石门坎水电站混凝土双曲拱坝施工技术综述
杨仲洪 杨和明 徐更晓 王波峡 张庆辉
1 概述
石门坎水电站大坝为常态混凝土双曲拱坝，最大坝高111m，采用抛物线双曲体形，拱冠梁底宽23.917m，厚高比0.222，坝顶长296.26m(顶拱上游面弧长)，分15个坝段，其中1#～5#坝段为右岸挡水坝段，6#～9#坝段为河床溢流坝段，10#～15#坝段为左岸挡水坝段。大坝混凝土总量35万m，于2009年1月开始浇筑，2011年6月浇筑完成，历时29个月，平均月浇筑强度1.21万m，月最大浇筑强度3.0万m。 2 坝肩槽开挖控制爆破
自上而下分层开挖，采用“预裂孔＋梯段孔＋缓冲孔”结合的钻爆方案，坝肩槽建基面及上下游边坡采用三面预裂爆破一次成型，由于坝肩槽为扭曲面，且为渐变坡，每个预裂孔倾角、方位角、孔深均不一样，利用CAD辅助设计计算出每个孔的造孔参数，对钻孔进行精确控制，并优化装药、联网、起爆环节和方法以减少爆破对建基面的影响。 3 大坝模板
大坝上下游面采用连续翻升可调曲率的钢模板，保证大坝成型质量，横缝采用球型键槽模板，施工简便、节约材料，中孔、表孔悬挑结构采用内拉悬壁式模板薄层浇筑施工。
4 大坝混凝土入仓措施
石门坎水电站坝体混凝土施工受地形条件的限制，未采用缆机方案，而选用门塔机方案，结合工程现场地形及施工进度要求，门塔机方案分四个阶段进行布置实施。
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图1 第一阶段入仓布置平面图
第一阶段： 1台MQ600/30B高架门机和1台BLJ600-40履带式布料机（图1、第一阶段入仓布置平面图）。
第二阶段，为保证大坝混凝土连续施工，在坝后布置一座门机＋汽车栈桥，在栈桥上布置2台MQ600/30B型高架门机（布置平面见图2）。
图2 门机-塔机布置平面图
进行3#～12#坝段EL670～EL700m混凝土浇筑，2009年8月至2010年3月浇筑方量116305m，月平均浇筑强度14538m，2月份浇筑方量达25803m。
第三阶段，在坝后水垫塘底板布置1台K80塔机，形成2台栈桥门机和塔机入仓布置格局（图2、门机-塔机布置平面图）。1#门机主要进行3#至5#坝段仓号入仓，辅助塔机进行7#坝段入仓；2#门机主要进行10#至13#坝段仓号入仓，辅助塔机进行8#坝段入仓；K80塔机进行6#至9#坝段仓号入仓。
两岸岸坡门塔机不能覆盖的1#、2#、14#、15#坝段采用进占法浇筑，利用相邻坝段坝顶平台搭设负压溜槽进行浇筑，共计浇筑混凝土15460m。
第三阶段混凝土浇筑时段2010年4月至2011年3月，1#～5#坝段坝体EL700～EL758m浇筑，6#～9#坝段坝体EL700～EL753m浇筑，10#～15#坝段坝体EL700～EL758m浇筑。浇筑方量196192m，门塔机月平均浇筑强度16430m，1月份浇筑方量达31087m。
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第四阶段坝后栈桥2台门机拆除后，K80塔机进行6#～9#坝段坝体EL753～EL758m浇筑。
石门坎大坝工程混凝土量主要集中在第二阶段和第三阶段，浇筑混凝土方量共计31.25万m，历时20个月，月平均浇筑强度1.56万m。在此期间2009年经历汛期和9、10月份大坝断料停工，2010年汛期低产等阶段，单台设备月平均入仓强度仍达到7000余m。在此期间，单台MQ600门机月最高入仓强度达13000m，整个大坝月最高强度为31087m。
