浮式拱围堰的施工研究
刘贵民 任振波
摘要:本文对浮式拱围堰的特点进行了介绍，并分析了施工过程中面临的问题，最后设计了一套可行的施工方案，其中包括预制、拱围堰组装、清淤、拱座安装、水泵排水、浮式拱围堰的转移以及拱围堰冬季施工等内容。
关键词:浮式拱围堰；施工；方案
1 浮式拱围堰的特点
浮式拱围堰是一个空间壳体结构，如果用一系列水平平面切割，就可以得到一层层上下互相连接的拱圈，每一个拱圈的横断面呈箱型结构。它实际上是一个由箱梁、水下围堰、拱结构、预应力索一拱结构复合而成，可以在水下施工的复合结构。浮式拱围堰具有两大特点一是利用拱的工作原理，将承受的水平水压力变为轴向压力传递到大坝上游面，和拱坝不同，根本不存在坝肩稳定问题二是拱结构断面采用箱形结构。实际上，内部空腔是一个可以控制的气囊，利用充水或排水办法来调节拱围堰的沉浮。由于设有空腔，它不但可以随意沉浮，而且还可以离开河床底部任意距离漂浮在水中。这样，它将很容易地被拖轮牵引到指定地点，重新创造出另一个“干作业”环境进行施工。
2 浮式拱围堰的施工注意的问题
浮式拱围堰的施工要充分考虑其自身的特点，一方面，浮式拱围堰是箱形结构，在水中可以漂浮，可以直接通过冲排水来控制其在水中的沉浮，而且在设计方案中，所有拱圈的结构相同，所以可以在岸边进行集中预制，而且施工过程中可以根据实际情况进行替换。另一方面，浮式拱围堰是组装结构，而且需要进行水下组装，其整体性较差，在高水头和高流速的条件下安全性较差，所以应该通过部分放空水库等措施在库前创造出较好的作业条件。另外为了不影响水库水质量，施工期间必须小心不使任何污水流入水库。由于施工不可避免的要产生污水，因此，这些污水必须在流入水库前经过净化处理。此外，由于预见到施工的长期性，施工期间不能影响原溢流坝的泄洪能力。
3 浮式拱围堰的施工方案
3.1 预制
预制场。预制场设在靠近大坝附近水库岸边的滩地上。设有制梁台座和存梁台座，其基础采用平板式浅基础，为减小台座的不均匀沉降，台座底板下卧5Ocm毛石，上铺碎石20cm用压路机压密实，然后堆载预压，确保地基坚实。
模板。由于箱梁壁厚较薄，拟采用定制钢模。设置内层和外层钢板，通过与填充在它们中间的高性能混凝土联合作用来工作。同时，在施工过程中，避免出现裂缝渗水或轻微碰撞损坏问题。为增加钢板与混凝土的整体性，两层钢板之间焊有钢筋牢固的连结在一起，呈梅花型布置，以便抵抗剪切引起的主拉应力，多用于混凝土船和漂浮结构中。这种钢一混凝土混合设计板兼有钢和混凝土的许多优点:有利于分布高度集中的荷载，对冲击不敏感，变形性能好，具有防渗层，以及其他表面材料很适于应用，诸如环氧树脂和聚脉等这样的抗磨、抗冻涂层，使结构适用于寒冷地区水下工作。
混凝土。有两项发明使混凝土材料性质发生了重大变革，一是应用优选的火山灰颗粒，特别是冷凝硅粉;二是采用高效减水剂，它显著的减少了用水量，同时产生出具有良好和易性的混凝土，即使在钢筋极度密集的情况下，可以说近乎是流入护模。几乎不改变生产工艺，实际上就能将混凝土的强度提高将近一倍。
预制场设有搅拌站，采用两台泵送浇筑，从两端对称向中间，分层分段逐步推进。先浇筑底板，再腹板，最后顶板。振捣采用插入式与附着式相结合的方案。
为了加快施工进度，拟采用蒸汽养护混凝土。混凝土的温度小于600C，通常养护48小时，混凝土强度可达到设计强度，可满足预应力张拉的需要。
预应力施加。 在混凝土养生达到85%设计强度以上后，张拉纵向体外预应力，严格遵循对称张拉的原则，所有预应力张拉均采用张拉吨位与伸长值双控，即当张拉到设计吨位时，其实际伸长量与理论计算伸长值之间的误差应控制在5%以内。
3.2 箱梁运输
