溪洛渡水电站泄洪洞双曲挑坎底板施工技术

时间：2024-07-28

，，

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610023)

1 工程概述

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江下游河道上，是金沙江下游河段规划的第3个梯级，枢纽工程由混凝土拱坝、坝身泄水孔(7个表孔和8个深孔)及坝后水垫塘，左、右岸泄洪洞与地下引水发电系统等组成。电站装机容量12600MW，混凝土双曲拱坝最大坝高285.5m。工程枢纽具有“窄河谷、高拱坝、大泄量、多机组”的特点。

溪洛渡水电站左岸布置泄洪洞2条，轴线平行，中心间距50.0m，1#泄洪洞长1769.571m，2#泄洪洞长1563.304m，均采用有压接无压，中段设置闸门室，出口采用龙落尾方式设计。泄洪洞挑坎过水渠身断面为14.0m×11.5m(宽×高)，前端11.96m泄槽为圆弧形结构，后端泄槽为扭曲转弯扩散形式，左侧长边90m，底板顶面为抛物线。扭曲挑坝底面边线高程见图1。

挑坝底板施工的难点与重点为：(1)挑坎底板体型特殊，不仅沿水流前进方向，而且沿横断水流方向，底板都有曲率，平面上还是转弯扩散的。整个底板面浇筑时要做好点、线、面的体型控制工作，具体表现在控制点的高程、刮面轨的方向、曲面的光滑程度上；(2)挑坎底板面层为C60高标号硅粉混凝土，基层为C25混凝土，不同标号的混凝土连续浇筑。硅粉混凝土比常规混凝土更黏稠，气泡不容易排出，高速水流区存在的气泡极容易在过流时造成空蚀破坏。施工产生的孔洞需要及时处理，气泡要及时排除，因此采用翻模的施工方法；(3)最大的难点是如何控制高标号硅粉混凝土浇筑过程中的拆模时间，时间未到，混凝土易坍塌，浪费大量人工、材料；时间长了，过了初凝期，无法取出刮面轨，影响抹面质量，无法保证设计体型要求。挑坎主要工程量见表1、表2。

图1 扭曲挑坎底面边线方程(立面投影)

2 挑坎底板的主要设计要求

2.1 过流面不平整度控制

表1 1#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上工程量

编号项目名称数量备注1C9025(m3)92892C9060(m3)7790

表2 2#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上工程量

编号项目名称数量备注1C9025(m3)90092C9060(m3)7742

挑坎底板的不平整度控制标准(挑坎适用出口部位的标准)见表3。

表3溪洛渡水电站泄洪洞不平整度控制标准

部位流速(m/s)不平整度最大允许高度(mm)垂直水流磨平坡度平行水流磨平坡度反弧段、下平段及出口40～5031/501/30

过流面不允许有垂直升坎或跌坎(洞身底板掺气跌坎除外)，其不平整度(用3m直尺检查)控制在3mm以下，并按纵向坡度控制在1∶20以下，横向坡度控制在1∶10以下。

2.2 浇筑混凝土成型后的偏差控制及处理

过流面成型后的偏差(指成型表面与设计轮廓之间的偏差)，不应超过模板安装允许偏差的1.5倍，即不超过10mm，并按平整坡度控制进行打磨。

成型后的偏差超过10mm时，按平整坡度控制进行表面打磨和拆除，对表面采用环氧砂浆修补。

3 体型控制

3.1 底板方程式推导

设计蓝图中给出了挑坎左右边线的方程，底板面由左右边线对应两点用连线连接形成。由于体型特殊，施工时无类似的测量放样程序可供参考，经过业主、监理、设计、施工方多次讨论，认为直接推导底板面的方程比较困难，但通过空间立体几何解析法可确定底板面内任意点坐标，同样实现放样目标且操作更为灵活。底板内任意点的坐标推导如下：

