浮式拱圍堰的施工研究

劉貴民　任振波

摘要:本文對(duì)浮式拱圍堰的特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，并分析了施工過程中面臨的問題，最后設(shè)計(jì)了一套可行的施工方案，其中包括預(yù)制、拱圍堰組裝、清淤、拱座安裝、水泵排水、浮式拱圍堰的轉(zhuǎn)移以及拱圍堰冬季施工等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞:浮式拱圍堰；施工；方案

1 浮式拱圍堰的特點(diǎn)

浮式拱圍堰是一個(gè)空間殼體結(jié)構(gòu)，如果用一系列水平平面切割，就可以得到一層層上下互相連接的拱圈，每一個(gè)拱圈的橫斷面呈箱型結(jié)構(gòu)。它實(shí)際上是一個(gè)由箱梁、水下圍堰、拱結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力索一拱結(jié)構(gòu)復(fù)合而成，可以在水下施工的復(fù)合結(jié)構(gòu)。浮式拱圍堰具有兩大特點(diǎn)一是利用拱的工作原理，將承受的水平水壓力變?yōu)檩S向壓力傳遞到大壩上游面，和拱壩不同，根本不存在壩肩穩(wěn)定問題二是拱結(jié)構(gòu)斷面采用箱形結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，內(nèi)部空腔是一個(gè)可以控制的氣囊，利用充水或排水辦法來調(diào)節(jié)拱圍堰的沉浮。由于設(shè)有空腔，它不但可以隨意沉浮，而且還可以離開河床底部任意距離漂浮在水中。這樣，它將很容易地被拖輪牽引到指定地點(diǎn)，重新創(chuàng)造出另一個(gè)“干作業(yè)”環(huán)境進(jìn)行施工。

2 浮式拱圍堰的施工注意的問題

浮式拱圍堰的施工要充分考慮其自身的特點(diǎn)，一方面，浮式拱圍堰是箱形結(jié)構(gòu)，在水中可以漂浮，可以直接通過沖排水來控制其在水中的沉浮，而且在設(shè)計(jì)方案中，所有拱圈的結(jié)構(gòu)相同，所以可以在岸邊進(jìn)行集中預(yù)制，而且施工過程中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行替換。另一方面，浮式拱圍堰是組裝結(jié)構(gòu)，而且需要進(jìn)行水下組裝，其整體性較差，在高水頭和高流速的條件下安全性較差，所以應(yīng)該通過部分放空水庫等措施在庫前創(chuàng)造出較好的作業(yè)條件。另外為了不影響水庫水質(zhì)量，施工期間必須小心不使任何污水流入水庫。由于施工不可避免的要產(chǎn)生污水，因此，這些污水必須在流入水庫前經(jīng)過凈化處理。此外，由于預(yù)見到施工的長(zhǎng)期性，施工期間不能影響原溢流壩的泄洪能力。

3 浮式拱圍堰的施工方案

3.1 預(yù)制

預(yù)制場(chǎng)。預(yù)制場(chǎng)設(shè)在靠近大壩附近水庫岸邊的灘地上。設(shè)有制梁臺(tái)座和存梁臺(tái)座，其基礎(chǔ)采用平板式淺基礎(chǔ)，為減小臺(tái)座的不均勻沉降，臺(tái)座底板下臥5Ocm毛石，上鋪碎石20cm用壓路機(jī)壓密實(shí)，然后堆載預(yù)壓，確保地基堅(jiān)實(shí)。

模板。由于箱梁壁厚較薄，擬采用定制鋼模。設(shè)置內(nèi)層和外層鋼板，通過與填充在它們中間的高性能混凝土聯(lián)合作用來工作。同時(shí)，在施工過程中，避免出現(xiàn)裂縫滲水或輕微碰撞損壞問題。為增加鋼板與混凝土的整體性，兩層鋼板之間焊有鋼筋牢固的連結(jié)在一起，呈梅花型布置，以便抵抗剪切引起的主拉應(yīng)力，多用于混凝土船和漂浮結(jié)構(gòu)中。這種鋼一混凝土混合設(shè)計(jì)板兼有鋼和混凝土的許多優(yōu)點(diǎn):有利于分布高度集中的荷載，對(duì)沖擊不敏感，變形性能好，具有防滲層，以及其他表面材料很適于應(yīng)用，諸如環(huán)氧樹脂和聚脈等這樣的抗磨、抗凍涂層，使結(jié)構(gòu)適用于寒冷地區(qū)水下工作。

