动水条件下混凝土围堰的施工方法.pdf

。 _ 水利水电 施工 2 0 1 0 第6 期 总第 1 2 3 期 动水条件 下混凝土围堰 的施工方法 学蔡振峰 ( 中国水利水电第十一局有限公司) 【 摘要】 围堰施工成功是水工建筑物主体施工正式开始的标志。围堰形式各有不同，随边界条件的变化而改 变 ，当受边界条件 限制 ，常 用的 围堰形式无 法实施 时，混凝土 围堰不 失为理 想的形式之 一。然 而，当河水在 流 动状态时，特别是水流方向和流量变化的条件下，混凝土围堰 实施也遭遇到很 多困难 中国水利水电第十一局 有限公 司承建 的安徽 陈村 电站扩机 改建 工程施 工围堰就是在这种条件 下成功 实施 的。 【 关键词】 动 力条件混凝土 围堰 陈村 电站施 Y - 1 工程概况 安徽陈村 电站扩机1 二 程厂房布置在原安装问下游侧 1 号机尾 水 区 与底 孔 出 L _ 段 之 间，宽 度 ( 左 方 向) 为 1 5 O m，长度 ( 上下游方 向)为 2 4 9 m。 南于受现场条件 的限制 ，设 汁单 位对 f 已 知的所 有用堰形式进行比较，最终确定采重力式水下繁体现 浇混凝 土 堰。 围堰挡水 标 准按 3台机 组 满 发 时 的下 游 水 位 高 程 6 1 2 m进行 设计 ，堰顶 高程 为 6 2 m；在 老 厂 小 发 电时 ， 下游尾水位为高程 5 9 5 m。同堰施T时尾水平均水深为 8 O m，最大水深为 1 2 8 m；即使 3台机 组 发 电，尾 水 区仍有 7 m水深 和一定流速 。 堰 南纵 向尉堰 和横 向围堰 组成 “ L”形平 面，上 游 紧贴 电站尾水 平 台 ，下游 与尾 水左 岸岸 边连 接 。l其 中 纵 向同堰 长度 为 j 5 O m，横 向 嗣堰 长度 为 4 2 O m。工 程 总量约 3 7 0 0 m。 ，混凝 土标号 为 ( ： 1 j 。 堰基础表层有厚约 1 O m左右的砾石覆盖层，下部为石 英砂岩夹砂质页岩或泥质砂岩 ，岩性较坚硬 。经实测 ，陶堰 所处基岩的起伏差较大 ，高程在 4 8 4 5 3 O m之间 ，局部 高 羞约 l o re。纵向匍般基础局部为老混凝土面 ，高程为 6 O m。 按照招标文件要求，同堰施 ： 期间不得影响老厂发 电 ， 此 ，必须 突破存动 水条 件 下实施 水 下混凝 土 同堰 施工的技术难题 。 2 围堰 施工方法的设计思路 在动水条件下 实施重 力式 整体 现浇混 凝 土 堰似 不 8 多 见，存l住以下诸多困难 ： ( 1 )模板 同定十分复杂 ：动水条件 F作用于模板上力 的 方I 、大小小断改变 ，模 板必须 向同定 。 ( 2 )对操作人员要求高：整体现浇混凝土模板施1 是 一 项 专业施丁 ，然而在 水下需 要作 业 人员 同时 具备潜 水 工 与模 板工 双重 的能力 ，当在 动水 条件 下则更难 。 ( 3 )存动水 条件 下 ，水 下地 形及 沉积 物情 况 难 以确 定 。模板 没计 与施工将 十 分 困难 ，即便 是 f J 潜水 人员 在 水 下进行操作 ，其功效也将受到极大 的限制 。 ( 4 )安全问题突出 ：电站尾水的流态复杂 ，潜 水人 员 本 身的稳定将非 常 困难 ，特别 足在 突然 开机 发 电或关 机 时 ，水下作 、 世 人员的人身安全将受到极大的威胁 。 为此 ，就要解 决 上述 r木 难 。必须 从施 丁方 法 f 解 决 问题 ：要尽可能减 少水 下作 、 ； 要尽 呵能 减小模 板 面积 ，从而减小 位 面积 模板 上 水的推 力 ； 要采 用可 靠的模板结构形式且保证混凝土嗣堰的防渗性能 。 3 围堰施工方案的设计 3 1 围堰体 形设 计 将 “ 重 力式 整 体 现浇 混 凝 土同 堰” 划分 为 若 干段 、 块 ，如 同混凝土重 力坝 一样 。根据 本工 程 交际 条件 ，将 横 向陶堰 分 成 1 6段 ，标 准 段 K 2 4 4 m，每一 段 又分 成 甲、乙、丙 块 ( 顺水流方向 ) ，甲 、乙块 为堰体 的前 后 块 ，宽度为 2 4 4 m，皆为 干地 拼装 模板 ，用 吊车将 模板 沉 入水 中灌 注 水 下 混凝 土 。丙 块 为 堰 体 中问 夹 仓 ，宽 2 O m，丙块底部浇一 部分水下 混 凝土 。中上部在 夹仓 内 抽干水后作旱地浇筑。纵向围堰共划分 2 2 段 ，纵向围堰 高度仅 6 5 m，段长和宽度均采用 2 4 4 m的单排柱体 ，皆 为干地 拼装模 板 ，用 吊车将模板 沉 入水 中灌 注水 下混凝 土。经验算每段块平面尺寸采用 2 4 4 mN 2 4 4 m，能确保 单块 混凝土成 型后独立稳定 的同时 围堰整体稳定 。 3 2 围堰施 工方 法 采用 “ 沉模 跳 仓进 占随 即跟 进加 密 ”的施 工 方 法 ： 采用旱地拼装 整体模 板 ，吊车垂 直将模 板沉 于水 中，采 用 “ 垂直导管法”灌 注混 凝 土 ，整体 模板 不 再拆 除 ；然 后 ，在旱地 拼 装单 面 模板 ，吊 车垂 直将 模 板沉 于 水 中 ， 潜水人员将单面模板 固定于 已浇筑 完 的先浇 整体模 板上 ； 最后采用 “ 垂直 导管法 ”灌 注微膨 胀混 凝土 。即现 浇块 为常规混凝土 ，后浇块为膨胀混凝土 。 3 3 围堰整体性与防渗措施 利用 “ 整体大型钢框竹胶模 板”浇筑 后不拆 除 ，块 、 段分缝处犹如加 设 了钢 键槽 ；利 用竹 胶模板 遇 水微 膨胀 性能和后浇块微 膨胀混 凝土 的收 缩补偿 性 能 ，从 而 提高 块 、缝问的防渗性能 。 3 4 围堰基础稳定与防渗处理 根据基岩实际情况，采用斜锚杆稳定基础，采用预 埋套管进行 固结 和帷幕灌浆 ，解决基础 防渗 问题 。 3 5围堰 拆 除方案 在平水状态下 ，对需拆 除段 的分 界处 进行 预裂 爆破 后 ，再采用密孔 分次起 爆方 法 ，每次 爆破 至需 要拆 除 的 高程。控制每次 装药 总量 ，确保 爆破 震波 不影 响周 围建 筑 和设施 。 4主要施 工方法 4 1 概 述 围堰为 4级建筑 物 ，其 挡水标 准按 3台机组 满发 时 的下游水位 6 1 2 m进 行设计 ，堰顶高 程 6 2 m，围堰基 础 除局部坐落在原有 混凝 土建筑 物上外 ，其余 均坐 落在 覆 盖层清理后 的岩石基 础上 。断面尺寸有 2 4 4 c m、4 6 6 c m 和 6 8 8 c m。