以左岸1#泄洪洞出口双曲挑坎为例(如图2所示)。

图2 1#泄洪洞出口双曲挑坎平面投影图

根据1#泄洪洞独立施工平面坐标系，可得a点平面坐标为(X=1845，Y=7.00)、b点平面坐标为(X=1845，Y=-7.00)、c点平面坐标为(X=1905，Y=15.281)、d点平面坐标为(X=1935，Y=-7.00)、圆心o点平面坐标为(X=1845，Y=228.50)。其中，ab直线与cd直线是两条不平行的直线，必相交于一点j，j点的平面坐标可根据ab直线与cd直线相交于一点求得。j的平面坐标为(X=1845，Y=59.844)。1#泄洪洞出口挑坎左侧底板高程为抛物线，其方程式为Zr=37.41-37.41×(101.682-(X-1845)2)0.5/101.68；平面投影为直线bd，bd两点直线方程为y=-7.00。右侧底板高程为抛物线，其方程式为Z1=3.41-3.41×(60.442-(X-1845)2)0.5/60.44；平面投影为转弯半径221.5m的一段弧线过ac两点，其方程为(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52。假设在1#泄洪洞出口挑坎内任意点e的三维坐标为(X，Y，H)，要求该点在底板高程上超欠，得出经过je两点在平面上投影的直线方程与bd两点在平面上投影直线方程相交于一点m(A，B，C)，与平面投影为转弯半径221.5m圆方程(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52在ac两点内相交于一点n(E，F，G)。

设L=1845 得 I=X-1845

(1)

J=59.844-Y

(2)

K=J/I

(3)

即je两点在平面上投影的直线方程为：y=-x·J/I+59.844+1845J/I

(4)

bd两点直线方程为y=-7.00

(5)

圆方程(x-1845)2+(y-228.5)2=221.52

(6)

由方程(4)和(5)得出点m平面坐标(A：B)，即

A=66.844I/J+1845

(7)

B=-7.00

(8)

C=415.48+37.41-37.41×(101.682-(A-1845)2)0.5/101.68

(9)

由方程(4)和(6)在ac两点内得出点n平面坐标(E：F)，即

x2(1+K2)+337.312Kx-20617.403664=0

令：D=1+K2；O=337.312K；

P=-20617.40366

E=(-O+(O2-4DP)0.5)/(2D)+1845

(10)

F=228.5-(221.52-(E-1845)2)0.5

(11)

G=415.48+3.41-3.41×(60.442-(E-1845)2)0.5/60.44

(12)

得：me两点之间的距离为M=((A-X)2+(B-Y)2)0.5

mn两点之间的距离为N=((A-E)2+(B-F)2)0.5

任意点e的底板设计高程为T=C-(C-G)·M/N

3.2 施工放样

点：任意点e的底板高程超欠值为Z=T-H，因此在挑坎区域内，只需要测得其中任意点e的三维坐标(X，Y，H)，即可计算出该点的设计高程，并与该点实测高程相比较，得出该点的超欠值。

线：根据任意点e的坐标，可以推出对应的导线mn，导线上任意第二点也可确定。施工中沿曲面导线的方向布置刮面轨。

面：曲面内的所有导线确定后，连接起相邻导线的每一个面就是整个底板面。由于相邻的导线都是空间直线，不平行也不相交，施工中布置好刮面轨后，在刮面轨上拼装模板，用平面来接近曲面。

4 挑坎结构混凝土施工方案

4.1 混凝土分区、分层

左右侧边墙和底板各自分区、分层进行施工，底板不设纵缝。

根据结构要求及混凝土施工规范，左岸1#、2#泄洪洞出口挑坎左右边墙分层最大高度为3m；底板结构C25混凝土基层分层高度为3m，C90混凝土面层采用翻模通仓浇筑，浇筑分层厚度0.3m，不同标号混凝土层面连续浇筑。

图3 底板分层示意

4.2 施工程序

左岸1#、2#泄洪洞出口挑坎高程412.0m以上结构混凝土整体施工程序为：先进行左右边墙下部混凝土施工(412m高程以上至边墙底部)→左右边墙混凝土施工→挑坎底板混凝土施工。整体施工程序是自上游向下游进行。