5 坝体混凝土浇筑过程中采取的特殊措施
石门坎大坝采用门塔机方案后，受入仓强度限制，单台门机经统计每小时入仓强度最大时24m，浇筑时最大仓面面积560m，采用平铺法浇筑每层铺料厚度30cm，原设计混凝土初凝时间4～5小时，由于大坝所在地区风速较大，日照时间长，塌落度损失较大，初凝时间较短，在施工过程中混凝土层面会产生初凝现象，影响混凝土浇筑质量，经与现场参建各方协商，对坝体混凝土外加剂进行调整，对江苏博特外加剂有限公司生产的JM-Ⅱ缓凝高效减水剂的配方进行调整，通过这一措施延长混凝土初凝时间。室内混凝土试样初凝时间为9～10小时，现场实测混凝土初凝时间可达8小时左右，确保了混凝土在浇筑过程中不出现初凝现象，为平铺法浇筑混凝土创造了基础条件，保证了混凝土的浇筑质量。
由于两岸地形陡峭，主要施工入仓设备均布置在坝后，混凝土取料点设置在坝后水垫塘及门机栈桥两侧。混凝土水平运输车辆从拌合站至取料点运距超过2km，道路条件差且运输时间长，长时间运输混凝土温度回升高。为节省时间，从大坝右岸坝顶平台架设一道负压溜槽至右岸中位道路门塔机取料点，汽车运输混凝土直接到右岸坝顶平台通过负压溜槽输送到取料点后直接入仓，其水平运输距离约800m，极大地节省了运输时间，提升了混凝土入仓速度的同时，有效地减少了混凝土温度回升。同时，为了提高混凝土入仓强度，在大坝下游中位道路的左侧回车部位，砌筑一混凝土料临时加防护棚的储存池，混凝土运输车运到后先倒入池内， 再用3m装载机按浇筑半径与塔机起重量装入6m混凝土吊罐内，以提高入仓强度，高峰月1台MQ600高架门机最大入仓强度达到14000m/月（通常仅为7000m/月）。 6 大坝混凝土高温季节二期冷却措施
按施工进度安排，为满足大坝坝体施工期度汛安全，大坝低位灌区三个灌区二期冷却和接缝灌浆，不得不在高温季节进行。此时气温高达38℃，坝体上游面处于日照暴晒下，二期冷却难度极大，经过比选，采用粘贴5cm厚聚乙烯泡沫保温板对坝体上游面进行保温，而下游面采用挂棉被加喷制冷水的方法。因大坝下游两岸布置有三层廊道入口，为了避免廊道内外空气对流，引起廊道内温度升高，同时采用聚乙烯保温板对廊道入口
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进行封堵。采取上述特殊保温技术措施后，在两个高温季节较好的实施了大坝低位灌区混凝土二期冷却和接缝灌浆。 7 拱坝体型测量
双曲拱坝作为一种大型水工空间曲体建筑物，坝型曲线复杂，工程规模大、造价高，计算、绘图及施工均很复杂，难以通过简单的计算达到现场放样的目标，因此其放样及图形处理成为影响施工质量与进度的一个重要环节。通过用Microsoft Excel编写计算程序，结合AutoLISP语言与AutoCAD联接，对双曲线拱坝体形进行摸拟计算，实现内业计算自动化。用编程计算器编写\抛物线双曲线拱坝正反算\程序，利用\两点取中判断，取三分之二点\的方法，现场用计算器即可对抛物线双曲线拱坝任意点进行正反算，不但提高了测量成果的精度，而且还使成果的可靠性得到了很大的提高，实现了现场计算自动化。实践证明，上述方法快捷高效，现场和内业计算的自动化有效地防止差错率，完全适用于本工程的测量放样，既能快速准确放样也达到了节省成本的目标。 8 岸坡无盖重固结灌浆