根据 实际探测 ，围堰高度 在 3 1 3 5 m 之 间。围 堰 甲、乙块共有 2 4 4 c mx 2 4 4 c m 的墩子 3 2个 ( 不 包括 断 面为 1 2 2 c mX 2 4 4 c m及 6 0 c mX 2 4 4 c m的墩子 5个 ) ，相邻 先浇 块 之 间 的 夹 仓 回填 微 膨 胀 混 凝 土 ，其 中 断 面 为 2 0 0 c mN 2 4 4 c m仓号 3 O个，其他尺寸仓号 6个。丙块夹 仓 2 1 仓 ，先浇丙 I块 ，待丙 I块完成 后 ，在 甲、乙块 之 间布设钢支撑，钢支撑布设完毕后，抽干 甲、乙块之间 的集水 ，最后旱地浇筑丙 块混凝 土。 前期利用竹排、油桶搭设水上作业平台，在平台上搭 设筒易龙 门起 重架 ，将模板 、钢架 吊起 ，在水 面上进行 模 板钢架拼装，分段安装 ，逐步沉放入水，尽量减少水下作 导截流 工程 业量 ；后期利用塔 吊吊装模板入水 ，水上平 台微调就位 。 4 2 钢 架制作 预 先 做 好 钢 架 。尺 寸 为 9 0 c m 2 4 4 c m，高 度 为 2 2 4 c m ( 可根据现场情况调整 ，但做好后 的钢架 必须人能 搬动，浮体能够载运) ，可用钢管、角钢、钢筋等焊接 ， 必须保证钢架 的坚同性 和稳定性 。 4 3 水下 清基 围堰水下清基需清除围堰基础范围内的软弱、疏松 部分 ，并 清 除散 布 在仓 面底 部 的各 种 杂 物 ，包 括 石渣 、 淤 泥、松动岩块 以及 老混凝 土 上 的淤 泥 、苔藓 等 。石 渣 及 松动岩块 ，由专业 潜水 人员 下水 清至 仓号 之外 ，淤 泥 苔藓用钢丝刷 刷 除。清基完 成后 及 时进行 水 下立模 、浇 筑 ，防止造成新的杂物汇集。 4 4 起重架及施工平 台的搭设 利用浮体 搭简 易龙 门架 ，完 成模 板拼 装 、混凝 土 浇 筑，亦可采用三角支架的方式进行，以先浇的墩子作为 起重架 的基础 ，在 基础 上搭 设 = 三 角形 支架 ，其两 个支点 固定在此墩子上 ，垂直高度 约为 3 5 m。另一根采 用钢丝 绳作为斜拉绳 ，拉 在此 墩子 前一 个先 浇块 上 ，调 整钢丝 绳的长度来控制起重架的倾斜度，从而控制起吊模板的 前进方向和距离 。 施 工平 台 ：先在 两个 先浇 块上 各横 两根 钢管 ，并 与 预埋 钢架连 接 ，然后 在此钢 管两 侧各 横两 根钢 管挑 向下 一 仓 ，在此钢管 上铺 马道 板作 为施 工平 台 ，为保 持施 工 平 台稳定 ，可在 架子 下增 设支 撑钢 管 ，直 到架子 稳定 为 止。人行道两侧设扶手，并挂安全网。 4 5 立模 利用浮体将模板、钢架、拉杆等物运到施工平台附 近 ，部分物件搬至施工平 台。利用 手拉葫芦 将钢架 吊起 ， 以钢架为内支撑立模 ，将模板与钢架连接，模板之间采 用 1 4 mm扣杆对拉 ，间距 8 0 c m，将模板加 固就位后 ，沉 放入水，当钢架或模板顶离水面 3 0 c m时停止沉放，开始 安装下一块钢架 ，并与上一块连接 ，然后进 行模板安 装 ， 安装就绪后再沉放，直到水底，并且模板顶部必须达到 设计 高程。