河床壩式水利樞紐工程混凝土施工策劃及實施

趙建斌

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安）

1 工程簡介

某攔河引水樞紐采用閘壩布置形式，自左岸至右岸依次布置有常態(tài)混凝土重力壩、無閘門溢流壩、18 孔泄洪沖沙閘、魚道、生態(tài)電站、2 孔泄洪沖沙閘和發(fā)電引水閘。左岸岸坡及右岸主河床生態(tài)電站上游布置常態(tài)混凝土重力壩，壩頂高程1 614.30 m，壩頂寬度5 m，最大壩高21.3 m，總壩長126.1 m。無閘溢流壩位于左岸常態(tài)混凝土重力壩右側，采用WES 實用堰，溢流壩長23.33 m，共分為16 個壩段。泄洪沖沙閘共設20 孔胸墻式水閘，孔口尺寸4.0 m×4.0 m（寬×高）。壩0+344.86m～壩0+456.60m段共布置18 孔，采用三孔一連的結構長度為18.6m，共分為6 個結構段。壩0+519.70m ～壩0+532.50m段布置2 孔。魚道進口位于生態(tài)電站尾水渠反坡末端左側，進口水閘為胸墻式“U”型結構，凈寬1.2 m，總長488.9 m。樁號壩0+477.48 m～壩0+494.78 m段布置2 孔生態(tài)電站發(fā)電進水口，采用單機單管的布置型式。發(fā)電引水閘位于主河道右岸，閘室長20.0 m，寬20.0 m，為整體鋼筋混凝土結構。

以該工程為依托，對其混凝土施工策劃及施工方案策劃加以探索和總結，旨在為類似樞紐工程混凝土施工提供經(jīng)驗借鑒。

2 混凝土施工策劃

2.1 施工分期

根據(jù)總體進度計劃安排、樞紐大壩工程布置及工程結構的特點，項目混凝土施工采用分期施工。一期混凝土工程施工內容為常態(tài)混凝土重力壩靠右岸兩塊、溢流壩三塊、泄洪沖沙閘工程、魚道工程、生態(tài)電站工程、發(fā)電引水閘工程、一期基礎處理及滲控工程及閘房工程。二期混凝土工程施工內容有剩余常態(tài)混凝土重力壩及溢流壩剩余部分。大壩分期施工平面布置見圖1。

圖1 大壩分期施工平面布置

2.2 混凝土配合比設計試驗[1-2]

本工程混凝土強度等級分別為：C15、C20、C25、C30，按照《水工混凝土試驗規(guī)程》要求，試驗室依據(jù)上述指標，首先進行室內混凝土配合比設計，以確定水灰比、單位用水量、砂率等；根據(jù)原材料（水泥、粉煤灰、骨料、外加劑及水）的檢驗結果，在試驗室試拌，定性判斷混凝土的和易性、泌水性及流動性，并測定其坍落度，裝模成型。待齡期達到后進行混凝土耐久性試驗，分別作抗凍、抗?jié)B試驗。混凝土配合比設計試驗時，重點注意了以下幾個方面。

2.2.1 水膠比 水膠比應根據(jù)設計要求的強度和耐久性確定。并不得超過表1 所示的規(guī)定。

表1 水膠比最大允許值

2.2.2 用水量 用水量與骨料最大粒徑、砂率、外加劑的品種及摻量、是否摻加摻合料、施工所要求的坍落度及和易性有關，參考表2 選取，最后通過試驗確定。

表2 混凝土用水量選用表（kg/m3）

2.2.3 最大粗骨料粒徑 根據(jù)結構斷面尺寸和結構配筋率及施工條件，盡可能選擇較大的粗骨料粒徑。

2.2.4 砂率 根據(jù)骨料級配及和易性的要求，選擇最優(yōu)砂率。規(guī)范要求坍落度見表3。

表3 混凝土澆筑時坍落度 單位：mm

2.3 混凝土施工強度規(guī)劃

2.3.1 混凝土澆筑倉面及澆筑方式規(guī)劃 在本工程大體積混凝土中，一、二期混凝土最大倉號，單倉面積為322 m2，澆筑采用平鋪法，每層鋪筑厚度按0.3 m計算。每鋪筑一層混凝土量為96.6 m3，混凝土澆筑層間允許間隔時間由混凝土初凝時間和溫控要求來確定。混凝土層間允許間隔時間按2 h 考慮，則最小入倉強度為70.8 m3/h。澆筑本倉號時候，安排1 臺TB-105 型胎帶機澆筑，TB-105 型胎帶機入倉能力為175 m3/h，澆筑強度能滿足要求。

2.3.2 混凝土澆筑強度規(guī)劃 本工程混凝土施工時段主要為2 個時段，即2019 年5 月-2020 年8 月和2021 年3 月～2021 年9 月。混凝土施工最高月強度發(fā)生在一期混凝土施工的2020 年4 月，為1.58 萬m3/月。

