烏東德水電站大壩表孔施工關鍵技術

商永紅

(新疆葛洲壩喬巴特水利樞紐工程開發有限公司，新疆 阿勒泰 836600)

0 引言

拱壩通常采用壩身泄洪方式，表孔作為拱壩主要泄洪通道，一般設計為跨橫縫布置，并設有事故檢修閘門、弧形工作門和連接大梁結構，其中連接大梁在跨中設有預留寬槽結構[1]。國內高拱壩表孔連接大梁傳統施工方法一般采用桁架或承重排架立模現澆施工，事故門槽采用二期方式安裝施工，總體施工難度較大，工期較長。

本文依托烏東德水電站特高拱壩表孔施工，系統總結表孔底板整體澆筑技術、連接大梁預留寬槽結構優化設計、預制梁封頂施工及事故門槽埋件一期施工技術。通過應用該施工技術，大幅降低了表孔施工難度，加快了施工進度，提升了拱壩整體施工技術水平。

1 大壩表孔設計概況

烏東德水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988.0 m，建基面最低高程718.0 m，最大壩高270.0 m，拱冠梁頂厚11.98 m，拱冠底厚51.41 m，厚高比0.19，拱壩最大中心角101.79°，壩頂上游面弧長326.95 m，弧高比1.211。

壩身布置6個中孔和5個表孔，其中表孔跨橫縫布置，堰面采用WES曲線，堰頂高程959.0 m，孔口尺寸12 m×16 m(寬×高)，泄洪表孔設兩道閘門，上游面為平面事故檢修門，下游面設弧形工作門，檢修門槽及弧形工作門槽均設計為一期預留、二期安裝澆筑方式。

表孔閘墩之間設現澆連接大梁，頂部與壩頂齊平，既可增強頂部拱圈整體性，又作為弧門支撐結構，大梁跨橫縫部位預留寬槽、后期回填形成整體結構。

表孔過流面周邊設計為C9035抗沖磨混凝土，其中底板堰頂以下設計為一期預留、二期澆筑方式形成，表孔設計結構如圖1所示。

圖1 表孔設計結構示意圖

根據烏東德水電站工程蓄水規劃，2020年汛前蓄水至高程945.0 m處，表孔2020年汛期需具備敞泄條件，汛末具備抬高蓄水位運行條件，汛后具備安裝工作弧門條件。

2 表孔施工規劃

表孔為拱壩重要泄洪通道，其中底板、事故門槽、連接大梁為施工關鍵部位，底板如采用二期澆筑，不僅投入大、工期長，且受一期已澆壩體剛性約束作用，二期澆筑后底板表面極易產生表面裂縫等質量缺陷，影響表孔后期安全運行；事故門槽如采用二期方式安裝澆筑，須待壩體澆筑到頂后才能施工，不能滿足蓄水工期要求；連接大梁跨中設計了預留寬槽結構，傳統上采用鋼桁架立模分左右側現澆方式施工，存在安全風險大、支撐材料用量多、工期長等問題，對工程總體進度的影響也非常大。

烏東德水電站大壩表孔施工中，通過設計與施工技術創新研究，運用側墻與底板一期整體澆筑成型施工技術，避免了二期澆筑可能產生的質量問題；創新設計了門槽液壓自爬升臺車，解決了事故門槽埋件一期施工難題，實現了事故門槽一期安裝澆筑施工；優化連接大梁預留寬槽設計結構，采取預制梁封頂施工，快速安全完成大梁澆筑。

