摘要：本文结合湘江土谷塘航电枢纽工程三期闸坝施工实践，通过大体积混凝土浇筑、预制梁吊装、堰面混凝土及闸墩牛腿快速施工等关键施工技术的角度，阐述了逐一研究和解决闸坝汛期快速高效施工相关技术难题的过程。
关键词：闸坝；汛期；高效施工；关键技术
1 前言
土谷塘航电枢纽工程位于湘江干流中游，工程以航运为主，兼顾发电、灌溉、交通及城镇开发等综合效益。枢纽规模为Ⅱ等大（2）型，枢纽主要包括船闸、泄水闸、电站厂房、鱼道等。泄水闸共17孔，孔口净宽20m，总泄流宽度340m，设计为折线型实用堰，堰顶高程47.0m；闸坝顶高程70.5m，最大坝高30m。按本标段总进度计划，三期土石围堰形成、基坑初期排水完毕后，即进入三期泄水闸工程施工阶段。三期泄水闸施工具有以下特点：
⑴三期泄水闸闸坝属于反季节施工，三期围堰为过水围堰，按照湘江水文特征，3月份就已经进入汛期，围堰随时都有过水的可能性。
⑵在保证总工期目标实现的条件下，三期泄水闸混凝土共10.4万方，均须在汛期完成施工，整个闸坝混凝土必须在主汛期基本完成。三期闸坝施工具有需要同时施工的部位多、关联关系复杂、节点控制性工期严、施工工艺要求高的特点，且施工任务繁重、有效施工时间短、工期压力大、施工强度高且集中、施工风险大。
三期闸坝高效施工主要围绕确保安全度汛和提前蓄水发电两大目标进行，要达到这两个目标，首先要解决上述问题，争取项目施工的主动权。通过在技术方面进行详细论证，找出项目实施的关键控制点，研究其关键技术问题的解决办法并予以实施是问题解决的前提。在湘江土谷塘航电枢纽工程三期闸坝施工过程中，主要研究解决了闸坝大体积混凝土、预制梁架设、堰面及牛腿高效施工关键技术问题，保障了工程目标的顺利实现。
2 技术背景
根据我国水力资源近、远期的开发情况，大量的低水头水力资源开发是步中高水力资源开发之后又一个新的开发热点。低水头水力资源开发前景越来越被更多的人看好。结合国家当前“一带一路”和长江经济带建设战略，拉通内河航运，使内陆城市能通江达海打造水上交通枢纽，越来越引起社会重视，迫切需要建设一系列各个长江支流的低水头航电枢纽工程，以加大内河航道水运能力，最终构筑综合立体大通道，促进社会经济转型与供给侧健康发展。为确保混凝土工程进度、施工质量，尤其是研究低水头航电枢纽闸坝混凝土汛期高效施工的总体布置、施工工艺及方法、配合比优化等内容对高效、优质建好类似工程具有重要意义。
3 闸坝汛期高效施工技术
3.1闸坝大体积混凝土快速施工
通过类似工程施工工艺研究及施工投标技术参数分析，经过深度技术优化，施工总布置上分时间分高程采取了不同的施工方式，经过比选，采用的垂直运输机械设备覆盖范围没有问题。底板及闸墩EL.50m高程以下施工期：采用反铲及汽车直接入仓的方式，进行低仓位混凝土浇筑。闸墩EL.50m高程以上施工期：采用上游布置2台130t履带吊，下游布置1台100t履带吊，16t及35t汽车吊吊辅助吊杂。这样的优化布置，可以充分发挥设备使用效能，降低汛期施工风险，有利于随时可能发生的汛期撤退及汛后恢复施工，极大解决了汛时撤退与汛后最短时间内形成有效生产力恢复施工的难题，这种施工方式直接、快速、有效，并在大体积混凝土浇筑质量中能更加有效进行控制。
