圆满贯水电站大坝牛腿混凝土浇筑施工技术

圆满贯水电站大坝牛腿混凝土浇筑施工技术

廖天柱

中国水利水电第九工程有限公司，贵州贵阳 550008

摘 要：大坝牛腿混凝土浇筑施工是本工程乃至大多数坝体混凝土施工的重难点之一，由于其倒悬的结构特征，受自身重力及混凝土侧压力等荷载的影响下，若在质量控制不到位或者结构计算、方案设计等方面出现差错的情况下，极易出现结构失稳和破坏，其后果不堪设想。本文通过对圆满贯水电站大坝溢洪道牛腿的结构计算、方案设计等方面的研究，结合了本工程保质保量的完成牛腿混凝土施工的实际经验，对牛腿混凝土施工技术进行进一步的探讨。

关键词：牛腿混凝土；重难点；方案设计；结构计算；实际经验

1 概述

圆满贯水电站位是桐梓河干流水电梯级开发的第六级电站。工程等别为Ⅱ等，主要建筑物碾压混凝土双曲拱坝为Ⅱ级建筑物；相应设计洪水标准100年一遇，校核洪水标准1000年一遇，最大坝高82.5m，坝顶高程EL519m，坝底建基面高程EL437m；坝顶厚5m，坝底厚20m。溢流面常态混凝土迎水面起始浇筑高程EL481m，背水面起始浇筑高程EL476m。碾压混凝土大坝浇筑碾压砼整体上升至EL475.27m高程后溢流段进入常态混凝土浇筑施工。其中坝下游面的牛腿部分别从EL475.27m、EL483.98m开始布置；坝上游面牛腿则从EL484.10m开始布置。坝下游面EL475.27m和EL483.98m牛腿，悬挑坡比都为1:1，悬挑长度都约为8.7m左右。坝上游面EL484.10m牛腿，悬挑长度6.95m、悬挑坡比1：0.5。牛腿模板支撑则采用现在普遍使用的在坝内预埋吊拉格构柱（蛇形柱）的悬臂吊拉的施工方法。考虑溢流坝段牛腿悬挑长度长，浇筑施工时采用分层浇筑施工方法，并将每层浇筑厚度控制的比较薄。以在最大程度上降低新浇混凝土对吊了模板的荷载，保证牛腿结构的安全稳定。

2 模板支撑与加固

2.1模板支撑加固形式

牛腿模板采用P3015定型组合模板，φ25mm螺纹钢筋作模板拉筋预埋件，模板围囹采用φ48mm脚手架钢管，间排距按50×50cm布置，同时为保证牛腿外观线形，简化施工程序，加快加施工进度，单仓牛腿斜面模板一次性拼装完成。

吊拉格构柱采用三根φ28mm螺纹钢筋做为主肢（立肢），φ10mm圆盘条做为缀条进行制作。吊拉格构柱布置间距1.5m，每颗吊拉格构柱布置5颗φ12的拉筋，通过受力计算在单宽1m的情况下布置3颗拉筋符合强度要求，故在间距1.5m的情况下布置5颗拉筋。吊拉格构柱与坝边线距离为1m，且格构柱埋入混凝土深度为0.5m，高出该仓混凝土顶部高度1m。

2.2 格构柱制作

大坝碾压砼浇筑上升至EL475.27m高程时，就必须在下游面牛腿部位预埋吊拉格构柱和插筋。碾压砼上升至EL478.00m约高于牛腿起始布置高程3m时开始牛腿的第一仓浇筑。并一直保证牛腿常态混凝土浇筑滞后于大坝碾压混凝土3m左右。格构柱由塔机吊运至仓内埋设。混凝土终凝后将格构柱与预埋插筋焊接对格构柱进行加固。

格构柱采用整体内场预制。焊接制作时，按设计间距使用Φ12mm钢筋制作三角形架，间隔0.5m布置将三根主肢Φ28mm钢筋连接起来，Φ10mm圆钢从格构柱底部盘旋缠绕上升，间距30cm，要求Φ10mm圆钢平直、与主肢Φ28mm钢筋焊接时不漏焊、不过焊，各处焊接面饱满、无夹碴、咬边等现象,现场焊接时格构柱的各单肢与整体要求铅垂水平面,格构柱全部焊接完成后，采用Φ16mm螺纹钢筋水平钢筋将各格构柱焊接连成整体。各条格构柱拉筋焊接固定前，必须将拉筋崩直，相临的拉筋可采用短钢筋穿插其间，将拉筋绞成麻花状，达到崩直拉筋的效果，麻花绞点用电焊点焊加固。预埋锚筋上的拉筋受力角度控制在450左右，各焊接点不得进行点焊，缝长度不小于10d。

图2-1 格构柱（蛇形柱）结构图

2.3 安全平台

大坝牛腿工作面距地面高度均较高，悬挑长度大，施工难度高。为保证施工方便和施工过程中施工人员的作业安全，在碾压混凝土浇筑上升至到EL474.3m高程即低于下游牛腿起始高程约100cm时，埋设Φ28@1000 L=150cm 预埋锚筋,埋入混凝土80cm外露70cm（插筋间距100cm）。作为下游面模板拼装作业安全平台。且插筋下面布置一斜支钢筋以加强其稳定效果。其他牛腿部位预埋锚筋尺寸及要求与此相同。每仓牛腿混凝土浇筑过程中必须预埋下仓安全平台的水平插筋和斜支插筋。模板拼装前首先完成安全平台的焊制，并挂好安全网。