模 板底部 与岩 面接 触 的缝 隙，可在模 板外 用 麻袋 混凝 土 ( 或袋装 黏土)封堵 。 后浇块也采 用类 似方 法 ：先浇 块上 挂手 拉葫芦 将模 板吊起，在水面以上分块安装，模 板两侧各距先浇块 2 0 4 0 c m，模板之 间采用 1 4 mm 的对托 圆钢拉杆 ，间距 8 0 c m，将模 板加 固就 位后 ，沉放入水 ，直到底部 。 4 6 P V C管施工 考虑到后期横 向围堰的拆除和纵 向围堰 基岩 的支 护 ， 需对施工 围堰预埋 P VC管 ，以减少后 期钻孔工 作量 ，具 体要 求如下 ： ( 1 )纵 向围堰 预埋 l O O mm P V C管 ，主要 目的是 后 9 水利水电施工 2 0 1 0 第 6期 总第 1 2 3 期 期开挖时 ，如果 地基 岩石性 质太 差 ，可 利用此 孔对 围堰 基础补打预应力锚索或锚筋，进行岩石支护。埋管尽量 布置在围堰中心 ，间距 为 3 0 0 c m左右 ，垂直布置 。 ( 2 )横 向围堰预埋 , 5 0 mm P VC管 ，主要 目的是 在后 期围堰拆除时作炮孔用。每个先浇块和后浇块各布置一 个，间距为 l O O c m左右，尽量布置在每个浇筑块的中间， 垂直布置。 ( 3 )在横向围堰靠近纵向围堰侧 ，埋管需加密布置， 间 、排距 均为 5 0 c m，梅花形 布置 。如埋 管与模板或 拉杆 相矛盾 ，则埋管位置可适 当调整 ，此 处埋管也 作炮孔用 。 由于此处距 纵 向围堰 ( 完 工后 ，纵 向 围堰 不用 拆除 )较 近 ，必须使用加密孔爆破 。 4 7 混凝 土灌 注 混凝土由拌和站集中拌制 ，混凝土输送泵输送 ，采 用导管法浇筑，将拌和好的混凝土通过导管借助其 自重 压力使之扩散。 4 7 1 灌注程序 将导管置 于灌 注部位 ，下 端管 口距基 础 面小 于 l O c m，准备一木球或袋装混凝土，木球挂尼龙绳，将木 球放入导管 ，尼龙绳 引 出导管 ，然后 开始 下料 ( 首次 下 料坍 落度要小一些 ) ，料与尼龙绳推带着 木球往下 走 ，慢 慢放绳使球到达导管的底部，顶住岩石面，固定好绳索， 然后开始储料 ，导管以及导管上的漏斗、溜槽上的储料 斗、自卸汽车都要储满，确保一次灌注导管埋人混凝土 的长度不小于 l O O c m。料储够后，继续下料，可将绳索 剪断并同时将导管慢慢提起。剪绳索时，现场操作人员 一 定要分工明确，各负其责，相互配合，剪断绳索后漏 斗绝 不可 断料 ，要 连 续下 料 ，直到所 储 的料 一 次下 完 ， 并将导管 内的水全部压出导管外。随后继续下料灌注， 边灌注混凝 土边提 升导管 ，导 管每次 提升 高度应 控制 在 0 2 O 6 m，并逐节拆卸导管 ，至少每 3 0 rai n 测量一 次仓 内混凝土面高度 和导管 内混凝 土面 高度 。最后 直到混 凝 土浇至设计高程。 4 7 2 注意事项 在灌注过程中，导管不得左右移动；导管埋人已浇 混凝土内的深度始终保持不小于 5 0 -8 0 c m。一经开始灌 注 ，就要将混凝土连续灌 注完毕 。 灌注要控制混 凝土 面 的上 升速 度 ，以减 少混凝 土对 模板 的侧压力 。 4 7 3 导管设计 导管 由漏 斗、中间 管和脚 管组 成。 