徐同良 殷 瑞

(1.東平湖管理局梁山黃河河務(wù)局，山東 濟(jì)寧 272000；2.山東潤泰水利工程有限公司，山東 泰安 271000)

隨著大型水電站工程的建設(shè)，導(dǎo)流洞下閘封堵安全快速施工技術(shù)得到進(jìn)一步的改進(jìn)和提高，目前，導(dǎo)流洞出口封堵大都采用傳統(tǒng)土石圍堰，需進(jìn)行大量的土石方運(yùn)輸、填筑，且防滲性能差。土石圍堰填筑工程量大，施工工期長，在布置大型料場的同時(shí)需要配備大量土石方挖裝設(shè)備。導(dǎo)流洞過流產(chǎn)生的水流沖擊和回流旋渦極大，為典型非靜水條件下的高水深圍堰施工。在動水環(huán)境中大量的土石方傾倒河道中，被水流沖擊，填筑效率低且易造成河道淤積。土石圍堰防滲采用的高質(zhì)量黏土就近開采難度較大，外運(yùn)成本較高，而采用低質(zhì)量黏土的防滲效果差，背水面滲水量大，增加了導(dǎo)流洞內(nèi)抽排水的難度和施工安全性。導(dǎo)流洞封堵急需一種快速、安全、便捷、環(huán)保的新工藝。

通過不斷研究和探索，經(jīng)過多次試驗(yàn)和工程應(yīng)用，總結(jié)出導(dǎo)流洞非靜水條件下高水深水下混凝土施工技術(shù)，有效解決了施工環(huán)境復(fù)雜、場地狹窄、交通運(yùn)輸困難，保證建筑物干地施工難度大等諸多難題。

1 施工工藝原理

a.設(shè)置防浪丁壩，利用鋼筋石籠、大型混凝土塊、石塊等大體積填筑材料的自身穩(wěn)定性，減小外界水流沖擊和渦流等對水下混凝土模板的沖擊，同時(shí)由于丁壩的透水性，能夠自動平衡丁壩內(nèi)外水位差。

b.采用分體式鋼模板箱體，分塊分段加工上下游模板，模板之間采用螺栓定位后滿焊連接，上下游模板之間設(shè)置連接鋼管及型鋼使之成為整體。模板在安裝過程中由吊車及卷揚(yáng)機(jī)運(yùn)輸至水面以上，采用卷揚(yáng)機(jī)控制扁擔(dān)梁調(diào)整模板箱體位置，由下部向上部逐塊安裝，逐漸下放至水面以下。

c.模板箱體與導(dǎo)流洞邊緣部位采用水下混凝土模板專用防漏漿裝置，通過有一定強(qiáng)度的柔性橡膠織物裝置，使模板面與導(dǎo)流洞翼墻之間的縫隙密閉，保證了混凝土的密實(shí)度。

d.在水下混凝土整體模板上部搭設(shè)排架及提升設(shè)備，采用自密實(shí)混凝土導(dǎo)管水下澆筑技術(shù)，導(dǎo)管出口始終位于自密實(shí)混凝土澆筑層頂部以下，依靠自重向四周散開，直至澆筑至水面以上，澆筑完成后，模板箱體與水下混凝土形成整體擋水結(jié)構(gòu)。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

a.調(diào)查導(dǎo)流洞出口水下混凝土部位施工條件、場地環(huán)境、進(jìn)出場道路，規(guī)劃場地臨時(shí)建筑物布置。

b.測量導(dǎo)流洞出口水上部分地形地貌。

c.查探導(dǎo)流洞出口部位水下環(huán)境，包括水下地形條件、底部沉積物、施工區(qū)域水深、水流速度、涌浪高度等(見圖2)。

圖2 施工區(qū)域地形、水情調(diào)查

d.根據(jù)現(xiàn)場吊裝設(shè)備要求，平整導(dǎo)流洞出口兩側(cè)范圍內(nèi)場地，準(zhǔn)備好施工用風(fēng)水電。

2.2.2 自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

a.根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)原則，確定自密實(shí)混凝土的粗細(xì)骨料、級配、水灰比等基本參數(shù)。

b.設(shè)計(jì)水下混凝土配合比，通過試驗(yàn)確定混凝土流動性、初凝時(shí)間、級配等性能參數(shù)。

c.通過混凝土配合比試驗(yàn)，確定C25自密實(shí)水下混凝土配合比為：水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加劑∶水=319∶43∶822∶1046∶2.90∶170，水膠比為0.47。

2.2.3 混凝土圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

a.按照導(dǎo)流洞臨時(shí)建筑物封堵期間的防洪標(biāo)準(zhǔn)，在導(dǎo)流洞出口交通橋附近布置混凝土圍堰，滿足通道及模板安裝、混凝土澆筑平臺等施工需要。

b.導(dǎo)流洞出口混凝土圍堰采用重力式結(jié)構(gòu)，水下部分布置為垂直結(jié)構(gòu)，混凝土圍堰結(jié)構(gòu)滿足抗傾覆和抗滑穩(wěn)定要求。

