混凝土拱坝施工系统分析

摘  要：混凝土双曲拱坝一般都在深山峡谷河段，地质条件较复杂，施工难度较大，高拱坝混凝土浇筑施工是一个复杂的作业系统，通过对高拱坝施工系统的特征与影响因素进行分析，对拱坝施工的系统与机理进行分解，有助于对拱坝施工系统的认识，指导施工资源配置、大坝浇筑跳仓条块合理配置，高效指导浇筑施工过程。

关键词：高拱坝；施工系统；系统分解；机理

1高拱坝施工系统的特征与影响因素

1.1 高拱坝施工系统的基本特征

高拱坝地处高山峡谷地区，空间资源有限，不利于混凝土浇筑机械的布置，缆机成为高拱坝混凝土浇筑的主要设备，在高拱坝施工过程中，除了进行大量的坝体混凝土浇筑外，还要同步进行固结灌浆、接缝灌浆、帷幕灌浆和排水施工等一系列工序作业，彼此间协调活动是保证均匀快速上升的关键。大坝的浇筑上升，受到其本身的结构型式、工艺技术、组织方式及混凝土供应、浇筑设备能力和效率的影响和制约，以及施工过程中不确定性的自然条件、地质状况等因素的影响，因此，可以把高拱坝混凝土浇筑施工看作一个复杂的作业系统，其具体特征可以归纳为以下几个方面：

（1）混凝土浇筑量大。高拱坝混凝土的浇筑量通常都有几百万，甚至上千万方，大混凝土量的浇筑活动，需要动态地做好原料的开采、加工、处理、运输和储备工作。

（2）施工工期长。从基础混凝土开始浇筑到工程基本建成蓄水一般需要经历3～5年或更长时间才能完成，在实际水电工程中，为提前发电，往往要求加快大坝施工进程，缩短施工工期，对坝体快速施工提出更高要求，需要对进度进行精心组织和合理安排，并提高资源的有效配置和科学管理水平。

（3）高峰期混凝土浇筑强度大。坝体混凝土浇筑过程，由于受地质、地形、气候，以及坝体浇筑位置等影响，在不同施工阶段，坝体的混凝土浇筑强度不同，高峰期的混凝土浇筑强度往往是平均值的两倍左右，因此，需要加大并保证高峰期的混凝土供应和机械浇筑能力，才能满足高强度的混凝土浇筑要求。

（4）混凝土施工季节性强。在高拱坝浇筑施工过程，坝体需要承担挡水和排水任务，特别是在汛期，还要承当重要的泄洪任务，由于汛期来流往往不可确知，给进度安排和孔洞数量设计及布置带来相当的困难，因此，做好可靠的预测及合理的进度安排是非常重要的，尤其是要加强施工期的进度控制，确保节点目标的顺利实现，同时，还要提高施工期的风险意识。

（5）施工干扰大。作业空间狭小、工序错综复杂，在施工过程彼此相互影响和制约，因此，要做好有效的施工组织安排，当参建单位多时，更要加强彼此间的作业协调活动，以确保坝体实现整体均匀、快速上升目的。

（6）影响因素多。地质、地形、气候、机械、供料、温度控制、淡水处理以及坝块的浇筑规则和控制条件等众多因素都将影响坝体混凝土的浇筑及其上升速度，需要综合考虑各因素对坝体混凝土浇筑施工的影响。

1.2 高拱坝施工系统的影响因素

高拱坝施工是一个复杂的系统，其施工过程将受到系统内、外环境诸多要素的影响和制约，因此，在施工过程中应当科学地处理好各种要素的影响，否则施工中任何一个环节出现问题都将会给工程施工造成损失，影响正常的施工进度。

（1）系统外部影响因素

系统的外部因素包括地质、地形、水文和气象等因素。地质条件是影响坝体上升非常重要的因素，地质条件的好坏直接影响到边坡的开挖、支护及基础处理速度，进而影响坝体混凝土的开浇时间及后期坝体的上升速度，对于不对称的坝肩地质条件还会影响到坝体整体的均匀上升问题。地形条件不仅影响到浇筑机械、供料线路及拌和系统的布置，这些都将影响到混凝土的供料能力、坝体的浇筑速度和浇筑质量，同样也将影响到坝体均匀上升问题。水文对大坝施工的影响主要体现在丰水期洪水对坝体浇筑施工的影响，包括导流、度汛的安排，及坝体上升控制要求；而气象的影响则表现在降雨、降雪或大雾等对大坝浇筑施工的影响，以及冬、夏季气温过低或过高对混凝土的生产、运输、初凝、养护等诸多环节带来不利。