由于两岸陡峭地形，后期两岸岸坡坝段混凝土施工工期紧，采用盖重灌浆不能满足施工进度计划要求，经论证与实验决定对两岸坡坝段（即1#～2#，13#～15#坝段）采用无盖重灌浆施工工艺。
经对灌前、灌后声波测试及检查孔声波测试成果分析，通过无盖重固结灌浆处理，岩体波速值均有所提高，最大提高117%，最小提高33%。灌后质量检查孔内压水试验成果及声波测试成果均满足设计要求。说明通过无盖重固结灌浆处理，岩石的力学性能、弹性模量、抗压强度以及抗渗指标得到了提高。坝肩无盖重固结灌浆的灌后效果明显，在满足灌浆质量的前提下，有效地解决了固结灌浆与混凝土浇筑相互干扰的矛盾，为左、右坝肩大坝混凝土浇筑创造了有利的施工条件。 9 坝体混凝土温控
大坝外冷却供水管路主管沿大坝下游坝趾及坝面永久交通桥布，共分五层：EL686m以下两层，分别布置与坝后水垫塘底板EL659m高程和坝后EL673m临时交通桥上；EL686～EL758m之间布置三层，分别布置在坝后EL688m、EL713～EL723m永久交通桥及EL740m临时交通桥上。 9.1 合理选择施工时段
5月至10月气温较高，除加强温度监控和全面降温外，选择在一天中的低温时段施工对坝体温控更为有利。 9.2 合理分层和控制间歇时间
在基础约束区0.4L（9m）范围内按1.5m分层，短间歇薄层均匀上升，非基础约束
区按3.0m分层。为减小由于岸坡基础处理和薄层浇筑对混凝土上升速度的影响，加快两岸岸坡坝段上升速度，经专家咨询，最终决定：岸坡坝段按3.0m层厚浇筑，加密布置冷却水管，提高通冷却水流量。 9.3 高温季节施工
混凝土出机口温度控制在10～15C，绝大部分均在控制范围内。在6、7、8月份，由于正午气温过高，有部分混凝土出机口温度超标，对此主要是通过加强混凝土内部通水冷却和表面流水养护予以弥补。
加快混凝土运输速度，减少混凝土倒运次数，缩短浇筑时间。对运输车辆顶部加装防晒棚，车厢外部覆盖保温材料；采用薄层铺料浇筑，并在新浇混凝土面覆盖保温被；对仓面进行喷雾降温。混凝土封顶终凝后即开始洒水养护。 9.4 低温季节施工
本工程低温时段最低温度12～14℃，昼夜温差达20℃，对上游坝面采用苯板进行表面保温，苯板与坝间粘贴采用聚合物粘贴砂浆进行粘贴。下游面采用保温棉被覆盖；仓面水平施工缝收仓后，用保温膜和保温被覆盖。 9.5 通水冷却
根据本工程实际情况，石门坎拱坝采用二期冷却通水。
一期通水：一期通水水温度14℃，冷却水方向24h调换一次。冷却时间应控制在15～21天，视具体温度情况增减。
二期通水：二期通水是将混凝土温度降至封拱温度，以便进行大坝接缝灌浆。二期通水水温8℃，通水时间45d左右，以达到大坝接缝灌浆需要的温度。 10 结语
在石门坎水电站大坝工程施工过程中，施工技术方案应用合理，实现了大坝无裂缝，大坝蓄水后正常运行，保证了大坝混凝土的施工质量；采用翻升钢模板技术，很好保证了大坝的外观质量。由于应用K80（10t/30t，臂长L=70m）大型塔机，能够自升加高，加附着杆其高度达130m，对于坝顶长度在300m左右，高度100m左右的大坝，采用两台K80大型塔机就能满足整个工程施工需要，从而中位钢栈桥加MQ600门机方案可以取消。石门坎水电站双曲拱坝成功的实践，为类似常态混凝土双曲拱坝的施工提供了宝贵经验。
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