積石峽水電站面板堆石壩壩體變形控制措施

黃建強(qiáng)，洪建凱

（1.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司第一工程公司，陜西 咸陽 712000；2.黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司拉西瓦發(fā)電分公司，青海 西寧 810000）

我國從1985年開始用現(xiàn)代技術(shù)修建混凝土面板堆石壩。壩高大于100 m的約有56座，其中水布埡等200 m級高壩已成為我國具有代表性的工程。然而，混凝土面板堆石壩在施工和運(yùn)行中仍存在各種各樣的問題，如后期變形量大，不均勻沉降導(dǎo)致面板開裂，接縫張開，止水失效等。由此可見，在關(guān)于大壩安全穩(wěn)定、變形、滲流控制中，仍以變形控制最為關(guān)鍵。本文結(jié)合積石峽水電站面板堆石壩的施工，從斷面設(shè)計(jì)、壩料分區(qū)、壩料選用、壓實(shí)密度、填筑順序、預(yù)留沉降及止水設(shè)施、滲流控制等方面進(jìn)行變形控制，以期達(dá)到壩體安全運(yùn)行之目的。

1 面板堆石壩基本概況

1.1 壩料性質(zhì)

積石峽水電站壩體填筑料主要為壩址區(qū)開挖料，粒徑為0～800 mm。壩址區(qū)開挖料主要為K13－2紫紅色中細(xì)砂巖和K14－1磚紅色、紫紅色泥質(zhì)粉砂巖細(xì)砂巖、礫巖，具體參數(shù)見表1。壩體填筑料各種巖性的組成是： 礫巖∶砂巖∶泥質(zhì)粉砂巖=5∶3∶2。

表1 開挖料物性參數(shù)

1.2 控制參數(shù)

根據(jù)碾壓試驗(yàn)，確定的控制參數(shù)見表2。

2 變形控制措施

2.1 施工工藝

積石峽水電站在壩內(nèi)設(shè)置了水平和垂直排水體，使壩體浸潤線降低，保證壩體穩(wěn)定安全。根據(jù)開挖壩料性質(zhì)，分主堆石料和次堆石料。垂直排水體的寬度為2～4 m；水平排水體共4條，單條寬度為10 m，間距15 m，高度為4 m，高程為1 785～1 789 m。在壩體填筑過程中，采用 “先粗后細(xì)”的原則。壩體上下游在1 785 m高程以下，采用 “先填筑下游，再填筑上游”的施工方法，上下游高差控制在15 m以內(nèi)，上游預(yù)留寬度30 m左右。

表2 各類壩體填筑料碾壓控制參數(shù)

積石峽水電站引水壓力鋼管在壩右0+064以左穿過壩體，外包混凝土至1 834.5 m高程。在壩體填筑過程中，先進(jìn)行壩右0+064以右的填筑，待填筑至1 857 m高程后，再進(jìn)行壩右0+064以左的填筑，見圖1。

2.2 碾壓密實(shí)度控制

在壩體填筑施工過程中，嚴(yán)格按照施工參數(shù)施工，并安排專人進(jìn)行碾壓遍數(shù)控制（每臺振動碾后安排專人采用記分牌記錄碾壓遍數(shù)），定期對碾壓設(shè)備性能參數(shù)進(jìn)行檢查校核，確保碾壓密實(shí)度。實(shí)際坑檢統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，實(shí)際坑檢統(tǒng)計(jì)的干密度均大于設(shè)計(jì)值，而孔隙率均基本小于設(shè)計(jì)值，符合規(guī)范要求。

2.3 壩料加水

壩料加水分為壩外加水和壩內(nèi)加水兩種。

壩外加水是在壩外設(shè)立一個(gè)倒L型的φ75 mm鋼管，鋼管高3.5 m，鋼管上加設(shè)閥門，作為來料車加水的主管道。為了保證灑水的均勻性，在灑水鋼管處自行加工一個(gè)φ75 mm的花管灑水頭，每車加水15～20 s（每車?yán)\(yùn)壩料15 m3，壩料加水按5%控制，水泵供水量約為180 m3/h）。

表3 壩料填筑檢測統(tǒng)計(jì)

壩內(nèi)加水主要對已攤鋪的壩料進(jìn)行部分補(bǔ)水。依靠設(shè)在岸坡面上的管道預(yù)留接口，接支管道和噴頭進(jìn)行灑水。在壩面上升的同時(shí)對主管每3 m調(diào)整一次，以滿足施工要求。主管道沿上下游壩面每60 m預(yù)留φ75 mm的接口，安裝閥門，大壩灑水管道從閥門處接入，在接口管道上接消防水管和四通管道及噴頭（PY-50型，噴灑半徑15～20 m，灑水量20～25 m3/h）。

2.4 壩體浸水降低后期濕化和流變變形量

壩體在填筑過程中，雖然在壩外及壩內(nèi)對壩料進(jìn)行了加水，使填筑過程中的開挖料達(dá)到濕化，并取得較高的碾壓密實(shí)度。但為了減小蓄水后流變引起的變形量，積石峽水電站利用現(xiàn)場地形條件，于2009年9月2日～11月5日對壩體1 785 m高程以下進(jìn)行了浸水，浸水高度25 m，從而使1 785 m高程以下的壩料充分變形，壩體沉降速率明顯加快。

2009年9月2日～11月5日壩體浸水期間的大壩沉降變形記錄見表4。

從表4可以看出，沉降速率很小。從2009年11月1日后壩體沉降趨于穩(wěn)定。

2.5 預(yù)留沉降期

圖1 1 884.5 m高程以上壩體填筑縱剖面示意（單位：m）

表4 2009年壩體浸水期間的大壩沉降變形

積石峽水電站壩右0+64以右于2009年8月15日填筑至高程1 857 m。壩右0+64以左于2009年9月27日填筑至高程1 857 m。2010年3月15日開始第一倉面板施工。截止面板施工，壩右0+64以右（壩體高度97 m）預(yù)留沉降期為7個(gè)月，壩右0+64以左（壩體高度22.5 m）預(yù)留沉降期為5.5個(gè)月。

3 壩體變形控制效果

2010年3月15日在積石峽水電站面板施工時(shí)，壩體的總沉降量為480 mm，面板施工前三個(gè)月的平均月沉降量均小于5 mm。截止2010年11月15日（壩體蓄水后1個(gè)月）壩體的總沉降量為499 m。2010年3月15日～11月15日，平均月沉降量為2.5 mm。壩體總沉降量占壩高的0.51%。與清華大學(xué)土木研究所[1]經(jīng)過模型參數(shù)確定方法算得的壩體變形量對比（見表5）可以看出，通過以上施工技術(shù)和措施的實(shí)施，積石峽水電站面板堆石壩施工期的壩體變形控制效果顯著。

表5 施工期和蓄水后壩體位移最大值比較mm

4 結(jié)語

積石峽水電站面板堆石壩在壩體填筑過程中，根據(jù)壩料的性質(zhì)，確定合理的控制參數(shù)，使壩體的壓實(shí)度達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。另外，在施工過程中，選用科學(xué)的施工方法和施工措施，加快壩體的沉降變形，為面板堆石壩防滲體施工贏得了時(shí)間，也為防滲體的質(zhì)量控制奠定了基礎(chǔ)。

［1］清華大學(xué).積石峽面板堆石壩多巖性混合開挖料筑壩可行性論證與優(yōu)化分析研究報(bào)告［R］.西寧：黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，2008.