浅析临时通道在大坝施工中的布置

陈立龙

（福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000）

1 工程概况

天台水库位于福州市马尾区浩溪水库上游，为小（I）型水库，总库容316.33 万m3，是一座以防洪为主，兼顾供水的综合利用水库。天台水库由拦河坝、坝顶开敞式溢洪道、左岸泄洪洞、右岸引水建筑物、管理房及上坝公路等组成。其主要建筑物为4 级，次要建筑物为5 级，主要建筑物防洪标准按50 年一遇洪水设计、500年一遇洪水校核，设计洪水位114.00 m，校核洪水位115.23 m。大坝坝型为浆砌石双曲拱坝，坝顶高程116.5 m，最大坝高76.5 m（含垫层），坝顶中心线弧长179.5 m，坝顶宽4.0 m，坝底宽16.4 m。

2 布置施工通道的必要性

根据原审批的施工组织设计，天台水库原规划石料场位于大坝下游，因此，施工前期结合现场地形条件，混凝土拌合系统及砂石料加工系统布置在下游，坝体砌筑的毛块石和混凝土起吊点位于下游。料场报批时发现原规划的大坝料场位于公益林保护区内，为一级保护林地，难以审批。根据现场施工条件，并经马尾区人民政府专题会议（72 号文）研究决定，将石料场移至大坝上游水库库区内。为了能将上游料场开采的石料运输至坝下游已建工区，需要在大坝砌筑过程布置过坝通道，以解决石料场位置变化与已有施工工区布置之间的矛盾。

3 临时通道施工方案的比选

3.1 可选的通道施工方案

根据现场地形、地质及施工条件，拟定3 种过坝通道布置方案。

1）方案一：增设临时交通孔。跟随大坝砌筑，在大坝右岸坝体预留交通孔作为大坝砌筑施工期间的过坝交通通道。交通孔断面为4.0 m×5.5 m 城门形，孔底高程52.0 m，上游侧孔口中心与拱圈平面中心线间距约15.0 m，下游侧孔口中心与拱圈平面中心线间距约11.5 m，孔中心线与拱圈平面大致径向交叉，与坝体交叉段洞长约14.85 m。

2）方案二：导流底孔扩大兼顾通道功能。利用原设计的导流底孔扩宽作为大坝砌筑施工期间的过坝交通通道。原设计导流底孔为D=2.0 m 圆形，孔底高程47.0 m，拓宽后底孔断面为3.6 m×4.2 m 城门形，孔底高程48.0 m；在孔底下部布置1.0 m×2 m 的导流槽，用于排泄上游日常径流；为满足底孔交通需要，在导流槽顶部、底孔底板铺设工字钢，并在工字钢上部铺设20 mm厚钢板。在导流底孔进口布置闸墩，预埋闸门槽，用于导流底孔封堵时下闸挡水。为了既满足底孔日常导流通水需要，又满足底孔通车需求，在大坝上下游侧、导流底孔的进出口布置暗涵。

3）方案三：新建施工便道。采取在右岸坝顶以上高程修建跃坝道路方案，跃坝道路在与坝肩交叉位置路面高程与坝顶相同，为116.5 m；从石料场至坝轴线，道路顺着水库右岸山体岸坡布置，长度约800 m，平均纵向坡度约8%；跃坝后沿着原设计的上坝道路前行，约在坝下游900 m 位置调头回转，利用已建成的场内临时道路运输至坝后已建工区。

3.2 通道方案的比较（表1）

表1 各通道方案比较表

从工程造价、工期及对大坝施工影响程度综合考虑分析，最终决定采用方案一，即右岸坝体预留交通洞的方案。

4 交通孔设计

4.1 断面及结构

为满足施工期上下游石料等建材运输需要，预留交通洞采用城门形断面，断面尺寸为4.0 m×5.5m（宽×高），占整个坝面面积很小，洞身采用1.0 m 厚的C25钢筋混凝土，洞内临近上下游坝面设两个键槽，洞外临近上下游坝面设两个止推环，交通洞施工与坝体砌筑同步进行，施工过程中接触面安放接触灌浆管，便于后期进行接触灌浆。具体结构如图1、图2、图3。

图1 交通孔立面位置图

图2 交通孔横断面图

图3 交通孔纵断面图

4.2 交通孔上下游连接段

交通孔上下游高程52.0 m 以下基坑全部采用C15埋石混凝土填塞与坝体一起浇筑成整体，以防坝外混凝土基础滑动。洞外上下游采用堆石修路连接，路面均硬化处理，路基边坡进行喷锚支护，以防泄洪时，水流对路面及边坡的过分冲刷，导致路基失稳；交通洞上下游连接部位外侧设钢筋混凝土防撞栏板，上部搭设管棚，保证上下游车辆进出安全，靠近山坡一侧路基设宽0.5 m、深0.5 m 的排水沟。

4.3 坝体应力复核

由于预留交通孔改变了施工期大坝结构，特别是交通孔附近的拱圈结构应力可能发生变化，因此，需复核在大坝砌筑完成、孔洞封堵前，因设置交通孔的坝体应力分布情况，并与原结构的坝体应力分布成果进行比较，分析预留交通孔对坝体结构安全的影响。另外，交通孔封堵后，理论上堵头与周边坝体结构连为整体，大坝恢复原设计的体型结构，坝体应力与原设计计算成果一致。

1）计算方法。交通孔断面尺寸为4.0 m×5.5 m，占整个坝体展开面积的比重很小，可采用有限元方法分析预留交通孔对坝体应力分布成果的影响。采用美国ALGOR 公司开发的综合性有限元软件包“ALGOR FEAS”计算，该软件包是进行数值计算研究和设计的通用工具。先进行结构有限元网格划分，再施加荷载及边界约束，进行结构计算，整理计算成果。