（2）系统内部影响因素

系统的内部因素主要表现为浇筑机械的合理配置、作业效率及坝体本身施工特点。浇筑机械的工作效率表现为空间的垂直运输能力，它是影响坝块浇筑速度和坝体上升的重要因素。由于浇筑机械数量较多，在空间上还会形成一定的干扰，因此，加强浇筑机械的合理配置、科学管理和有效运营是非常重要工作。

坝体本身的施工特点是影响施工进度最为复杂和关键的因素，包括坝体本身的形体结构、上升规则和控制要求、施工工艺、孔洞廊道的数量与位置、固结灌浆的形式、接缝灌浆的要求等，这些因素将共同影响和制约坝体的混凝土浇筑和上升速度，由于这些影响因素的存在，使得坝体混凝土浇筑的速度和强度安排变得相当困难，并且使进度经常出现偏差，难以控制。高拱坝施工系统仿真研究的关键就是要通过计算机仿真的手段，把影响和制约坝体混凝土浇筑和坝体上升的各种因素予以充分考虑，并分析在各种影响和制约条件下坝体混凝土的浇筑强度和速度，以更好地为施工进度计划安排和进度控制提供最为科学的、有力的决策支持。

2 高拱坝施工的系统分解与机理

2.1 高拱坝施工系统分解

混凝土高拱坝施工过程是一个从混凝土制备、混凝土运输到混凝土浇筑的过程，可据此将混凝土高拱坝施工系统划分为混凝土制备子系统、混凝土运输子系统和混凝土浇筑子系统三个子系统，

（1）混凝土生产系统

混凝土生产是大坝浇筑的前提，亦是工程持续推进的基础。根据不同施工部位所需混凝土，调整各类材料比例、种类，生产不同强度等级的混凝土。同时，为保证大坝混凝土在浇筑时温度满足设计要求，根据实际情况将混凝土出机口温度控制在规范温度范围内。混凝土的生产强度能否满足要求将直接影响大坝混凝土浇筑强度。因此，需提前规划设计以满足不同时期混凝土需求量，保证工程进度。

（2）混凝土运输系统

混凝土运输系统包括以自卸汽车为主的水平运输和以缆机为主的垂直运输。混凝土生产系统生产完成后，自卸汽车在拌合楼对应位置进行装料；随后，沿预定线路将混凝土运输至供料平台，再卸入吊罐。当吊罐装满混凝土时，缆机通过吊运将混凝土运送至坝面指定位置，卸料并返回。同时，自卸汽车空载返回，继续下一轮次的运输。自卸汽车和缆机的协调配合程度直接影响混凝土运输时间，自卸汽车过少会引起等料时间过长，结果影响施工进程；自卸汽车过多会导致道路拥挤、堵塞，不利于循环运输，且可能导致运料出现等待缆机的情况。因而，宜根据现场实际情况，对缆机和自卸汽车数量进行优化配置，形成有利于工程施工的方案。

（3）混凝土浇筑系统

混凝土浇筑系统包括仓面作业准备、仓面卸料、平仓振捣和仓面养护等步骤。首先，对所有满足约束条件的坝块进行分析，选定浇筑坝块，在该坝段搭建模板和架设钢筋；同时，对仓面进行冲毛处理，以保证层间结合质量。完成仓面作业准备工作后，缆机将混凝土运送至指定位置进行卸料，平仓机对混凝土进行推平作业，振捣车对已平仓部位进行振捣，使混凝土结构密实；此外，在特殊部位，如振捣台车无法施工部位，需人工手持振捣棒进行振捣密实。为保证混凝土温度及湿度，通常在仓面进行喷雾，在混凝土内部铺设冷却水管。在坝块浇筑完成后，为防止坝体混凝土开裂影响工程质量，对仓面进行养护。

4 结语

高拱坝通常位于地质条件复杂的高山峡谷地带，地形陡峻、河谷深切、地应力高，且空间资源有限，不利于施工场地的布置和交通运输。因此高拱坝的施工进度和施工质量直接影响到整个工程的建设工期和安危。但是高拱坝的施工是一个非常复杂的随机动态过程，是一个半结构化问题，难以通过构建简单的数学分析模型来分析研究，传统的方法凭经验用类比的手段按月升高若干浇筑层和混凝土浇筑强度等指标控制施工进度的进程，因此，通过对高拱坝施工系统的特征与影响因素、系统分解有清晰的认识，来指导合理安排浇筑坝块的浇筑顺序，提高拱坝施工效率。