量大，速度慢，無(wú)法滿足大壩填筑進(jìn)度的要求，還會(huì)造成大量機(jī)械設(shè)備停工閑置。因此，在滿足設(shè)計(jì)抗震梁鋪設(shè)意圖前提下，有必要對(duì)壩體內(nèi)水平抗震框格梁的連接形式進(jìn)行優(yōu)化。

（2）優(yōu)化方案。將抗震梁設(shè)計(jì)連接方式變?yōu)椤败涍B接”，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定其是否滿足抗拉要求：①將梁原設(shè)計(jì)中預(yù)埋外露的兩根獨(dú)立鋼筋 （見圖3a）優(yōu)化為預(yù)埋外露的一根凹形鋼筋 （見圖3b）；②采用公稱直徑12 mm光面鍍鋅圓股鋼絲繩 （6×37+FC）連接，鋼絲繩采用幾圈幾股通過(guò)試驗(yàn)確定。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。試驗(yàn)確定，鋼絲繩繞行4圈8股、φ22的鋼絲繩繩卡對(duì)鋼絲繩單股形成死扣可以滿足設(shè)計(jì)要求。③防腐處理同原設(shè)計(jì)，即采用瀝青包裹對(duì)外露鋼筋涂刷防腐處理。

表1 鋼絲繩軟連接試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 預(yù)埋鋼筋 (單位：mm)

2.2 施工方法

（1）抗震梁預(yù)制。抗震梁預(yù)制場(chǎng)地設(shè)在上游壓重平臺(tái)上。為了方便預(yù)制梁模板和鋼筋的制作安裝以及混凝土澆筑和模板的拆卸，首先澆筑厚度為20 cm的素混凝土工作平臺(tái)，后在工作平臺(tái)上進(jìn)行預(yù)制梁的澆筑。具體如下：①鋼筋加工。鋼筋制作 （包括吊環(huán)制作）在鋼筋加工場(chǎng)按設(shè)計(jì)尺寸集中加工，5 t載重車運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場(chǎng)，人工運(yùn)至預(yù)制梁澆筑點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安放。由于預(yù)制梁種類多，鋼筋圖相似，極易出錯(cuò)。為了避免用錯(cuò)鋼筋，同種預(yù)制梁集中一個(gè)區(qū)域制作。②模板加工。模板在澆筑平臺(tái)上根據(jù)梁的型號(hào)加工成定型模板，方便安裝、拆卸和重復(fù)使用。模板外側(cè)用腳手架鋼管作背管，內(nèi)拉鋼筋采用φ8鋼筋穿過(guò)并與模板外側(cè)鋼管焊接固定，間距1.0 m，兩端模板預(yù)留搭接鋼筋孔，模板側(cè)邊采用鋼管加固，增加模板強(qiáng)度和剛度防止局部變形影響外觀質(zhì)量。③預(yù)制梁的澆筑。預(yù)制梁混凝土采用拌和樓拌制，6.0 m3混凝土罐車運(yùn)輸至作業(yè)平臺(tái)，通過(guò)短溜槽送至倉(cāng)內(nèi)，振搗采用ZN50型電動(dòng)軟軸插入式混凝土振動(dòng)器。為保證保護(hù)層厚度，鋼筋架立時(shí)底部墊3 cm厚預(yù)制混凝土塊 （10 cm×10 cm×3 cm）， 墊塊間距1.0 m。模板的拆除在澆筑結(jié)束24 h后進(jìn)行。拆除模板時(shí)只能從外側(cè)敲打，嚴(yán)禁從混凝土面敲打或撬動(dòng)模板，以防損傷混凝土表面，影響混凝土外觀質(zhì)量。④抗震框格梁的養(yǎng)護(hù)。澆筑好的預(yù)制梁，采用草袋覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)7 d后，用吊機(jī)裝車運(yùn)至存儲(chǔ)區(qū)備用，儲(chǔ)存區(qū)分多塊場(chǎng)地分別存放不同型號(hào)的預(yù)制梁，防止現(xiàn)場(chǎng)安放時(shí)出錯(cuò)。

（2）抗震框格梁的吊裝鋪設(shè)。當(dāng)大壩抗震梁安放平臺(tái)填筑完成后，先檢測(cè)高程。若局部平整度不滿足鋪設(shè)要求，則采用細(xì)料人工平整；以確保抗震梁鋪設(shè)基礎(chǔ)的平整度。由16 t吊機(jī)吊裝至載重汽車上，將梁運(yùn)送至壩面，并且直接卸至工作面，反鏟平整場(chǎng)地后再安放。安放完成后，再次進(jìn)行測(cè)量校核，人工局部調(diào)整；以使抗震梁的放置位置符合設(shè)計(jì)要求，且保證抗震梁不存在架空現(xiàn)象。

（3）抗震框格梁的連接及防腐。先將外露鋼筋采用液態(tài)瀝青漆涂刷防腐，再按照實(shí)驗(yàn)所確定的采用4圈8股鋼絲繩，將抗震梁外露的鋼筋用鋼絲繩連接，然后用φ22的鋼絲繩繩卡對(duì)鋼絲繩單股連接，形成死扣。此施工程序的質(zhì)量控制重點(diǎn)是保證鋼絲繩的連接緊度，確保4圈8股鋼絲繩均勻受力。