5 挑坎底板施工

5.1 模板施工

挑坎的模板采用翻模施工，“内拉内撑”的支撑形式，便于气泡的排出和辅助拉杆孔洞的修补。每个翻模单元划分为1m×1.5m的小区域，采用三块P3015和一块P1015间隔铺装，模板铺设在刮面轨上方。

模板拼缝尽量保持在同一水平面，与等高线接近，利于翻模、抹面的强度控制。挑坎表面为扭曲扩散段，平面模板拼装后总与水平面有一定夹角，因此要根据模板拼装的实际情况，现场测量放出模板走向，并设置三角区纠正模板走向。三角区采用木模拼装或采用钢模板进行切割安装。

围柃横向采用2m短钢管，纵向采用1m长φ32mm短钢筋，缩小翻模单元的区域，便于及时拆模、抹面，保证拆模时不影响周边混凝土连续浇筑和体型。

拉杆间距1.2m，排距1.0m，拉条安装在P1015模板上，与底板锚筋连接固定，采用节安螺栓穿过模板。拉杆采用节安螺栓连接，翻模后节安螺栓拧出。T型架顶撑采用丝杆，φ12mm螺帽埋在混凝土中，与架管焊接在一起，翻模后T型架使用专用工具拧出。

模板拼装的顺序为：钢筋网支撑加密→测量放点，钢筋网上焊接T型架、刮面轨→模板拼装、设置三角区纠偏→模板拉杆布置。

5.2 刮面轨施工

5.2.1 刮面轨设置

采用φ18mm圆钢做刮面轨，依据挑坎底板扭曲规律，刮面轨山侧布置与河侧布置距离比例1.5∶1，原则上山侧按1.5m间距布置，河侧按1.0m间距布置，局部根据现场实际情况予以调整。

刮面轨必须按要求布置，施工过程中不得图方便使用原材料的钢筋，这样既保证支撑体系足够的刚度，承担模板和人员的重力，又保证混凝土到初凝时间、拆模时不影响周边混凝土连续浇筑及体型要求。

5.2.2 刮面轨T型架

刮面轨T型架下方车丝，钢筋网上焊接螺帽，将T型架拧入螺帽并调节好高程。在抹面完成后，T型架将拧出螺帽取走，禁止通过左右晃动T型架的方式取出，否则，会在混凝土面形成一个锥形坑，影响成型质量。

5.2.3 尖角部位及靠江侧边墙1.5m范围，采用顶撑螺栓，平缓区域采用刮面轨。

5.2.4 刮面轨控制要点

①安装前测量放样定位；②安装过程测量随时检查纠偏；③安装完毕后测量整体校核确保无误，并设置检测控制点；④浇筑过程测量，定时校核检测控制点偏差，随时予以修正。

5.3 入仓方式

挑坎底板混凝土浇筑采用泵送方式，浇筑时按1.4m×1.5m间排距开一个0.6m×1.5m(2块P3015模板的大小)的进料孔，在端头处加密设置振捣孔，保证振捣不留死角。采用两台泵、4道溜槽，均匀下料的方式。

底板C9060和C9025混凝土分界线为过流面以下1.5m，由于回填剩余方量不一致，先立模将回填部分浇筑完成，再浇筑结构层混凝土，保证面层浇筑速度、翻模、抹面均匀施工。

5.4 振捣方法

采用φ70mm、φ100mm的插入式振捣器振捣。振捣棒应尽量垂直插入混凝土，如果垂直插入不便，也可适当倾斜，但与水平角度不得小于45°，且每次倾斜方向应保持一致，以防漏振。靠近模板部位振捣棒应以平行于模板的角度斜插振捣，以保证混凝土全面振捣到位，不留死角。振捣棒应快插、慢拔，为使上下层混凝土振捣密实均匀，可将振捣棒上下抽动，抽动幅度为5cm～10cm。

