张东升 李其友
摘 要 黄河小浪底水利枢纽规模巨大，技术要求高，施工难度大，是国内外专家公认世界上最具挑战性的大型 水利工程之一。工程的建设不仅凝聚着中国工程建设者的心血，也同国外建设者先进的管理经验、施工 设备和施工技术密不可分。国际承包商利用先进配套的大型施工设备以及新技术、新方法、新工艺、新材 料建设小浪底工程。随着国外先进技术在小浪底工程上的应用，必然对国内水利工程施工技术的发展注入活力，产生重大影响。
关键词 小浪底工程 国际承包商 先进技术
小浪底水利枢纽是治理开发黄河的关键性控制工程，其战略地位重要，工程规模宏大，地质条件复杂，水 沙条件特殊，施工强度高，质量要求严，施工技术复杂，是中外专家公认世界上最具挑战性的水利工程之一。 在工程建设过程中，严格管理，尊重科学，积极引进，大胆创新，积极采用新技术、新方法、新工艺、新材料和先进配 套的大型施工设备，成功地解决了一系列高难度课题，取得了一批重要技术成果，创造了多项优质高产记录。
小浪底水利枢纽按照世界银行的要求采用国际招标，以意大利英波吉罗公司为责任方的黄河承包商中标承 建大坝工程(一标)；以德国旭普林公司为责任方的中德意联营体中标承建泄洪工程(二标)；以法国杜美兹公司 为责任方的小浪底联营体中标承建引水发电设施工程(三标)。由于国际承包商的介入，国外先进施工技术在小 浪底得到广泛应用和发挥。可以这样说，小浪底工程的主要施工技术代表了当今世界同类水利工程施工技术的现状和发展趋势。
一、土石坝高效的联合机械化施工技术
小浪底大坝为壤土斜心墙堆石坝，最大坝高160m，坝顶长1667m，总填筑量5185万m3，填筑量位居全国同类坝型第一位。坝体由防渗土料、反
滤料、过渡料、堆石、护坡、压戗等多达17种材料组成，每种材料按合同技术规范规定，都有严格的材质、级配、含
水量、干密度、压实度等要求，结构复杂，质量要求高。承包商采用先进配套的各种机械，实现了高效联合机械化施工，使大坝施工较合同工期提前13个月完工，施工质量优良。
1. 配置先进高效的大型机械化施工设备
承担小浪底土石坝施工的黄河承包商，使用的设备是从国外进口、全新配套、性能好的大、中型施工机械，且 全部是液压型，操作可靠、灵活，能在较短的时间内完成升降、挖掘、装卸等多种往复动作。加之配备了充足的配 件，制定了完善的维修制度，在现场设立了现场维修站和流动维修车，每天定时在现场对设备进行检查，发现、排除故障。据统计，一标设备完好率100％，各种大型设备的运行效率均在80％以上。如反铲设备(HITACHl)是 一机多用的多功能机械，它可以完成开挖、装料、削坡、平料及修整料界、专门压实区的刨毛等多项任务，是所有机械中工作最繁忙、效率最高的；其他如65t自卸汽车(PerliniDP755)、lO.7m3液压装载机(CAT992D)、370Hp推土机(CATD9N)等，在坝体填筑中都发 挥了重要作用。
大坝工程自始至终保证高水平配套科学的联合机械化施工，创造了日填筑6.7万m3(1999年1月22日)的企业新纪录。1997年截流后大坝填筑月不均匀系数达到了1.3l。这表明，小浪底大坝施工水平位居全国同类坝型第 一位，达到了世界先进水平。
2．建立高度自动化的砂石料加工系统
加工系统除钢结构和非标准设备在国内采购外，其他设备都从国外(主要是意大利、法国)进口。根据流程要 求，加工系统庞大，设备多达117台(套)，设备利用率达到85％左右，主要设备完好率100％。与国内同类型加工 系统相比，系统的洗砂脱水设备、计算机自动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备尤为先进。
洗砂脱水设备改变了过去国内单一使用螺旋洗砂机洗砂脱水的情况，采用了包括洗砂槽、静力筛、振动筛、 旋流器和振动脱水筛在内的多种设备，洗砂脱水效果好，完全满足了作为反滤料和混凝土骨料的质量要求。
计算机自动控制运行和反滤料计算机称量配料系统设备采用德国西门子自动控制系统，实现了所有设备运 行的自动控制和反滤料的计算机称量配料，使系统的运行和反滤料配料快速准确，对保证工程进度和质量起了重要作用。
