阿莱瓦水电站导流洞衬砌混凝土施工

　　<摘要：笔者在结合多年的工作经验，对阿莱瓦水电站导流洞衬砌混凝土施工中所遇到一些问题进行了论述。
　　关键词：水电站；导流洞；施工
　　一、工程概况
　　阿莱瓦水电站位于巴基斯坦西北边境省Mansehra西部行政区境内，电站装机容量121MW(60.5MW×2)，电站业主为巴基斯坦水利电力开发署，中国东方电气集团公司和广西水电工程局组成的联营体承担了该项目的土建和金属结构标。
　　阿莱瓦水电站导流洞洞身段全长295.832m（进口桩号STA.0+014.729m、出口桩号STA.0+310.561m，不包括进出口喇叭口和出口明洞段），开挖衬砌为马蹄型，开挖一次支护后上班洞半径为4.5m。从进口桩号STA.0+14.729m到STA.0+48.737m，洞子为直线段；从桩号STA.0+48.737m洞子开始转弯，转弯半径75m，至STA.0+126.743m止；桩号STA.0+126.743m至出口桩号STA.0+310.561m，洞子为直线段。
　　二、主要施工特点及对策
　　导流洞混凝土衬砌具有施工工期紧、施工强度高、施工难度大、制约因素多、质量要求高等特点。
　　(1)施工工期紧。导流洞原设计只有进口30m和出口20m需混凝土衬砌，在更改为全洞混凝土衬砌后，在保证按计划节流的情况下，从国内订购钢模台车在时间上已不允许，且钢模台车成本较大，在考虑工期的需要和经济性后，决定全洞采用钢桁架施工。针对工期紧张的情况,施工要求做到组织精细、周密,各工序衔接紧密,混凝土生产、运输、泵送、浇筑等快捷、顺畅。
　　(2)制约因素多。根据工期要求,导流洞开挖结束前,混凝土浇筑必须开始,两者不可避免地存在相互干扰;多段同时采用钢桁架施工，相互间也存在较大的施工干扰。针对上述制约因素,采取的主要措施是:①合理安排各段的施工顺序;②在主要交通部位预留通道,最后依次施工。
　　(3)施工强度大。按照导流洞洞身混凝土衬砌施工进度计划,总衬砌施工工期为3个月，平均为100m/月。为适应此施工强度,在优化施工技术的基础上,投入了与之相匹配的人力和设备资源。
　　(4)质量要求高。导流洞属高速水流冲刷建筑物,对混凝土表面的平整度、光洁度等外观质量都有极高的要求。为此,在施工工艺上必须严格、精细,确保混凝土的外观质量。
　　三、导流洞混凝土衬砌施工措施
　　按施工图纸和施工的实际，导流洞混凝土衬砌分段进行，每段长度为10m。钢筋绑扎分两次完成，第一次绑扎底板和侧墙钢筋，第二次绑扎顶拱钢筋；混凝土浇筑分三次进行，第一次浇筑底板混凝土，第二次浇筑侧墙混凝土，第三次浇筑顶拱混凝土；故模板安装分两次完成，第一次安装侧墙模板，第二次安装顶拱模板。
　　顶拱施工重力由架于蛇形柱和两侧墙混凝土上的槽钢组合梁承担，因槽钢组合梁较重，架设时由起重机械配合，故必须在底板绑扎钢筋前进行。其施工工序如下：施工放样（含蛇形柱位置）→立蛇形柱（保证蛇形柱的顶高程）→架设钢组合梁→绑扎底板和侧墙钢筋（含焊接）→浇筑底板混凝土→安装侧墙模板→浇筑侧墙混凝土（含搭设浇筑混凝土的仓面平台）→立顶拱支撑排架（含搭设绑扎钢筋和立模的仓面平台）→绑扎顶拱钢筋（含焊接）→安装顶拱模板→浇筑顶拱混凝土→拆除侧墙模板→拆除顶拱模板→拆除槽钢组合梁和蛇形柱→本施工段工作完成。
　　因混凝土浇筑前，蛇形柱和组合钢梁已架设安装好，故采用泵机进行混凝土进仓。
　　单个施工段施工进度计划分析附后,从该施工进度计划可以看出,导流洞单段施工可分为两个施工区,进行流水作业。按单区施工人员的最大需求量来按排人员进场。总施工进度由拱顶施工速度制约，故计算拱顶施工工期作为导流洞混凝土的衬砌工期。
　　四、导流洞砼衬砌施工方案计算
　　依据设计，衬砌混凝土时模板的支撑结构为桁架、排架管、架立在两侧边墙已浇筑混凝土上的槽钢梁及槽钢梁下部的蛇形柱。该支撑结构间隔0.75m设置，槽钢梁采用两根槽钢焊合成箱式结构，以作为上部顶拱的支撑平台，槽钢梁下部用蛇形柱支撑。因此，可根据0.75m范围内的受力情况来核算槽钢梁和蛇形柱的刚度、强度，验算这种支撑型式的稳定性。
