淺談砌石單曲拱壩改建的技術(shù)要點(diǎn)

方 翔

（三明市水利水電工程有限公司,福建 三明 365000）

1 工程概述

砂坪水庫(kù)位于三明市三元區(qū)陳大鎮(zhèn)砂蕉村砂坪自然村丁后嶺下游,所在河流砂蕉溪為臺(tái)溪一級(jí)支流。水庫(kù)壩址以上控制流域面積為13.6 km2。水庫(kù)正常蓄水位349.3 m,相應(yīng)庫(kù)容9.41萬(wàn)m3。該水庫(kù)始建于1987年8月,1988年2月建成并投入運(yùn)行。目前主要功能是為三元區(qū)小蕉工業(yè)園區(qū)供水廠提供原水水源。

砂坪水庫(kù)大壩改建工程是梅列區(qū)小蕉片區(qū)第二供水工程項(xiàng)目杉板坑引調(diào)水工程及砂坪水庫(kù)清淤改造工程中的重要分部工程。工程于2021年10月1日開(kāi)工,2023年3月12日完工,2023年3月15日通過(guò)分部工程驗(yàn)收,結(jié)論合格。

本項(xiàng)目建設(shè)單位為三明市瑞云新區(qū)建設(shè)發(fā)展有限公司,設(shè)計(jì)單位為福建水院科技服務(wù)有限責(zé)任公司。監(jiān)理單位為三明市水利水電工程有限公司,施工單位為廈門安能建設(shè)有限公司,質(zhì)量監(jiān)督單位是三明市三元區(qū)水利工程質(zhì)量技術(shù)站。

2 大壩改建前工程布置

大壩為砌石單曲拱壩,壩頂弧長(zhǎng)40.7 m,頂寬1.2 m,壩頂高程351.3 m,最大壩高10.3 m；壩體上下游面為M10水泥砂漿砌方整塊石,壩腹為C15混凝土砌塊石；溢流堰布置在壩頂中央,堰頂高程349.3 m,溢流壩段弧長(zhǎng)20.0 m；放水管道布置在大壩右側(cè),采用DN400鑄鐵管壩內(nèi)埋管,下游面閘閥控制。

沙坪水庫(kù)上游部分流域,由于多年來(lái)人為活動(dòng)、項(xiàng)目建設(shè)無(wú)序開(kāi)發(fā)、水保設(shè)施遭受破壞,加重了流域內(nèi)水土流失現(xiàn)象,庫(kù)內(nèi)泥沙淤積嚴(yán)重,泥沙淤積擠占了興利庫(kù)容5.88萬(wàn)m3和死庫(kù)容1.5萬(wàn)m3,共計(jì)達(dá)7.38萬(wàn)m3,占總庫(kù)容的78.4%,水庫(kù)淤積嚴(yán)重。此處,大壩壩基滲水、排泥管道堵塞、閘閥銹蝕破損等問(wèn)題,嚴(yán)重影響到大壩正常運(yùn)行,并危及水庫(kù)下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)居民的生活安全。

3 大壩改建的主要內(nèi)容

（1）拆除溢流壩段346.7 m高程以上和非溢流壩段351.3 m高程以上的舊壩體及溢流面、工作橋。

（2）在大壩下游側(cè)采用C15埋石混凝土培厚加高,壩頂寬度由1.2 m擴(kuò)至3.5 m；壩頂高程由351.3 m上升到352.0 m。培厚壩基布設(shè)固結(jié)灌漿孔和帷幕灌漿孔進(jìn)行固結(jié)、帷幕灌漿。

（3）溢流堰頂增設(shè)3扇擋水閘,孔口尺寸3.5 m×3.0 m（寬×高）,排水閘采用螺桿啟閉機(jī)控制。溢洪道總寬15.5 m,采用挑流消能,下游面增設(shè)鋼筋混凝土護(hù)坦。

（4）大壩左、右岸增設(shè)C15埋石混凝土重力墩,平面尺寸3.0 m×3.5 m；左岸增設(shè)DN600生態(tài)流量管；右岸增設(shè)1扇排砂閘,孔口尺寸2.3 m×2.2 m（寬×高）,螺桿啟閉機(jī)控制閘門。

（5）壩頂恢復(fù)工作橋,增設(shè)二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)啟閉房。