通过方案比选，采用的分时段分高程施工优化配置发挥了设备的最大使用效能，满足泄水闸混凝土垂直入仓强度需要，与投标相比，节约了大量成本，在工期上得到了很大保证，6月19前11个闸墩全部到顶。在“5.22”超标洪水来临时，闸墩全部出水面，未造成较大影响，工程安全度汛。最高周产混凝土达1.1万方，单月生产最高强度4.75万方，创所调查范围内同类航电工程的纪录。
3.2架桥机在多孔连跨闸坝预制梁吊装中的应用
三期泄水闸段坝顶预制梁80片预制梁，泄水闸段共11跨，厂房段7跨公路梁。厂房段公路梁受限于副厂房空间较狭窄，布置有升压变电站，上下游空间最窄处不足10m，无满足大型机械吊装施工的空间，且厂房采用垂直进厂的型式，无满足250t级大型履带吊及大型运梁车通行的水平进厂通道。其他机械设备也无法完成预制公路梁的吊装。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
通过方案比选引用路桥架桥施工方式采用架桥机进行多孔连跨闸坝顶预制梁的吊装，这样可避开过水围堰汛期随时过水时的干扰，并解决了厂房无法进行预制梁吊装的难题。梁体最大单件重量125吨，最大跨度23m，选择起吊能力为160T，吊装跨度40m，型号HZQ40-160的架桥机，梁体运输选择载重量160t的24轮4轴运梁车。
优化后的施工配置发挥了设备的最大使用效能，满足泄水闸架梁强度需要，与投标相比，施工非常方便，安全可靠，节约了大量成本，不干扰泄水闸混凝土施工、闸门安装及枢纽蓄水发电，为泄水闸提前施工完毕提供了极大的保障，同时避免在基坑内施工，不受汛期及围堰过水的影响，汛期施工风险大大降低，工期上增效明显，在工期上得到了很大保证，成功拉通了下游预制梁吊装任务，实现厂房到船闸的永久电缆联通，确保泄水闸的提前运行。使梁体架设施工线路由蓄水发电的关键线路转换为非关键线路。7月9日第一片梁架设成功，10月8日枢纽坝顶架设通车，11月27日80片梁全部架设完毕。
3.3低水堰预设预制防坠槛免顶模施工技术
调查同类工程低水头0.5m厚堰面混凝土特性及常规施工工艺，低水头堰仓位采用门塔机或履带吊垂直入仓手段、盖模或滑模施工的工艺应用较为普遍，但是根据石虎塘和长沙枢纽等工程堰面施工的效果看，堰面施工投入成本大，施工周期长，实施后的效果较为一般，堰面表面不平整、不光滑。盖模施工受人工控制因素较大，容易发生因模板、拉条及覆盖区振捣不均匀造成局部鼓包的现象；而滑模施工能较好控制堰面体型，但在堰面外观上，因电动葫芦拉动作用，使得提升装置在滑升的过程中造成堰面拉裂或留下拉痕，严重处造成划拉缺陷，外观效果无法达到预期效果，抹面收光效果也不好。故而经过方案比选，结合项目自身特点，采用长臂反铲入仓、优化配合比及坍落度调整、样架加密控制及人工直接抹面免顶模的方式进行施工，并在堰面内预设一道防坠槛，正反弧处采用全站仪测量全过程跟踪控制，人工及机械抹面，收光，从而达到过程全程可控、精确控制、快速施工的效果，堰面的质量及外观也能有保证。施工完毕后大跨度闸孔堰面混凝土施工质量控制情况良好，达到了预计效果。
通过低水堰预设预制槛免顶模施工，授权发明专利1项：闸坝溢流面混凝土免顶模快速施工方法，专利号：201610295544.4。授权实用新型专利1项：用于水工溢流面表面混凝土施工的防坠槛，专利号：ZL2016 2 0403568.2。水工堰面预设预制防坠槛免顶模施工技术成果首次定义了堰面免顶模施工及堰面预制防坠坎，提出了大跨度低水头堰面无需盖模滑模的无顶模快速施工方法，提供了一种水工溢流堰面无顶模施工中的预设预制防坠坎，实现了堰面可直接通过人工抹面的无顶模施工、解决了大跨度低水头堰面体型及外观可不受机械操作的影响，堰面达到方便施工、抹面收光质量好及混凝土内实外美的效果。
