淺談平寨水庫面板堆石壩面板混凝土澆筑時機

歐　波,陳　軍,羅代明

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002)

淺談平寨水庫面板堆石壩面板混凝土澆筑時機

歐波,陳軍,羅代明

(貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002)

摘要：混凝土面板堆石壩作為目前水利水電工程上應(yīng)用較為普遍的壩型，其技術(shù)和工藝方面已得到較大發(fā)展并成功建于各種形態(tài)的河谷中。但也有不少工程大壩因面板或止水破壞出現(xiàn)了不同程度的滲漏問題，其多數(shù)原因還是堆石體的過大變形所致。堆石壩的變形受地形地質(zhì)條件、填筑壩料、級配、碾壓工藝及施工處理措施等綜合因素影響，一旦壩體在施工及運行期發(fā)生較大不均勻變形將會直接導(dǎo)致附著于堆石體上游的面板混凝土變形、開裂，甚至破壞。因此，在同期壩體填筑完成后何時進行面板混凝土的澆筑是值得關(guān)注和研究的問題。黔中水利樞紐一期工程平寨水庫大壩除施工過程采取了控制變形的有效措施之外，還在分期澆筑面板混凝土前通過施工期壩體變形監(jiān)測情況對其變形規(guī)律和狀態(tài)進行了論證分析，根據(jù)自身的自然條件，預(yù)留了足夠的沉降時間，基本達到了變形收斂狀態(tài)，從而使面板混凝土澆筑避開了大壩變形的高峰期，為大壩安全穩(wěn)定運行提供了基本保證。

關(guān)鍵詞：混凝土面板堆石壩;面板混凝土;澆筑時機;變形收斂

我國從20世紀(jì)80年代引進混凝土面板堆石壩筑壩技術(shù)以來，該壩型在國內(nèi)發(fā)展較為迅速，不管是建設(shè)規(guī)模、最大壩高、實施數(shù)量，還是筑壩技術(shù)等方面，目前已處于世界前列，因此也為混凝土面板堆石壩迅猛發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。面板堆石壩作為大體積堆石碾壓填筑壩體按照常規(guī)的布置足以滿足運行穩(wěn)定要求，但由于地質(zhì)地形條件、基礎(chǔ)處理、筑壩材料、壩料級配、防滲混凝土、接縫止水及施工工藝等綜合因素影響，長期運行過程中滲漏現(xiàn)象是普遍存在的，其原因也是多方面的，但主要還是壩體、面板變形或止水破損引起的滲漏問題較為突出。面板混凝土作為面板堆石壩的主要防滲結(jié)構(gòu)，除自身的材料、配比、工藝外，還有一個較為重要的環(huán)節(jié)——澆筑時機，這是個值得重視的問題。黔中水利樞紐一期工程平寨水庫混凝土面板堆石壩在面板混凝土澆筑施工前對此問題進行了分析和論證，主要目的也是為了避免或減少因壩體產(chǎn)生不均勻或過大變形造成面板混凝土或止水破壞從而產(chǎn)生滲漏。

1基本概況

黔中水利樞紐一期工程平寨水庫壩址位于烏江上游三岔河中游六枝與織金交界的平寨河段。壩址以上集雨面積為3492 km2，水庫總庫容10.89億m3，正常蓄水位以下庫容10.34億m3，調(diào)節(jié)庫容4.48億m3，屬年調(diào)節(jié)水庫；工程等別為Ⅰ等，規(guī)模為大⑴型水庫，擋水建筑物大壩為1級建筑物。

壩址位于峽谷河段，為橫向谷，河底高程1183.5～1185.0 m，壩頂高程1335 m處的河谷寬約355 m，兩岸呈現(xiàn)左緩右陡的不對稱“V”形河谷，地形坡度為35°～40°，基巖裸露，覆蓋層零星分布。右岸趾板線為高50～70 m的陡崖，河谷寬高比為2.2。壩基分布三疊系永寧鎮(zhèn)組第二段T1yn2和第三段T1yn3地層，巖層傾上游偏右岸，傾角25°～50°。T1yn2為泥質(zhì)灰?guī)r、泥巖、泥巖夾灰?guī)r，屬于庫首相對的隔水層；T1yn3為灰?guī)r，巖石強度較高，屬于硬質(zhì)巖，是主要的筑壩材料。