　　1、受力情况分析
　　（1）顶拱混凝土重量
　　每米长顶拱混凝土方量为6.68m3，取混凝土容重2.5t/m3，则混凝土重量为16.7t（50cm衬砌），则每0.75m长砼重为12.53t。
　　（2）钢模板重量
　　每块钢模板重取15kg，面积为1.5×0.3=0.45m2
　　10.5m范围内顶拱面需钢模板面积为10.5×12.566=131.94m2
　　则共需模板数量为131.94/0.45=294块
　　钢模板总重为294×15=4.41t
　　则每0.75m长范围内钢模板重量为4.41×0.75/10.5=0.32t
　　（3）桁架重量
　　每块钢模板由两榀桁架支撑，10.5范围内需14榀桁架。每榀桁架重为0.12t（其中φ16mm螺纹钢每米重量为1.57Kg，φ48mm壁厚3.5mm钢管每米重量为3.82Kg，每榀桁架需φ16mm螺纹钢18m，φ48mm钢管24m），则每0.75m范围内桁架重量为0.12t。
　　（4）排架管（钢管）
　　10.5m范围内用于立模支撑的排架管总长度为1030m，总计重量为1030×3.82=3.93t，则每0.75m范围内排架管重量为0.28t。
　　（5）活动荷载
　　浇筑混凝土时的活动荷载包括施工人员（10～15人），振动设备重量及泵送混凝土时的冲击力，取总计重量为2.0t。平均到0.75m范围内重量为0.15t。
　　假设所有以上重量全部作用在槽钢梁上，并分别给恒载和活动荷载以1.2和2.0的系数。则作用在槽钢上的荷载为：
　　（12.53+0.32+0.12+0.28+0.15）×1.2+0.15×2.0=16.4t
　　2、强度核算
　　（1）槽钢梁强度核算
　　将以上荷载等效为均布荷载作用在槽钢上，槽钢受力作用总长度为8.0m。则均布荷载大小为2.05t/m。
　　主要核算两根蛇形柱之间槽钢梁的刚度、强度。
　　以两根蛇形柱为支点，可将问题视为核算两端铰支、均布荷载作用在其间的梁的刚度、强度。这里，梁的跨度为4m，均布荷载大小为2.05t/m。
　　最大弯矩为Mmax=1/8×2.05×42=4.1t•m
　　最大剪力为Vmax=4.1t
　　取两根16a槽钢焊合成箱式结构梁作为挑梁，则Wx=108.3×2=216.6cm3、Ix=866.2cm4、h=160mm、b=63mm、d=6.5mm、t=10mm
　　正应力σ=Mmax/γxWx=4.1×9.8×106/(1.05×216.6×103)=176.7N/mm2＜205N/mm2
　　经计算，Sx=2[1/2(h/2-t)2d+1/2(h-t)bt]=126350mm3
　　剪应力τ=VmaxSx/Ixd=4.1×9.8×103×126350/(866.2×104×6.5)=94.5N/mm2＜120N/mm2,可见，槽钢梁采用两根16a槽钢焊合是满足强度要求的。
　　（2）蛇形柱强度核算
　　槽钢上重量传到下部边墙混凝土上及两根蛇形柱上，如假设所有重量全落在蛇形柱上，则蛇形柱所承受重量为16.4t，每榀蛇形柱承受8.2t重量。
　　考虑蛇形柱主立筋采用φ22mm钢筋，每榀蛇形柱共3根，截面积为3×380=1140mm2，缀条钢筋用φ8mm钢筋，蛇形柱长度为3.8m。其详图见《蛇形柱加工图》其强度校核如下：
　　A、 立柱应力验算
　　立柱截面几何特征：Ix=Iy=2ABy2=2×3.8×10-4×0.152=1.71×10-5m4
　　i=（I/3AB）1/2=0.122
　　λ=l0/i=3.8/0.122=31查得φ=0.961
　　Wy=Iy/x=1.14×10-4
　　计算得应力为δ=N/3ABφ=74.1mPa＜160mPa故立柱应力满足要求。
　　A、单根主肢的稳定性验
　　ix=iy=d/4=22×10-3/4=0.0055
　　λ=l/i=0.3/0.0055=54.5查得φ=0.907
　　计算得应力为δ=N/3ABφ=79.3mPa＜160mPa,故立柱应力满足要求。
　　A、 缀条应力验算
　　因无水平力,故缀条不预验算.
