某航电枢纽工程闸坝混凝土快速施工技术

摘 要 本文结合土谷塘航电枢纽工程三期闸坝施工，从闸坝混凝土施工、混凝土模板工艺及混凝土配合比优化等角度，阐述了逐一研究和解决闸坝大体积混凝土快速施工相关技术难题的过程。

关键词 闸坝；混凝土；快速施工；实践

1 工程概况

土谷塘航电枢纽工程位于湘江干流中游，正常蓄水位58.0m，总库容1.97亿m3，工程以航运为主，兼顾发电、灌溉、交通、旅游、养殖及城镇开发等综合效益。枢纽规模为Ⅱ等大⑵型，枢纽从右至左依次为船闸、预留二线船闸、副坝、17 孔净宽20m 的低堰泄水闸、1 孔泄洪排污闸、电站厂房、鱼道。

按本标段总进度计划，三期土石围堰形成、基坑初期排水完畢后，即进入三期泄水闸工程施工阶段。三期泄水闸顺水流方向分闸前护底段，闸室段，闸后消力池段及海漫段。三期泄水闸共10孔，排漂孔1孔。

2 主要施工技术难点

本工程三期泄水闸闸坝属于反季节施工，具有需要同时施工的部位多、关联关系复杂、节点控制性工期严、施工工艺要求高等特点；而施工任务繁重、有效施工时间短、工期压力大、施工强度高且集中、施工风险大是三期泄水闸施工最大难点。

在保证三期总工期目标实现的条件下，总体施工时间的压缩，相应的施工强度就高，泄水闸混凝土共10.4万m3，其中须在围堰过水前完成近8万方混凝土的底板低仓位施工任务，而施工周期仅2个月。为满足施工强度要求，在短时间内所投入施工设备、材料、种类就多，人员数量也很大，施工布置及采用的施工工艺就显得更为重要。如何在短时间优质高效圆满完成闸坝施工任务成为本项目施工的重难点。

3 快速施工方案的实践

3.1 多孔闸坝大体积混凝土快速施工工艺方法

通过参观了解同类枢纽施工工艺情况，石虎塘航电枢纽泄水闸闸墩上下游宽度31.8m，闸坝最大高度28m，单孔净宽20m，闸室底板厚5～8.7m，底板部分采用布料机施工，高仓位采用混凝土输送泵入仓的形式；CC200-24胎带式布料机施工期间机械故障频发，功效很低，对底板混凝土浇筑质量存在不利影响，高仓位采用一台HTB50型泵机配三个闸墩输送管的方式，人工接管维护工作量大，功效低，经常出现堵管现象，闸墩混凝土级配无法采用三级配，混凝土水泥用量大，对温控要求高，投入成本也较高。长沙枢纽闸坝段混凝土施工低仓位采用履带吊及反铲入仓，高仓位采用移动式建筑塔吊入仓，施工速度缓慢，施工成本也较大。这两种配置方式皆无法达到直接、快速施工的目的，并对大体积混凝土浇筑质量在施工过程中无法有效进行控制。

而三期泄水闸段闸墩上下游宽度35.55m，闸坝最大高度34m，左右岸长度245m，单孔净宽20m，共10孔，闸墩宽3m，底板厚4～11.5m。投标时的机械设备共布置1台MQ600高架门机、2台MQ900高架门机、2台QUY35型履带式起重机和1台QUY55型履带式起重机进行高低仓位的施工。在三期围堰过水前，拆除高架门机，采用履带吊为砼施工垂直运输设备。这样的配置不但无法达到快速施工的目的，而且存在较大的汛期施工安全风险，一旦洪水突然来临，3台高架门机是不可能短时间内拆除的，拆除转运至安全地时间至少需要15天，并且洪水过后的重新安装也至少需要20天左右，无法尽早投入生产形成有效的生产力，无法适应工程及湘江洪水陡涨陡落的特点，一旦实施，实际工效可能很低，并存在较大的安全隐患。

通过技术优化，施工总布置上分时间分高程采取了不同的施工方式，经过比选，采用的垂直运输机械设备覆盖范围没有问题。1底板及闸墩EL.50m高程（堰面顶高47m）以下施工期：考虑到低仓位混凝土约计7.2万方，根据仓位浇筑计划，约2015.2.28前，采用反铲及汽车直接入仓的方式，进行低仓位混凝土浇筑，2台长臂反铲（臂长17.5m，斗容0.4m3，15000m3/台月）施工，1台短臂反铲（1.2m3，15000m3/月）辅助，增加入仓强度。2闸墩EL.50m高程（堰面顶高47m）以上施工期：春节后吊车进场，采用上游布置2台130t履带吊（3m3吊罐，6000m3/月），下游布置1台100t履带吊（3m3吊罐，6000m3/月），16t及35t汽车吊辅助吊杂。这样的优化布置，可以充分发挥设备的最大使用功效，降低汛期施工风险，有利于随时可能发生的汛期撤退及汛后恢复施工，极大解决了汛时撤退与汛后最短时间内形成有效生产力恢复施工的难题，这种施工方式直接、快速、有效，并在大体积混凝土浇筑质量中能更加有效进行控制。