大壩壩型為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1335 m，河床趾板最低建基面高程1177.5 m，最大壩高157.5 m，壩頂軸線長355 m，壩頂凈寬10.3 m，是建于狹窄河谷不對稱地形的高面板壩。上游壩坡采用1∶1.404，下游壩面設(shè)“之”字形8 m寬的壩后公路，公路間坡度1∶1.25，綜合壩坡為1∶1.533?；炷撩姘搴穸葹?.4～0.832 m之間，平均厚度為0.616 m，兩岸受拉區(qū)面板每8 m設(shè)置一條張性縫，壩體中部受壓區(qū)每12 m設(shè)置一條壓性縫，共分41塊面板。堆石壩體材料分區(qū)如下：面板上游為鋪蓋區(qū)和蓋重區(qū)，頂部高程1259.0 m，上游坡1∶2.0。面板下游依次為墊層區(qū)(水平寬度3 m)、過渡區(qū)(水平寬度5 m)、主堆石區(qū)、右岸坡特殊碾壓區(qū)、下游堆石區(qū)、自由排水區(qū)及下游護坡。各區(qū)壩料均采自大壩下游右岸Ⅱ號石料場的新鮮堅硬灰?guī)r石料[1]。

2面板混凝土澆筑時機的選擇

合理選擇面板混凝土澆筑的時機是盡可能避免面板在施工運行期出現(xiàn)溫度收縮性裂縫和結(jié)構(gòu)性裂縫的前提。溫度及收縮性裂縫主要與混凝土配合比、澆筑溫差、施工工藝、溫控及后期的養(yǎng)護等綜合因素有關(guān)，其中選擇合適的氣溫進行澆筑是必要的外界條件，當(dāng)然以上施工工藝只要控制到位，澆筑選擇在溫差不大的低溫季節(jié)進行，溫度收縮性裂縫是可以減少的，即使出現(xiàn)了也能夠采取處理措施加以解決[2]。而結(jié)構(gòu)裂縫則與之不同，面板混凝土產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)性裂縫主要還是由于壩體不均勻變形導(dǎo)致面板脫空，從而造成面板混凝土在自重或水壓的作用下產(chǎn)生過大變形導(dǎo)致開裂甚至破壞；最終由于面板、接縫止水破壞致使壩體及水庫出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏，因此，面板混凝土澆筑時機考慮的首要問題就是分析施工期堆石體的變形狀態(tài)及規(guī)律。

根據(jù)《混凝土面板堆石壩設(shè)計規(guī)范》(SL 228-2013)關(guān)于面板混凝土澆筑施工的相關(guān)規(guī)定：“保證面板混凝土澆筑前，已填筑壩體有一定的預(yù)沉降期，一般預(yù)留3～6個月”，其目的就是為大壩填筑體留有充足的沉降期，絕大部分的沉降變形盡可能在面板澆筑前完成，使變形達到穩(wěn)定收斂期，避免面板混凝土因壩體過大變形沉降形成過大脫空，從而產(chǎn)生破壞性結(jié)構(gòu)裂縫甚至造成運行期斷裂的嚴(yán)重后果。因此，面板混凝土的澆筑選擇在壩體變形沉降高峰期之后進入穩(wěn)定收斂期時進行較為合適。

面板混凝土澆筑時機的選擇一方面根據(jù)規(guī)程規(guī)范結(jié)合實際工程經(jīng)驗在壩體填筑之后預(yù)留足夠的自然沉降期，預(yù)沉降期的長短跟設(shè)計方案及施工質(zhì)量控制均有一定關(guān)系，若設(shè)計方案合理、施工質(zhì)量控制到位，則預(yù)沉降期就相對短暫些，反之會延長。另一方面主要對壩體填筑變形情況進行分析判斷，看壩體填筑期間的變形規(guī)律，是否達到穩(wěn)定收斂狀態(tài)，根據(jù)實際工程經(jīng)驗結(jié)合月平均速率能控制在5 mm及以下，變形曲線基本平穩(wěn)，則表示變形基本達到穩(wěn)定收斂狀態(tài)。

3面板混凝土澆筑時機的分析

根據(jù)面板堆石壩一般情況下的工程經(jīng)驗，壩體施工期變形約完成總變形量的80%左右，剩余部分將在運行期完成。但處于狹窄河谷地形的面板壩，尤其對高壩來講，受不利地形引起的拱效應(yīng)就越發(fā)明顯，這種橫向約束阻礙了堆石體的自然沉降和變形穩(wěn)定，延長了變形收斂期[3]。