4 拱壩培厚、加高改建應(yīng)掌握的技術(shù)要點(diǎn)

4.1 舊壩體拆除不得影響及破壞大壩壩體的整體性

壩體拆除部分包括大壩鋼筋混凝土、塊石漿砌體,并拆除大壩左下側(cè)埋置的生態(tài)流量管,并擴(kuò)寬大壩右下側(cè)沖砂閘孔,其尺寸為3.0 m×3.0 m的方孔,拆除總量約100.0 m3。在拆除過(guò)程中為了不影響和破壞壩體的整體性。動(dòng)工拆除前應(yīng)根據(jù)大壩體型單薄、拱壩受力特征,制定安全合理的施工方案,采取人工拆除為主,用小型電、風(fēng)鎬等拆除工具,從上游面往下游面水平逐層破拆的施工方案,較好地完成了破拆,達(dá)到了不破壞未拆除壩體整體性的設(shè)計(jì)要求,為大壩補(bǔ)強(qiáng)改建作好準(zhǔn)備。

4.2 大壩培厚段基礎(chǔ)處理,不得擾動(dòng)原拱壩壩體基礎(chǔ)

按照設(shè)計(jì)要求,大壩培厚段基礎(chǔ)開(kāi)挖底高程與原壩體基礎(chǔ)底高程持平,基底地質(zhì)為弱風(fēng)化變質(zhì)石英砂巖,基礎(chǔ)處理包括基礎(chǔ)土、石方開(kāi)挖,局部破碎帶挖除并用C15混凝土回填,C15混凝土墊層,固結(jié)灌漿和帷幕灌漿。

大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖采用先岸坡后河床,左、右岸對(duì)稱,自上而下的施工方法,并遵循大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖施工的有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求,采用200 反鏟挖掘機(jī)開(kāi)挖基礎(chǔ),基底按設(shè)計(jì)高程預(yù)留0.2 m～0.3 m厚的保護(hù)層,保護(hù)層應(yīng)采用人工方式挖除,以避免造成基礎(chǔ)面破損?；A(chǔ)開(kāi)挖達(dá)到設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行驗(yàn)收合格后,方可采用C15混凝土進(jìn)行墊層封閉。

壩基灌漿包括固結(jié)和帷幕灌漿。固結(jié)灌漿采用1臺(tái)100型潛孔鉆成孔,孔徑91 mm,鉆頭采用合金鋼鉆頭,漿液采用LJ-1.0型立式150 L雙桶攪漿機(jī)攪拌,灌漿則采用1臺(tái)ZMB-6型雙缸雙液活塞式注漿泵進(jìn)行循環(huán)灌漿。在灌漿前,先將灌漿孔按排序逐孔編號(hào),遵循排序逐漸加密的原則,同時(shí),漿液水灰比按設(shè)計(jì)規(guī)范要求,從稀到濃依次進(jìn)行。為確保不擾動(dòng)原拱壩壩體基礎(chǔ),固結(jié)灌漿壓力采用0.3 MPa～0.5 MPa,在最大壓力0.5 MPa,吸漿量小于1 L/min時(shí)繼續(xù)30 min即結(jié)束灌漿,并采用導(dǎo)管注漿法封孔。

帷幕灌漿在固結(jié)灌漿完成后進(jìn)行,孔距2.0 m,在溢流壩段單排防滲帷幕,孔深達(dá)到相對(duì)隔水層以下3.0 m,根據(jù)先導(dǎo)孔確定。灌漿順序和漿液比按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行。

在固結(jié)灌漿和帷幕灌漿施工過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員巡視檢查拱壩上下游面是否溢漿,漏漿和未拆除壩體墊層的變化情況,確保在加壓灌漿時(shí)不擾動(dòng)原壩體基礎(chǔ),通過(guò)灌漿加強(qiáng)大壩基礎(chǔ)整體性和剛度。

大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖后,即進(jìn)行左、右岸重力墩C15埋石混凝土施工,待固結(jié)、帷幕灌漿檢查驗(yàn)收合格后即進(jìn)行壩體C15埋石混凝土培厚施工。

