溧陽(yáng)電站尾水主洞邊頂拱混凝土襯砌水平施工縫施工研究

姜曉文 王維

摘 ? ?要：溧陽(yáng)電站尾水主洞由于地質(zhì)條件復(fù)雜、圍巖穩(wěn)定性差，為保證洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全永久支護(hù)采用先邊頂拱后底拱襯砌的方法。邊頂拱與底拱混凝土襯砌水平施工縫設(shè)置在洞室頂拱兩側(cè)214°位置且施工縫形狀為“Z”字型結(jié)構(gòu)，此設(shè)計(jì)增加了邊頂拱混凝土與底拱混凝土之間的咬合力提高了洞室襯砌混凝土的整體性。水平施工縫處理方案經(jīng)預(yù)埋的測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，處理效果良好滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：尾水主洞;水平施工縫;模板設(shè)計(jì);受力荷載

1 ?工程概況

溧陽(yáng)抽水蓄能電站尾水主洞洞室開挖斷面為圓形，襯砌斷面為圓形，凈斷面尺寸為10m，1#尾水主洞總長(zhǎng)度為1124.956m，2#主洞長(zhǎng)度1211.203m。

原施工組織設(shè)計(jì)中尾水主洞混凝土襯砌采用全斷面的針梁臺(tái)車進(jìn)行施工，根據(jù)洞室開挖的特點(diǎn)及開挖后揭露的實(shí)際地質(zhì)情況，為確保洞室安全及保證工程總體工期的順利完成，依據(jù)特別咨詢團(tuán)專家意見，結(jié)合施工期開挖支護(hù)與襯砌混凝土平行作業(yè)的特點(diǎn)，施工方案改為先進(jìn)行洞室邊頂拱混凝土的襯砌施工。通過(guò)對(duì)邊頂拱混凝土結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算，確定水平施工縫設(shè)在與水平洞軸線夾角為197°和-17°處即頂拱214°范圍處。

2 ?水平施工縫設(shè)置及模板設(shè)計(jì)

2.1 ?水平施工縫設(shè)置

為了防止洞室在后期強(qiáng)震作用下邊頂拱與底拱混凝土襯砌水平施工縫被拉開和提高洞室襯砌混凝土的整體性，增加邊頂拱混凝土與底拱混凝土之間的咬合力，將邊頂拱與底拱混凝土襯砌水平施工縫設(shè)置在洞室頂拱兩側(cè)214°位置，與水平線成50°角和17°角。

2.2 ?模板設(shè)計(jì)

水平施工縫部位封堵模板采用普通定型鋼模板和4cm厚木模板組合拼裝，普通定型鋼模板均采用5mm厚的鋼板由廠家進(jìn)行加工制作，定型鋼模板長(zhǎng)度、寬度和高度分別為1200mm、600mm和200mm，加工形狀為“Z”字型，制作時(shí)邊框、縱橫肋與面板采取焊接的方式進(jìn)行加工，邊框和縱橫肋高度均為50mm。

2.3 ?模板支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模板加固采用內(nèi)拉外撐的方法，拉筋采用ф14光圓鋼筋，拉筋的布置間距為60cm，排距為1.0m，所有拉筋均焊接在Φ25mm的系統(tǒng)錨桿上。定型鋼模板和木模板的組合面外部采用[8槽鋼作為橫向圍囹頂在組合模板上，排距為1.0m，并在橫向圍囹外側(cè)設(shè)縱向圍囹，縱向圍囹采用Φ48mm腳手架鋼管。模板底部采用絲杠進(jìn)行加固支撐。為滿足預(yù)留接茬鋼筋要求，故在在洞室襯砌混凝土內(nèi)外側(cè)布置木模板，并在兩側(cè)拼裝的木模板上按襯砌鋼筋的間排距開孔，孔的大小大于鋼筋直徑，以利于鋼筋穿過(guò)即可，混凝土澆筑時(shí)，采用布、麻等軟質(zhì)材料對(duì)穿孔鋼筋部位進(jìn)行封堵。

