混凝土面板堆石壩施工技術探討——以林家塢水電站工程為例

鄭方斌,方昌富

(杭州水電建筑有限公司,浙江 杭州 310016)

1 工程概況

林家塢水電站工程位于浙江省淳安縣浪川溪上,水庫壩址距林家塢村8.6 km,電廠位于林家塢村上游1.1km處,樞紐工程由攔河壩、引水系統(tǒng)及發(fā)電廠房等主要建筑物組成,屬IV等4級工程。其主要任務以發(fā)電為主,兼顧防洪、供水、灌溉等綜合利用,電機裝機2 500 kW,多年平均發(fā)電量為593萬kW·h,總庫容118.4萬m3,屬小 (1)型水庫。

攔河壩為混凝土面板堆石壩,壩頂高程295.5 m,防浪墻頂高程為296.7 m,趾板底高程為255.0 m,最大壩高40.5m,壩頂長為92.91 m,壩頂寬5m。

2 混凝土面板堆石壩施工

2.1 基礎開挖

壩址河谷為左緩右陡的不對稱V型谷,兩壩肩無沖溝切割。壩基全部開挖至裸露基巖;基礎開挖以石方為主,采用手風鉆鉆孔,階梯分層自上而下爆破開挖。設計邊坡面采用預裂爆破。建基面預留1.5 m厚水平保護層,采用ZY-24手風鉆造水平預裂孔和垂直爆破孔,分段淺孔小藥量孔底加15～20 cm柔性墊層一次爆破。

2.2 料場選定

主料場位于壩址下游壩址1.5 km。料場的選定原則上爆破工作面規(guī)劃應與料場道路規(guī)劃結合進行,并應滿足不同施工時段的填筑強度需要;宜選擇運距較短、儲量較大和便于高強度開采的料場,以保證壩體填筑的高峰用量;對于墊層等有特殊級配要求的壩料,必要時可分別設置專用料場;充分利用樞紐建筑物的開挖料。開挖時宜采用控制爆破方法,以獲得滿足設計級配要求的壩料,并做到“計劃開挖、分類堆存”。

2.3 大壩填筑要點

(1)壩料制備。墊層料采用40%人工砂與60%碎石,用裝載機混合均勻。特殊墊層料為粒徑不大于40 mm新鮮灰?guī)r碎石摻配40%人工砂,再摻入5%粉煤灰混合均勻。質(zhì)量良好的溢洪道開挖灰?guī)r料也作為主堆石、次堆石壩料上壩,經(jīng)現(xiàn)場篩分試驗,壩體各種填筑石料的級配均在理想級配包絡線及謝臘德級配范圍以內(nèi)。

(2)填筑方式。壩基開挖完畢后,鑒于基巖凹凸不平,用墊層料、過渡料找平碾壓密實后才進行大壩填筑。墊層料、過渡料用后退法卸料,主堆石、次堆石采用進占法卸料,推土機平料。推土機平料時沿平行于壩軸線方向進退,以避免各區(qū)填筑料相混。碾壓前應灑水,振動碾平行壩軸線方向進行碾壓,采用進退錯距法,每次錯距20～30 cm。鋪料時允許墊層料超壓過渡料、過渡料超壓主堆石料、主堆石料超壓次堆石料,不允許次堆石料超壓主堆石料、主堆石料超壓過渡料,過渡料超壓墊層料。填筑過程中還要對上游坡面進行碾壓與防護。

大壩填筑分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆區(qū)和次堆區(qū),填筑前先進行碾壓試驗,確定了碾壓遍數(shù)及填筑厚度等參數(shù)的情況下,于2005年10月27日開始填筑,2006年12月13日完工。在填筑過程進行挖坑檢驗,檢測壩體填筑是否滿足設計要求,其中墊層區(qū)共進行11次試驗,過渡區(qū)共進行7次試驗,主堆區(qū)共進行9次試驗,次堆區(qū)共進行6次試驗。碾壓機械為18 t振動碾碾壓機,碾壓速度為2.3 km/h。墊層區(qū)鋪料厚度20 cm,設計孔隙率為19%,實測最大孔隙率為17.8%,最小孔隙率為16.3%,平均孔隙率為17.1%;過渡區(qū)鋪料厚度40 cm,設計孔隙率為20%,實測最大孔隙率為18.8%,最小孔隙率為18.1%,平均孔隙率為18.5%;主堆區(qū)鋪料厚度80 cm,設計孔隙率為22%,實測最大孔隙率為20.8%,最小孔隙率為18.8%,平均孔隙率為19.8%;次堆區(qū)鋪料厚度80 cm,設計孔隙率為24%,實測最大孔隙率為22.7%,最小孔隙率為21.7%,平均孔隙率為22.1%。