平寨水庫壩址呈現(xiàn)左緩右陡的“V”形峽谷地形，尤其對處于壩體主堆石區(qū)的右岸坡近似于陡崖，局部地形還存在一定的倒懸現(xiàn)象。施工期間壩基開挖針對基礎(chǔ)凸出和倒懸的巖體采取了削平處理，壩體填筑時對主堆石區(qū)兩岸接坡帶設(shè)置了主堆石區(qū)特別碾壓區(qū)。采用干貧混凝土補坡以及在兩岸接觸帶實施過渡料填筑等多項措施以彌補先天地形上的不足，從而達到控制壩體不均勻變形的目的。但考慮狹窄地形上高壩綜合復(fù)雜變形的特點、施工及工藝控制難度等方面的因素，澆筑大壩面板混凝土前除嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范規(guī)定及借鑒類似工程經(jīng)驗外，還根據(jù)施工期壩體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理和分析，對面板混凝土澆筑時機進行了論證研究。

3.1壩體預(yù)沉降期的控制

影響壩體變形的因素是多方面的，主要有地形地質(zhì)條件、基礎(chǔ)處理、壩體材料、筑壩參數(shù)及工藝等，壩體沉降變形穩(wěn)定程度及速率往往跟這些因素有著密切關(guān)系，但由于影響因素較多也較復(fù)雜，施工往往受度汛、進度、工期等壓力影響，難以每個環(huán)節(jié)均嚴(yán)格控制到位，因此讓壩體有足夠的自然沉降期就顯得尤為重要[4]。

平寨水庫大壩壩體總填筑量520萬m3，其中主堆石料291萬m3，下游堆石料155萬m3。大壩于2011年2月開始自上而下開挖，于2012年2月開挖至河床趾板基礎(chǔ)面，2012年2月底大壩正式進入大規(guī)模壩體填筑階段。整個大壩分為Ⅲ期進行填筑，2012年4月汛前完成壩體Ⅰ期度汛斷面的填筑施工；2012年12月完成Ⅱ期斷面的填筑；2013年9月底完成Ⅲ期斷面防浪墻底1331.5 m高程以下的斷面填筑[5]。為保證填筑質(zhì)量、減小施工難度、加快實施進度，壩體填筑期間上游壩面的墊層料固坡和度汛擋水措施采用了混凝土擠壓邊墻方案。壩體面板混凝土澆筑則分為兩期進行，其中二期面板又分為兩序?qū)嵤?，一期分期高程?244 m，也是壩體首次度汛的擋水高程，涉及19塊面板，方量為8705 m3；二期41塊面板，方量為17 965 m3。一期面板澆筑時段為2013年2月28日—2013年4月30日；二期Ⅰ序面板澆筑時段為2014年1月10日—2014年4月15日，二期Ⅱ序面板澆筑時段為2014年4月15日—2014年6月5日。具體壩體填筑及面板澆筑施工時段如表1、表2所示。

表1　壩體填筑施工時段統(tǒng)計表

表2　面板混凝土澆筑施工時段統(tǒng)計表

由上述壩體填筑與面板混凝土澆筑情況來看，壩體分期填筑與澆筑混凝土相應(yīng)的間隔時間已滿足規(guī)范要求的3～6個月預(yù)沉降期。

3.2壩體變形收斂情況分析

如何判斷壩體變形是否收斂，進入變形穩(wěn)定期是面板混凝土能否進行澆筑施工的首要問題[6]。根據(jù)已建工程經(jīng)驗，提出了壩體沉降速率收斂指標(biāo)，即在每期面板澆筑施工前，相應(yīng)面板下部堆石的沉降變形率已趨于收斂，根據(jù)監(jiān)測顯示的沉降曲線已過拐點并趨于平緩，其月沉降變形值不大于2～5 mm。

平寨水庫面板堆石壩壩體填筑實施過程中在河左岸、中部及右岸分別選擇了3個斷面進行壩體內(nèi)部的沉降監(jiān)測，監(jiān)測從2012年4月17日開始，之后隨壩體填筑施工進程從上游至下游分高程進行，共設(shè)置了47個沉降監(jiān)測點，至目前已經(jīng)進行3年零6個月的觀測，壩體內(nèi)部最大累計沉降量816.4 mm(出現(xiàn)在監(jiān)測點SG13)，月平均變化量3.5 mm，位于樁號0～007.5 m斷面，高程1242.0 m的壩軸線處，其余測點累計沉降變化量在-2.0～9.9 mm之間，變化量較小。

