碾壓混凝土大壩設(shè)計與運行要點分析

□婁吉寧（安順市水利局）

0 引言

隨著時代的發(fā)展進步，大壩設(shè)計技術(shù)和觀念都發(fā)生了很大的變化，碾壓混凝土大壩設(shè)計是大壩設(shè)計的一種特殊情況，設(shè)計本身比較復(fù)雜，涉及的范圍也比較廣泛，因此，設(shè)計時必須結(jié)合工程的實際情況，并積極引入新的技術(shù)方法，保證大壩設(shè)計質(zhì)量。

1 碾壓混凝土大壩設(shè)計與運行工程概況

本文結(jié)合工程實際情況對碾壓混凝土大壩設(shè)計與運行情況進行分析，某電站位置位于貴州省境內(nèi)，屬于高寒地區(qū)，根據(jù)相關(guān)資料的統(tǒng)計顯示，該地區(qū)每一年的平均降水量大概為2284mm，并且會在每年4月份河流水盛時期，到了冬季，下雨天氣與下雪天氣大約占據(jù)著整個季節(jié)的30%，冬季的平均氣溫在10～15℃之間，溫度最低的時候達(dá)到零下3℃。該水庫年發(fā)電量是1323kW.h。電站裝機為3×1000kW。大壩所在區(qū)域的地質(zhì)條件比較簡單，所在地區(qū)為花崗巖。

2 碾壓混凝土壩設(shè)計

通過設(shè)計前的調(diào)查和觀測，可以確定本工程碾壓混凝土材料性能和可能遇到的難點。工作人員結(jié)合工程實際情況確定大壩使用全斷面碾壓混凝土設(shè)計方法。具體來說，工程的壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計呈現(xiàn)出以下特點：

2.1 全斷面碾壓

總結(jié)過去的經(jīng)驗和實踐，在防滲層施工中使用普通的混凝土?xí)o工程帶來很大的阻礙，具體來說，主要有以下幾點：第一，上游存在的施工縫會給下游施工造成很大影響，導(dǎo)致下游施工無法正常施工;第二，如果使用兩種混凝土，在交界處很容易出現(xiàn)裂縫，主要是由于兩種混凝土材質(zhì)無法很好地融合。因此，設(shè)計人員決定采用全斷面碾壓。確定了設(shè)計方案后，工作人員需要找到可以使用普通混凝土的部位。為了縮短工期，減少工程量，工作人員在擋水壩下游壩面等位置使用了混凝土構(gòu)件，方便后期施工。

2.2 壩體內(nèi)部混凝土的標(biāo)號分區(qū)

壩體內(nèi)部混凝土可以分為兩個區(qū)，具體來說，壩體的上游采用的是二級配碾壓混凝土，其設(shè)計強度為R180200，抗?jié)B標(biāo)號是S6。壩身采用的是三種連續(xù)級配的石子直接拌制的碾壓混凝土，其設(shè)計強度是R180100，抗?jié)B標(biāo)號是S2。二種連續(xù)級配的石子直接拌制的碾壓混凝土與三種連續(xù)級配的石子直接拌制的碾壓混凝土的齡期均確定為180d，最大限度地利用混凝土的后期強度，進而大大地節(jié)省水泥的用量，同時還能夠有效減少與水化合時所產(chǎn)生的熱量。在基礎(chǔ)墊層所采用都是混凝土拌和物坍落度為10～100mm 的混凝土。厚度確定為1.50m，該混凝土的設(shè)計強度標(biāo)號是R90150，壩身與壩基排水的縱向通道的四周也都統(tǒng)一采用這種混凝土，設(shè)計強度與抗?jié)B標(biāo)號分別為R90150、S6。

2.3 富膠凝材料碾壓混凝土防滲

壩體上游壩面是一項復(fù)雜的工程，對材料的要求較高，一般可以采用二級配富膠凝材料，同時要保證混凝土材料的抗?jié)B性能，保證防滲效果，提高工程質(zhì)量。

2.4 寬橫縫間距

寬橫縫間距的確定比較困難，需要考慮的因素有以下幾點：混凝土水泥比例、混凝土攪拌附近的溫度以及變化情況。碾壓混凝土制作比較復(fù)雜，專業(yè)性較強，因此，一般采用機械加工的方法，這樣才能夠保證制作質(zhì)量符合工程要求。壩基是碾壓混凝土大壩設(shè)計中的重點，也是難點之一，本工程壩基比較堅硬，因此，地質(zhì)相對穩(wěn)定，工作人員采用了較寬的橫縫間距。

2.5 壩基抽排降壓措施

壩基抽排降壓是碾壓混凝土大壩設(shè)計中的重要組成部分，需要注意的問題有很多，攔河壩在工作時應(yīng)該首先弄清下游尾水的深度，以保證壩體的穩(wěn)定性。通過對工程壩基附近情況的調(diào)查，工作人員決定采取壩基抽排降壓的方法提高壩基處理質(zhì)量。

