水电站大坝上游围堰水下混凝土的施工技术

摘要:在水利工程建设过程中，水下混凝土施工一直是施工的重点和难点，在保证工程质量方面具有重要意义。基于此，本文对水电站大坝上游围堰水下混凝土的施工技术进行探讨。

关键词:水电站大坝;上游围堰;水下混凝土;施工技术

1工程简介

某水电站大坝工程施工基坑紧靠泄水闸，在布置上游围堰时，对原有建筑物的导墙进行了分段设计，为了不占用加固工程的施工基坑，混凝土围堰紧挨着导墙段进行设计。距导墙设计部位较远的位置设计为土石围堰。围堰为重力式水下混凝土结构，底宽为7.9m，底部的高程为821.00～835.00m。按照10年一遇的洪水标准进行设计。围堰最大高度为15m，顶部高程为837.00m。背水面按台阶设计，迎水面按直墙式设计。设计围堰轴长45m，混凝土浇筑量3500m3。

2工程施工特点

a.由于水下施工的难度高，施工工期比较紧。河水比较浑浊，施工时，施工人员完全靠感觉进行定位。此外，水下混凝土施工是在汛期前开始的，有效工期只有110d，工期短。
b.由于水下混凝土的施工条件不好，存在一定的安全隐患。且由于施工区距离泄洪闸进口比较近，库区中的流态比较复杂。从资料来看，3～4月的温度大约在8℃左右，河水温度过低，会对人在水下进行立模、清基工作造成影响。
c.对施工质量和施工技术要求比较高。该工程采用的重力式挡土围堰，要求具有良好的防渗能力和稳定性能。由于在浇筑混凝土时无法进行振捣，主要利用浆柱自身重力进行密实，因此，无法准确了解浇筑情况。为保证施工质量，需要将混凝土的配合比设计好。

3水下混凝土围堰设计

3.1围堰高程设计
在设计围堰高程时，挡水按照12月至次年5月洪水频率的25%进行，由于水位为1330.02m，洪峰流量为942m3/s。根据河水的壅高和围堰的安全高度，确定上游围堰堰顶的高程为1331.23m［1］，则围堰的高度为3.21～6.84m。围堰堰体的背水面坡比为0.51，迎水面坡比为0，顶部宽度为0.81m，围堰轴线断面底部的最大宽度为4.22m。
3.2围堰结构断面的设计
该工程设计围堰堰顶的最高高程为1331.23m，则围堰最大高度为3.21～6.84m，围堰堰体的顶部宽度为0.81m，背水面坡比为0.51，迎水面的坡比为0。围堰轴线底部的最大宽度为4.22m。
3.3计算混凝土围堰的稳定性
主要设计参数如下:将质地坚硬的岩石作为建基面，设置围堰高度为3.21～6.84m，如果单宽堰体为1m，则围堰的荷载主要来自水压力和自重。进行灌浆防渗处理后对基底扬压力进行计算。
a.计算抗剪断强度。采用下式计算:
K'=(f'∑W+CA)/∑P≥［K'］
式中K'———抗滑稳定安全系数，取3.1;
f'———基岩接触面和堰体底板混凝土之间的抗剪断摩擦系数，取0.91;
A———基础截面和堰体底板接触面的面积;
C———基岩接触面和堰体底板混凝土的黏结力，取0.31MPa。
经计算，抗滑稳定安全系数为7.1，大于3.0。达到了抗剪断的强度要求。
b.计算抗剪强度。采用下式计算:
F=f∑W/∑P≥［K］
式中［K］———抗剪稳定安全系数，取1.06;
f———基岩接触面与围堰堰体底板混凝土的抗摩擦系数，取0.66;
∑P———作用在基础截面上的总水平力;
∑W———作用在基础截面上的总垂直力。
经计算，抗剪强度的K为1.146，大于1.05，符合抗剪强度的要求。