2.2.4 防浪丁壩設(shè)計(jì)與施工

a.丁壩布置于下游圍堰迎水面靠河側(cè)，壩頂寬度為10m，滿足填筑機(jī)械及自卸車輛雙向通行要求。

b.丁壩兩側(cè)邊坡設(shè)計(jì)坡比1∶1.3，壩體上下游兩側(cè)10m范圍填筑鉛絲石籠，中部填筑大塊石及石碴，頂部填筑50cm的碎石，滿足車輛通行要求(見圖3)。

圖3 防浪丁壩填筑施工

2.2.5 水下混凝土模板制作

a.根據(jù)現(xiàn)場實(shí)地測量尺寸，分段分層制作鋼模板，中間分塊部位采用標(biāo)準(zhǔn)組合鋼模板，導(dǎo)流洞出口左右岸側(cè)模板采用異形模板，其制作難度大，較大的體形不僅需分段制作，還要將完整斷面進(jìn)行分割制作，但分段不能太小，否則多塊拼裝會降低精度和整體的剛度，也不能太大，以免移動、安裝、拆卸、周轉(zhuǎn)不便。

b.采用φ28×3mm鋼管作為縱橫圍檁，將組合鋼模連成整體，為防止模板漏漿，模板塊與之間應(yīng)加雙面膠或海綿條，緊貼兩岸側(cè)模板邊緣設(shè)置高強(qiáng)度的柔性橡膠織物(見圖4、圖5)，底部采用高強(qiáng)度砂漿找平，模板安裝前涂刷脫模劑。

圖4 水下混凝土模板專用防漏漿裝置示意圖

圖5 水下混凝土模板專用防漏漿裝置

c.兩塊鋼模板之間及模板各分層之間的連接采用螺栓導(dǎo)向，滿焊連接。在單層兩塊模板之間的縱向接縫兩端橫豎向骨架上焊接2對螺栓定位鋼板，在吊裝各塊模板就位后，立即穿入螺栓將其固定，對鋼桁架骨架和表面鋼板接縫位置進(jìn)行滿焊，并將螺栓連接位置一并焊接。

d.模板上下游連接分為垂直于模板方向的對稱連接和斜拉的非對稱連接。采用φ28螺紋鋼焊接加固，使鋼管連接形成整體。

e.單層上下游模板吊裝就位后，鋼管兩端螺栓孔與桁架上的連接板采用螺栓快速定位，然后，由下而上逐層將鋼管與鋼桁架之間的連接點(diǎn)及斜向連接全部滿焊。單層模板上下游連接完成后，由吊車下放入水下，采用卷揚(yáng)機(jī)控制扁擔(dān)梁調(diào)整模板箱體位置，上層模板安裝完成后，繼續(xù)進(jìn)行上層模板之間的連接件安裝，直至模板安裝全部完成(見圖6)。

圖6 上下游模板安裝結(jié)構(gòu)

2.2.6 水下混凝土模板安裝

a.模板安裝施工平臺搭設(shè)。在導(dǎo)流洞出口位置，設(shè)置橫跨左右岸的鋼桁架施工平臺，寬度為1.2～1.5m，高度為0.5～0.8m，用于材料運(yùn)輸、吊車支設(shè)等，施工平臺上下游兩側(cè)分別設(shè)置扁擔(dān)梁、卷揚(yáng)機(jī)、纜索，用于精確安裝鋼模板箱體。

b.基礎(chǔ)面探測及清理。人工深潛進(jìn)行基礎(chǔ)面探測，潛水作業(yè)配備專業(yè)的潛水服、氦氧混合氣供配系統(tǒng)、潛水鐘、減壓艙、電源、應(yīng)急救援等設(shè)備(見圖7)。采用氣升提升方式清理基礎(chǔ)面淤泥，將壓縮空氣通過管道通向吸泥管底部，壓縮空氣在吸泥管中上升形成真空，底部淤泥被吸入管道，并形成比重小于1的“空氣+泥漿”混合物，混合物通過管道排出。氣升式清淤裝置由柴油空壓機(jī)、吸泥管、排泥管、空壓管及浮筒等組成。柴油空壓機(jī)布置在施工平臺上，清淤吸泥管等設(shè)備布置在一個較小的浮箱上，浮箱與水面平臺連接，實(shí)現(xiàn)漂浮移動。