二、大坝主河槽段混凝土防渗墙施工技术
大坝主河槽段混凝土防渗墙由黄河承包商(YRC)及其分包商法国地基建筑公司(BSG)承建。 防渗墙长151m，最大深度70.3m，成墙面积5086m2，共建造23个主槽孔和22个横向接头槽孔，首次在国内采 用HF4000履带自行式液压铣槽机(双轮铣，法国产)，KLl200型机械抓斗(法国产)等先进设备；在国内外首 次采用“横向槽孔填充塑性混凝土保护下的平板式接头”新工艺，该技术是法国地基公司根据国外工业民用建筑 地下连续墙施工方法加以总结提出的。这是防渗墙施工技术的—项创新。创新的技术要点是：在一、二期槽孔接头处先开挖一个横向槽孔，在槽孔内回填塑性混凝土(1～2MPa)；在开挖一期槽孔时伸人二期槽孔10cm；在一期 槽孔浇筑完混凝土并将二期槽孔开挖完成后，用先进的“双轮铣”将一期槽孔伸人的10m混凝土铣掉；最后浇 筑二期槽孔混凝土。这样就在一、二期槽孔间形成了一个有波纹状铣刀痕迹的、紧密的竖直平面接缝，而开挖后留 存的横向接头槽塑性混凝土包裹在接缝的上、下游端，起着附加防渗和保护作用。
施工完成后布设了12个检查孔，检查槽孔接缝质量。结果表明：大部分芯样的一、二期槽孔混凝土已融为—个整体，但可据不同颜色找出接缝位置；少量芯样在非常密合的缝面内，膨润土干粉末不足1mm(国内工程一 般>lcm，有的达2～3cm)，取芯率97％以上；接缝间压水试验共做了13段，透水率均小于规定的5Lu，最大仅 2.42Lu，大于1Lu的5段，0Lu的5段。1999年10月25日下闸蓄水以来的观测资料表明，混凝土防渗墙防渗效果良好。
三、排沙洞无黏结预应力混凝土衬砌技术
小浪底3条排沙洞为有压隧洞，设计水头120m，洞径6.5m，位于发电引水进水口下方。在运用中控制单洞泄量不超过500m3／s，使洞内平均流速不超过15m／s，担负着泄洪、排沙、减少过机含沙量、调节径流和保持进水 口泥沙淤积漏斗的重要任务，在枢纽泄洪设施中运用概率最高。
3条排沙洞的下游压力段即防渗帷幕后至出口闸室前2169m的衬砌，选用全预应力混凝土衬砌。因为内水 压力高，为防止出现裂缝使高压水渗入岩体而影响山体的稳定。招标设计采用有黏结预应力混凝上衬砌结构，在建设过程中，二标承包商提出采用无黏结预应力混凝土衬砌施工，并在1997年7-8月由承包商进行了1:1的模型对比试验，经建管局组织设计、施工、监理及国内有经验的技术专家等参加的专家技术咨询会，经过 论证，确定采用无黏结钢绞线双圈环绕预应力混凝土衬砌方案。该方案采用每束8根φ15.7mm钢绞线，双圈环 绕张拉给混凝土衬砌施加预应力，并委托黄委设计院设计。无黏结方案相对有黏结方案有如下特点：在锚索张 拉和隧洞正常运行时无黏结钢绞线受力较均匀，摩擦损失小，在混凝土衬砌中建立的有效应力比有黏结方 案平均大29％；锚具槽在隧洞底拱中垂线两侧各45°位置交错布置，相邻两束钢绞线间距为50cm，锚具槽数量 减少一半，不仅材料省、易于进行张拉施工、混凝土回填质量易于保证，而且薄弱部位少，结构的整体性能 好；施工工序相对简单，工作量小，张拉效率高；无黏结钢绞线本身具有防腐性能，在运输、施工中不易损坏，在 正常运行中，其防腐性能也优于有黏结方案。
在系统的工艺试验的基础上，确定了排沙洞无黏结预应力混凝土衬砌的施工程序。从施工准备到最终检查 验收，共包含22道工序，每道工序都严格按规范操作，保证施工质量。 小浪底3条排沙洞于1998年4月开工，1999年3月竣工。已经受了初期蓄水和2003年的长期高水位下 运行的考验，安全监测资料分析表明，运行正常，安全可靠。
小浪底排沙洞无黏结预应力混凝土衬砌的规模在世界上是最大的，这一技术在我国水利水电行业中是 首次应用，它将对促进我国水工预应力混凝土技术水平的提高产生积极影响。
四、日OTEC系统在进出口工程混凝土施工中的应用
ROTEC系统是美国ROTEC公司生产的大型混凝土运输和浇筑设备。小浪底工程是我国首先采用ROTEC系统的工程。