为保证安全平台底台板平整，预埋锚筋埋设高度要求一致，间距偏差不大于5cm，搭建平台时，在锚筋上端头系上安全绳固定好后，由系好安全带的施工人员将该锚筋下端头焊接在预埋锚筋上，焊接时要注意保持锚筋的垂直度。

锚筋全部固定好后，焊接水平连接的钢筋(采用Φ16mm螺纹钢筋)，并使用Φ12mm拉筋将平台骨架就近与仓内预埋插筋焊接，拉筋间距不大于5m。平台骨架固定后铺安全平台底面木板，木板厚3cm，木板的铺装宽度为60cm以防止物件坠落伤人。并将木板固定在平台骨架上，补齐其余水平钢筋。采用Φ12mm拉筋将锚筋上端与仓内格构柱焊接加固，拉筋间距不大于3m，同时完成安全网的铺挂。该项工作施工时要按以上步骤逐一进行，人员施工操作时要有专人进行监护。在空气潮湿或雨天施工时，要防止焊机电流击人，木板与平台骨架使用铁丝固定。以保证牛腿作业中施工人员的安全。

3 混凝土浇筑施工

3.1 浇筑分层

根据设计图纸《大坝拱贯梁剖面图》（桐圆-技施-水工-大坝-11），坝下游面牛腿悬挑长度约8.7m，悬挑坡比1：1。坝上游面牛腿悬挑长度约6.95 m，悬挑坡比1：0.5。下游面牛腿施工难度较上游面大，为了确保大坝牛腿整体稳定安全、外观线形及内的混凝土浇筑质量，适当调整混凝土浇筑分层高度。以保证新浇牛腿结构的整体安全稳定，且牛腿常态混凝土施工滞后于坝体碾压混凝土浇筑高度3m。具体如图所示：

经稳定计算（详见上下游牛腿稳定验算计算书）坝下游面牛腿每层浇筑高度控制在1.5m，坝上游面牛腿每层浇筑高度控制在2.0 m。，每层浇筑前都要在上层混凝土中预埋吊拉格构柱等吊拉构件做好本仓的模板吊拉固定。

3.2 混凝土入仓

牛腿常态砼入仓拟采取两个通道入仓，一是混凝土罐车从拌和楼运至左岸EL519.500m回车平台，经受料斗负压溜管，架设皮带机、直接挂竹节溜筒入仓。二是布置在右坝肩的7050塔吊（最大吊重20t）配5 m3吊罐直接入仓。平仓方式采用人工平仓，振捣密实。

混凝土牛腿混凝土浇筑完成后要特别注意加强养护和表面保护,必要时根据监理人的指示在混凝土分层下布置表面防裂钢筋以防在牛腿混凝土部位出现裂缝。

4 受力计算

4.1 模板受力计算

计算模板的典型部位剖面的受力荷载按简支梁进行计算:计算时按单宽 1m、层高 2.0m进行简化计算。① 新浇混凝土容重取 =24kN/m3；② 施工人员及机械设备的重力取 =2.5kN/m；

③ 混凝土的倾卸冲击荷载取 =4.5kN/m；④ 混凝土振捣荷载取 =2kN/m；⑤ 模板自重按 =0.75kN/m3取定；

以上5部分荷载除③号混凝土倾卸冲击荷载受力方向为垂直于牛腿倒悬坡面，其他4部分荷载受力方向皆按竖直向下计算。混凝土自重荷载计算： ， ， 。

新浇混凝土侧压力:

—新浇筑砼对模板的最大侧压力，KN/m2； —新浇砼的密度按24kN/m3计算； —新浇砼的初凝时间（h）取8小时； —外加剂影响修正系数，取1.2； —砼塌落度影响修正系数，取1.15；

—砼浇筑速度，取0.3m/h。另据 计算得有效压头高度: 按单宽1m计算，则砼对模板的总水平侧压力为：

故垂直于模板方向的混凝土侧压力为

钢模板跨中最大弯矩： ， —模板钢管背架布置间排距，在计算中按 计算；钢管抗弯截面模量计算

—钢管内外径比， ， —钢管外径，采用 48钢管，钢管壁厚 =5mm， —钢管内径

钢管抗弯强度计算 =

—钢管抗弯强度值，计算中取 模板抗弯按安全系数

图4-1 牛腿结构图和受力分析图

4.2 模板的吊拉结构受力计算

反拉筋计算采用公式 进行计算， —悬模垂直总压力， ， —拉筋布置总面积（ ），钢筋抗拉承载力，

，则需要 12圆钢（做为拉筋， ）

，即在单宽 1m、层高 2.0m的范围布置3根 12圆钢做为拉筋即可满足强度要求。

5 结束语

本工程牛腿混凝土施工中，虽仍采用了较为稳妥和常用的仓内预埋格构柱吊拉的方案。但通过曾经成功的施工经验，更有把握性。首先本方案从理论计算方面做了比较准确和精确的计算，在理论上首先肯定了本方案的合理性。从实际施工方面，不仅加强对格构柱和模板现场制作、加工、安装、加固等诸个环节的质量控制，例如将每一仓面的格构柱用钢筋整体连接、检查钢筋的焊接质量，且通过先浇混凝土中的外露插筋和格构柱连接，将荷载分布到大坝内侧，进一步保证了整个施工过程中的安全，也保证了牛腿混凝土的施工质量。

作者简介：

廖天柱（1983— ），男，贵州省瓮安县人，工程师，从事水利水电施工管理工作；

作者单位：中国水利水电第九工程局有限公司

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