川江水庫碾壓混凝土重力壩施工設(shè)計

梁俊群，鳳 鑫，韋洪楓

(廣西桂林市水利電力勘測設(shè)計研究院，廣西 桂林 541199)

1 工程概況

川江水庫位于漓江上游支流川江上，作為廣西桂林市防洪及漓江補水樞紐工程的一部分，是一座以城市防洪和漓江生態(tài)補水為主，兼顧灌溉、發(fā)電等效益的綜合利用水利樞紐。

川江水庫正常蓄水位為274.00 m，總庫容為9 787萬 m3，為Ⅲ等工程，永久性主要水工建筑物級別為3級，永久性次要水工建筑物級別為4級。永久性主要水工建筑物有攔河大壩、補水發(fā)電隧洞的控制閘閘室及閘前段水工建筑物等，按3級水工建筑物設(shè)計。永久性次要水工建筑物有補水發(fā)電隧洞控制閘后段水工建筑物，按4級水工建筑物設(shè)計。附屬電站規(guī)模很小，裝機容量7.2 MW，為引水式河岸廠房，相對獨立于樞紐建筑之外。附屬電站按5級水工建筑物設(shè)計。

川江水利樞紐由攔河大壩、引水系統(tǒng)、電站廠房和升壓站等建筑物組成。

2 碾壓混凝土重力壩布置

攔河壩位于司門村滑石堰上游約500 m處，正常蓄水位為274.00 m，設(shè)計洪水位為275.00 m，校核洪水位為275.17 m，死水位為230.00 m，總庫容為9 787萬m3。

攔河壩為碾壓混凝土重力壩，由左右岸非溢流壩段和溢流壩段組成。壩頂高程278.00 m，壩頂寬8.0 m，壩頂總長259.0 m，最大壩高83.00 m。

左岸非溢流壩段長104.0 m，橫縫間距25 m，分4個壩塊，左側(cè)端部壩塊長29.0 m，其余各壩塊長均為25 m。右岸非溢流壩段長125.0 m，橫縫間距25 m，分5個壩塊，各壩塊長均為25 m。左、右岸非溢流壩段壩體上游面220.00 m高程以上為鉛直面，220.00 m高程以下壩坡為1∶0.2；壩體下游壩坡坡比為1∶0.80，起坡點高程271.00 m。右岸非溢流壩段0+171 m樁號設(shè)置施工斷流期臨時放水管(放空管)，管徑1.60 m，進口中心高程210.80 m。在廊道下游側(cè)設(shè)蝶閥室，安裝2臺1600D941X—10C型電(手)動蝶閥，上游側(cè)蝶閥平常為全開狀態(tài)，為檢修備用蝶閥；下游側(cè)蝶閥為工作蝶閥。

溢流壩布置在大壩中部靠左岸，溢流壩段長30.00 m，不設(shè)橫縫，僅在上游面設(shè)永久短縫。溢流壩段共布置2 個表孔，在校核洪水時的最大下泄流量為1 970 m3/s。表孔采用開敞式WES型實用堰，堰面曲線定型設(shè)計水頭為12.0 m，堰頂下游堰面曲線為y=0.077 628x1.776；堰頂上游堰頭曲線采用圓弧曲線接坡度1∶1直線。堰頂高程261.00 m，其上設(shè)2孔10.0 m凈寬弧形工作閘門，采用液壓啟閉機啟閉。溢流壩邊墩厚度為3.0 m，中墩厚4.0 m。上游壩坡220.00 m高程以上為鉛直面，220.0 m高程以下坡度為1∶0.2。下游壩面溢流堰曲線以下坡比為1∶0.85。溢流壩泄洪采用挑流消能?？紤]閘門安裝、檢修及交通要求，溢流堰頂設(shè)交通橋，交通橋面寬7.0 m。

