溢流砼面板壩壩體溢洪道施工技術(shù)研究--哈密榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道施工技術(shù)總結(jié)

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[摘要] 砼面板堆石壩在我國(guó)已得到了很大發(fā)展，施工工藝已經(jīng)成熟，但在堆石壩體上修建溢洪道卻是一個(gè)全新的課題，榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道填補(bǔ)了我國(guó)的這項(xiàng)空白，是迄今為止國(guó)內(nèi)第一座、世界第三座堆石壩壩體溢洪道。該工程難度大、技術(shù)性強(qiáng)、要求標(biāo)準(zhǔn)高，且沒(méi)有同類型工程施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可借鑒。為此對(duì)該工程進(jìn)行了周密的研究，擬定了合理的施工方案，應(yīng)用了新工藝、新材料，取得了很好的效果?？梢灶A(yù)見(jiàn)，該工程泄流后所取得的全面成果，將對(duì)我國(guó)砼面板堆石壩筑壩技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。 [關(guān)鍵詞] 壩體溢洪道 水平錨筋 滑摸 高性能砼 1、緒論 1.1 課題的基本情況 “砼面板壩壩體溢洪道施工技術(shù)研究”是“溢流砼面板堆石壩關(guān)鍵技術(shù)研究”課題的一個(gè)子課題，該課題是由國(guó)家電力公司水電水利規(guī)劃總院牽頭，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)為承擔(dān)研究單位。陜西省水電工程局承擔(dān)了施工技術(shù)研究這一子課題的研究任務(wù)。目前榆樹(shù)溝水庫(kù)工程已經(jīng)結(jié)束，該子課題的研究任務(wù)也已完成。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究情況 在面板堆石壩壩體修建溢洪道，目前國(guó)內(nèi)外建成的實(shí)例極少，根據(jù)檢索，目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)建設(shè)先例，國(guó)外報(bào)道的工程僅有印尼的巴吐皮西壩和澳大利亞的克羅蒂壩，這兩項(xiàng)工程僅有少量的定性報(bào)道,且均無(wú)正式過(guò)流。 2、工程概況 榆樹(shù)溝水庫(kù)為Ⅲ等中型水庫(kù)工程，水庫(kù)樞紐由砼面板堆石壩、壩體溢洪道、導(dǎo)流輸水洞等建筑物組成。大壩最大壩高67.5m，壩頂長(zhǎng)306m。 大壩溢洪道為開(kāi)敞式壩體溢洪道，凈寬22m，按縱向分為溢流堰、壩坡段、反弧段、緩坡段和下游無(wú)襯砌段。溢流堰為圓弧形實(shí)用堰，半徑12.988m；壩坡段坡比I=0.65，中間設(shè)有兩道摻氣槽，將整個(gè)壩坡段分為三段，該段是整個(gè)工程施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)，施工中采用了滑摸技術(shù)，突破了斜坡滑摸難以在非光滑平直段施工這一局限；反弧段為圓弧形，半徑10m；緩坡段坡比I=0.1。溢洪道按橫向由泄槽底板和導(dǎo)水墻組成，泄槽底板厚度60cm，導(dǎo)水墻為L(zhǎng)型墻，詳見(jiàn)圖1。另外溢流堰上方為壩頂公路橋，分為三跨，標(biāo)準(zhǔn)跨距為8m，橋?qū)挒?6+2×0.205m。 3、施工方案 壩體溢洪道施工無(wú)法避免的要和壩體回填以及壩頂公路橋交叉進(jìn)行，這是其樞紐布置所固有的矛盾，因此該工程必須在確保整個(gè)水庫(kù)工程總工期的前提下統(tǒng)籌安排，以使整個(gè)工程有條不紊的進(jìn)行施工。該工程的施工程序如下：    