2.4 ?模板的受力驗(yàn)算及支撐結(jié)構(gòu)選用標(biāo)準(zhǔn)

為保證水平施工縫部位的堵頭模板在混凝土澆筑過(guò)程中能可靠地承受模板施工規(guī)范中規(guī)定的各項(xiàng)施工荷載，且變形不超過(guò)允許范圍，需對(duì)模板進(jìn)行受力驗(yàn)算，以此校核模板是否滿足施工要求，校核時(shí)模板按照Ⅴ類圍巖襯砌寬度進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算原理采用校核簡(jiǎn)支梁是否滿足施工要求原理進(jìn)行。同時(shí)，對(duì)模板的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，確定合理的支撐結(jié)構(gòu)。

2.4.1 ?模板的受力驗(yàn)算

根據(jù)模板封堵的形式，模板主要設(shè)計(jì)荷載見表1。

①具體驗(yàn)算原理：將模板簡(jiǎn)化為一簡(jiǎn)支梁的形式，模板上部承受的荷載均視

為均布荷載q，故模板構(gòu)件的最大變形值（最大撓度Ymax）發(fā)生在計(jì)算跨度的1/2處，若最大變形值（最大撓度Ymax）小于模板構(gòu)件計(jì)算跨度的1/400，則模板構(gòu)件滿足施工所要求的強(qiáng)度和剛度。反之，則不滿足施工所要求的強(qiáng)度和剛度。

② 具體計(jì)算過(guò)程如下：

最大變形值（最大撓度Ymax）Ymax=5ql4/384EI

式中：

q——模板構(gòu)件承受的均布荷載;

l——模板構(gòu)件計(jì)算跨度;

E——模板構(gòu)件的彈性模量，木模板取10GPa，鋼模板取200 GPa，應(yīng)取二者平均值;

I——模板構(gòu)件的慣性矩，I=bh3/12;其中b為模板構(gòu)件的寬度，等于1.2m，h為模板構(gòu)件的長(zhǎng)度，等于1.2m，故計(jì)算得知I=0.17m4;

將以上數(shù)據(jù)代入：

Ymax=5ql4/384EI

計(jì)算得：

Ymax=6.9×10-6m<1.2/400=3×10-3m

由上述計(jì)算得知該模板構(gòu)件能夠承受澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的各項(xiàng)施工荷載，滿足施工所要求的剛度和強(qiáng)度。

2.4.2拉桿及支撐結(jié)構(gòu)

按模板荷載組合計(jì)算模板承載力。

模板受壓力按均布荷載考慮，洞室每側(cè)所受拉力為：

[F=12×91×cos30°=946]kN

為施工方便，拉模筋全部采用ф14光圓鋼筋，配用M16螺桿。[Φ]14拉筋的抗拉強(qiáng)度為26kN，M16螺桿的抗拉強(qiáng)度為23.4kN。拉桿每側(cè)按兩排布置，間距為1.0m，每排布置13根，共26根，故共受拉力608kN，其余338kN的力采用底部支撐，底部采用絲杠進(jìn)行支撐，每側(cè)絲杠布置兩排，間距為1.0m，要求每個(gè)絲杠所受壓力不小于13kN，絲杠的布置形式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3 ?水平施工縫施工

3.1 ?水平施工縫前期施工

待水平施工縫封堵模板按支立并加固完畢，檢查混凝土鋼模臺(tái)車各部完好后，即可進(jìn)行邊頂拱混凝土的澆筑，混凝土的澆筑嚴(yán)格按照《尾水主洞邊頂拱混凝土襯砌施工措施》中的要求進(jìn)行施工，以確保水平施工縫前期施工順利。

3.2 ?水平施工縫后期施工

3.2.1 ?鑿毛處理

底拱混凝土襯砌前，采用混凝土手持鑿毛機(jī)或風(fēng)鎬對(duì)已硬化的水平施工縫部位的混凝土上表層進(jìn)行鑿毛處理，并用高壓水沖洗，使之形成干凈的毛面。