壩體內(nèi)設(shè)2 層廊道，底層為基礎(chǔ)灌漿排水廊道，240.00 m 高程設(shè)1層檢查排水廊道。基礎(chǔ)灌漿排水廊道底部最低高程為213.00 m，采用城門洞型，斷面尺寸為3 m×3.5 m(寬×高)，廊道上游邊壁距壩軸線4.5 m。檢查排水廊道為城門洞型，斷面尺寸2.5 m×3 m(寬×高)，兩端與基礎(chǔ)灌漿排水廊道相通。在灌漿排水廊道兩端高程213.00、240.00 m和266.00 m高程處均設(shè)有橫向交通廊道通向下游，廊道尺寸為2.5 m×3 m(寬×高)，城門洞型。在距上游壩面4.5 m處設(shè)壩體排水塑料盲管網(wǎng)，管徑150 mm，豎向間距3.0 m，水平間距6.0 m。

為減少管理人員體力勞動強度，方便工程運行管理，適應(yīng)工程應(yīng)急管理和現(xiàn)代化管理需要，應(yīng)業(yè)主要求，在川江大壩壩體內(nèi)設(shè)置1部運行管理電梯。電梯井設(shè)在左岸4號壩段，電梯井中心樁號為0+091.10 m、壩下0+010.75 m。電梯井頂部高程278.00 m(平壩頂)，底部高程223.50 m，在高程240.00、225.0 m分別設(shè)置交通廊道與檢查廊道、灌漿廊道連接。在高程268.50、259.00、249.50、232.875 m分別設(shè)置安全門與人行樓梯間相通。電梯井尺寸為2.5 m×2.5 m，井內(nèi)設(shè)置1部載重量為1 000 kg的運行管理電梯。電梯井右側(cè)設(shè)置人行樓梯間，人行樓梯間凈寬2.4 m，人行樓梯間底部高程為232.875 m。

大壩橫縫設(shè)兩道1.4 mm厚銅止水，每一側(cè)埋入混凝土內(nèi)的長度為20 cm。銅止水必須與壩基妥善連接，止水片埋入基巖內(nèi)的深度為50 cm。

由于壩趾下游河道不順直，溢流壩段需靠左岸布置，為使泄洪水流順直地排向下游河道，需要對左岸下游岸坡進行開挖整治；下游岸坡開挖高度約55 m，邊坡底部采用厚0.5 m的C30鋼筋混凝土護砌。邊坡上部擬采用錨噴支護，噴C20混凝土，厚100 mm，掛φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距200 mm×200 mm，φ25系統(tǒng)砂漿錨桿，長5.00 m，間距為2.00 m×2.00 m。

3 基礎(chǔ)開挖及處理

河床段及壩高在50 m以上的兩岸壩段壩基置于弱風(fēng)化中部基巖上，壩高小于50 m的兩岸壩段壩基置于弱風(fēng)化中上部基巖上。兩岸岸坡壩段建基面在壩軸線方向開挖成10 m寬度的臺階狀，確保壩體側(cè)向穩(wěn)定。大壩建基面巖石控制縱波波速河床段為Vp≥3 500 m/s，岸坡段為Vp≥3 000 m/s。

巖層為互層狀結(jié)構(gòu)，壩基巖石總體上較完整，但局部地段可能存在節(jié)理較發(fā)育部位，對壩體抗滑穩(wěn)定不利，須進行相應(yīng)的技術(shù)處理，以增強壩基巖體完整性，改善壩基巖體的物理力學(xué)性能。本次設(shè)計對重力壩壩基范圍進行固結(jié)灌漿，以增強巖石的整體性。固結(jié)灌漿孔的孔排距均為3 m，固結(jié)灌漿深度為8 m。河床段(0+122 m～0+194 m)固結(jié)灌漿在高程203 m平臺進行，岸坡壩段固結(jié)灌漿隨壩體升高分段完成，在混凝土蓋重大于3 m情況下施灌。