中间管两端 有丝 扣，中问管长度一般为每节 1 2 5 m，脚管为 2 m，其一 端有 丝扣 。 导 管 直 径 选 用 5 8 mm，采 用 普 通 钢 管 ，壁 厚 2 5 m m。导管混凝土通过能力约 2 O m3 h 。 4 7 4 导管布置 导管的布置与混凝土的扩散半径 ( 亦称导管 “ 作用 1 O 半径” )有关 。水下混凝土的扩散半 径与水 的深度 、漏斗 距水面高度 以及 管下 V I 埋 置深 度有关 。本 工程 每个 浇筑 块设一根导管即可。 4 7 5 原材料选择及配合比 ( 1 )骨料 ：最大粒径小于管径的 1 4 ，选用 二级 配。 ( 2 )砂：宜选用中粗砂，砂率一般比普通混凝土提高 6 8 。 ( 3 )水灰比：根据对混凝土强度和施工和易性要求， 通过试验确定 ，一般用 0 6 。 ( 4 )坍落度 ：根据导管直径及作用半径 ，坍落度可选 用不同数值 ，一般控制在 l 6 2 2 c m。开始浇 筑时用较 小 的坍落度，以后可用较大的坍落度。 ( 5 )外加剂：# l q J iJ 剂的掺量通过试验确定。 4 8 丙块浇筑及钢支撑布设 在 乙块 和丙 I块未施工完时外 围围堰不得 完全封闭 ， 可在外 围围堰 预 留一 定宽度 的缺 口，使围堰 内外 侧水位 始终保持一致 。 当围堰 甲块 和乙块施 工 完毕 以后 ，开始 对丙 I块进 行施工 ，丙 I 块 施工完成 后 ，在 甲块 、乙块之 间打 钢 支 撑 ( 钢支撑 采 用 7 5 mm钢 管 制作 ，钢管 头 上用 铁 楔 子 楔紧) ，首先在略低 于 5 9 O O m处打一排 ( 不 抽水 的情况 下) ，间距为 l m。此支撑打完后，开始抽甲块、乙块之 间的水 ，抽水 时速度不宜太快 ，并要 不断对 围堰进 行观 测检查记 录 ，观察 渗水 情况 ，水位 下 降 1 5 m后 ，再打 支撑 ，间距 为 1 5 m。这 样 重 复 以 上 过 程 ，一 直 到 水 抽完 。 通过抽水检 查可 确定渗 水情 况 ，如 围堰渗水 过大 则 要考 虑进行灌浆 ，如 围堰渗 水小 ，则 可直接 在丙 I块 上 分仓 ，旱地浇筑混凝 土 ，期 间钢 支撑 不拆 除 ，直 接浇 入 混凝土中。 5 基坑排水 发电厂房基坑 顺水 流方 向长约 5 5 m，垂直水 流方 向 宽约 4 2 m，所占总面积约 2 2 0 0 m2 。依据招标文件地质资 料，扩机厂房基坑范围内场地平整，仅表面有少量推移 质覆盖 ，下部为石英 细砂 岩夹砂 质页 岩或 泥质砂 岩 ，岩 石较坚密 ，渗透系数较小 ，平均水深按 7 m考虑 ，则基坑 排水量 为 1 5 4 0 0 m 3 。计划 配备 3 寸 泵 5台，可 以满足厂 房基坑排水条件 。 围堰施工完 毕后 ，利用 围堰顶 ，在 6 2 m 高程搭 设抽 水平 台，布置水泵集 中抽 水 ，引 管路排 至 围堰 以外 下游 河道 内。为满足厂房干地施工需要 ，在 基坑开挖过程 中 ， 围堰内侧设置排水沟，布置集水坑 ，集中抽排至围堰外。 考虑到围堰稳定及安全 ，在基坑抽水过程中，一定 要边抽水边观察，严格控制基坑内的降水速度，确保 围 堰安全 。