混凝土。有兩項(xiàng)發(fā)明使混凝土材料性質(zhì)發(fā)生了重大變革，一是應(yīng)用優(yōu)選的火山灰顆粒，特別是冷凝硅粉;二是采用高效減水劑，它顯著的減少了用水量，同時(shí)產(chǎn)生出具有良好和易性的混凝土，即使在鋼筋極度密集的情況下，可以說近乎是流入護(hù)模。幾乎不改變生產(chǎn)工藝，實(shí)際上就能將混凝土的強(qiáng)度提高將近一倍。

預(yù)制場(chǎng)設(shè)有攪拌站，采用兩臺(tái)泵送澆筑，從兩端對(duì)稱向中間，分層分段逐步推進(jìn)。先澆筑底板，再腹板，最后頂板。振搗采用插入式與附著式相結(jié)合的方案。

為了加快施工進(jìn)度，擬采用蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土?；炷恋臏囟刃∮?00C，通常養(yǎng)護(hù)48小時(shí)，混凝土強(qiáng)度可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，可滿足預(yù)應(yīng)力張拉的需要。

預(yù)應(yīng)力施加。 在混凝土養(yǎng)生達(dá)到85%設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上后，張拉縱向體外預(yù)應(yīng)力，嚴(yán)格遵循對(duì)稱張拉的原則，所有預(yù)應(yīng)力張拉均采用張拉噸位與伸長(zhǎng)值雙控，即當(dāng)張拉到設(shè)計(jì)噸位時(shí)，其實(shí)際伸長(zhǎng)量與理論計(jì)算伸長(zhǎng)值之間的誤差應(yīng)控制在5%以內(nèi)。

3.2 箱梁運(yùn)輸

設(shè)置移梁滑道。移梁滑道采用2根鋼軌制作，用抱箍的形式將其與臺(tái)座聯(lián)在一起。此道工序可在鋪設(shè)底模前進(jìn)行，也可在拱圈張拉后進(jìn)行。T梁施工時(shí)，在拱圈兩端腹板上預(yù)留孔道。拱圈張拉完成后，在預(yù)留孔中穿入鋼棒，每端用2臺(tái)張拉千斤頂從拱圈的兩側(cè)將拱圈抬起。抬起拱圈時(shí)由工人抱住方木隨起拱圈高度的變化將兩端兩側(cè)方木頂緊，并安放好。當(dāng)拱圈抬起到一定高度并支撐穩(wěn)固后，安裝滑靴，并將拱圈落到滑靴上。拱圈兩端的滑靴安裝到位后，利用斜撐和拉桿將拱圈與滑靴連成整體，確保拱圈移動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。在滑道上焊制底座，2臺(tái)千斤頂水平放在滑道上，并直接頂在滑靴上，同時(shí)開動(dòng)兩端油泵，拱圈在滑道上平穩(wěn)緩慢移動(dòng)。

3.3 拱圍堰組裝

由于拱圈內(nèi)設(shè)有空腔，可借助于調(diào)節(jié)空腔內(nèi)水重使拱圈獲得浮力。利用拱圈本身的浮力與水上浮吊的起重能力兩者的聯(lián)合作用，分段分層將整個(gè)拱圍堰組裝成一整體并下沉就位。首先，在水面將最下面一層拱圈各節(jié)組裝成整體拱圈，并充水第一次下沉到計(jì)算好的位置。在這個(gè)位置上，利用固定在拱圈外面的支承梁將這一拱圈支承在浮船上。組裝第二層拱圈是在下面拱圈的頂部，并與下面一層拱圈先由定位鎖定位，再由潛水員水下固定聯(lián)結(jié)件;然后，第二次充水第二次下沉直至預(yù)定位置。按此程序重復(fù)數(shù)次，直至整個(gè)拱圍堰組裝完畢并下沉到指定位置為止。