　　A、整体稳定性验算
　　安全系数K=Nkp/N=ΠEI/Nl2=2.99＞2,故整体稳定性达到要求。
　　四、导流洞砼衬砌施工材料及施工安全措施
　　1、施工材料简要介绍
　　①模板②、材料（钢管、螺纹钢、扣件）③、槽钢组合梁④、蛇形柱⑤、水泥⑥、钢筋
　　2.施工安全措施
　　2.1脚手架施工准备
　　a、在搭设之前，必须对进场的脚手架杆配件进行严格准备，禁止使用规格和质量不合格的杆配件；b、经检验合格的构配件要按品种、种类分类，堆放整齐、平稳，堆放场不得有积水。本措施排架管采用Φ48×3.5钢管，严禁与其他规格钢管混合使用。
　　2.2搭设
　　a、测量人员要按设计图纸进行放样，主要将铺垫板、底座或立杆的位置在现场定出。b、放置纵向扫地杆，角部依次向两边竖立底立杆（第一根），底端与纵向扫地杆扣接固定后；装设横向扫地杆并与立杆固定，固定立杆底端前，要吊线确保立杆垂直。c、每边竖起3~4根立杆后，随即装设第一步纵向平杆（与立杆扣接固定）和横向平杆（小横杆，靠近立杆并与纵向平杆扣接固定）、校正立杆垂直和水平使其符合要求后，按40~60N.m拧紧扣件螺栓，形成构架的起始段。d、按上两步要求依次向前延伸搭设，直至第一步架交圈完成。交圈后再全面检查一遍构架质量和其他情况，严格确保设计要求和构架质量要求。e、在开始搭设立杆时，要每隔6跨设置一根抛撑以固定第一步架；并随搭设进程及时设置安全防护设施及设剪刀撑。f、按完成第一步架的作业程序和要求搭设第二步、第三步……直至完成整个脚手架。
　　1.3搭设注意事项
　　a、立杆竖向采用对接扣连接件，同时保证两根相邻立杆的接头不要设置同步，同步内隔一根立杆的两个相隔接头在高度方向错开的距离不得少于0.5m，各接头中心至主节点的距离不得大于步距1/3。因此，底立杆要按立杆接长要求选择不同长度的钢管交错设置，至少要有两种适合不同高度的钢管作立杆。b、一定采取先搭设起始段而后向前延伸的方式，当两组同时作业时，可分别从相对角开始搭设。c、水平杆对接扣件要交错布置，两根相邻水平杆的接头不要设置同步，不同步或不同跨两相邻接头在水平方向错开的距离不得少于0.5m，各接头中心至主节点的距离不得大于纵距1/3；如搭接时搭接长度不要小于1.0m，要等距设置3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至水平杆杆端的距离不要小于0.1m。d、脚手架必须在外侧立面设置剪刀撑，并由底至顶连续设置，中间各道剪刀撑之间的净距不大于15.0m，每道剪刀撑宽度不应小于4跨，且不应小于6.0m，斜杆与地面的倾角在45~60之间。e、剪刀撑设置要及时，不得滞后2步。剪力撑要用旋转扣件固定在与之相交的水平杆的伸出端或立杆上，旋转扣件中心至主节点的距离不大于0.15m。f、杆件端部伸出扣件之外的长度不得小于0.1m。g、作业层的栏杆和挡脚板一般要设置在立杆的内侧。栏杆接长亦要符合对接或搭接的相应规定。h、脚手架使用前，应由工地负责人组织检查验收，验收合格并填写交验单后方可使用。在施工过程中应有专人管理、检查和保修，并定期进行沉降观察，发现异常应及时采取加固措施。
　　1.4拆卸
　　拆除作业按搭设作业的相反程序进行。
　　五、结束语
　　综上所述，在阿莱瓦水电站导流洞衬砌混凝土施工中,克服了各方面质量要求,认真制定各项措施及对策,开展了技术改进,在保证一定的经济性的情况下如期完成了施工，对一些洞室衬砌混凝土施工技术措施和施工提供了参考。