壩基礎(chǔ)采取帷幕灌漿防滲，防滲帷幕灌漿孔設(shè)1排，伸入相對不透水層(巖石透水率q≤3 Lu)以下5.0 m，孔距為2.0 m。兩岸壩頭在灌漿平洞內(nèi)進行帷幕灌漿，帷幕灌漿延伸至水庫正常蓄水位與5 Lu線相交，形成封閉的防滲體系。根據(jù)地質(zhì)勘探成果，左壩肩防滲帷幕需向山體內(nèi)延伸20 m，右壩肩防滲帷幕需向山體內(nèi)延伸36 m。壩基排水孔布置在基礎(chǔ)灌漿廊道內(nèi)防滲帷幕的下游，排水孔設(shè)1排，孔距為2 m；孔深為帷幕深的0.5倍，且不小于10 m。

4 壩體材料及分區(qū)

4.1 壩體混凝土分區(qū)

根據(jù)規(guī)范及本工程實際情況，大壩壩體混凝土分為以下各區(qū)：

Ⅰ區(qū)：上游壩體外部表面碾壓混凝土。

Ⅱ區(qū)：下游壩體外部表面碾壓混凝土。

Ⅲ區(qū)：基礎(chǔ)墊層混凝土，厚1.0 m。

Ⅳ區(qū)：壩體內(nèi)部碾壓混凝土。

Ⅴ區(qū)：抗沖刷部位的常態(tài)混凝土(溢流堰面、邊墻、閘墩等)。

另外，大壩上下游面、止水埋設(shè)處、廊道周邊和其他孔口周邊以及震動碾碾壓不到的地方為變態(tài)混凝土。

4.2 壩體材料

(1)Ⅰ區(qū)：上游面防滲層

壩體上游面防滲層采用二級配+變態(tài)混凝土防滲結(jié)構(gòu)形式。防滲結(jié)構(gòu)總厚3.0 m，其中迎水面變態(tài)混凝土厚1.0 m。二級配碾壓混凝土強度標(biāo)號為R90200，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F50。防滲層橫縫間距為25 m，縫內(nèi)設(shè)置PVC排水管。變態(tài)混凝土與二級配防滲碾壓混凝土同步澆筑。二級配碾壓混凝土碾壓層面鋪水泥粉煤灰凈漿，冷縫經(jīng)鑿毛沖洗后鋪標(biāo)號為M25、厚度為1～1.5 cm的水泥砂漿，加強碾壓層面及冷縫結(jié)合的可靠性。

(2)Ⅱ區(qū)：下游壩體外部表面碾壓混凝土

下游壩體外部表面混凝土由于震動碾碾壓不到等原因采用1.0 m厚變態(tài)混凝土，三級配碾壓混凝土強度標(biāo)號為R180150，抗凍等級F50。

(3)Ⅲ區(qū)：基礎(chǔ)墊層混凝土

碾壓混凝土壩基礎(chǔ)墊層在河床部位采用常態(tài)混凝土，在岸坡部分采用變態(tài)混凝土，厚度均為1.0 m，混凝土強度標(biāo)號均為R90200，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F50。常態(tài)混凝土采用預(yù)留后澆帶的施工工藝防止開裂。

(4)Ⅳ區(qū)：壩體內(nèi)部碾壓混凝土

壩體內(nèi)部大體積部位采用三級配碾壓混凝土，三級配碾壓混凝土強度標(biāo)號為R180150，抗?jié)B等級W4。施工縫及冷縫的層面鋪1.5～2.0 cm的水泥砂漿，強度標(biāo)號為M20。

(5)Ⅴ區(qū)：抗沖刷部位的常態(tài)混凝土

考慮抗沖耐磨的需要，溢流堰及中孔迎水面表層均設(shè)1層1.5 m厚R90400常態(tài)混凝土防沖耐磨層，抗?jié)B等級W8，抗凍等級F50。Ⅴ區(qū)二級配抗沖磨混凝土須添加聚丙烯纖維。聚丙烯纖維添加量為0.9 kg/m3，其性能為纖度6D、抗拉強度≥450 MPa、彈性模量≥3 500 MPa、斷裂伸長率≥15%；添聚丙烯加纖維后的拌和時間不得少于90 s。

5 混凝土施工工藝

5.1 混凝土后澆帶技術(shù)