2.4 混凝土主要材料規(guī)劃

水泥、粉煤灰、外加劑為外購，砂石骨料為自建加工系統(tǒng)，其產(chǎn)能和產(chǎn)品質量符合要求。

2.5 施工主要設備規(guī)劃

混凝土由拌和站集中拌制，計劃左右岸各配置1 臺HZS120 混凝土攪拌站。混凝土水平運輸采用9 臺10 m3混凝土罐車；垂直運輸設備主要為2 臺C7050 型塔機吊2 m3臥罐、1 臺80 t 履帶吊4 m3臥罐、1 臺25 t 汽車吊2 m3臥罐以及1 臺TB-105 型胎帶機運送入倉。

2.5.1 HZS120 混凝土攪拌站生產(chǎn)能力分析[3]混凝土拌合站生產(chǎn)能力需要按照以下兩個情況進行計算取其最大者來確定。

（1）根據(jù)混凝土澆筑最大倉面層間允許間歇時間情況計算拌合站生產(chǎn)能力。混凝土鋪料層間間歇時間超過允許間歇時間，會出現(xiàn)冷縫，工程中避免層間出現(xiàn)冷縫主要方法有調整混凝土分塊尺寸、改變澆筑方法如平鋪法改成臺階法等、混凝土拌和時加入一定數(shù)量的緩凝劑、增大澆筑能力等。

混凝土鋪料（平鋪法）允許間歇時間計算拌合站小時生產(chǎn)能力計算公式如下

式中，Qh- 拌合站小時生產(chǎn)能力（m3/h）；S- 最大混凝土塊的澆筑面積，取322 m2；D- 最大混凝土塊的澆筑分層厚度，取0.3 m；t1- 混凝土初凝時間，取2 h；t2- 混凝土出機后到澆筑入倉所經(jīng)歷的時間，取0.5 h。

通過計算混凝土初凝條件校核小時生產(chǎn)能力Qh=70.8 m3/h。

（2）根據(jù)月施工最大強度情況計算拌合站生產(chǎn)能力。根據(jù)月施工高峰強度情況計算拌合站生產(chǎn)能力計算公式如下

式中，Kh- 小時不均勻系數(shù)，可取1.3～1.5，這里取1.5；Qm- 混凝土高峰澆筑強度，取1.58 萬m3/月；m- 每月工作天數(shù)，一般取25 d；n- 每天工作小時數(shù)，一般取20 h；其他符號意義同前。

通過計算混凝土拌和系統(tǒng)小時生產(chǎn)能力為47 m3/h。

取以上計算最大值Qh=70.8 m3/h。

HZS120 混凝土攪拌站生產(chǎn)能力理論值為120 m3/h，＞70.8 m3/h。左右岸各配置1 臺HZS120 混凝土攪拌站能夠滿足本項目混凝土施工要求。

2.5.3 垂直運輸設備能力分析 常態(tài)混凝土垂直運輸設備主要為2 臺C7050 型塔機吊2 m3臥罐（分別布置在泄洪沖沙閘和生態(tài)電站部位）、1 臺80 t 履帶吊4 m3臥罐、1 臺25 t 汽車吊2 m3臥罐以及1 臺TB-105 型胎帶機運送入倉。經(jīng)過綜合分析，垂直運輸設備能力能夠滿足本項目混凝土施工要求。

3 施工方案

3.1 常態(tài)混凝土重力壩及溢流壩工程施工[4]

混凝土結構外露面模板采用定型大塊懸臂翻升鋼模板，其余部位采用組合鋼模板，局部配以木模板，人工配合25 t 汽車吊進行模板安拆。定型大塊懸臂翻升鋼模板主要構件包括面板（包括其后筋板）、支撐桁架、錨固件等，全部為鋼結構。

定型大塊懸臂翻升鋼模板面板采用2 塊3 000 mm×1 500 mm×5 mm 鋼板焊接而成；面板后筋板采用4 根10 號槽鋼和5 塊厚度為10 mm（四周邊及面板水平中部）及9 塊厚度為4 mm的鋼板組成，筋板鋼板高度均為100 mm。

支撐系統(tǒng)為支撐桁架。支撐桁架采用10 號槽鋼及∠50×5 角鋼焊接形成空間整體結構，錨固件：主要由6根（分上下3 層，每層2 個）Ф36 錐形套筒螺栓進行拉錨固定。Ф36 錐形套筒螺栓倉內套接Ф25 錨筋，錨筋上焊接Ф16 拉錨筋以固定模板。

定型大塊懸臂翻升鋼模板，其特點其一是每倉上游側或下游側只需要1 塊，一次翻升到澆筑倉高度；其二是拉錨件在施工縫面以下已完成倉內，具備受力要求。懸臂翻升鋼模板側視圖見圖2，圖中單位為mm。

