导流洞出口非静水条件下高水深水下混凝土封堵施工技术

徐同良 殷 瑞

(1.东平湖管理局梁山黄河河务局，山东 济宁 272000；2.山东润泰水利工程有限公司，山东 泰安 271000)

随着大型水电站工程的建设，导流洞下闸封堵安全快速施工技术得到进一步的改进和提高，目前，导流洞出口封堵大都采用传统土石围堰，需进行大量的土石方运输、填筑，且防渗性能差。土石围堰填筑工程量大，施工工期长，在布置大型料场的同时需要配备大量土石方挖装设备。导流洞过流产生的水流冲击和回流旋涡极大，为典型非静水条件下的高水深围堰施工。在动水环境中大量的土石方倾倒河道中，被水流冲击，填筑效率低且易造成河道淤积。土石围堰防渗采用的高质量黏土就近开采难度较大，外运成本较高，而采用低质量黏土的防渗效果差，背水面渗水量大，增加了导流洞内抽排水的难度和施工安全性。导流洞封堵急需一种快速、安全、便捷、环保的新工艺。

通过不断研究和探索，经过多次试验和工程应用，总结出导流洞非静水条件下高水深水下混凝土施工技术，有效解决了施工环境复杂、场地狭窄、交通运输困难，保证建筑物干地施工难度大等诸多难题。

1 施工工艺原理

a.设置防浪丁坝，利用钢筋石笼、大型混凝土块、石块等大体积填筑材料的自身稳定性，减小外界水流冲击和涡流等对水下混凝土模板的冲击，同时由于丁坝的透水性，能够自动平衡丁坝内外水位差。

b.采用分体式钢模板箱体，分块分段加工上下游模板，模板之间采用螺栓定位后满焊连接，上下游模板之间设置连接钢管及型钢使之成为整体。模板在安装过程中由吊车及卷扬机运输至水面以上，采用卷扬机控制扁担梁调整模板箱体位置，由下部向上部逐块安装，逐渐下放至水面以下。

c.模板箱体与导流洞边缘部位采用水下混凝土模板专用防漏浆装置，通过有一定强度的柔性橡胶织物装置，使模板面与导流洞翼墙之间的缝隙密闭，保证了混凝土的密实度。

d.在水下混凝土整体模板上部搭设排架及提升设备，采用自密实混凝土导管水下浇筑技术，导管出口始终位于自密实混凝土浇筑层顶部以下，依靠自重向四周散开，直至浇筑至水面以上，浇筑完成后，模板箱体与水下混凝土形成整体挡水结构。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

图1 施工工艺流程

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

a.调查导流洞出口水下混凝土部位施工条件、场地环境、进出场道路，规划场地临时建筑物布置。

b.测量导流洞出口水上部分地形地貌。

c.查探导流洞出口部位水下环境，包括水下地形条件、底部沉积物、施工区域水深、水流速度、涌浪高度等(见图2)。

图2 施工区域地形、水情调查

d.根据现场吊装设备要求，平整导流洞出口两侧范围内场地，准备好施工用风水电。

2.2.2 自密实混凝土配合比设计

a.根据混凝土配合比设计原则，确定自密实混凝土的粗细骨料、级配、水灰比等基本参数。

b.设计水下混凝土配合比，通过试验确定混凝土流动性、初凝时间、级配等性能参数。

c.通过混凝土配合比试验，确定C25自密实水下混凝土配合比为：水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加剂∶水=319∶43∶822∶1046∶2.90∶170，水胶比为0.47。

2.2.3 混凝土围堰结构设计

a.按照导流洞临时建筑物封堵期间的防洪标准，在导流洞出口交通桥附近布置混凝土围堰，满足通道及模板安装、混凝土浇筑平台等施工需要。

b.导流洞出口混凝土围堰采用重力式结构，水下部分布置为垂直结构，混凝土围堰结构满足抗倾覆和抗滑稳定要求。

2.2.4 防浪丁坝设计与施工

a.丁坝布置于下游围堰迎水面靠河侧，坝顶宽度为10m，满足填筑机械及自卸车辆双向通行要求。

b.丁坝两侧边坡设计坡比1∶1.3，坝体上下游两侧10m范围填筑铅丝石笼，中部填筑大块石及石碴，顶部填筑50cm的碎石，满足车辆通行要求(见图3)。

图3 防浪丁坝填筑施工

2.2.5 水下混凝土模板制作

a.根据现场实地测量尺寸，分段分层制作钢模板，中间分块部位采用标准组合钢模板，导流洞出口左右岸侧模板采用异形模板，其制作难度大，较大的体形不仅需分段制作，还要将完整断面进行分割制作，但分段不能太小，否则多块拼装会降低精度和整体的刚度，也不能太大，以免移动、安装、拆卸、周转不便。

b.采用φ28×3mm钢管作为纵横围檩，将组合钢模连成整体，为防止模板漏浆，模板块与之间应加双面胶或海绵条，紧贴两岸侧模板边缘设置高强度的柔性橡胶织物(见图4、图5)，底部采用高强度砂浆找平，模板安装前涂刷脱模剂。