（4）抗震框格梁的覆蓋。對(duì)已經(jīng)安裝好的抗震梁防腐處理后，開始進(jìn)行填料覆蓋。填料時(shí)將料倒在卸料平臺(tái)上，反鏟填筑框格內(nèi)部，填裝時(shí)避免梁移位，避免大塊石砸壞抗震梁。本層堆石料填筑完成后，開始進(jìn)行碾壓。碾壓時(shí)采用靜碾的方式進(jìn)行，避免抗震梁被震斷。碾壓完成并在實(shí)驗(yàn)合格后方可進(jìn)行上一層填筑。

3 上、下游坡面抗震框格梁

3.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化

原設(shè)計(jì)的壩坡抗震框格梁均位于壩體永久坡面上，抗震梁施工期間，大壩尚在填筑，坡面干砌石尚在砌筑，且抗震梁施工本身需要運(yùn)輸?shù)缆罚灰虼嗽O(shè)計(jì)并未考慮上游壩坡施工道路和下游永久上壩道路對(duì)其的影響，故需對(duì)原大壩永久坡面的部分抗震框格梁進(jìn)行優(yōu)化。

（1）優(yōu)化原則：在不影響壩坡抗震框格梁抗震效果的前提下，方便施工；優(yōu)化的外觀必須確保美觀效果。

（2）具體優(yōu)化方案的總體思路：將壩坡道路占?jí)旱膲纹驴拐鹂蚋窳阂浦恋缆愤吰峦鈧?cè)。由于道路邊坡設(shè)計(jì)坡比為1∶1.35，大壩壩坡設(shè)計(jì)坡比為1∶2；因此必須將道路邊坡的抗震梁漸變至大壩壩坡的抗震框格梁。為滿足保證抗震框格梁整體抗震要求，一是將相鄰兩根不同高程的水平抗震框格梁采用同截面的現(xiàn)澆梁予以連接；二是將道路面兩側(cè)同高程水平抗震梁采用同截面的現(xiàn)澆梁予以連接。若遇到水平梁外側(cè)斜面坡度與設(shè)計(jì)邊坡不一致的地方，采取加高或降低混凝土澆筑坡面方式進(jìn)行處理。豎向梁與順坡匹配，框格間距以順坡面法線間距6 m進(jìn)行控制。在道路與壩體交匯的拐點(diǎn)位置進(jìn)行找平。干砌石、漿砌石隨坡面抗震框格梁進(jìn)行找平成順坡。

3.2 施工方法

（1）測(cè)量放線。測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)坡面線，對(duì)壩坡進(jìn)行測(cè)量放樣。測(cè)量放樣采用間隔5 m×5 m打鋼筋樁，樁間拉線來(lái)控制設(shè)計(jì)高程。在變坡點(diǎn)位置加密測(cè)量，并準(zhǔn)確找出折點(diǎn)位置，并打上有特殊標(biāo)記的鋼筋樁，多個(gè)折點(diǎn)放樣完成后，人工采用拉線的方式校核折點(diǎn)樁，保證所有變坡點(diǎn)均在一條直線上，以滿足整體性美觀要求。

（2）抗震梁基礎(chǔ)整平。由于水平梁為嵌入壩體式，若采用人工挖槽方式，無(wú)論是施工進(jìn)度、工程成本及施工難度都無(wú)法滿足要求；因此采用了挖掘機(jī)挖出基礎(chǔ)平臺(tái)。基礎(chǔ)平臺(tái)開挖分為粗平和精平兩個(gè)階段：粗平采用中型挖掘機(jī)開挖整平。根據(jù)測(cè)量放樣的設(shè)計(jì)坡面線和平臺(tái)高程，挖掘機(jī)自路口向里開挖，挖出的石渣料用25 t自卸車運(yùn)出。粗平標(biāo)準(zhǔn)控制在±30 cm。粗平完成之后，再用人工配合小型挖掘機(jī) （如60型）精平，在精平過(guò)程中，測(cè)量工作及時(shí)跟上。精平標(biāo)準(zhǔn)控制在±10 cm。

（3）鋼筋混凝土抗震框格梁澆筑。壩坡抗震框格梁澆筑施工的重點(diǎn)為模板架立及混凝土振搗：①立模同前2．2（1）抗震梁預(yù)制中的②模板加工。立模完成之后，先采用全站儀校模，再用拉線方式進(jìn)一步校正，以確保模板平整順直。②混凝土振搗同前2．2（1）中③；確保振搗到位，氣泡排出，盡量減少混凝土表面的蜂窩麻面，以確保外觀質(zhì)量良好。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化效果必須建立在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是方便施工、加快施工進(jìn)度、節(jié)約施工成本、滿足美觀效果。壩體水平預(yù)制抗震梁“軟連接”，可以使壩體內(nèi)抗震框格梁形成整體穩(wěn)定的受力狀態(tài)，又可以加快施工進(jìn)度；而壩坡道路兩側(cè)斜梁以及跨道路連接大梁，既有效保證了壩坡抗震框格梁的整體穩(wěn)定，又保證了大壩工程的正常施工；從而達(dá)到了優(yōu)化的目的。