(3)坡面施工。在大壩每上升3.0～3.5 m后用反鏟挖掘機進行修坡,當大壩填筑到一定高度后進行人工大面積修坡,并進行斜坡碾壓。斜坡碾壓是先在壩頂?shù)耐诰驒C上固定2個轉(zhuǎn)向定滑輪,再利用推土機牽引YZ-14斜坡振動碾進行,碾壓時先灑水浸潤坡面靜壓4遍,再采用上行振動、下行不振動碾壓8遍。在距離壩頂2～3 m區(qū)域,由于振動碾碾壓不到,改用挖掘機抓斗拍打密實。斜坡碾壓完成后再澆筑5 cm厚M5砂漿墊層護坡。

2.4 趾板與面板施工要點

2.4.1 趾板混凝土施工

(1)趾板區(qū)域開挖完成后,對經(jīng)過設計認定的斷層、破碎帶的個別地段先按設計要求進行回填處理,在錨筋施工完成后,回填混凝土找平至基巖面。趾板混凝土在大壩填筑前澆筑,澆筑岸坡趾板應自下而上,澆筑面保持水平。先從壩角開始澆筑,再左右岸同進度上升澆筑塊。

(2)趾板混凝土施工程序為:錨筋孔鉆孔→插錨筋→基礎面清理→鋼筋綁扎→立?！顾牧习惭b→混凝土澆筑→養(yǎng)護。

(3)趾板設計寬度分別為4 m和5 m,厚0.4 m,共16塊,全長137 m,混凝土按設計要求標號為C25W8F100施工。趾板布置的錨筋長度要求深入基巖4m,錨筋為Φ 25間距1.5 m,方格網(wǎng)布置。

2.4.2 面板施工要點

(1)面板為鋼筋混凝土共11塊,厚40 cm,C25W8F100。面板混凝土在大壩填筑完成后,并在一定沉降期后澆筑,利用上壩公路及上料道路,采用在壩頂搭設下料平臺和掛設溜槽方式入倉,從中部向兩側隔塊澆筑。面板混凝土施工程序為:基礎面清理→鋼筋綁扎→立模→止水材料安裝→混凝土澆筑→養(yǎng)護。

(2)面板混凝土采用無軌滑模施工工藝。無軌滑模采用分節(jié)制作,共2節(jié),節(jié)與節(jié)之間用螺栓連結,標準節(jié)長6 m、寬110 cm、高50 cm,總重約5 t,由布置在壩頂?shù)?臺5 t慢速卷揚機牽引。為防止滑模傾覆,每臺卷楊機由2塊立方體混凝土預制塊壓住作配重。面板混凝土澆筑時,由拌和站拌制混凝土,用混凝土攪拌車運至壩上,通過溜槽入倉,混凝土坍落度控制在4～5 cm,滑模提升速度為1.5～2 m/h?；Ｌ嵘?工人在滑模后簡易平臺上對已澆混凝土進行抹面,以保證混凝土表面密實、光滑平整。混凝土澆筑完成后,使用毛毯覆蓋,灑水養(yǎng)護。

2.5 趾板和面板的止水質(zhì)量控制

止水是混凝土面板堆石壩的重點之一,止水沒有做好大壩就沒有安全可言,因此趾板和面板的止水質(zhì)量控制是至關重要的。要嚴格控制每一個關節(jié),每一點程序,應從材料開始把關,到施工最后結束。

2.5.1 接縫止水材料

混凝土面板堆石壩的結構縫分為周邊縫、面板垂直縫、趾板伸縮縫、面板頂縫和防浪墻伸縮縫等?？p間設2道止水,底部為“W”型紫銅片止水,上部為 “SR”塑性填料,頂部用“SR”混凝土防滲保護蓋片保護封閉。本次施工止水銅片選用合格廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品,為專業(yè)生產(chǎn)廠家,質(zhì)量有保證,滿足設計要求。

2.5.2 接縫止水施工

(1)趾板與面板間止水施工。縫底從下往上設M5水泥砂漿墊層、250 mm×6 mm型PVC墊片。F型止水銅片鼻子內(nèi)夾φ 12氯丁橡膠棒,鼻子內(nèi)填充泡沫塑料填料。縫內(nèi)嵌厚12 mm的浸瀝青杉木板,縫頂預留 “V”形槽,“V”形槽寬80 mm,高100 mm,槽內(nèi)“SR”塑性填料,頂部用500 mm×7 mm型“SR”混凝土防滲保護蓋片作防滲保護封閉,SR”混凝土防滲保護蓋片成弧形,半徑100 mm。防滲保護蓋片的兩側直接粘貼在趾板和面板上,并每隔80 cm距離用微膨脹螺栓分別固定在趾板和面板上。

(2)面板垂直縫止水施工。面板垂直縫縫內(nèi)設底部W型止水銅片和頂部 “SR” 塑性填料2道止水。縫底從下往上設M10水泥砂漿墊層、500mm×6mm型PVC墊片,W型止水銅片鼻子內(nèi)夾φ 12氯丁橡膠棒,鼻子內(nèi)填充泡沫塑料填料,縫面刷瀝青乳膠,縫頂預留梯形槽,梯形槽底寬為50 mm,頂寬100 mm,高800 mm,槽內(nèi)填 “SR” 塑性填料,頂部用330 mm×7 mm型“SR”混凝土防滲保護蓋片封閉,并每隔80 cm距離用微膨脹螺栓固定在面板上。面板垂直縫縫內(nèi)的W型止水銅片和“SR”塑性填料上下分別與面板頂縫縫內(nèi)W'型止水銅片和“SR”塑性填料及周邊縫縫內(nèi)的F型止水銅片和“SR”塑性填料連接。