考虑小浪底工程的现场地形条件、建筑物本身的结构特点、工程进度 要求以及ROTEC系统的先进特性等，根据二标承包商的申请，在进水塔和出口消力塘部位使用ROTEC系统进 行混凝土的运输和浇筑。ROTEC系统操作灵活方便，覆盖范围广，人仓准确，适用于各种级配、不同坍落度的混 凝土施工，尤其是考虑到工程量大、工期紧、ROTEC系统浇筑强度高这一特性，运用ROTEC系统能够在保证质量 的前提下，加快进度，确保1997年截流和工程按时完工。这种系统在国内其他大型水利工程上也得到了应用。
1．ROTEC系统设备类型及主要性能
ROTEC系统分运输设备和浇筑设备两种类型。
运输设备有：①混凝土搅拌运输车(滚筒式)，型号为ROTEC RO-MAX，容量为10.7m3，功率为300hp。②混凝 土运输车(滚轴卸料式)，型号为ROTECBIG DOG EM7-300，容量为15m3，功率为300hp。③混凝土皮带输送机，长度约300m，最大输送能力为6.67m3／min。
浇筑设备主要有两种，即ROTEC胎带机和塔带机，负责混凝土的浇筑入仓。①胎带机：CC200-24型胎带机为轮胎式皮带机，主要由1台Rt990型汽车吊、伸缩式皮带机和进料皮带组成。其最大浇筑强度为7.6m3／min，最大覆盖范围61m。AM40-10型胎带式喂料机主要用来为CC200-24型胎带机喂料，其受料斗容量为8m3，最大送料强度为4.5m3／min。②塔带机：塔带机进料皮带长60m，可随着塔带机的移动而自动伸缩、倾斜和转动，其最 大转动半径为60m，最大倾角为±25°，伸缩长度不能超过30m。塔带的爬升平台可通过其自身的液压装置而自行爬升。
2．ROTEC系统在进水塔及出口消力塘施工中的应用
(1)进水塔ROTEC系统布置
①胎带机。1台CC200-24型塔带机主要用于进水塔171～180m高程之间的基础部位以及塔带机覆盖范围外 的边角部位的混凝土浇筑。浇筑时塔带机先移到待浇筑块附近的塔前平台上或已浇筑混凝土块上，由AM40-10胎带喂料机为其喂料。混凝土由搅拌车运到现场。
②塔带机。2台TCl875塔带机轨道安装在塔前175m高程的平台上，轨道间距15m,主要浇筑180m高程以 上的混凝土。塔带机于1997年4月8日开始运行。
(2)出口消力塘日OTEC系统布置
1台ROTEC TCl875塔带机，采用轨道式，安装在靠近西边坡的混凝
土底板上，与西边坡平行，中心线距坡脚11.5m。塔带机可以沿轨道穿过消
力塘中隔墙预留缺口，在3个消力塘之间移动。既可用来浇筑消力塘西边
坡和部分南北边坡混凝土，也可作为塔吊使用。混凝土用搅拌车从下游拌和楼运输至现场，经受料斗由塔带机
直接人仓。ROTEC胎带机主要用于消力塘底板、护坦、静水池等部位的混凝土浇筑。
3．ROTEC系统的优越性
ROTEC系统与国内经常使用的门机、塔机配合吊罐人仓或皮带机配合栈桥人仓等传统的混凝土浇筑方法 相比，具有明显优越性：①浇筑强度高，能满足工程进度需要。②覆盖范围广，提升高度大。③节省设备，减少干 扰。④减少施工人员，提高工作效率。⑤移动灵活，操作方便。
ROTEC系统更适合于大方量、含筋量小的大体积混凝土浇筑，如与机械振捣配合，其优越性将得到充分发挥。
五、孔板泄洪洞孔板环的施工工艺
小浪底的孔板泄洪洞系由导流洞改建而成，能否解决高水头、高流速、高含沙量水流对孔板洞流道的磨损， 是孔板洞改建成败的关键。孔板消能环是孔板洞的核心部位，涉及消能率、高速水流磨损、空化气蚀、脉动压力诱 发振动以及结构强度等一系列水力学和结构力学问题，因此其施工工艺复 杂且要求极为严格。
1．优化导流洞孔板环部位的施工措施
在原设计中，孔板环所在的位置为厚度2.5m混凝土强度为70MPa的
钢筋混凝土衬砌，为减小导流洞改建为孔板洞时拆除这些钢筋混凝土的困
难，二标承包商提出将该部位的钢筋混凝土衬砌改为钢板与低标号混凝土
(20MPa)的联合衬砌。为了确保导流时钢板不被水流掀翻，在上游侧对钢
板作锚固和沿周边涂环氧砂浆加固等补救措施。
联合衬砌迎水面采用单层10mm厚钢板，钢板后用工字钢(22b＠1.5m)支撑，Φ36mm＠0.25m钢筋加固，并回填沙子、水泥、膨润土的混合材料。
为保持改建后的孔板洞与导流洞