本文以壩體最大斷面(樁號0～007.5 m)為例，分析一期面板混凝土以下壩體變形收斂及其面板混凝土澆筑時機的情況：Ⅰ期壩體斷面及一期面板混凝土的施工時段情況詳見表1及表2，圖1為最大斷面壩體的監(jiān)測布置圖。

由圖1可知，一期面板混凝土下部堆石區(qū)內(nèi)埋設(shè)有三個沉降變形監(jiān)測點，即高程1207 m的SG1、SG2點和高程1242 m的SG10點，此范圍內(nèi)是一期面板混凝土附著和支撐的主要區(qū)域，該區(qū)域壩料的變形對上部一期面板混凝土有直接影響。其后位于高程1207 m 的SG3、SG4點及高程1242 m的SG11幾個監(jiān)測點距離一期面板及其下部堆石區(qū)相對較遠(yuǎn)，從月沉降速率曲線圖表顯示這幾個點變形受上部壩料填筑碾壓加載因素影響較大，曲線未出現(xiàn)平緩穩(wěn)定收斂狀態(tài)，表明仍處于沉降高峰期，因此一期面板混凝土的澆筑時機主要考慮SG1、SG2、SG10這幾個點的月沉降速率曲線的變化情況。由高程1207 m的SG1、SG2點月沉降速率曲線圖見圖2、圖3，由圖可知，在該范圍填筑區(qū)域初期沉降速率主要受初期填筑加載及汛期雨水較為豐富等因素影響，變化值較大，且為逐漸增加趨勢；但當(dāng)后期即在遠(yuǎn)離該范圍加載填筑后，變化值明顯逐漸減小，變化曲線趨于平緩，其變化值在上述規(guī)范規(guī)定的收斂判別區(qū)間。高程1242 m的SG10點也是較為靠近面板的監(jiān)測點，其變化規(guī)律見圖4，由圖4可知，其變化規(guī)律也同SG1、SG2點一樣。

圖1　大壩內(nèi)部沉降監(jiān)測點分布圖

由圖2—圖4可以看出，高程1207 m的SG1、SG2監(jiān)測點月沉降速率曲線在Ⅰ期壩體斷面(高程1244 m以下壩體)填筑完成的3個月后變化值趨于平緩(出現(xiàn)明顯的拐點)，高程1242 m的SG10監(jiān)測點主要受上部繼續(xù)填筑加載的影響相對較大，變化值及曲線達到平緩的時間明顯滯后。通過對澆筑面板下部堆石體的變形監(jiān)測成果分析，同時結(jié)合枯期溫差相對較小的低溫季節(jié)宜于澆筑面板等因素，經(jīng)充分論證后選擇在次年的2月底實施一期面板混凝土的澆筑，下部堆石體的沉降期至少達到了10個月以上，具備澆筑面板混凝土的條件。

根據(jù)施工期壩體綜合變形、接縫變形、面板撓度、面板脫空及滲流滲壓等各項監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，各期面板混凝土澆筑施工完成后(其中一期及二期Ⅰ序面板正經(jīng)受水庫蓄水期考驗)數(shù)據(jù)變化幅度不大，變化過程曲線趨勢平穩(wěn)，指標(biāo)處于正常范圍。

圖2　大壩內(nèi)部沉降SG1監(jiān)測點變化過程線圖

圖3　大壩內(nèi)部沉降SG2監(jiān)測點變化過程線圖

圖4　大壩內(nèi)部沉降SG10監(jiān)測點變化過程線圖

3.3混凝土面板澆筑氣溫的選擇

除壩體變形是否穩(wěn)定收斂作為澆筑面板主要考慮因素以外，同時也應(yīng)注意面板混凝土澆筑的氣溫因素，這是因為混凝土面板厚度較薄，受外界溫差影響較大，若選擇在日氣溫變幅較大、氣溫驟降的情況下進行面板施工，易使混凝土溫度急速降低，從而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，引起面板開裂。因此，在一般情況下宜選擇在氣溫變幅較小的低溫季節(jié)澆筑混凝土面板較好。本工程大壩一期面板混凝土澆筑施工安排在2013年2月底進行，二期Ⅰ序面板安排在2014年1月上旬進行，而二期Ⅱ序面板澆筑時間受工期影響則選擇在2014年4月中旬進行。當(dāng)然施工過程中加強面板混凝土的保溫、保濕等養(yǎng)護措施也較為重要。