3.2.2 ?接縫灌漿處理

邊頂拱與底拱混凝土襯砌水平施工縫采用接縫灌漿的方法進(jìn)行防滲處理，接縫灌漿采用拔管灌漿的方式進(jìn)行。施工工藝如下。

（1）拔管材料。拔管材料采用Φ20mm的塑料軟管，軟管在加工廠根據(jù)所需長(zhǎng)度加工而成，并進(jìn)行通氣耐壓檢查，通氣壓力為0.8MPa。

（2）拔管管路的布置原則。水平施工縫部位灌漿拔管采用塑料軟管充氣拔管成孔，每側(cè)水平縫部位布置兩根Φ20mm的塑料軟管。

（3）管路的安裝。塑料拔管采用[Φ]8mm鋼筋制作的托架進(jìn)行固定。塑料拔管安裝時(shí)保持拔管順直，拔管安裝完成后，在拔管的外露端安裝球閥。

（4）管路的檢查與保護(hù)。拔管管路安裝完成后，對(duì)軟塑料管進(jìn)行通氣，通氣壓力為0.8MPa，通氣完成后對(duì)軟管進(jìn)行保護(hù)，主要是防止利器或電焊焊渣傷及軟管。混凝土澆筑前再對(duì)管路進(jìn)行一次檢查，檢查拔管是否有脫落、漏氣。且在混凝土澆筑過(guò)程中加強(qiáng)看護(hù)，以防對(duì)拔管造成破壞。

（5）拔管的拔出。待混凝土初凝1小時(shí)后進(jìn)行拔管作業(yè)，拔管拔出時(shí)先放氣，然后將軟管緩慢均勻地拔出，形成灌漿通道。管路拔出后用壓力風(fēng)檢查灌漿通道的通暢情況，并將里面的細(xì)微雜物吹出。

（6）灌漿壓力及材料。水平施工縫部位灌漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，灌漿水泥采用P.042.5普通水泥，水灰比采用0.5：1，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。

4 ?水平施工縫觀測(cè)

在①、②尾水主洞底拱襯砌施工時(shí)，選擇兩倉(cāng)在倉(cāng)號(hào)中間位置的水平施工縫處，每倉(cāng)左右各埋設(shè)一支測(cè)縫計(jì)共4支，觀測(cè)水平施工縫的開合度。

①尾水主洞測(cè)縫計(jì)埋設(shè)時(shí)邊頂拱混凝土齡期為142天，②尾水主洞測(cè)縫計(jì)埋設(shè)時(shí)邊頂拱混凝土齡期為194天，觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，隨著邊頂拱和底拱混凝土齡期的增長(zhǎng)，水平施工縫的開合度在逐漸增大，且混凝土溫度對(duì)開合度有一定的影響。截至①尾水主洞邊頂拱混凝土齡期為345天，底拱混凝土齡期為202天，②尾水主洞邊頂拱混凝土齡期為359天，底拱混凝土齡期為165天，水平施工縫開合度最大值為0.15mm，最小值為-0.73mm，水平施工縫開合度較小。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

尾水主洞混凝土襯砌水平施工縫采用“Z”字形結(jié)構(gòu)，增加了邊頂拱混凝土與底拱混凝土之間的咬合力，提高了洞室混凝土的整體性。模板設(shè)計(jì)及受力荷載符合現(xiàn)場(chǎng)施工要求，未發(fā)生任何質(zhì)量安全問題。通過(guò)預(yù)埋的4支測(cè)縫計(jì)的監(jiān)測(cè)資料顯示，水平施工縫開合度較小，水平施工縫設(shè)置方案可行，達(dá)到了預(yù)期的目的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王來(lái)所;邊頂拱尾水隧洞混凝土先拱后墻法方案論證[J].水利水電施工，2009（5）：45～49.