浅谈水电站砌石双曲拱坝施工及质量控制

摘　要：本文首先介绍了某水电站的基本情况，对砌石坝施工质量通病分析，详细分析坝体砌筑施工技术及质量控制。

关键词：水电站；双曲拱坝；施工技术；质量控制
1.工程概况
　　本水电站是1座以发电为主,兼有防洪、灌溉多种功能的水电站。枢纽工程由砌石双曲拱坝、全长达7979 m的有压引水隧洞、厂区工程和送出工程组成,电站设计装机容量2×2500 kW,设计年发电量1 385万kW·h,大坝按30年一遇洪水设计, 200年一遇洪水校核,水库总库容690万m3,兴利库容375万m3。
　　本水电站大坝为抛物线砌石双曲拱坝,最大坝高47.2 m,坝顶高程245.2 m,坝顶弧长
182.2 m,坝顶厚度2.5 m,坝底拱冠厚度10.267 m、拱座厚度11.02 m。坝顶有开敞式溢洪道,净宽51 m,设4孔布置在坝体中部,上部设交通桥,坝后设护坦防冲。工程主要项目由坝基土石方开挖、浆砌坝面预制块、C15混凝土灌砌块石坝体、基础灌浆等组成。
2.砌石坝施工质量通病分析
　　随着我国水利建设规模的不断扩大,水利工程必然向着山区发展,在狭窄的河谷采用当地材料的砌石坝也就会得到发展。一般认为,砌石坝的施工质量比较难以控制,究其主要原因是砌石坝多为地方群众性工程,施工队伍专业性不强,人员流动大,施工机械少,操作以人工为主;再加上施工质量控制标准、施工定额管理制度等存在的一些问题,造成某些地区的工程质量参差不齐,渗水、漏水比较普遍。砌石坝良好的工程质量是通过建立质量中心责任制,再从原材料质量入手,把好施工过程中的各个具体环节,把好每道工序来加以实现的。就本工程坝体细骨料混凝土砌块石而言,一般情况下,坝体的渗水大多发生在施工缝的接触层面上;因此,杜绝不合格块石料和混凝土拌和物上坝,抓好层面处理、抓好砌筑密实度,是实现合格产品的关键。
3.坝体砌筑施工
3.1　工程结构
　　坝体结构为非典型二次抛物线型双曲拱坝,坝面采用C20混凝土预制块,坝身填腹采用二级配C15混凝土灌砌块石,坝基和拱座采用C20混凝土垫层(厚50cm),坝基处理采用固结灌浆、帷幕灌浆及坝后排水孔。
3.2　块石、混凝土预制块、混凝土拌和物上坝运输
　　1)块石、混凝土预制块水平运输
　　块石料场选在左岸上游250m处,开采平台高程约为246 m。块石开采后装矿车经轻轨道水平运输至左坝头上料平台,再由起重缆机吊运至坝上仓面。混凝土预制块场地布置在左坝头下游高程约为230m处,运输方法同块石。
　　2)块石、混凝土预制块垂直运输
　　根据工程地貌、跨高比,采用了缆索起重机进行材料空间运输,起重运输设5 t卷扬式起重机1台,上下游牵引各设1台3 t卷扬机,左右平移各设1台3 t卷扬机,总共5台起重机在材料上坝运输中同时作业。起重卷扬机设在左坝头,跑车每分钟平移速度为40 m,台机日运输能力为120 t (见图1)。
　　
　　图1　简易缆机布置
　　　　3)混凝土拌和物上坝运输
　　根据施工平面总布置,碎石破碎设施布置在高程246 m左坝头距拱座下游30m处,外购中砂运输至高程246 m左坝头道路,卸料至紧靠碎石料仓的中砂储料仓。混凝土骨料储料仓高程均在235 m。混凝土拌和系统布置在水泥库下方235m高程紧靠骨料仓的台地,混凝土拌和物上坝垂直运输分为两步实现:第一步,高程235m以下坝体采用混凝土溜管形式上坝。混凝土经拌和机出料,经双较轮车水平短距运输,经溜管滑泄至左坝头砌筑层面;再由双较轮车坝面水平运输,坝面采用脚手架钢管和脚手片搭设运输便道,由双胶轮车运至浇筑仓面。
　　由于混凝土溜管斜坡运输最大高差达36m左右,为防止混凝土骨料离析,保证混凝土质量的和易性,溜管运混凝土设3级,每级均设溜管储料斗,分级滑泄。斜坡段采用钢制分节挂钩式溜管,单节溜管规格为300~280 mm,单节溜管长度1.0 m,由5 mm厚度的A3钢板卷制而成,溜管固定在钢管斜架上。混凝土储料斗为倒锥体,上口为1.2 m×1.2 m方形,高度为1.2 m;下部渐变为圆形,设手动开关门经280 mm圆管与溜管挂接。第二步,高程235 m以上坝体采用缆机吊运混凝土上坝。由缆机直接吊运至仓面附近,再由人工平仓。
3.3　施工测量放样
　　拱坝平面控制在坝区附近已有的Ⅲ等控制点的基础上,布设Ⅳ等测量基站d1、d2、d3、d4于左右坝肩附近,测量基站为40 cm见方、高约1.3 m的钢筋混凝土墩形式,可直接在其上架设测量仪器。d1、d2基站控制右坝体放样任务, d3、d4基站控制左坝体放样任务。坝体放样由2台J2经纬仪采用前方交会法,坝体每升高1.2 m测量放样1次,放样点距步长2m,且还能提供给预制块砌筑工垂直变坡数据。
