石门坎水电站混凝土双曲拱坝施工技术综述

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
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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。

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 3 ，月平均浇筑强度
14538m 3 ，2 月份浇筑方量达 25803m 3 。

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 3 。

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 3 /月（通常仅为 7000m 3 /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 3 3 3 3 3 2 3 3
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。