梅山水库大坝加固工程下游围堰设计与施工

梅山水库大坝加固工程下游围堰设计与施工

杨广亮

杨广亮

（安徽水利开发股份有限公司，安徽蚌埠233000）

1概述

梅山水库除险加固工程大坝加固工程施工期需经历一个汛期及两个枯水期，由于其需加固的拱和垛与下游河水相通，施工过程受到史河水位的直接影响，因此，需进行施工期临时导流。工程设计文件要求的导流方式及挡水标准为：修筑下游临时围堰进行挡水，围堰设计挡水期为当年10月～次年3月，围堰设计洪水重现期为10年，设计水位71.3m。该围堰工程是控制该段大坝拱和垛加固的关键性工序，直接影响工程的总体施工进度。本文选取大坝的10#、11#拱及9～11#垛作为典例，重点阐述施工承包方根据设计文件的相关要求进行围堰设计和施工的过程。

2围堰设计

通过全面分析，结合现场填筑材料情况以及工期的要求，选取土石围堰、叠梁式钢闸门围堰、现浇钢筋混凝土围堰等三种方式进行技术、经济方面比较，最终决定采用现浇钢筋混凝土围堰；围堰基层需进行防渗处理。

2.1围堰布置

在10#、11#拱下游设置现浇钢筋混凝土围堰，围堰紧靠在9#、10#、11#垛下游面；围堰净宽11.9m，两侧的支撑长度均为50cm，即每孔围堰总宽度为12.90m；围堰顶高程比四台机组满负荷发电时的下游水位69.0m高0.5m即69.50m；通过抽除拱内积水产生内外水压力使围堰达到稳定并止水，堰底弃渣卵石层采用灌浆帷幕截渗墙防渗。

同时，由于垛墙下游面在60.0m高程以下变为倾斜面，给围堰现浇板的支座布置带来一定困难，故在60.0m高程以下采用砂卵石填筑施工平台，考虑平台受力后沉降，将填筑面顶高程确定为60.20m；该砂卵石平台承受混凝土墙围堰重力，将围堰底宽扩大到2m，单宽载荷为119kN/m2，平台地基承载力特征值按100kN/m2计，则顶宽为119*2/100=2.38m，取3.0m。平台边坡为水下填筑自然坡，坡比不小于1：2。

2.2围堰堰板断面及配筋设计

2.2.1堰板厚度确定

堰板厚度（受水压力方向）根据跨度确定，一般为跨度的1/10～1/12，因此确定板厚取1000mm。

2.2.2堰板正截面配筋计算

混凝土强度采用C25，fcm=13.5N/mm2

受力钢筋采用Ⅱ级钢筋，fy=310N/mm2，钢筋保护层取30mm，采用双层钢筋，板的有效高度为ho=h-70，分别为930mm。

板设计荷载为水压力。

板为简支板，受弯构件，其纵向受力钢筋按下式确定：

As=KM/（rs.fy.ho）

其中系数rs根据求得的系数αs查规范附表确定。

αs=KM/（fcm.b.h2o）

设计计算以水深最深处为例，即水深取9.0m，

水压力P=γ水h=90kN/mm2

板支承长度每边取50cm，梁总长12.9m，则梁的计算跨度L：

L1=L中-中=11.9+0.5=12.40m

L2=1.05L0=1.05*11.9=12.5m，取L=L1=12.4m，

跨中最大弯矩计算：

M=qL2/8=90*12.4*12.4/8=1729.8kN-m

荷载基本无变化，安全系数K取1.1，则：

αs=KM/（fcm.b.h2o）=0.163

查表，rs=0.910

As=KM/（rs.fy.ho）=7253mm2

选用Ⅱ级钢筋，直径Φ25，需15根，分两排布置。

2.2.3板斜截面配筋计算

受剪斜截面校核：

水最深处支座剪力最大，最大剪力V1=90*11.9/2=536kN

当hw/b≤4时

V=0.25fcbh0fc=12.5N/mm2

即V=0.25*12.5*1000*930=2906kN

其中：hw-梁高，为1m；

b-梁宽，即计算时1m单宽。

经比较，V＞V1，故截面符合要求。

3围堰施工

3.1底部平台填筑

底部58.02～60.2m高程范围内，在靠近垛下游面用砂砾石土填筑宽3m安装平台，为水下填筑，采用挖掘机开采，装8t自卸车通过右岸进场道路至坝下桥右桥头卸料，然后用小型装载机在桥上运至围堰施工现场卸料填筑，填筑过程中跟踪测量控制填筑面高程，在填筑至60.2m高程时，安排潜水员整平填筑面。

3.2模板制作组装

本工程模板需在岸上整体制作，与钢筋组合后吊装至围堰设计位置。模板采用钢框架木工板，木工板厚15mm，混凝土浇筑时，模板承受侧压力，外侧则承受水压力，由于内外侧压力差不大，因此面板受力不大。围懔采用8#槽钢，间距1m，竖直向布置。上下游模板采用角钢焊接成整体，角钢为?骔50*5，间距双向@1000，经验算可承受拉力满足要求。

3.3钢筋制作绑扎

钢筋在加工场按图加工成半成品，运至模板组装现场进行绑扎焊接安装并与模板框架焊接成整体，然后与模板整体吊装就位。

3.4模板与钢筋整体吊装、安装

底部平台基础虽经潜水员整平，但尚不能完全平整，为保证水下混凝土浇筑质量，在模板底部周边安装帆布。

每孔模板面积约256m2，重约5.2t，围檩与支撑角钢重约2.0t，钢筋重约5.6t，总重约13.3t，采用汽车吊将模板钢筋架整体吊装就位。

汽车吊选择为：采用双机抬吊，起吊高度13m，工作幅度7m，起重量7t，查起重手册采用两台25t汽车吊吊装。汽车吊从两岸桥头退行至10#、11#拱位置进行吊装，进行拱围堰模板钢筋架吊装时，两吊车后支腿分别位于桥梁支座处。在模板内侧两端头上中下部各设一个拉节点，在模板安置就位后，将拉节点用ф6钢筋与预先埋设在水上的固定点拉紧，保证支座处封头模板紧贴在墩墙下游侧。为保证模板安装时下部位置准确，安排一名潜水员在水下辅助就位。

3.5水下混凝土浇筑

围堰堰板采用商品混凝土浇筑，混凝土搅拌车运至现场，汽车泵输送下料。水下混凝土浇筑时，其坍落度一般取18～22cm，混凝土扩散半径约为2～3m，故在长度13m的模板内下三根混凝土导管进行水下混凝土浇筑，导管间距4.5m。

导管下放完成后，及时快速灌注首批砼，初灌漏斗的容量与首盘砼量必须满足水下砼的灌注高度高出导管底≥0.3m的要求。

随着砼的上升，相应提升和拆卸导管，但要保证管底部埋入混凝土以下1～2m。混凝土浇筑速度按1m/h高控制，混凝土浇注强度为13m3/h。在桥下游侧搭设三角支撑架，挂5t拉链葫芦提升导管。经常检测井孔内混凝土面的位置及时调整导管的埋深，采用锤重不小于1kg的锥形测深锤进行检测。顶高程下8.0m尽可能采用振捣器振捣。

4结论

施工围堰虽然属于临时工程，但其为大坝拱、垛加固主体工程施工的前提和基础。尤其是本例围堰工程中包含了水下混凝土、灌浆帷幕防渗等施工难点，故技术含量颇高。在实际施工中，施工承包方科学地进行了围堰的设计，并严格控制了施工质量，达到了预期效果。目前，大坝加固工程已经完工，施工围堰业已拆除。