圖2 懸臂翻升鋼模板側視圖

溢流壩圓弧墩頭模板采用加工制作的定型曲面鋼模板，壩頂交通橋采用預制法施工，模板采用組合鋼木模板，預制成型后采用拖車移至現(xiàn)場，人工配合80 t 履帶吊進行吊裝。

溢流面表層混凝土采用滑模法施工，滑模采用加工制作，溢流面以下混凝土按設計要求澆筑成臺階式，在兩側墻按堰面的設計曲線布設滑軌樣架，澆筑溢流面混凝土時采用卷揚機牽引滑模施工。

壩體混凝土根據(jù)設計分縫采用分層分塊澆筑。大體積混凝土采用平鋪法澆筑。下游護坦混凝土按設計分塊，跳倉法澆筑。

混凝土采用拌合站集中拌制，10 m3混凝土罐車水平運輸，各壩段主要采用TB-105 型胎帶機入倉，上部結構混凝土入倉時根據(jù)現(xiàn)場情況由TB-105 型胎帶機或80 T 履帶吊吊4 m3臥罐入倉（下同）。混凝土振搗主要采用Ф100 變頻振搗器和Ф70 軟軸振搗器人工振搗（下同）。

3.2 泄洪沖沙閘工程施工

混凝土結構外露面模板采用定型大塊模板，閘墩墩頭模板和閘墩上游胸墻采用加工制作的定型曲面鋼模板，其余部位采用組合鋼模板，局部配以木模板，人工配合25 t 汽車吊進行模板安拆。交通橋采用現(xiàn)澆T型梁結構，模板采用定型鋼模板。

閘室段混凝土根據(jù)設計分縫采用分層分塊澆筑。基礎大體積混凝土采用平鋪法澆筑。下游消力池混凝土按設計分塊，跳倉法澆筑。

3.3 魚道工程施工

魚道出口水閘采用大型定型鋼模板；一、二期混凝土模板采用組合鋼模板；混凝土澆筑采用由低向高分層分段施工。混凝土采用拌合站集中拌制，10 m3混凝土罐車水平運輸，垂直運輸設備根據(jù)情況主要采用C7050 型塔機吊2 m3臥罐，25 t 汽車吊2 m3臥罐配合入倉。

3.4 生態(tài)電站工程施工

閘室混凝土結構外露面模板采用定型大塊模板，閘墩墩頭模板采用加工制作的定型曲面鋼模板與定型大塊模板銜接，廠房等其余部位采用組合鋼模板，局部配以木模板；壓力管道外包鋼筋混凝土采用組合鋼模板；尾水渠模板采用定型大塊模板，局部采用組合鋼模板。二期模板采用組合鋼模板。人工配合C7050 型塔機進行模板安拆。閘室段、廠房混凝土根據(jù)設計分縫采用分層分塊澆筑。基礎大體積混凝土采用平鋪法澆筑。尾水渠跳倉法澆筑。混凝土采用拌合站集中拌制，10 m3混凝土罐車水平運輸，垂直運輸設備根據(jù)情況主要采用C7050型塔機吊2 m3臥罐，TB-105 型胎帶機或25 t 汽車吊2 m3臥罐配合入倉。

3.5 發(fā)電引水閘工程施工

閘室混凝土結構外露面模板采用定型大塊模板，閘墩墩頭模板采用加工制作的定型曲面鋼模板與定型大塊模板銜接，廠房等其余部位采用組合鋼模板，局部配以木模板；壓力管道外包鋼筋混凝土采用定型鋼模板；尾水渠模板采用定型大塊模板，局部采用組合鋼模板。二期模板采用組合鋼模板。人工配合C7050 型塔機進行模板安拆。

閘室段、廠房混凝土根據(jù)設計分縫采用分層分塊澆筑。基礎大體積混凝土采用平鋪法澆筑。尾水渠跳倉法澆筑。混凝土采用拌合站集中拌制，10 m3混凝土罐車水平運輸，垂直運輸設備根據(jù)情況配置，下部結構主要采用TB-105 型胎帶機入倉、平倉，上部結構采用25 t 汽車吊2 m3臥罐配合TB-105 型胎帶機入倉。

4 結論

該項目通過前期策劃時對工程整體的分析，配置合理的機械設備資源，制定符合工程實際的施工方案，最終確保本工程混凝土施工在確保安全和質量的情況下按期完成。

從本項目施工策劃可以看出，水利樞紐工程開工后的施工策劃尤為重要，它是項目成敗的關鍵環(huán)節(jié)之一。本文僅以此工程混凝土施工組織策劃和實施方案的關鍵環(huán)節(jié)進行淺述，旨在為類似水利樞紐工程的實施提供經(jīng)驗借鑒。