表孔具體施工規劃如下：

1)表孔采用3 m澆筑升層，側墻與底板一期整體澆筑成型施工；

2)事故門槽埋件采取一期施工，弧形工作門槽采取二期施工方式；

3)連接大梁跨中預留寬槽優化至閘墩部位，與壩體脫開澆筑，后期回填至設計高程；

4)連接大梁采用預制梁封頂施工，2020年汛前完成大梁澆筑，汛后安裝工作弧門。

3 表孔側墻與底板整體澆筑成型施工技術

烏東德大壩5個表孔分2批或3批施工，單個表孔從下到上按3 m分層澆筑，其中底板與側墻整體澆筑，整體澆筑分層如圖2所示。

圖2 表孔整體澆筑分層圖

側墻與底板一期整體澆筑成型施工技術要點包括：

1)底板與側墻整體澆筑成型，其中，底板設樣架，以人工抹面方式施工，側墻立模與底板同步澆筑；

2)底板樣架按照設計結構放樣并驗收，在混凝土初凝前拆除，收倉面底板部位設20 cm厚倒角；

3)底板采用定型模板和散裝模板翻轉施工，采用承插式圍囹、套筒式拉條，方便拆模抹面施工；

4)過流面周邊澆筑C9035 PVA纖維(聚乙烯醇纖維，polyvinylalcohol fiber)抗沖磨混凝土。

4 事故門槽埋件一期安裝與澆筑施工技術

表孔事故檢修門槽埋件由主軌、副軌、反軌、底檻等組成，除底檻外，其余均采用一期埋設安裝施工技術，利用液壓自爬升臺車由下至上分層安裝，與壩體混凝土澆筑同步。

4.1 液壓自爬升臺車設計

液壓自爬升臺車整體呈懸臂結構，由爬升平臺、主框桁架、爬升系統和錨固系統組成。液壓自爬升臺車通過錨固系統固定在已澆側墻面，形成穩定剛體結構，可以平衡埋件澆筑中產生的作用力，其自帶動力、自主爬升，作為門槽埋件施工工作平臺，兼作門槽模板安裝拆除平臺。門槽臺車平面及側視結構如圖3所示。

圖3 門槽臺車結構示意圖

1)爬升平臺

爬升平臺總高11.5 m，通過頂升系統固定在已澆混凝土側墻面上，上下共設置4層操作平臺，外防護設計采用沖孔鐵板網。各層平臺板均采用為45 mm折彎花紋鋼跳板，局部采用鋼板填補，具有防火、防滑、耐腐蝕的作用。各層平臺之間均設上下人洞，層與層之間設置鋼制斜梯。自爬升平臺在作業面形成一個封閉、安全并可獨立施工的操作空間。

2)主框桁架

主框桁架設計為桁架式整體鋼結構，高9 m，桁架通過挑梁與爬升平臺連接為一體，隨爬升平臺一起爬升，爬升到位后再通過錨固系統與已澆混凝土側墻面固定，形成穩定的懸臂鋼結構。主框桁架主要作用是通過頂撐裝置和夾緊裝置將倉內門槽埋件固定，以此保障埋件安裝精度滿足設計要求，除此之外，兼作門槽模板安裝拆除平臺。

3)爬升系統

爬升系統采用液壓油缸頂升方式，包括導軌、掛座、液壓油缸等。臺車爬升方式為：先在壩體混凝土內埋設定位錐，定位錐上安裝固定掛座，固定掛座與爬軌通過液壓油缸和固定掛座的爬升導向槽相連接，通過液壓油缸的頂升運動帶動臺車向上爬升，一次爬升的高度為3 m，與混凝土澆筑升層相適應。

4)錨固系統

自爬升平臺和主框桁架各設計1套錨固系統，采用廠家提供的M32波紋高強螺桿配M36定位錐，具體技術參數如下：

①波紋高強螺桿M32(3級熱軋帶肋鋼筋，HRB400E)；

②定位錐及高強螺栓為M36，材料為40Cr；

③M32高強螺桿上入定位錐的長度不小于60 mm。

4.2 事故門槽埋件一期施工

表孔事故檢修門槽由二期優化為一期施工后，門槽埋件隨壩體混凝土一同澆筑，不再預留二期混凝土。根據表孔分層規劃，事故檢修門槽從高程959.0 m處以上與壩體一并分層澆筑，液壓自爬升臺車隨壩體澆筑逐步安裝到位，主要施工技術如下：

