采用坡度架法控制双曲拱坝坝面的施工方法

何国玮

(浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江■杭州■310052)

1　工程概况

小河水库位于贵州省贵定县县城东南部的七八河上的定南乡鼓坪村，坝址距河口0.94 km，距贵定县城直线距离7 km。

小河水库流域面积10.5 km2，多年平均径流量612.15万m3，多年平均流量0.19 m3/s。水库校核洪水位1 099.11 m，总库容194万m3，工程等别为Ⅳ等，规模为小(1)型，坝型为砌石拱坝，最大坝高45 m。坝体迎水面及背水面设置混凝土预制块护面，预制块长×高×宽为49.5 cm×24.5 cm×35 cm，砌筑方式为两顺一丁。

该坝采用双曲抛物线，用变中心、变半径布置，拱坝坝面曲线的控制成为工程技术难点，且贯穿整个大坝的施工过程；而此类工程又需高空作业，技术要求高，因此找到一种结构简单，造价低廉，易于操作，满足砌筑工程施工质量控制的方法，对工程实施来说就显得尤为重要。坡度架法是对以往砌石工程质量控制方法的改进和创新，对双曲线拱坝工程的施工具有重要的指导意义。

2　坝面控制方案比选

坝体砌筑控制轮廓线及平整度通常采用挂线法和钢管脚手架法，这两种方法与坡度架法相比，具有一定的局限性(见图1、表1)。

图1　双曲拱坝坝面预制块砌筑曲线控制方案

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3　坡度架法的理论基础和实施原理

利用微积分原理：在微小的邻域内，可以用一段切线段来代替曲线。坡度架法就是根据此原理，将拱坝曲线从下而上，从左而右，分成若干段切线，通过调整每个砌筑层的坡度尺角度并引线连接每根坡度尺，实现砌筑的坝面曲线与设计曲线相契合(见图2)。

坡度架由三角形支架和靠尺组成，用5号角钢制作。三角形支架用作施工作业平台，靠尺固定在悬挑三脚架上，通过调节花篮螺栓调节靠尺角度控制每层预制块的上下位置。由于坡度架间的距离很小，各根靠尺之间的连线近似为坝块在平面上的曲线。

图2坡度架法原理示意

单个坡度架由墙体预埋螺栓固定，再利用连接杆将所有坡度架连接成一个整体保证其稳定性。悬挑脚手架兼作材料运输和人工操作平台，通过“安装悬挑平台→砌筑坝面预制块→拆除悬挑安装平台”工艺的不断循环，使坝坝层层上垒，形成设计坝体。

为保证施工安全并满足精度要求，两坡度架间距不应大于1.5 m，引线控制坝面曲线。坡度架外侧及底部挂L型安全防护网，以保障作业人员的安全。在三角支撑架上面铺设脚手板作为一个简易的作业平台，操作人员系好安全带后在平台上进行砌筑、勾缝、坝面清理等作业(见图3)。

坡度架法借鉴了挂线法的控制原理，用坡度尺控制坝体表面平整度和预制块的上下位置，通过坡度尺之间的引线控制预制块的平面位置；又借鉴钢管脚手架法，采用悬挑式，避免了从坝底开始搭设脚手架，从而节省了大量的人力、物力，创造了良好的经济和社会效益。

图3坡度架法实施

4　工艺流程及操作要点

4.1　工艺流程

施工准备→坡度架制作→预埋螺栓→安装坡度架→挂安全防护网→铺设脚手板→测量放样→坡度校正→引线→砌筑上层墙体并预埋螺栓→勾缝、清理→坡度架依次升高准备上层砌筑。

4.2　操作要点

4.2.1施工准备

(1)施工前应认真熟悉施工区域和地质条件，编制切实可行的施工方案及技术交底，明确施工方法和要求。

(2)材料准备，确保质量、规格、类型符合施工要求。

(3)提前制作足够数量的坡度架并检查坡度架质量。

4.2.2坡度架制作

坡度架在前期制作时严格控制下料尺寸，孔径根据螺栓大小确定。孔径不宜过大，钻孔位置应严格按图施工，确保满足精度要求；焊接部位须牢固可靠。

4.2.3预埋螺栓

预埋螺栓直径不小于14 mm，螺栓尾部设弯勾，锚固长度应满足受力要求，锚固在坝体内牢固可靠，预埋间距根据坝面曲线半径确定，一般不大于1.5 m，预埋螺栓间距基本保持一致。