碾壓混凝土重力壩在澆筑河床段基礎(chǔ)墊層混凝土?xí)r，由于墊層混凝土分塊較大，在壩縱0+030.0 m處設(shè)計了1條混凝土后澆帶；后澆帶寬1.2 m，采用微膨脹混凝土，強度標(biāo)號為R90250?；炷梁鬂矌У脑O(shè)置，有效控制了混凝土的內(nèi)部溫度應(yīng)力，防止裂縫的生成，使大體積混凝土可以分塊施工，加快了施工進度，縮短了施工工期，提高了基礎(chǔ)墊層混凝土整體性，大大增加了墊層混凝土的抗?jié)B性能。

5.2 外摻氧化鎂(MgO)技術(shù)

碾壓混凝土重力壩在高程220 m以下的基礎(chǔ)強約束區(qū)碾壓混凝土采用外摻氧化鎂(MgO)技術(shù)，補償混凝土溫降收縮，來實現(xiàn)混凝土微膨脹和防止開裂的目的。

5.3 層間縫面處理

(1)在基礎(chǔ)墊層常態(tài)混凝土上施工碾壓混凝土?xí)r，常態(tài)混凝土面需鑿毛且有5～7 d齡期間隔時間；碾壓前應(yīng)在已澆混凝土面上，先鋪1層2.0 cm厚的強度比碾壓混凝土等級高一級的水泥砂漿。

(2)施工縫及冷縫的層面應(yīng)采用人工鑿毛或高壓水槍沖毛等方法清除混凝土表面的浮漿、乳皮及松動骨料，處理合格后，均勻鋪1層2.0 cm厚的強度比碾壓混凝土等級高一級的水泥砂漿。

6 溫控措施

碾壓混凝土重力壩施工控制關(guān)鍵部分在于混凝土澆筑的溫度控制和避免混凝土開裂。本工程溫控關(guān)鍵技術(shù)采用冷卻水管、現(xiàn)場噴霧等措施，保證了工程質(zhì)量和工程進度。

根據(jù)混凝土特性及本地區(qū)水文氣象特征，參考有關(guān)規(guī)范及資料，確定川江水庫大壩基礎(chǔ)允許溫差及壩體設(shè)計允許最高溫度。

合理安排混凝土施工進度和施工程序是防止基礎(chǔ)貫穿裂縫、減少表面裂縫的主要措施之一?；A(chǔ)約束區(qū)混凝土短間歇連續(xù)均勻上升不得出現(xiàn)薄層長間歇；其余部位基本作短間歇均勻上升；基礎(chǔ)約束區(qū)混凝土應(yīng)安排9月—次年3月氣溫較低季節(jié)澆筑。5月—8月高溫季節(jié)(洪水期)不安排大壩混凝土工程施工。

6.1 溫控方案

夏季施工時，在基礎(chǔ)強約束區(qū)和該區(qū)新老混凝土的結(jié)合部位，將混凝土的澆筑溫度控制在22 ℃以下；在壩體的其他部位，將混凝土的澆筑溫度控制在28 ℃以下；其他時間混凝土的澆筑溫度不超過當(dāng)月平均溫度。因此，采取切實可行的方案，分別從降低混凝土出機口溫度和減少運輸途中溫度回升兩方面著手，盡可能控制混凝土的澆筑溫度。

(1)降低混凝土的出機口溫度從3個方面控制

一是在骨料場料堆頂上搭設(shè)涼棚，擋住直射陽光，增加堆料高度，盡量縮短骨料進倉間隔時間等工程措施降低骨料溫度。二是水泥、粉煤灰儲罐降溫。三是拌和用水的降溫。

(2)混凝土運輸過程中的溫控措施從2個方面控制

一是自卸汽車混凝土運輸過程中加蓋保溫被并減少運轉(zhuǎn)次數(shù)。二是運輸車輛防曬、倉面連續(xù)噴霧、及時覆蓋、迅速碾壓等綜合措施，防止熱量倒灌。