1)門槽埋件前期安裝需要在倉內設置拉筋固定，混凝土澆筑前，將門槽液壓自爬升平臺上的埋件固定支撐系統與埋件連接為一個整體，以控制埋件在混凝土澆筑過程中產生的變形；

2)門槽埋件后期主要由自爬升平臺頂撐絲桿及鎖緊裝置固定，倉內采用少量預埋插筋及角鋼(型鋼)輔助固定，同時利用平臺進行輔助操作的方式定位；

3)門槽周邊模板均采用內拉方式安裝固定，與液壓自爬升臺車之間相對獨立、互不干擾，爬升平臺不作為模板支撐的受力體，只作為模板安裝架設作業平臺；

4)爬升平臺兩端分別設置測量點位，與相鄰最近的測量點作為基準進行實時檢測；

5)爬升平臺按照埋件與爬升平臺聯合受力設計，澆筑時前后左右對稱均衡下料，澆筑面高差不超過0.5 m，即可滿足設計允許變形要求。

在此基礎上，制訂了埋件一期安裝施工流程和技術要求。液壓自爬升臺車初次安裝現場情況如圖4所示，此時尚未安裝爬升平臺和操作平臺。

圖4 門槽臺車初始安裝現場照片

5 表孔連接大梁優化設計與施工技術

表孔連接大梁跨中預留寬槽結構優化調整至閘墩部位，順流向和垂直流向布置，平面呈T型或L型結構，連接大梁設計采用預制梁封頂，預留寬槽后期采用混凝土分層回填至設計高程。

對優化后的預留寬槽和預制梁結構，采用三維有限單元法對連接大梁運行期和施工期進行應力分析，分析結果滿足表孔安全運行設計要求，表孔水面線在校核洪水位時與表孔連接大梁、弧門支鉸均有較大安全裕度。

5.1 預留寬槽及預制梁設計

表孔連接大梁預留寬槽由跨中部位優化至跨端，即閘墩中部，順流向布置，并增設垂直流向預留槽，形成T型或L型結構，預留寬槽結構優化后，連接大梁跨表孔部分為整體結構，底部即可設計為預制梁結構，作為結構的一部分兼作施工支撐模板，后期無需拆除。

預留寬槽及預制梁設計要點包括：

1)表孔閘墩連接大梁范圍設順流向和垂直流向預留寬槽，中墩預留寬槽平面為T型結構，邊墩預留寬槽平面為L型結構，預留寬槽設計寬度1 m，起止高程968.0～988.0 m，如圖5和圖6所示；

圖5 預留寬槽平面圖

圖6 預留寬槽下游立視圖

2)連接大梁與閘墩上游部位脫開澆筑，預留寬槽內設連接鋼筋，后期回填形成整體結構；

3)連接大梁采用預制梁封頂，作為結構的一部分，后期不拆除；

4)為滿足預制梁安裝需要，閘墩邊墻部位增設小牛腿結構，不影響表孔泄洪過流；

5)單根預制梁結構為倒T型和L型，長度從上游至下游漸長，與流道體型適應，如圖7所示；

圖7 預制T型梁布置示意圖

6)預制梁安裝范圍內倉面設計為自由滑動面，以平衡接縫灌漿對壩體產生的影響。

5.2 連接大梁施工技術

連接大梁預留寬槽結構優化后，大梁部位實現與壩體脫開澆筑。大梁采用預制梁封頂施工，預制梁提前預制、現場安裝，施工進度快。

連接大梁施工技術的要點主要包括4個方面：

1)連接大梁部位與壩體脫開單獨澆筑上升，相互不干擾，有利于減少施工難度，加快施工進度，壩體可快速澆筑至壩頂，壩頂結構混凝土施工能盡早開展；

2)連接大梁采用預制梁封頂施工質量好、安全性高，且更加方便、快速，避免了現澆施工所帶來的安全風險高、工期長、材料用量大等問題；

3)預制梁后期無需拆除，大梁澆筑到頂后即可開始表孔弧門施工，有利于加快施工進度；

4)預留寬槽在大梁及壩體部位內部溫度冷卻至設計允許溫度后即可回填，不影響壩頂及壩體接縫灌漿施工。

6 結語

本文依托烏東德水電站總結形成了特高拱壩表孔施工技術。該技術研發了事故門槽自爬升臺車，實現了事故門槽埋件一期施工，對研發弧形工作門槽一期施工技術具有重要借鑒意義；連接大梁預留寬槽結構優化調整、預制梁封頂施工技術、過流面一期整體澆筑技術解決了表孔傳統施工技術存在的安全風險管控難度大、工期長等問題。

烏東德水電站表孔設計施工技術優化和創新后，通過應用實施，節約了4個月直線工期，施工期間未發生質量安全事故。表孔底板成型質量良好，事故閘門埋件安裝質量滿足規范及設計要求，實現了工程按期蓄水發電度汛工程建設目標，取得了顯著的工程效益和經濟效益。