  壩體回填                                →溢流堰→公路橋                        —→溢洪道壩坡段——→ 預(yù)埋水平錨筋                            →緩坡段→無(wú)襯砌段 各段的施工工序?yàn)椋合刃共鄣装?，后?dǎo)水墻。 3.1 作為溢洪道地基的壩體填筑施工 由于壩體溢洪道是布置在堆石壩體上的砼結(jié)構(gòu)，它對(duì)地基的變形非常敏感，因此該段堆石壩體填筑時(shí)必須達(dá)到合適的相對(duì)密度，使其具有較大的變形模量，以控制溢洪道的變形在安全的數(shù)量級(jí)內(nèi)。設(shè)計(jì)及研究部門前期的原形觀測(cè)表明：  （1）堆石料的級(jí)配對(duì)壩體變形有一定的影響，當(dāng)不均勻系數(shù)大于10；小于25m 顆粒含量接近30%時(shí)，其變形摸量較大。但如果選用細(xì)粒含量大的墊層料，將增大填筑料的制備成本，且透水性差，對(duì)通暢排水不利。 （2）壩料巖性對(duì)壩體的沉降變形影響不是很大，用硬巖填筑的壩體變形摸量并不比軟巖高，因此應(yīng)避免選用超硬巖作為壩體溢洪道地基的填筑料。 （3）碾壓參數(shù)對(duì)堆石體的變形摸量影響較大。 基于上述研究及壩體填筑的碾壓試驗(yàn)報(bào)告，榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道部位的堆石體填筑采用下述措施進(jìn)行施工。 （1）采用最大粒徑小于200mm；小于25mm的顆粒含量大于25%；小于0.1mm顆粒含量為0的填料填筑，其滲透系數(shù)大于A×10^-2cm/s， （2）碾壓標(biāo)準(zhǔn)高于其他部位，采用16噸拖式震動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)10遍（其他壩體為8遍）；鋪料厚度為0.8m （其他部位為0.6-0.8m），并充分灑水。 （3）填筑相對(duì)密度大于0.85，其填筑范圍超出溢洪道兩邊10m寬。 3.2 錨固件的施工 榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道泄槽底板及導(dǎo)水墻的錨固件的施工對(duì)整個(gè)工程具有舉足輕重的作用，而壩坡段由于是整個(gè)溢洪道中位于回填壩體上的一段，其錨固件的施工則顯得尤為重要。緩坡段位于基巖上，其錨筋采用常規(guī)的鉆孔注漿法，本文不作敘述。     壩坡段的錨固件為鋼筋砼水平錨筋和阻滑板，鋼筋砼水平錨筋即在Ф25錨固鋼筋外包砼，斷面尺寸500×500mm² ，長(zhǎng)11m，其中末端1m垂直彎下，以增加整體的錨固性能，水平錨筋呈梅花型布置，間距2m。阻滑板位于摻氣槽下方,為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，主體全部嵌入壩體，詳見(jiàn)圖2。  （1）埋設(shè)：水平錨筋及阻滑板的埋設(shè)必須和壩體填筑同時(shí)進(jìn)行，如果采用現(xiàn)澆的方法施工，將大大影響作為控制性工期的壩體回填的上升速度，為加快進(jìn)度，施工中采用預(yù)制砼，首先將該段壩體回填至水平錨筋頂部高程，再人工開(kāi)挖錨筋槽子，預(yù)制塊安裝就位，阻滑板則為分塊預(yù)制，安裝就位后再現(xiàn)澆連接部位，使之成為一個(gè)整體。 （2）人工回填：錨固件安裝完畢后仔細(xì)進(jìn)行人工回填，為和壩體結(jié)合的更加緊密，選用較細(xì)的墊層料回填?yuàn)A縫部位及上部20cm，手持震動(dòng)夯夯實(shí)。人工回填完畢后再機(jī)械回填以上2m的壩體。 3.3泄槽底板及導(dǎo)水墻砼澆筑 這里主要介紹壩坡段泄槽底板和導(dǎo)水墻的施工，對(duì)緩坡段不作敘述。壩坡段分為如下工序：人工削坡——斜坡碾壓——固坡砂漿墊層——摻氣槽及阻滑板土方開(kāi)挖——泄槽底板砼澆筑——導(dǎo)水墻及通氣孔砼澆筑。 （1）固坡砂漿墊層：溢洪道段壩體填筑完畢后，即進(jìn)行壩坡段人工削坡及斜坡碾壓，砼澆筑前人工抹砂漿。砂漿抹面有三個(gè)作用：1、固坡，2、作為砼找平層，3、便于側(cè)模安裝固定。由于砂漿抹面平整度直接影響到泄槽底板的平整度，必須進(jìn)行嚴(yán)格控制，正負(fù)誤差控制在0.5cm以內(nèi)。 （2）泄槽底板砼澆筑：壩坡段泄槽底板坡比I=0.65，是整個(gè)溢洪道施工的難點(diǎn)。由于坡度很陡，人工直接抹壓不可能，如果采用覆蓋模板的方法分倉(cāng)澆筑，則不可避免的有模板縫造成的塄坎，影泄槽底板表面的光滑度。這兩種方案均不予考慮，決定采用滑模技術(shù)澆筑?；＜夹g(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、滑模緩慢提升，下部砼接近初凝，砼更容易成形；2、滑摸下部設(shè)有人工抹面平臺(tái)，便于砼收光收平。但榆樹(shù)溝水庫(kù)溢洪道壩坡段在1972.7和1982.7高程處各有一道摻氣槽和阻滑板，且阻滑板上部有高10cm的挑流坎，給模板滑升增加了很大的難度。施工中采用的措施是滑模“過(guò)橋”技術(shù)，用150×150方木桁架支撐，方木上部釘鋼板作為滑道，滑模通過(guò)木桁架后及拆掉該桁架，再將滑模下滑至阻滑板位置，重新澆筑上層泄槽底板砼，詳見(jiàn)圖3。 