4影響壩體變形收斂的因素

影響壩體變形收斂的因素是多方面的，包括客觀條件與主觀因素，如地形地質(zhì)條件、基礎(chǔ)處理、壩體材料、壩體分區(qū)、筑壩參數(shù)、填筑施工方案與工藝等。平寨水庫大壩選用了優(yōu)質(zhì)的壩體材料，通過現(xiàn)場爆破碾壓試驗成果提高了壩體填筑碾壓指標(biāo)，同時在實施過程中從基礎(chǔ)處理、壩體填筑碾壓等施工工藝上采取了多方面控制壩體變形的措施，旨在彌補地形地質(zhì)條件的不足，使壩體變形盡早達到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，合理的設(shè)計與嚴(yán)格的施工控制是使壩體變形盡早穩(wěn)定滿足澆筑面板的根本保障。但由于影響因素較多也較為復(fù)雜，且施工期往往受進度、工期等因素干擾，難以在每道工序、每個環(huán)節(jié)上控制到位，因此實施過程中通過壩體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析壩體變形狀況，判斷面板澆筑時機的論證工作就顯得格外重要。

5結(jié)論

為確保面板堆石壩安全穩(wěn)定運行，有效地控制壩體變形是研究的主要問題，面板混凝土澆筑之前論證和判斷壩體是否避開變形的高峰期尤為重要，壩體進入變形收斂狀態(tài)是面板達到澆筑時機的重要條件。主要通過澆筑面板下部堆石體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化規(guī)律進行分析論證，從而判斷是否滿足面板混凝土澆筑時機。

參考文獻：

[1]楊澤艷,周建平,蔣國澄,等.中國混凝土面板堆石壩的發(fā)展[J].水力發(fā)電，2011,37(2):18-23.

[2]張玉龍,丁學(xué)智,張亮.巴山水電站面板堆石壩變形監(jiān)測控制網(wǎng)的建立[J].西北水電，2011(S1):82-86.

[3]程國鋒,丁靜瓊,周瀚.黔中水利樞紐工程平寨水庫混凝土面板堆石壩接縫止水設(shè)計[J].水利科技與經(jīng)濟，2014,20(4):35-37.

[4]姜功華.堆石壩面板混凝土澆筑施工技術(shù)研究[J].黑龍江水利科技，2014,42(5):87-89.

[5]王思德.積石峽面板壩混凝土面板防裂措施[J].陜西水利，2014,10(5):88-90.

[6]金永才,楊杰,李曉玲.高寒高海拔地區(qū)堆石壩混凝土面板澆筑質(zhì)量控制[J].西北水電，2015,17(1):61-64.

Discussion on concrete pouring time of concrete face rockfill dam of Pingzhai Reservoir

OU Bo,CHEN Jun,LUO Daiming

(ResearchInstituteofWaterResourcesandHydropowerofGuizhouProvince,Guiyang550002,China)

Abstract：As a kind of common dam type in hydraulic and hydroelectric engineerings at present, the technique and technology of concrete face rockfill dam has been greatly developed and successfully used in various forms of valleys.But there are also varying degrees of leakage problems in many dams because of the damage of the panel or the water seal. It is mainly caused by the excessive deformation of the rockfill body. The deformation of the rockfill dam is affected by the terrain geological condition, the filling materials, gradation, compaction technology and construction treatment measures. Once large inhomogeneous deformation occurs during the period of construction or operation which will directly lead to the deformation, crack and damage of the concrete panel attaching to the upstream rockfill body.So it is worth paying attention to and studying when to pour the concrete panel after the dam body has been filled. Besides taking the effective measures to control the deformation in the construction period of Pingzhai Reservoir dam the first-phase hydro-junction construction of Qianzhong , the analysis of the deformation rules and state of the dam has been carried out through monitoring the deformation of the dam during the construction period before pouring the concrete panel.According to the natural conditions of the dam, set aside enough time for settlement, and basically reached the deformation convergence state. So the concrete pouring of the panel avoided the peak of the dam's deformation which ensured the safe and stable operation of the dam.

Key words：concrete face rockfill dam; concrete panel; pouring time; deformation convergence

基金項目：貴州省重大科技專項計劃項目(20126013-2)

作者簡介：歐波(1978-)，男，侗族，高級工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計工作。

中圖分類號：TV64

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0009-06