图4 水下混凝土模板专用防漏浆装置示意图

图5 水下混凝土模板专用防漏浆装置

c.两块钢模板之间及模板各分层之间的连接采用螺栓导向，满焊连接。在单层两块模板之间的纵向接缝两端横竖向骨架上焊接2对螺栓定位钢板，在吊装各块模板就位后，立即穿入螺栓将其固定，对钢桁架骨架和表面钢板接缝位置进行满焊，并将螺栓连接位置一并焊接。

d.模板上下游连接分为垂直于模板方向的对称连接和斜拉的非对称连接。采用φ28螺纹钢焊接加固，使钢管连接形成整体。

e.单层上下游模板吊装就位后，钢管两端螺栓孔与桁架上的连接板采用螺栓快速定位，然后，由下而上逐层将钢管与钢桁架之间的连接点及斜向连接全部满焊。单层模板上下游连接完成后，由吊车下放入水下，采用卷扬机控制扁担梁调整模板箱体位置，上层模板安装完成后，继续进行上层模板之间的连接件安装，直至模板安装全部完成(见图6)。

图6 上下游模板安装结构

2.2.6 水下混凝土模板安装

a.模板安装施工平台搭设。在导流洞出口位置，设置横跨左右岸的钢桁架施工平台，宽度为1.2～1.5m，高度为0.5～0.8m，用于材料运输、吊车支设等，施工平台上下游两侧分别设置扁担梁、卷扬机、缆索，用于精确安装钢模板箱体。

b.基础面探测及清理。人工深潜进行基础面探测，潜水作业配备专业的潜水服、氦氧混合气供配系统、潜水钟、减压舱、电源、应急救援等设备(见图7)。采用气升提升方式清理基础面淤泥，将压缩空气通过管道通向吸泥管底部，压缩空气在吸泥管中上升形成真空，底部淤泥被吸入管道，并形成比重小于1的“空气+泥浆”混合物，混合物通过管道排出。气升式清淤装置由柴油空压机、吸泥管、排泥管、空压管及浮筒等组成。柴油空压机布置在施工平台上，清淤吸泥管等设备布置在一个较小的浮箱上，浮箱与水面平台连接，实现漂浮移动。

图7 潜水员探摸调查基础面情况

c.模板安装。模板安装前精确测量泄流中心线位置，作为模板安装的定位基点。模板安装的顺序如下(见图8～图10)：

图8 水下混凝土模板布置示意图

图9 模板箱体拼装及运输施工场景

图10 模板箱体下放水下施工场景

上下游第一层模板在导流洞出口上部交通桥面进行螺栓定位及接缝满焊组装成整片，采用汽车吊吊运至钢栈桥，由卷扬机固定悬吊于水面以上。施工人员在模板内焊接走道，安装上下游模板连接钢管，利用该钢管使钢筋加密形成工作平台。

第二层上下游模板在导流洞上部交通桥面组装成整体，采用汽车吊吊运至第一层模板上部，并与其焊接固定，利用两岸锚点固定在模板上口，然后安装第二层上下游模板之间的连接钢管，并焊接钢筋形成安装平台。

第一、二层模板连接为整体后，采用卷扬机固定在桥下，并利用扁担梁下放至第二层露出1.5m。第三层及第四层模板安装与第二层模板安装工序相同。所有模板安装完成后，采用卷扬机控制扁担梁调整模板位置，将模板箱体下放至预定位置。

2.2.7 水下混凝土浇筑

a.操作排架的搭设。利用浇筑平台搭设操作排架，排架采用碗扣式万能脚手架，搭设高度与导管提升高度相同，以满足浇筑过程中导管分段提升使用要求(见图11)。

图11 操作排架搭设

b.水下混凝土浇筑。水下混凝土浇筑采用升管法(见图12、图13)，浇筑时，设置多套导管浇筑系统，相隔间距5～6m，导管顶部设置有贮料漏斗，由手动葫芦吊起，导管采用φ219钢管，导管长度根据浇筑水深和混凝土压力要求布置，布置的导管长度为15m。

图12 水下混凝土浇筑施工示意图

图13 水下混凝土浇筑施工场景

c.水下混凝土接触灌浆补强和防渗处理。根据提前预埋的灌浆管进行钻孔灌浆，灌浆前先将围堰上下游水位抽排至同一高程，满足水压的平压要求，然后采用分序灌浆方式进行灌浆。对水下混凝土补强，提高防渗性能。

3 工程应用

a.云南省玉溪市峨山县新街河水库工程出口混凝土围堰单项工程，施工导流洞下闸封堵工程，顺利下闸后由大坝导流底孔泄流,实现了水电站发电工期目标，施工期在左右两岸布置两条导流洞临时导流,导流隧洞长度分别为413.8m、422.6m，出口部位平均宽度15m，水深12m。导流洞上方通过架设临时钢桥满足通行要求。左导流洞下闸后，右导流洞单洞过流产生的水流冲击和回流旋涡极大，采用水下混凝土围堰施工工艺，有效解决了非静水条件下的高水深围堰施工难题。

b.山东省枣庄市山亭区紫草峪水库除险加固工程放水洞出口混凝土围堰单项工程，东放水洞总长628.1m，出口混凝土围堰布置于左岸放水洞扩散段，出口位于钢栈桥下方。出口混凝土围堰为重力式，围堰高度14.8m，堰底宽度10.2m，堰顶宽度2.0m。围堰轴线基本与现钢栈桥轴线平行。采用在导流洞出口设置水下混凝土围堰的工艺，避免了传统土石围堰施工的诸多问题。

4 结 语

通过采用非静水条件下高水深水下混凝土施工技术，有效避免了土石围堰施工造成的河道土石淤积，改善了河道底部水流流态。较传统土石围堰，水下混凝土围堰结构稳定，防渗性能好，有效保证了导流洞洞内施工人员的安全作业环境，降低了安全风险，对同类水电站导流洞封堵施工具有较好的借鉴意义。