圖7 潛水員探摸調(diào)查基礎(chǔ)面情況

c.模板安裝。模板安裝前精確測量泄流中心線位置，作為模板安裝的定位基點(diǎn)。模板安裝的順序如下(見圖8～圖10)：

圖8 水下混凝土模板布置示意圖

圖9 模板箱體拼裝及運(yùn)輸施工場景

圖10 模板箱體下放水下施工場景

上下游第一層模板在導(dǎo)流洞出口上部交通橋面進(jìn)行螺栓定位及接縫滿焊組裝成整片，采用汽車吊吊運(yùn)至鋼棧橋，由卷揚(yáng)機(jī)固定懸吊于水面以上。施工人員在模板內(nèi)焊接走道，安裝上下游模板連接鋼管，利用該鋼管使鋼筋加密形成工作平臺。

第二層上下游模板在導(dǎo)流洞上部交通橋面組裝成整體，采用汽車吊吊運(yùn)至第一層模板上部，并與其焊接固定，利用兩岸錨點(diǎn)固定在模板上口，然后安裝第二層上下游模板之間的連接鋼管，并焊接鋼筋形成安裝平臺。

第一、二層模板連接為整體后，采用卷揚(yáng)機(jī)固定在橋下，并利用扁擔(dān)梁下放至第二層露出1.5m。第三層及第四層模板安裝與第二層模板安裝工序相同。所有模板安裝完成后，采用卷揚(yáng)機(jī)控制扁擔(dān)梁調(diào)整模板位置，將模板箱體下放至預(yù)定位置。

2.2.7 水下混凝土澆筑

a.操作排架的搭設(shè)。利用澆筑平臺搭設(shè)操作排架，排架采用碗扣式萬能腳手架，搭設(shè)高度與導(dǎo)管提升高度相同，以滿足澆筑過程中導(dǎo)管分段提升使用要求(見圖11)。

圖11 操作排架搭設(shè)

b.水下混凝土澆筑。水下混凝土澆筑采用升管法(見圖12、圖13)，澆筑時(shí)，設(shè)置多套導(dǎo)管澆筑系統(tǒng)，相隔間距5～6m，導(dǎo)管頂部設(shè)置有貯料漏斗，由手動葫蘆吊起，導(dǎo)管采用φ219鋼管，導(dǎo)管長度根據(jù)澆筑水深和混凝土壓力要求布置，布置的導(dǎo)管長度為15m。

圖12 水下混凝土澆筑施工示意圖

圖13 水下混凝土澆筑施工場景

c.水下混凝土接觸灌漿補(bǔ)強(qiáng)和防滲處理。根據(jù)提前預(yù)埋的灌漿管進(jìn)行鉆孔灌漿，灌漿前先將圍堰上下游水位抽排至同一高程，滿足水壓的平壓要求，然后采用分序灌漿方式進(jìn)行灌漿。對水下混凝土補(bǔ)強(qiáng)，提高防滲性能。

3 工程應(yīng)用

a.云南省玉溪市峨山縣新街河水庫工程出口混凝土圍堰單項(xiàng)工程，施工導(dǎo)流洞下閘封堵工程，順利下閘后由大壩導(dǎo)流底孔泄流,實(shí)現(xiàn)了水電站發(fā)電工期目標(biāo)，施工期在左右兩岸布置兩條導(dǎo)流洞臨時(shí)導(dǎo)流,導(dǎo)流隧洞長度分別為413.8m、422.6m，出口部位平均寬度15m，水深12m。導(dǎo)流洞上方通過架設(shè)臨時(shí)鋼橋滿足通行要求。左導(dǎo)流洞下閘后，右導(dǎo)流洞單洞過流產(chǎn)生的水流沖擊和回流旋渦極大，采用水下混凝土圍堰施工工藝，有效解決了非靜水條件下的高水深圍堰施工難題。

b.山東省棗莊市山亭區(qū)紫草峪水庫除險(xiǎn)加固工程放水洞出口混凝土圍堰單項(xiàng)工程，東放水洞總長628.1m，出口混凝土圍堰布置于左岸放水洞擴(kuò)散段，出口位于鋼棧橋下方。出口混凝土圍堰為重力式，圍堰高度14.8m，堰底寬度10.2m，堰頂寬度2.0m。圍堰軸線基本與現(xiàn)鋼棧橋軸線平行。采用在導(dǎo)流洞出口設(shè)置水下混凝土圍堰的工藝，避免了傳統(tǒng)土石圍堰施工的諸多問題。

4 結(jié) 語

通過采用非靜水條件下高水深水下混凝土施工技術(shù)，有效避免了土石圍堰施工造成的河道土石淤積，改善了河道底部水流流態(tài)。較傳統(tǒng)土石圍堰，水下混凝土圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防滲性能好，有效保證了導(dǎo)流洞洞內(nèi)施工人員的安全作業(yè)環(huán)境，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，對同類水電站導(dǎo)流洞封堵施工具有較好的借鑒意義。