3.4闸墩预制牛腿钢筋笼整体吊装技术
本项目设计的单侧牛腿钢筋笼体内含弧形门支铰固定埋件4块1.1m*1.4m的穿孔钢板及16根2.2m长的φ48圆钢，单个闸墩有两侧牛腿，钢筋笼体相连为一个整体，含有8块大型钢板及32根圆钢，结构十分复杂。闸墩牛腿钢筋笼通常将单根的钢筋根据设计规格及型式在钢筋加工厂加工完毕后，再吊运至高空牛腿仓内，牛腿钢筋随着墩身上升依次进行焊接。钢筋现场直接焊接的工艺需要在墩身下部仓次具备条件后方能进行钢筋的加高接长施工。由于湘江航电枢纽闸墩牛腿扇形钢筋、牛腿内埋件、闸墩墩身本身的分布钢筋及牛腿模板支撑装置一起同时施工，因此传统的安装工艺会造成工序交叉干扰。钢筋焊接及穿筋、埋件施工的高空作业量巨大，施工工序繁琐，工效低，且高空墩体施工空间狭小，也存在较大安全隐患。
施工中研究了预制牛腿钢筋笼整体吊装的施工技术，即将牛腿钢筋笼在泄水闸下游海漫底板上进行预制，用槽钢进行加固成型，方便吊装时笼体的稳定，然后再整体吊装至设计部位，进行整体焊接，完毕后再取出型钢支架，型钢材料可循环利用。普通施工方法，单个牛腿仓备仓一般需要18~22天左右，工艺改进后，平均只需要12天。牛腿钢筋笼施工新技术简便快速，可实现完成闸墩左、右牛腿钢筋笼体一次性整体吊装，可操作性强，能在狭小空间内多开平行作业面，避开施工干扰，提高工效，大大减少高空作业工作量，降低安全风险，经济性好。
牛腿钢筋施工新技术为国内首创，授权发明专利1项：闸墩牛腿钢筋施工方法，专利号：201610335602.1。技术成果首次定义了闸墩牛腿钢筋笼整体预制吊装，提出了水工闸墩牛腿钢筋笼整体预制吊装施工方法、实现了闸墩两侧牛腿钢筋笼场外预制、整体吊装一次就位，解决了闸墩施工工序交叉干扰及高空作业工作量大安全风险高的问题，牛腿钢筋笼安装达到更具操作性、安全性和精确性的效果。
4 结语
通过上述关键性技术问题的解决，再辅以相应组织、管理等措施，极大加快了闸坝施工速度，泄水闸提前具备了运行条件，在湘江多次汛期及“11.14”湘江历史罕见冬汛期间，超标洪水均顺利通过枢纽下泄，工程安全度汛，未受洪水影响，也未因库区水位壅高对上游两岸人民造成损失。此外，工程蓄水发电目标的提前实现，对尽快恢复湘江生态、增加湘江流域水运能力、改善湘江两岸居民生活环境、降耗节能，减少碳排放，优化社会产能结构、促进区域经济发展及长江经济带建设均有积极意义。实践证明，该工程实施过程中的一些思路最终验证是卓有成效、切实可行的，能够为类似工程提供指导和借鉴。
作者简介
陆昌荷，女，工程师，大学本科，湖北宜昌人，1987年4月生，中国葛洲坝集团第一工程有限公司，长期从事工程项目现场施工技术管理相关工作
论文作者:陆昌荷,肖伟明
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/7/31
标签：闸坝论文; 钢筋论文; 湘江论文; 汛期论文; 混凝土论文; 电枢论文; 三期论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;