4.2.4安装坡度架

安装坡度架的人员应戴安全带，用连接杆将全部坡度架连接成整体保证其稳定性。

4.2.5挂安全防护网

挂安全防护网人员必须佩戴安全带，坡度架外侧及底部都应挂安全防护网。安全网要经常检查，损坏的安全网不得使用。

4.2.6铺设脚手板

三角支撑架上铺设脚手板形成操作平台，脚手板应铺满。探头板不应大于20 cm，搭接部位必须在支承架上，搭接处用10号铅丝固定，保证牢固可靠。

4.2.7测量放样

平面坐标放样时首先利用全站仪采集预埋螺栓的实际坐标值，根据拱坝坝块曲线布置，利用计算软件或计算器计算出螺栓位置沿本次砌筑顶面高程坝体径向方向的设计坐标值。本次砌筑顶面高程应根据砌筑构件高度、砌筑层数、水平灰缝大小确定；利用全站仪放样设计坐标点并计算放样点实际高程与本次砌筑顶面高程间的高差值(垂距)。

4.2.8坡度校正

利用垂直对中杆及水平尺依据平面坐标点放样所求得的各点高差值(垂距)及偏距对坡度架进行校正，校正误差≤5 mm,确保精度满足规范要求。

4.2.9引线

引线前测量员利用水准仪在校正好的坡度架立杆上精确放样本次砌筑顶面高程，并做好标记。现场施工员利用钢卷尺将本次砌筑的坡面长度根据砌筑层数平均分配，砌筑人员由下至上分层引线进行砌筑。

4.2.10砌筑上层墙体并预埋螺栓

砌筑人员由下至上分层引线进行砌筑，不宜一次砌筑过高；砌筑时即对纵、横灰缝进行清理，为坝面勾缝创造有利条件；最后一层预制块砌筑前预埋螺栓。

4.2.11勾缝、清理

因勾缝及清理工作是在坡度架上操作的，为避免触碰坡度架，影响砌筑精度，勾缝及清理工作在砌筑完成后方可进行。

4.2.12坡度架依次升高准备上层砌筑

勾缝及清理工作完成后将脚手板及安全网拆除，并将坡度架上升至预埋螺栓位置，操作人员必须佩戴安全带，保障施工安全(见图4)。

图4坡度架法施工效果

5　坡度架法控制预制块砌筑质量的要点

(1)按小于1.5 m间距布置坡度架,保证设计坝体曲线的精准控制。

(2)利用全站仪精确布置每根靠尺，施工过程中应经常性检查靠尺是否有变形，及时更换变形的靠尺。

(3)坡度尺之间的引线必须保证绷直，防止下垂和松散影响预制块的砌筑精度。

(4)现场由专人负责坡度架的制作、检修及维护工作，发现损坏、变形的坡度架及时更换。

(5)建立质量管理领导小组，严格落实施工质量“三检”制。

6　主要的材料与设备

6.1　材料

坡度架法所使用的材料主要有：5号角钢、焊条、花篮螺栓、预埋螺栓、连接杆、安全带固定钢圈、爬梯、安全防护网、安全带、脚手板等。

6.2　仪器设备

坡度架法所使用的仪器设备主要有：电焊机、钢卷尺、计算器、测量仪器、质量检测工具。

7　结　语

坡架法只需利用常用测量仪器即可完成砌筑定位，且不需全程观测，只需控制靠尺的位置即可，简化了砌筑工艺，降低了施工难度；使用常规的5号角钢材料、花篮螺栓和安全网就可以完成施工操作工序，投入成本低，解决了拱坝大规模砌筑的质量控制；本工法能精确控制双曲拱坝的坝体布置，还保障了施工进度与施工安全，是一种简便易行的施工方法，在小水电建设中具有良好的应用前景。