通过方案比选并经业主、监理同意，采用的分时段分高程施工优化配置发挥了设备的最大使用功效，满足泄水闸混凝土垂直入仓强度需要，与投标时的机械设备布置相比，节约了大量成本，在工期上得到了很大保证，5月10日10#闸墩封顶，6月19日前三期泄水闸11个闸墩全部到顶。在“5.22”超标洪水来临时，闸墩全部出水面，未造成较大影响，工程安全度汛。最高周产混凝土达1.1万方，单月生产最高强度4.75万方，创所调查范围内同类航电工程的纪录。

针对本项目的特点，金结设备需要大面积的存放、拼装场地，为充分利用泄水闸下游海曼场地，建议优化了海漫结构，由抛石和格宾网护垫改为混凝土浇筑，这样场地混凝土场平后可以形成临时堆放场地。与投标时相比，节约了金结机电加工及堆放场3000m2。

三期泄水闸多孔闸坝大体积混凝土快速施工布置上的研究，节约了大量成本，工期上增效明显，为工程安全度汛创造了有利条件。

3.2 泄水闸闸墩墩头异形混凝土结构模板设计

泄水闸闸墩墩头混凝土为异形结构，其中上游下部墩头的圆弧与堰面上游端圆弧相交于堰体迎水面平面，下游墩头上部有一圆变方过渡段，投影呈45度斜角。墩头圆弧直径3m，堰体上游圆弧直径1m。闸墩外观如何与墩头形体及异型结构关系甚大，异型结构质量不易保证，施工难度大。为确保混凝土的外观质量及施工进度，墩头采用大型定型钢模板，墩身采用平面多卡大模板，根据以往类似工程经验结合本项目实际，在充分考虑混凝土的层间接缝、定型模板面板整体性、便于施工等方面，进行定型钢模板设计。

按照施工方案，闸墩混凝土每一浇筑层高度为3m，闸墩混凝土浇筑完毕后，墩头墩尾通过采用专门设计的定型钢模板，有效减少混凝土层间错台、挂帘，质量通病得到有效控制，闸墩混凝土整体性较强、色泽均一，外观质量好，达到了预期效果。

3.3 水工混凝土采用粒径60mm以下湘江天然骨料配合比设计研究

项目部试验室按施工图纸的要求和工程师指示，结合本工程特点，通过室内试验成果进行混凝土配合比设计，并报送工程师审批。混凝土配合比的设计方法按相关试验规程的规定进行。

根据招标文件以及地质勘探资料，湘江河道内粗骨料的粒径基本上为60mm以下，而根据相关规范，三级配骨料粒径为80mm以下。配合比优化设计的重点是提高粉煤灰掺量与采用粒径为60mm以下的粗骨料，使用高效外加剂，优化粗细骨料级配与配比，降低水泥用量和需水量，以减少混凝土内部水化热升温。本工程混凝土骨料采用0～5mm、5～20mm、20～40mm、40～60mm粒径骨料。提高粉煤灰掺量的主要方法是按替代法通过不同粉煤灰掺量试验，得到粉煤灰掺量与混凝土强度的关系线，得出在满足混凝土设计指标的前提下的最大粉煤灰掺量，同时保证混凝土的施工和易性。

4 结束语

湘江土谷塘航电枢纽工程三期闸坝面临汛期频繁过流的施工风险，通过施工资源分时间分仓位优化配置、混凝土外观质量控制及针对性的配合比优化等工艺的研究，极大增加了混凝土入仓强度，加快了闸坝施工速度，工程成功接受早汛过流及湘江历史罕见“11.14”冬汛的考验，枢纽工程安全度汛，同时，取得的经济效益和社会效益明显，得到了业主及当地政府的一致好评。本工程闸坝高效快速施工工艺的施工实践，能够为后续工程和类似项目提供指导和借鉴。

作者简介

肖伟明，（1982.10-），男，工程师，中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北宜昌，443002，现从事水利水电工程现场施工技术管理。