該工程使用的滑模長(zhǎng)14m（泄槽底板倉(cāng)面寬10.98m）由鋼板、角鋼、槽鋼等焊接而成，加上配重約7噸，由2臺(tái)5噸卷?yè)P(yáng)機(jī)同時(shí)提升?；Ｉ喜吭O(shè)有工作平臺(tái)，人工平倉(cāng)、振搗均在其上進(jìn)行，工作平臺(tái)上設(shè)有操作配電盤(pán)一個(gè)，并通過(guò)電纜和上部卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，這樣卷?yè)P(yáng)機(jī)的提升操作即可在工作平臺(tái)上進(jìn)行，滑模下部設(shè)有人工抹面平臺(tái)，便于人工收面。詳見(jiàn)圖4。側(cè)模采用帶滑道的木模，滑道為L(zhǎng)50×50角鋼，支撐采用三角鋼支撐，詳見(jiàn)圖5。     （3）導(dǎo)水墻砼澆筑：導(dǎo)水墻為L(zhǎng)型墻，澆筑時(shí)上部墻體模板一次安裝到頂，下部底板只立側(cè)模。底板表面人工直接抹壓，澆筑順序?yàn)樽韵露咸蹪仓?，其他均同于常?guī)的施工方法，此處不在詳述。 （4）通氣孔：在摻氣槽兩側(cè)各設(shè)一個(gè)摻氣用的通氣孔，經(jīng)設(shè)計(jì)部門同意，采用DN500玻璃鋼管，外包30cm厚的素砼。通氣孔和墻體一次性澆筑。 3.4溢流堰砼澆筑 溢流堰為圓弧型實(shí)用堰，半徑12.988m， 堰體上部是壩頂公路橋。澆筑時(shí)先溢流堰，后橋臺(tái)橋墩，溢流堰施工又分為如下工序：堰體段土方開(kāi)挖——墊層料回填——板底拉筋——砂漿找平層——堰體澆筑。 (1) 堰體段土方開(kāi)挖：依據(jù)設(shè)計(jì)，溢流堰低于壩頂5m，考慮到壩體填筑及上游面板的需要，回填時(shí)填至壩頂高程，該段面板澆筑完畢后再開(kāi)挖至溢流堰設(shè)計(jì)高程。    （2）墊層料回填：堰底為1m厚的墊層料，分兩層攤鋪，自行式振動(dòng)碾碾壓，邊腳部位人工夯實(shí)。    （3）板底拉筋：由于溢洪道修建在回填壩體上，為防止運(yùn)行期間溢洪道及上游防滲面板產(chǎn)生不均勻沉陷而導(dǎo)致各個(gè)部位產(chǎn)生滑移，在溢流堰下部設(shè)有板底拉筋。為Ф25鋼筋，分別穿過(guò)面板、堰體上下游齒槽和泄槽底板。穿過(guò)回填區(qū)域的拉筋全部外包100mm×100mm砼。    （4）堰體砼澆筑：該工程溢流堰體為圓弧型，其特點(diǎn)是體積大（倉(cāng)面最高點(diǎn)達(dá)3m，長(zhǎng)寬均在11m以上），堰面下60cm布設(shè)雙層鋼筋，以下全部為素砼。施工中主要考慮澆筑強(qiáng)度滿足要求和如何降低水化熱的問(wèn)題，為此采用了相應(yīng)的施工措施：1、加強(qiáng)砼澆筑能力，使用大型拌和站拌和，2臺(tái)6m³砼攪拌車運(yùn)輸，皮帶輸送機(jī)快速入倉(cāng)，澆筑能力達(dá)到120m³/每班，基本滿足要求。另外澆筑分層傾向上游，以最大限度的避免萬(wàn)一出現(xiàn)澆筑冷縫，而導(dǎo)致堰體不穩(wěn)定。2、在素砼區(qū)大量拋毛石，毛石含量約占15%，以此達(dá)到降低水化熱的目的。 3.5 壩體溢洪道地基滲流控制的施工措施 消除壩體溢洪道地基滲流，防止有害的浮托力產(chǎn)生，對(duì)設(shè)置在壩體上的泄槽的斜坡穩(wěn)定性具有重要意義，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，除采用常規(guī)的工程措施，如強(qiáng)化止水結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)趾板灌漿外，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)緩坡段泄槽底板下的排水及壩體的總體排水的施工措施。榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道采取的具體措施如下： （1）加強(qiáng)壩體的排水能力，在壩底部靠近河床部位填筑強(qiáng)排水體（粗料堆積區(qū)），厚度12m，并與壩體溢洪道相通。 （2）緩坡段位于岸坡基巖之上，其泄槽底板及導(dǎo)水墻下設(shè)置網(wǎng)格排水溝，溝內(nèi)回填粒徑2-4cm礫石，這樣形成的橫向排水有利于消除泄槽地基的滲水。施工中部分區(qū)段由于地質(zhì)因素出現(xiàn)超挖，該部位排水溝用漿砌石砌至設(shè)計(jì)高程，再回填礫石，這樣超挖部分就可以一次澆筑。