(3)混凝土倉內(nèi)溫度控制措施從3個方面控制

一是在混凝土澆筑倉內(nèi)上下游側(cè)模板頂上架設(shè)噴霧管，用水和高壓風(fēng)形成低溫霧氣，改變倉內(nèi)小環(huán)境。二是加快混凝土的入倉覆蓋速度，縮短混凝土暴露時間。三是外界溫度達到25 ℃以上時，每5～8 min噴霧1次，能夠保持倉面濕潤，將倉面溫度保持在19～23 ℃左右，使倉面濕度達到80%以上。

6.2 壩體通水冷卻措施

為了降低混凝土的內(nèi)部最高溫度，并滿足施工進度的要求，在澆筑塊內(nèi)埋設(shè)冷卻水管，進行通水冷卻，以滿足混凝土內(nèi)部的最高溫度控制要求。壩體冷卻水采用河水，冷卻水管由下游面引入，在壩體沿壩軸線方向蛇形布置；為1.0 m(水管層距)×1.0 m(水管間距)，單根長度不大于250 m。通水水溫為河水溫度，通水歷時15～20 d。冷卻水管布置應(yīng)均勻一致，要求水管距上下游壩面、分縫面、壩內(nèi)孔洞周邊距離1.0～1.5 m，特殊部位可根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整。冷卻水管按間距1.0 m鋪設(shè)，最后幾排可根據(jù)實際情況等間距布置，但不宜間距過大，以不大于1 m為宜。

冷卻水管采用HDPE高密聚乙烯塑料冷卻管，管外徑φ32，導(dǎo)熱系數(shù)K≥0.45 W/(m·℃)。壩體冷卻水采用河水，壩體一期采用河水初期通水冷卻時間不少于20 d；水管在壩體混凝土內(nèi)的轉(zhuǎn)彎半徑為0.5 m，單根長度不大于250 m，冷卻水管離混凝土邊緣距離1.0～1.5 m，統(tǒng)一從大壩下游面或廊道引出；嚴禁從壩體迎水面引出，不得跨縫布置。為保證在混凝土澆筑時冷卻水管不移動，使用帶有鐵釘?shù)乃芰峡蹖⒗鋮s水管固定在混凝土層面上；水管在壩體混凝土內(nèi)不允許有接頭，應(yīng)有專人維護。冷卻水管在鋪設(shè)完畢和覆蓋碾壓混凝土后應(yīng)分別進行通水試驗，檢驗其是否通暢，是否存在漏水現(xiàn)象；各層冷卻水管應(yīng)嚴格定位，避免固結(jié)灌漿鉆孔將冷卻水管破壞。冷卻水管使用完后，后期應(yīng)進行灌漿回填，露出混凝土表面的水管接頭應(yīng)割去。用于管路回填灌漿的水泥強度等級不應(yīng)低于P.O42.5，采用0.5∶1的純水泥漿液灌注，灌漿壓力0.3 MPa。

7 結(jié) 語

川江水利樞紐碾壓混凝土重力壩施工設(shè)計有多個特點：一是提出了大壩建基面巖石控制縱波波速，為壩基質(zhì)量檢測提供了標(biāo)準。二是根據(jù)大壩的工作條件、地區(qū)氣候等具體情況進行了大壩混凝土材料及分區(qū)設(shè)計，分別滿足抗?jié)B、抗凍、抗沖耐磨和抗腐蝕等耐久性要求。三是河床段基礎(chǔ)墊層混凝土采用后澆帶技術(shù)，有效控制混凝土的內(nèi)部溫度應(yīng)力，防止裂縫的生成，加快了施工進度，縮短了施工工期，提高了基礎(chǔ)墊層混凝土整體性，大大增加了墊層混凝土的抗?jié)B性能。四是基礎(chǔ)強約束區(qū)碾壓混凝土采用外摻氧化鎂(MgO)技術(shù)，補償混凝土溫降收縮，來實現(xiàn)混凝土微膨脹和防止開裂的目的。五是溫控技術(shù)采用冷卻水管、現(xiàn)場噴霧等措施，保證了工程質(zhì)量和工程進度。