2.6 大壩基礎灌漿

大壩基礎灌漿主要為固結灌漿和帷幕灌漿?；A灌漿均須在壩址區(qū)各建筑物爆破作業(yè)結束后進行,并應在水庫蓄水前完成。鉆孔灌漿如有蓋重混凝土(趾板混凝土、導墻混凝土和溢洪道基礎混凝土等)時,則須在混凝土強度達到設計強度28 d后方可進行,灌漿過程中必須加強觀測,防止蓋重被抬動、開裂或漏漿等情況發(fā)生。

大壩灌漿材料采用42.5R級普通硅酸鹽水泥,同一塊混凝土蓋重塊中,先進行下游排固結灌漿,然后再進行上游排固結灌漿,最后作中間排帷幕灌漿。帷幕灌漿必須在固結灌漿結束14 d后進行。帷幕灌漿按三序孔施工,固結灌漿按二序孔灌漿,灌漿采用孔內(nèi)循環(huán)法。帷幕灌漿孔應進行孔傾斜測量,其偏差值應滿足有關規(guī)范規(guī)定的要求。帷幕灌漿先導孔按有關規(guī)范要求布置,然后根據(jù)壓水試驗成果再適當調(diào)整其深度。

2.6.1 固結灌漿

(1)孔位定點放樣、造孔、洗孔、灌漿,灌漿造孔選用手持式風槍鉆孔,鉆孔孔徑為42 mm,鉛錘孔孔位布置為雙排梅花形,鉆孔孔距為第1序6.0 m,第2序為3.0 m,在施工時,分別按Ⅰ、Ⅱ序進行,鉆孔深度按設計要求,一般規(guī)定進入基巖5.0 m左右。

(2)每只孔在灌漿前都需進行孔壁沖洗,沖洗時間和壓力均按技術規(guī)范要求進行。

(3)灌漿壓力和水灰比。根據(jù)設計要求本次固結灌漿壓力為 0.3MPa, 灌漿水灰比按 5∶1、 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.5∶1共5個比級進行逐級加濃,漿液變換標準是根據(jù)技術規(guī)范以及施工大壩基礎地質(zhì)條件在現(xiàn)場及時調(diào)整。

(4)封孔:在每個灌漿孔灌漿結束后,經(jīng)監(jiān)理人員檢查合格后,即可封孔。

(5)質(zhì)量檢查:固結灌漿結束5 d后進行壓水試驗,一般采用0.3MPa,檢查數(shù)量為總孔數(shù)的5%～10%。

2.6.2 帷幕灌漿

根據(jù)施工現(xiàn)場情況,大壩帷幕灌漿采用分散制漿的方法,機組自灌自制,采用袋裝水泥,利用JB-400型臥式高速攪拌機制漿,選擇10 m3/min移動式空壓機,鉆孔采用1SGZ-IA型鉆機造孔,孔徑大于46mm。

首先在指定的地點做帷幕灌漿試驗,取得所需資料后,開展正常帷幕灌漿施工。大壩帷幕灌漿孔沿壩縱軸線方向單排布置,按三序加密帷幕灌漿,自上而下分段進行。設計允許最大透水率5～7 Lu,帷幕孔接觸段0.3 MPa,第一段0.3～0.4 MPa,如果接觸段灌漿總吸漿量≥8 L,則待24 h后方可進行下一工序工作,接觸段段長不大于2 m,灌漿塞塞于巖面以上0.2～0.3m,接觸段以下各段灌漿塞應塞在已灌段段底以上0.5 m處。以下每增加1 m壓力增加0.05 MPa,灌漿達到設計深度后,壓水試驗吸水量小于3 Lu,最后將全孔作1次復灌,復灌壓力取0.5 MPa,而后進行封孔。

灌漿施工程序:埋管—鉆孔—下栓塞、裂隙沖洗、簡易壓水—灌—檢驗封孔

孔口無涌水的孔段,在灌漿結束后,一般可不待凝,如需待凝,其待凝時間應征得監(jiān)理同意:帷幕灌漿漿液的濃度遵循由稀到濃的原則逐級改變。開灌水灰比通過試驗確定,經(jīng)監(jiān)理批準后實施。帷幕灌漿結束14 d后,選擇該部位總孔數(shù)10%的檢查孔,進行單點或五點法壓水試驗,當帷幕灌漿壓力≥1.0 MPa時采用1.0 MPa。帷幕灌漿檢查孔應取巖芯,檢查孔由地質(zhì)人員根據(jù)實際情況選定。灌漿施工中應及時記錄,監(jiān)測灌漿全過程的壓力、注入率、耗灰量等。

3 結 語

林家塢水電站混凝土面板堆石壩自2007年閉閘蓄水以來至今無滲漏現(xiàn)象,大壩運行穩(wěn)定安全。