詳見(jiàn)圖6。 （3）嚴(yán)格控制壩料的滲透性，盡量選用滲透系數(shù)較大的材料填筑。 4、高性能砼在榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道中的應(yīng)用 榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道壩坡段由于坡度很大，將要承受高速水流的沖刷，為防止泄槽底板，導(dǎo)水墻和挑坎局部產(chǎn)生空蝕破壞，提高砼的耐久性和抗裂能力，針對(duì)榆樹(shù)溝壩體溢洪道的自然條件和施工條件，選用了高性能砼施工的新技術(shù)。 高性能砼是以礦渣微粉取代部分水泥，并添加高效的砼外加劑而拌制成的砼，其試驗(yàn)室配合比和強(qiáng)度指標(biāo)如表1所示   表1   試驗(yàn)室砼配合比  

試驗(yàn)組編號(hào) 砼種類 水膠比w/（c+k） 礦粉摻量 砂率% 1m³砼用材料（kg） 水泥C 礦粉K 水 W 砂S 小石 5-20 中石20-40 減水劑 引氣劑cas-1 H1 礦粉 0.35 40 38 233 155 136 742 605 605 Fdn-j 3.9 0 H2 礦粉 0.35 30 38 271 115 135 738 602 602 Fdn-j 3.8 0 H3 普通 0.35 0 32 374 —— 131 584 621 621 Mg 1.12 0.008 H4 普通 0.35 0 32 342 —— 130 623 632 632 Mg 1.03 0.007

                       表2   各試驗(yàn)組砼的技術(shù)性能  

試驗(yàn)組編號(hào) 砼拌和物技術(shù)性能 各齡期強(qiáng)度等級(jí) 抗?jié)B 200次凍融循環(huán)后 塌落度 粘聚性 保水性 含氣量 容重 3D 7D 14D 28D 等級(jí) 相對(duì)彈性動(dòng)模數(shù) 重量損失率 H1 9 好 好 —— —— 21.6 33.3 50.2 53.5 —— —— —— H2 13 好 好 —— 2464 26.7 38.8 46.9 55.2 12 92.5 1.33 H3 12.9 較好 較好 4.75 2332 20.5 29.0 32.9 38.3 12 95.4 2.75 H4 9.3 較好 較好 4.3 2357 18.3 27.1 30.1 37.2 14 97 2.43

  施工中實(shí)際選用H2配合比，結(jié)果顯示，高性能砼與常態(tài)砼相比具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)： （1）砼品質(zhì)得到很大的改善，和易性很好，砼構(gòu)筑物表面蜂窩麻面極少。 （2）大大提高了砼的抗裂能力，由于用礦粉取代了部分水泥，單方砼水泥用量減少，致使砼硬化初期的溫升得以降低，有利于砼的抗裂限裂。榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道除在溢流堰上發(fā)現(xiàn)一條非貫通裂縫外，其余部位還未見(jiàn)裂縫。 （3）砼強(qiáng)度得到了很大的提高，其強(qiáng)度很容易就達(dá)到C45~C50，這有利于抗空蝕破壞。其抗凍能力達(dá)到D200，抗?jié)B達(dá)到S12。該工程砼試塊現(xiàn)場(chǎng)取樣22組，平均抗壓強(qiáng)度為45.7MPa。 5、結(jié)語(yǔ) 5.1 榆樹(shù)溝水庫(kù)壩體溢洪道的設(shè)置形式避免了岸邊溢洪道引起的高邊坡開(kāi)挖，降低了溢洪道的落差，這樣的樞紐布置外觀緊湊漂亮，運(yùn)行管理方便，降低了工程投資，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 5.2 壩體溢洪道特別適合于狹窄地區(qū)的大壩樞紐布置，對(duì)于中小型水庫(kù)工程有很好的發(fā)展前景，結(jié)合榆樹(shù)溝水庫(kù)工程進(jìn)行的壩體溢洪道施工工藝的研究，無(wú)疑對(duì)我國(guó)以后的類似工程的施工具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。 5.3 壩體溢洪道施工遇到的較突出的問(wèn)題是壩體的快速填筑與溢洪道水平錨筋砼埋設(shè)的矛盾，處理不好就會(huì)形成溢洪道壩段與其他壩段高差太大，進(jìn)而影響壩體的填筑速度。即使是采用預(yù)制砼的辦法，在榆樹(shù)溝水庫(kù)工程的施工中該矛盾也顯得尤為突出。