3.4　坝面混凝土预制块砌筑
1)一般要求
　　拱坝上下游坝面为浆砌C20混凝土预制块,预制块规格为300 mm×300 mm×600 mm一丁一顺砌法,胶结材料为M10砌筑砂浆。预制块强度必须达到70%以上方可搬运,并在坝外冲洗干净,保持面干饱和方可上坝;砌筑砂浆应依据试验室签发的配料单拌制,并应随拌随用。上坝后的待用砂浆应放置在坝面可移动的钢板上,防止析水而改变砂浆稠度。
2)预制块砌筑要点
　　根据坝体分层上升的施工方法,坝体预制块每次砌筑4块,高为1.2m左右,预制块砌筑经养护达一定强度后即在坝内进行C15混凝土灌砌块石填腹砌筑。预制块砌筑采用座浆法,上下层应错缝搭砌,错缝不得小于10cm。预制块平缝为1~2cm,竖缝为4cm,竖缝砂浆应用插缝工具仔细捣插密实。坝内冲洗排水缺口预留在上游面,排水缺口高30cm,宽5cm,间距约在10m左右,当层填腹石砌筑完毕应及时堵塞并勾缝,不得遗漏。
3)坝面勾缝
　　勾缝砂浆为M15,稠度为5~8cm,勾缝砂浆应单独拌制,上游面勾缝略凸于砌面并抹光,下游面勾缝应清缝成宽3cm的凸缝,勾缝面应保持21 d
湿润。
3.5　坝身C15混凝土灌砌块石砌筑
1)一般要求
　　认真检查仓面的冲毛、冲洗等工作是否符合标准,对局部不符合冲毛标准的坝面,应由人工铁钎补凿,并将坝面冲洗干净,保持无积碴积水现象。块石由缆机吊运上坝,并由人工从吊斗逐块抬下,严禁直接倒卸块石而破坏下层砌体质量,严禁风化石、水锈石等不合格块石上坝。上坝待砌块石应放置在离砌筑仓面10m以外,敲除软弱边角,并将块石表面的泥垢、青苔、油渍等冲洗干净。
2)砌筑方法
　　开始砌石之前,在基面上铺设1层3cm厚的1∶2水泥砂浆,然后再铺1层8 cm厚的C15混凝土,并用振动器振捣密实后再摆放底层块石。块石之间的缝隙应为最大混凝土骨料粒径的2倍,且呈三角洞,以利振捣密实,底层块石应尽量用较大的块石(单块在150~200 kg以上)。混凝 土振捣应遵循边振捣边埋入片石的原则,以提高埋石率,不允许先放片石后填混凝土的错误方法。
3)平仓振捣
　　工艺流程:摆放底层块石→竖缝填混凝土、振捣密实并埋入片石→摆放中石(单块在50 ~
100 kg)→竖缝填混凝土、振捣密实并埋入片石→摆放小块石(单块在30~50 kg)→送混凝土平仓振捣。
　　每砌筑层1.2 m高,一般由上述工序砌石完成,混凝土浇筑应连续进行,下层混凝土初凝之前必须完成上层混凝土振捣,否则应按施工缝处理,1.2 m高砌筑层仓面推进一般控制在12 m2左右;另外,还要避免过大仓面造成层内冷缝。仓内混凝土振捣方向应由凌空的一面向里面振捣的原则,以避免水泥浆流失,混凝土振捣遵循快插慢拔、混凝土表面不冒气泡为适度。每砌筑层面平仓成稍倾上游2°~3°,以满足结构稳定要求和施工缝冲毛处理。
　　4)层面施工缝冲毛
　　　　混凝土层面施工缝冲毛是一项关键性的工序,必须落实到专人操作,冲毛用水采用高位水池蓄水,冲毛工具采用胶管高压水枪。冲毛应在混凝土表面初凝以后进行,时间根据季节气温不同,适时及时进行,要求至混凝土表面无乳皮,裸露出半粒混凝土粗骨料,并至冲毛回水为清水止,一般情况下每一砌筑块的冲毛需进行3次间歇冲毛才能达到要求。
　　5)质量要点
　　坝体砌筑要求平整、竖砌、密实、错缝。平整即同一砌筑面大致平整;竖砌即单个块石均采取竖砌,要求最小的面或点朝下,以利混凝土灌注和振捣密实,防止块石底部形成空洞;密实即块石之间避免直接靠在一起,砌缝应成三角洞形,平缝铺料应均匀,防止缝间被大骨料架空,竖缝应振捣密实,严禁漏振;错缝即左右、上下相邻的层块要错缝砌筑,不得出现顺流向和竖向通缝。已砌筑好未达到一定强度的坝块上不得拖拉重物,且严禁敲打块石,以免影响砌体质量。
4.结束语
　　混凝土砌块石拱坝最常见的质量问题是发生在施工缝层面的渗水,本工程施工中通过合理的施工工艺、良好的砌筑方法,抓好了层面冲毛处理、施工缝的错缝设置、灌砌块石砌筑的密实度以及坝体设计宽缝的低温封拱,拦河坝从开始蓄水以来无明显渗水,质量满足要求,效果令人满意。
参考文献：
[1]赵珍．江垭RCC大坝的技术需求和施工管理[J]．东北水利水电，2006，（7）．
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