3 碾壓混凝土大壩壩基處理

3.1 壩基開挖和固結(jié)灌漿

壩基開挖和固結(jié)灌漿是碾壓混凝土大壩壩基處理的重要組成部分，碾壓混凝土是不分縱橫也不分壩段的薄層連續(xù)澆筑，在實際的施工階段，壩塊的高長比非常大。需要注意的是，壩體混凝土彈模以及基巖彈模的比值在很大程度上影響著基礎(chǔ)對壩體的約束力，正常情況下，如果壩體混凝土彈模和基巖彈模比較大，則約束力反而越小。然而，相對來說，提高混凝土的彈模會十分有限。所以，對于基巖來說，最為關(guān)鍵的就是要確保達(dá)到壩基應(yīng)力的基本要求，對于彈模值則沒有太高的要求。綜合上文的論述，壩基需要將表層2～3m 的強風(fēng)化層挖除，此外，對大壩整體的穩(wěn)定性以及抗滑性造成影響的第二巖組同樣需要挖除。之所以對壩基進行固結(jié)灌漿處理，是為了能夠促進基巖的均勻性以及完整性的不斷提高。

3.2 壩基防滲與排水

本區(qū)域的基巖相對而言條件比較好，滲流基本上不會對基巖造成影響。所以，為了使得揚壓力盡可能降低，壩基通過利用封閉式抽排水設(shè)施。無論是對于壩基的上游還是下游都需要進行防滲帷幕與排水孔的設(shè)置。需要注意的是，壩基的滲透效果都是比較弱，上游防滲帷幕幕體需要伸入基巖50m，而下游的防滲帷幕所伸入的長度相對低一些，通常情況下，要求伸入基巖30m。上游的排水孔深設(shè)置為30m，而下游的排水孔深設(shè)置為20m。為了能夠保證壩基揚壓力控制在規(guī)范的范圍以內(nèi)，必須要定時的進行抽排，并進行專門的備用電源以及報警系統(tǒng)的設(shè)置。

4 碾壓混凝土大壩運行要點

4.1 碾壓混凝土堵漏灌漿

大壩在正常蓄水以后，經(jīng)過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，在364～367m高程之間的滲漏現(xiàn)象十分嚴(yán)重，特別是在這個高程范圍之內(nèi)的廊道兩頭位置，已經(jīng)呈現(xiàn)出了非常明顯的噴射狀的滲漏，在水庫內(nèi)部的水資源為渾濁狀態(tài)的時候，所滲透處理的水反而是清澈的。因此，相關(guān)人員專門展開了研究，通過調(diào)閱相關(guān)資料與施工記錄，最終所得出的結(jié)論是：這種滲漏出現(xiàn)的主要原因是由于碾壓混凝土層間結(jié)合不緊密而導(dǎo)致的。因此，所采取的補救措施是在二級配區(qū)利用100 型鉆機鉆出一個孔洞，進而再進行灌漿處理，所鉆孔洞的孔徑是90cm，孔距是3m。灌漿壓力設(shè)置為1.50kg/cm2，本著就近取材的原則，所采用的水泥為水庫所在地的425#普通硅酸鹽水泥。在灌漿的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，壩面上游明顯有漿液流出，但是在廊道的內(nèi)測卻沒有發(fā)生這種現(xiàn)象，在灌漿施工完成之后，漏水現(xiàn)象得到了很大程度地緩解，為了能夠有效地改善大壩的漏水問題，在深孔灌漿以后，還需要再一次地進行灌漿處理，在經(jīng)過了兩次灌漿處理以后，滲漏問題得到有效控制。

4.2 碾壓混凝土強度

對大壩碾壓混凝土進行鉆孔聲波測試與取樣試驗，一共需要鉆兩個空，鉆進孔深為40m，合計進尺81.12m，取碾壓混凝土6 件兩組，常態(tài)混凝土3 件一組，以此組織抗壓試驗。最終試驗結(jié)果顯示，碾壓混凝土的質(zhì)量比較好，已經(jīng)達(dá)到設(shè)計的相關(guān)要求，在大壩右側(cè)的ZK01 號鉆孔，對碾壓混凝土總結(jié)：巖芯采取比較完整，然而巖芯非常容易從層間結(jié)合的位置斷裂開，部分結(jié)合的地方固結(jié)作用較差，在大壩溢流壩段的ZK02 號鉆孔。對碾壓混凝土的表述：從整體角度來看，碾壓混凝土的質(zhì)量比較好，巖芯也非常完整，然而巖芯非常容易從層間結(jié)合的位置出現(xiàn)斷裂，部分地段比較差。另外，在局部地方，還發(fā)現(xiàn)存在著蜂窩狀的孔洞，這些孔洞的大小基本上都在1～4mm。通過取樣試驗可以得出一個結(jié)論：碾壓混凝土的強度平均值盡管遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常態(tài)混凝土，然而其在各個部位依然存在著較大的差異。

5 結(jié)語

碾壓混凝土大壩設(shè)計包含多個方面的內(nèi)容，要保證設(shè)計質(zhì)量必須在國家規(guī)范的基礎(chǔ)上結(jié)合工程實際開展設(shè)計工作，只有這樣才能夠保證大壩能夠正常運行。

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