设置移梁滑道。移梁滑道采用2根钢轨制作，用抱箍的形式将其与台座联在一起。此道工序可在铺设底模前进行，也可在拱圈张拉后进行。T梁施工时，在拱圈两端腹板上预留孔道。拱圈张拉完成后，在预留孔中穿入钢棒，每端用2台张拉千斤顶从拱圈的两侧将拱圈抬起。抬起拱圈时由工人抱住方木随起拱圈高度的变化将两端两侧方木顶紧，并安放好。当拱圈抬起到一定高度并支撑稳固后，安装滑靴，并将拱圈落到滑靴上。拱圈两端的滑靴安装到位后，利用斜撑和拉杆将拱圈与滑靴连成整体，确保拱圈移动时的稳定性。在滑道上焊制底座，2台千斤顶水平放在滑道上，并直接顶在滑靴上，同时开动两端油泵，拱圈在滑道上平稳缓慢移动。
3.3 拱围堰组装
由于拱圈内设有空腔，可借助于调节空腔内水重使拱圈获得浮力。利用拱圈本身的浮力与水上浮吊的起重能力两者的联合作用，分段分层将整个拱围堰组装成一整体并下沉就位。首先，在水面将最下面一层拱圈各节组装成整体拱圈，并充水第一次下沉到计算好的位置。在这个位置上，利用固定在拱圈外面的支承梁将这一拱圈支承在浮船上。组装第二层拱圈是在下面拱圈的顶部，并与下面一层拱圈先由定位锁定位，再由潜水员水下固定联结件;然后，第二次充水第二次下沉直至预定位置。按此程序重复数次，直至整个拱围堰组装完毕并下沉到指定位置为止。
3.4 清淤
用吊车吊住抓斗挖掘木头、石渣等杂物，然后使用高压水泵将高压水通过进水管分别送进围堰内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷碎石和淤泥，使其形成一定稠度的泥浆，由水力吸泥机或空气吸泥机将泥浆吸出。高压射水冲刷所需水压；在砂土中，冲深不大于8m时，需要0.4-0.6Mpa；在砂卵石层中，冲深10-I2m时，需要0.8-2.OMPa。最后，对于不能采用机械方法清除的杂物，则由潜水员来清除。
3.5 拱座安装
拱座是设置在大坝上游面和拱围堰两拱端之间的过渡结构。其作用是:一是为使拱围堰与大坝上游面之间密封止水，安装有软模袋，当拱座用插筋及预埋件与大坝固定牢固后，立刻通过导管向软模袋内灌注大坍落度(20cm左右)的C30一级配混凝土。为确保混凝土的和易性和早期强度，混凝土中需掺入塑化剂及早强剂。二是传递拱围堰的巨大拱推力给混凝土坝体。
3.6 水泵排水
根据扬程、流量选用多台潜水泵安装在拱冠附近的集水坑旁，开始时全部启动，待排干后仅一台水泵继续排除集水坑内的渗水。在整个施工期间，设专人负责水泵的维护与检修，使水泵正常运转，确保施工安全。考虑到设计和施工中存在着许多不确定因素，在水泵排水过程中观测拱端、拱冠的位移，小允许有较大的位移。同时，还要观测渗漏情况，如渗漏情况严重到需要灌注液态堵漏剂的程度，就采取注浆封堵措施。
3.7浮式拱围堰的转移
由于浮式拱围堰每次只能对两个坝段的上游面进行防渗修补，所以大坝上游面是每隔两个坝段进行第一轮的修补，这样两拱座均座落在原大坝上游面上，由插筋固定。当第二轮修补时，两拱座均可省去，拱围堰两端直接支承在已修补过坝面上，此时两拱端由预埋件进行固定。当一个工作面完成修补工程后，即可将浮式拱围堰向另一工作面转移。由于浮式拱围堰是由若干层园拱圈钢筋混凝土空腔结构组成，彼此用管道系统互相连通，两台水泵(主泵和备用泵各一台)安装在一间泵房中，由遥控手动式开关控制，可将空腔中的水排出腔外或充满空腔，以控制整个拱围堰浮起或沉降。每次围堰转移位置时，两拱座与大坝上游之间的模袋需更换。重新灌注浆体填满。同时，拱围堰基础上的软模袋及围堰内侧的水下不分散混凝土均需重新施工。
3.8浮式拱围堰的冬季施工注意问题
为了防止库水沿拱围堰四周结冰，拱围堰顶部还装有一套气泡防冻结冰系统，用空气压缩机制成压缩空气，然后沿特制管路输送到拱围堰周围。拱围堰与大坝之间利用柏油帆布覆盖，施工场地内可以安装空气加热器，为冬季施工提供适当的工作环境。
参考文献
[1]黄国兴，水工混凝土建筑物修补技术及应用，中国水利水电出版社，2002
[2]林宝玉，水工混凝土建筑物修补和加固技术新进展，水工混凝上建筑物病害评估与修补文集，中国水利水电出版社，2001