2）计算模型。拱坝采用单圆心布置，先进行坝体网格划分，厚度方向上等分为4 单元，共划分为816 个块体单元，1 235 个节点；再进行坝基网格划分，取值范围坝基不同方向各100 m，整个模型划分为7 060 个空间8 节点块体单元，共有8 715 个节点。再对模型施加边界约束和荷载（自重及温度荷载），即在基础边界施加铰约束，在坝体的各节点上施加温度荷载（温差按国内经验修正公式：Tm=±47/（T+3.39）计算）。

3）应力复核计算成果。应力复核计算成果表明：施工期交通孔对坝体应力分布的影响范围集中在孔洞附近，且影响较小，表现为应力集中，孔洞角线各节点应力值加大，但变幅小且均小于坝砌体材料的容许应力值，坝体结构是安全的。

5 临时通道施工

5.1 交通孔施工

交通孔施工与坝体砌筑同步进行，施工过程中接触面安放接触灌浆管，便于后期进行接触灌浆。混凝土施工采用常规混凝土施工程序，自下而上分层进行，分层高度为每层1.5 m。

1）模板工程。本工程结构较简单，可采用普通胶合板拼装而成，根据混凝土施工强度要求，现场配备2套模板，搭设满堂脚手架进行立模浇筑。

①模板材料选择：本工程断面结构类似，可采用胶合板拼装，模板的强度和刚度应符合要求。

②模板制作加工：模板制作加工在模板加工厂进行，应先熟悉施工图纸，掌握各部位模板加工制作的技术参数，绘制材料表，根据材料表进行加工，并注意控制模板加工的精度，特别是顶拱部分。

③模板安装与加固：安装与加固是模板工程的重要环节，安装前，施工员与木工共同测设墙体边线，通常采用墨斗线进行标记，边线即为侧板安装的基准线，应保证侧板的垂直度。顶拱部分应保证与侧墙顺利连接。模板对拉螺栓等应上紧，支撑的钢管架应搭设牢固。经各方检查合格后，方可进行混凝土浇筑。

④模板拆除：模板拆除前混凝凝土的强度应达到规范规定的要求，拆除过程中避免损坏混凝土结构的边角部位。

2）钢筋工程。钢筋制作前根据工程实际情况，以安全、便于运输、便于安装和保证质量为原则进行分段下料，为保证施工安全，钢筋由加工厂统一加工后运到工作面进行安装。钢筋通过升降机运输到工作面后人工定位安装，采用焊接和绑扎相结合的方式，以加快施工速度。

3）混凝土拌和运输及浇筑。混凝土施工搭设满堂架进行，混凝土由拌和站集中拌和后由运输车运至进口顶部，由溜筒溜至施工仓面集料斗后用斗车接至仓面入仓。

5.2 交通孔内防震措施

为降低车辆穿坝通行时震动对拱坝结构产生的不利影响，在交通孔钢筋混凝土底板上部铺设20 cm 厚砂碎石垫层，而后在面层压盖20 mm 厚钢板。

5.3 洞口连接段道路

道路路基以开挖为主，局部根据线性平顺布置需要，就实际地形砌筑矮、短挡墙平整贯通，路基宽5.0 m，采用C25 混凝土路面，厚20 cm，路面宽4.0 m；道路根据需要分段设置错车平台。道路边坡根据开挖后的工程地质条件采取不同的支护方式，其中下游侧靠近出洞口内侧上坡陡峭，路基开挖后先清除坡上松动岩块、岩体，而后钻设Φ25@2000 系统锚杆，锚杆长4.5 m，锚入山体长4.0 m，露头0.5 m，随后紧贴开挖坡面布设Φ8@200×200 钢筋网，再喷射C25 细石混凝土，厚12 cm；其他路段根据边坡整体稳定情况采取锚喷混凝土支护，或不支护。在边坡脚路基一侧设宽0.5 m、深0.5 m 的排水沟。

5.4 洞口防坠落安全防护

由于大坝砌筑施工期间，预留的交通孔洞口上空始终面临高空坠物等风险，为保护洞口的交通安全，在连接段道路上部设置钢管防坠门架，上下游侧各设置15.0 m，防坠管架呈门型结构，净宽不小于5.0 m，净高不小于5.5 m。

5.5 交通孔封堵

交通孔封堵混凝土强度为C20，顶拱预埋回填、接触灌浆管，边墙新、老混凝土接触面间预埋接触灌浆管，进行回填、接触灌浆，以防止堵头漏水。交通孔封堵尽量安排在冬季施工，孔洞顶拱回填灌浆，堵头接触灌浆应在混凝土浇筑龄期达28天以上，堵头结构充分收缩后进行。先顶拱回填灌浆，再进行接触灌浆。

6 增设临时交通孔效果

在大坝的中下部预留过坝交通孔，竖向上基本平顺打通了石料场与下游已建工区之间的连接，而且预留的交通孔不改变原施工导流布置，不影响导流封堵方案，交通孔底板高程高于导流底孔，枯水期交通防洪保障率高，也基本不影响大坝施工度汛方案，有力保障了大坝砌筑施工进度；大坝砌筑封堵后，在导流底孔封堵之前，及时对交通孔进行封堵并做好防渗加固，使堵头与周边拱圈形成完整坝体，共同承担外部荷载，不影响大坝的安全运行。

7 结 语

由于工程现场石料场位置变化，为满足施工期上下游输送石料交通需要，天台水库大坝砌筑过程中在坝体右岸预留交通孔方案技术可行，不影响坝体结构安全，工程造价经济，对类似工程有一定的借鉴作用。