3.4 清淤

用吊車吊住抓斗挖掘木頭、石渣等雜物，然后使用高壓水泵將高壓水通過進(jìn)水管分別送進(jìn)圍堰內(nèi)的高壓水槍和水力吸泥機(jī)，利用高壓水槍射出的高壓水流沖刷碎石和淤泥，使其形成一定稠度的泥漿，由水力吸泥機(jī)或空氣吸泥機(jī)將泥漿吸出。高壓射水沖刷所需水壓；在砂土中，沖深不大于8m時(shí)，需要0.4-0.6Mpa；在砂卵石層中，沖深10-I2m時(shí)，需要0.8-2.OMPa。最后，對(duì)于不能采用機(jī)械方法清除的雜物，則由潛水員來清除。

3.5 拱座安裝

拱座是設(shè)置在大壩上游面和拱圍堰兩拱端之間的過渡結(jié)構(gòu)。其作用是:一是為使拱圍堰與大壩上游面之間密封止水，安裝有軟模袋，當(dāng)拱座用插筋及預(yù)埋件與大壩固定牢固后，立刻通過導(dǎo)管向軟模袋內(nèi)灌注大坍落度(20cm左右)的C30一級(jí)配混凝土。為確保混凝土的和易性和早期強(qiáng)度，混凝土中需摻入塑化劑及早強(qiáng)劑。二是傳遞拱圍堰的巨大拱推力給混凝土壩體。

3.6 水泵排水

根據(jù)揚(yáng)程、流量選用多臺(tái)潛水泵安裝在拱冠附近的集水坑旁，開始時(shí)全部啟動(dòng)，待排干后僅一臺(tái)水泵繼續(xù)排除集水坑內(nèi)的滲水。在整個(gè)施工期間，設(shè)專人負(fù)責(zé)水泵的維護(hù)與檢修，使水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，確保施工安全?？紤]到設(shè)計(jì)和施工中存在著許多不確定因素，在水泵排水過程中觀測(cè)拱端、拱冠的位移，小允許有較大的位移。同時(shí)，還要觀測(cè)滲漏情況，如滲漏情況嚴(yán)重到需要灌注液態(tài)堵漏劑的程度，就采取注漿封堵措施。

3.7浮式拱圍堰的轉(zhuǎn)移

由于浮式拱圍堰每次只能對(duì)兩個(gè)壩段的上游面進(jìn)行防滲修補(bǔ)，所以大壩上游面是每隔兩個(gè)壩段進(jìn)行第一輪的修補(bǔ)，這樣兩拱座均座落在原大壩上游面上，由插筋固定。當(dāng)?shù)诙喰扪a(bǔ)時(shí)，兩拱座均可省去，拱圍堰兩端直接支承在已修補(bǔ)過壩面上，此時(shí)兩拱端由預(yù)埋件進(jìn)行固定。當(dāng)一個(gè)工作面完成修補(bǔ)工程后，即可將浮式拱圍堰向另一工作面轉(zhuǎn)移。由于浮式拱圍堰是由若干層園拱圈鋼筋混凝土空腔結(jié)構(gòu)組成，彼此用管道系統(tǒng)互相連通，兩臺(tái)水泵(主泵和備用泵各一臺(tái))安裝在一間泵房中，由遙控手動(dòng)式開關(guān)控制，可將空腔中的水排出腔外或充滿空腔，以控制整個(gè)拱圍堰浮起或沉降。每次圍堰轉(zhuǎn)移位置時(shí)，兩拱座與大壩上游之間的模袋需更換。重新灌注漿體填滿。同時(shí)，拱圍堰基礎(chǔ)上的軟模袋及圍堰內(nèi)側(cè)的水下不分散混凝土均需重新施工。

3.8浮式拱圍堰的冬季施工注意問題

為了防止庫水沿拱圍堰四周結(jié)冰，拱圍堰頂部還裝有一套氣泡防凍結(jié)冰系統(tǒng)，用空氣壓縮機(jī)制成壓縮空氣，然后沿特制管路輸送到拱圍堰周圍。拱圍堰與大壩之間利用柏油帆布覆蓋，施工場(chǎng)地內(nèi)可以安裝空氣加熱器，為冬季施工提供適當(dāng)?shù)墓ぷ鳝h(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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