4上游围堰水下混凝土施工

4.1施工前准备
施工前，按照围堰设计图纸进行结构边线和轴线控制点的测定，并利用水上浮标将标记做好，将对应的线和点引至陆地上。同时将浮箱、制作模板、专业人员、供电供风系统、施工器具等水下混凝土施工的准备工作做好。
4.2开挖水下土方
在开挖水下土方时，该工程使用小型挖泥船进行施工，在施工前，水电站有3d时间可以进行放水冲沙，在将水库的水位降低到824.00m时，安排使用PC405反铲对淤积层进行挖掘。
4.3搭设施工平台
由于该工程是水上施工，需要搭设水上施工平台。施工平台主要由浮箱拼接而成。其中浮吊船、模板安装船、工作船各一艘，利用6个大小为6m×1.5m×3m的浮箱拼成浇筑船，在浇筑船的中间围成宽度为8.6m、长度为12m的空腔来作为混凝土浇筑和安装模板的通道。在布置混凝土围堰浇筑仓面时，要在距离边线1m以上的范围内将下料管布置好，各个导管之间的距离控制在4.1m。
4.4对基面的淤泥进行清理
当水下土方挖到基岩后，安排潜水人员潜入水中用高压水枪和清淤管对基岩进行清理，使用直径25cm的钢管作为清淤管，并利用空压机进行供气，在潜水员使用高压水枪扰动基岩上的淤泥后，利用清淤管将淤泥排到施工区外部。
4.5锚杆的施工方法
锚杆的作用主要是对模板进行加固。施工时，使用HPＲ2034型的液压动力钻进行钻孔，孔的大小为46mm，孔钻好后，利用高压水枪进行清孔。检查过孔的深度以及孔的清理情况后，进行锚固剂的安放以及插杆的施工。使用卷式水下锚固剂，锚固剂在进场后，要做好检查工作。合格后才可以使用。
4.6模板的施工技术
使用可以自由拆卸的组合钢模板作为水下模板，根据仓面的大小，使用螺栓在浇筑船上进行连接，然后使用浇筑船运输到施工位置后，再将其吊入到水中。使用简易型三角支架和手葫芦进行配合吊装。模板安装前，将定位缆绳固定后，调整型钢模板的水平位置，并使用缆绳对型钢模板的位置进行调整。使用交会法进行定位测量，测量位置由经纬测量仪和测距仪进行控制。利用挂重球的方法检查模板的垂直度。在测量时，将一个竖向的圆钢焊接在钢模板的中心，并在钢模中心涂抹红白油漆，以此对中心点进行标注。在岸上使用两台仪器分别对准中心和轴线，并安排专人对安装进行指挥。在制作模板时，由于对模板的平整度要求比较高，使用法兰螺栓在模板的四周进行可调支撑，在实际安装的过程中，根据实际情况进行调整。分别在模板的四周打斜撑，底部打定位桩，以此来将模板固定好。对于底部存在缝隙的位置，使用模板进行封堵。使用16mm以上的圆钢作为模板的拉条。按照梅花形进行对穿拉条的布置。将梯形键槽设置在围堰轴线的施工缝上，并以此来保证围堰整体的稳定性。
4.7混凝土浇筑施工技术
在进行混凝土浇筑时，使用二级配的泵送混凝土，强度等级为C25。混凝土的坍落度控制在17cm左右。为保证水下混凝土的施工质量，首先要设计出合理的配合比。根据多次施工的相关经验，在设计水下混凝土的配合比时，要使流动性达到要求，胶凝料要大于421kg/m3。使用导管法进行浇筑施工，首先横向布置两根间距为4m的导管，然后纵向布置三根间距为4m的导管，导管的直径为255mm。在浇筑的过程中，要使用导管轮流进行浇筑，保证浇筑一次性完成。导管的长度分别为0.5m和2m。为了可以在提升的过程中，轻松完成导管的拆卸工作，每一套导管都需要搭配好短导管和长导管。使用简易三角配筋手动葫芦对导管进行提升，根据导管的提升长度和下料量来对埋深进行判断，提升由人工完成。在水下浇筑混凝土时，要保证埋入混凝土中的导管深度在80cm以上，首批进入导管的混凝土要超出1.6m3。根据施工经验，该工程在浇筑混凝土时，当水下浇筑的深度为15m左右时，取最小埋深0.81m。一般情况下，在浇筑水下混凝土时，将上升速度控制在0.31m/h，参考仓位的大小算出入仓的强度为28.6m3/h。混凝土使用两部0.76m3的搅拌机进行搅拌，生产力可以达到31m3/h，混凝土搅拌后使用HB-60B型泵车进行输送，输送距离为200m，每小时可输送60m3混凝土，满足浇筑要求。
4.8拆除模板和处理缝面
拆除模板要等到混凝土终凝后进行，使用浮吊车配合施工。浮吊低昂模板吊起后，潜水员利用气焊在水下将螺杆割除，脱落后，使用浮吊将其缓慢吊起。对于水下的缝面，人工挖好键槽后，在埋设间进行插筋。钢筋之间的距离为1.6m。

5结语

综上所述，为保证混凝土施工的稳定性，水下混凝土浇筑过程中，混凝土尽量不和水接触，要加入外加剂来保证混凝土在水中不离析、不分散。该工程经过一个多月的努力，混凝土的水下浇筑工作圆满完成，具有施工速度快、投入少等优点，值得同类工程借鉴引用。