5.5 翻模抹面

5.5.1 翻模抹面时间

翻模抹面的时机选择非常重要，是除体型控制之外的第二大要点，首先对混凝土的初凝时间提出要求：混凝土初凝时间≥运输及入仓时间+振捣及二次复振时间+仓内等待时间+翻模时间+抹面的可操作时间。

挑坎浇筑混凝土从拌合楼至浇筑现场运输时间30min，入仓时间30min，振捣及二次复振60min，仓内等待时间包括一个条带浇筑完成时间(根据最大的仓面面积以及入仓强度定)360min，翻模时间30min，抹面时间60min，合计570min，混凝土的初凝时间不少于570min。

现场使用的混凝土配合比见表4，拌合物全面性能检测结果见表5。

由于混凝土连续几天浇筑，环境气温、风力等因素对混凝土初凝时间影响较大，挑坎底板控制在振捣完成后1.5h～3h左右，拆模混凝土距浇筑面斜面4m以上，以确保翻模后混凝土体型保持不变和表面仍具有可塑性。翻模前，采取开观察孔或试翻的方式对混凝土进行检查，确定是否达到最佳翻模时机。

5.5.2 翻模步骤

翻模时先找平、提浆后再抹面，便于气泡排出。拆模时局部出现初凝现象应进行挖除。布置风管，用小风量吹出混凝土残渣，上部漏浆采用人工刮，禁止用水冲。

表4 挑坎C9060硅粉混凝土施工配合比(低热水泥)

序号设计等级级配水胶比水泥品种及强度等级F(%)硅粉(%)砂率(%)用水量(kg/m3)胶凝材料(kg/m3)外加剂掺量水泥粉煤灰硅粉胶材总量减水剂(%)引气剂(/万)坍落度要求(mm)1C9060W8F150泵送二0 33华新P MH42 53053713526612320 5410JM-PCA/0 8ZB-1G/1 8160～1802C9060W8F150溜槽二0 33华新P MH42 53053512725011519 2384JM-PCA/0 8ZB-1G/1 8120～1403C9060W8F150泵送二0 33嘉华P·LH42 53053713326212120 2403JM-PCA/0 7ZB-1G/0 4160～1804C9060W8F150溜槽二0 33嘉华P·LH42 53053512725011519 2384JM-PCA/0 7ZB-1G/1 8120～140

表5 挑坎C9060硅粉混凝土拌和物全面性能检测结果

试验日期施工部位混凝土设计要求混凝土温度(℃)凝结时间(min)坍落度损失测值(mm)/损失率(%)初凝终凝030min60min90min2012-11-142#泄洪洞挑坎底板结构混凝土K1+618 344m～K1+648 304m高程415 48m～417 65mC9060W8F15013 5标养690常温775标养785常温925179159/11 2151/15 6148/17 3

翻模后将节安螺杆取出，并填补坑槽，在混凝土初凝前进行人工抹面，人工压光收面至少三次，第一次在刮平后马上进行，此过程测量队利用全站仪随机复核面部平整度；第二次在混凝土表面不见水光时，约在初凝前1h～0.5h；第三次在接近初凝时。

5.5.3 采取的特殊措施

考虑到挑坎末端陡坡上人员站不稳，陡坡上设置一个绳梯，绳子上挂三角木，下面垫保温被，人员站在上面抹面。

5.6 养护及保护

5.6.1 在距底板迎水面下0.75m按间距1m铺设冷却水管，浇筑完成后及时通水冷却。

5.6.2 刚抹好的面用喷雾器喷雾养护，对已抹面压光且终凝的混凝土面铺盖土工布或保温被进行洒水养护，待浇筑完成后再进行流水养护。

5.6.3 在混凝土表面放置钢筋、模板等材料或架设泵管时，需在混凝土面垫置木方或木板。

5.6.4 拆模时沿山边边墙的节安螺栓孔设置行人和材料运输通道，防止从拆模后的混凝土面上行走破坏成型的混凝土。