混凝土的整体性，改建部分的钢筋必须伸人导流洞混凝土中一个锚固长度。经多方面比较决定采用在导流洞
混凝土内预埋钢筋连接套筒，以后孔板洞改建时将孔板洞钢筋与套筒连接，较好地解决了钢筋接头焊接量大，凿除混凝土界限不易控制等困难。
1998年汛期，小浪底水文站实测黄河最大流量4420m3／s。孔板洞改建开始时，现场检查钢板安然无恙，证明这种钢板代替混凝土衬砌过水的临时措施是可靠的。孔板洞改建开始后，拆除钢板，用气镐(G1003-11)打掉回填 料，反铲(美国CAT375ME)装车，20t自卸车出渣。整个拆除过程没有实施爆破作业，预埋的止水设施未受任何破坏。
2．严密精确的孔板环施工工艺
(1)孔板环尖端高铬铸铁的施工工艺
为确保孔板环的抵抗高流速、高含沙量水流磨蚀、抗杂物冲击性能以及长期在水和潮湿环境中的抗腐蚀性 能，保持孔板环孔口尺寸的长期稳定，设计采用高铬铸铁(又称抗磨白口铸铁，牌号KmTBCr26，GB8263-87)对孔 板环尖端加以保护。高铬铸铁硬度50～58HRC，含铬量12％～15％。
同一孔板洞的三级孔板环高铬铸铁形状不一样，分别为A、B、C型。为了制造和安装方便，铸铁采用单个制 造、整体拼装，单个重量不超过15kg，1号孔板环有316个高铬铸铁，2号、3号孔板环有344个高铬铸铁。为了便 于运用期间铸铁的检修和更换，铸铁与受力钢筋之间采用螺栓连接。
为了保证安装精度，每个铸铁在专门加工的模具中检查，超过误差马上更换。每个孔板环的所有部件在露 天平台中进行拼装，及时调整，直到满足上述安装误差要求。所有部件进行统一编号，以便在洞内重复安装。为了 保证洞内一次安装成功，露天模拟洞内施工条件(比例1:1)浇筑了一块混凝土(中心角30°)进行预拼装，以便 提前发现问题，研究解决办法。
洞内安装高铬铸铁的顺序是：固定钢板→第一次测量→安装高铬铸铁→第二次测量→浇筑混凝土→第三 次测量。每次测量发现超差，及时调整。铸铁之间缝隙用Sika731[Sika731抗压强度(14d)50～60MPa]环氧砂浆填充。
施工中的严格控制措施及精确的施工工艺，保证了高铬铸铁连接牢固，高铬铸铁之间缝隙充填密实，孔板环 整体表面平顺，结构形状和尺寸符合设计要求。
(2)孔板环处的混凝土施工工艺
孔板环是二维曲面，形状复杂，钢筋和模板加工、架立难度大。钢筋主筋φ36mm＠200mm，分布钢筋φ25mm＠400mm。为了保证底拱混凝土浇筑质量，模板采用DOKA模板，每个 孔板环需要24块这样的模板，并在模板上钻孔(φ110mm＠1.2m)插入振捣器。
孔板环混凝土分成底拱(120°)、边拱(2x60°)、顶拱(120°)3次浇筑完成。 所有模板采用起重机吊装，拉杆焊接固定，边、顶拱模板采用DOKA脚手架支撑。
为了抵抗高水头、高流速、高含沙量水流对孔板环的磨蚀，孔板环采用70MPa高标号混凝土。
孔板环段在横断面上共分三层，分层平面通过横断面圆心，金属网模放置在底、边拱和边、顶拱的施工缝上，形成径向缝。
通过中闸室泵送混凝土方式浇筑，因为输送距离太远，所以首先从中闸室下游把混凝土送到孔板环附近的 第二台泵车里，再由此处泵送人仓，用插入式风动振捣器人工振捣。拆模后，除底拱采用铺麻布人工洒水养护外，其他部位均采用SIKA养护剂养护： 通过优化施工措施，严格施工工 艺，经过近7年的工程运用，孔板环整体完好，质量优良。
六、结 语
国际承包商将先进技术成功运用到小浪底工程建设中，不仅解决了许多施工难题，也为我国水利水电工程
技术的发展创新提供了新的思路：其中，排沙洞无黏结预应力混凝土衬砌技术、混凝土防渗墙“横向槽孔回填塑
性混凝土保护下的平板式接头”技术、GIN法帷幕灌浆技术人选我国第五批施工企业新纪录，属国内首创，土石坝
施工创造了当时国内最新纪录。施工技术是不断发展创新的，我们在建设中应当实事求是，充分认识自己的优
势和差距，在发挥自身优势的同时，应主动学习国外的先进技术、先进经验，弥补自身的不足，建设出符合国家规
范要求的优质工程。
(作者张东升为水利部小浪底水利枢纽建设管理局工程师，李其友为原小浪底工程咨询有限公司总经理、教授级高级工程师)
责任编辑 李计初