4.3 拱壩培厚施工,必須確保新舊壩體緊密結(jié)合,形成整體

在拱壩培厚施工前,應(yīng)認(rèn)真組織技術(shù)人員,熟悉設(shè)計(jì)方案,與設(shè)計(jì)人員溝通,了解和掌握設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)前置條件；并向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底、明確拱壩培厚新、舊壩體形成整體性的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),在施工過(guò)程中,工作人員采取了新、舊壩體接觸面處理、錨桿連接和接觸灌漿等關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),以確保拱壩培厚新、舊壩體形成整體性的目標(biāo)。同時(shí),還需要進(jìn)行技術(shù)交底,明確以上要點(diǎn),以保證施工的效果。

4.3.1 原舊壩體接觸面處理

對(duì)于培厚部位的舊壩體壩面,先鑿除漿砌塊石體的勾縫水泥砂漿,鑿除深度2 cm,同時(shí)清除壩面的雜質(zhì),然后用高壓水槍沖洗干凈。

4.3.2 水泥砂漿錨桿連接新、舊壩體

采用氣腿式鉆機(jī)按設(shè)計(jì)要求間距1.0 m×1.0 m進(jìn)行鉆孔,孔深0.5 m,錨桿采用Φ22螺紋鋼筋、L=1.5 m,水泥砂漿采用M20,待水泥砂漿凝結(jié)后,進(jìn)行壩體C15埋石混凝土培厚。施工時(shí)注意毛塊石和模板、混凝土入倉(cāng)不得碰觸預(yù)埋的錨桿。

4.3.3 接觸灌漿以加強(qiáng)新舊壩體的結(jié)合

當(dāng)大壩培厚施工至設(shè)計(jì)高程,即溢流壩段346.7 m,非溢流壩段351.7 m后,即可進(jìn)行接觸灌漿。接觸灌漿采用100型潛孔鉆按設(shè)計(jì)要求孔距3.0 m進(jìn)行鉆孔,孔深鉆入基巖面1.0 m,在C15埋石混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%后即可進(jìn)行鉆孔,灌漿漿液比按施工規(guī)范要求進(jìn)行。

在接觸灌漿施工過(guò)程中,注漿時(shí)要檢查壩上游面和培厚段下游面的漿液冒漿情況,發(fā)現(xiàn)冒漿時(shí)應(yīng)采用棉花堵塞,灌漿壓力必須達(dá)到0.3 MPa和新舊壩體接觸縫漿液的飽和度,加強(qiáng)新舊壩體的緊密結(jié)合,形成整體。

4.4 應(yīng)控制溢流壩表面施工的技術(shù)要點(diǎn)

當(dāng)壩體培厚形成整體后,進(jìn)行溢流壩面施工。溢流壩面采用C30 鋼筋混凝土澆筑。為防止溢流壩面與培厚壩面形成水平面通縫產(chǎn)生滲漏,經(jīng)設(shè)計(jì)方同意,在溢流壩面鋼筋安裝前,采用Φ22 L=1.5 m錨桿垂直壩面進(jìn)行布設(shè),間距2.0 m×2.0 m,深入培厚壩體1.0 m,在C30 混凝土澆筑前,采用M10水泥砂漿作為膠結(jié)層,形成整體,并確保不會(huì)發(fā)生水平通縫而引起滲漏。目前水庫(kù)下閘蓄水后,經(jīng)檢查,此法適用可行。

4.5 庫(kù)內(nèi)清淤應(yīng)確保庫(kù)周山體的穩(wěn)定性

砂坪水庫(kù)歷經(jīng)30多年的運(yùn)行,庫(kù)內(nèi)淤積量已達(dá)到庫(kù)容的78.4%,嚴(yán)重影響水庫(kù)的正常運(yùn)行,清淤迫在眉睫。水庫(kù)庫(kù)內(nèi)清淤必須注意不要對(duì)庫(kù)周岸坡穩(wěn)定性造成影響。

在庫(kù)內(nèi)清淤時(shí),根據(jù)設(shè)計(jì)的清淤范圍進(jìn)行庫(kù)周放樣測(cè)量,明確具體清淤范圍和岸坡開(kāi)挖坡比；將岸坡底邊定位清淤開(kāi)挖上邊線,為確保岸坡穩(wěn)定,盡量沿原始岸坡,從水庫(kù)末端往大壩逐層開(kāi)挖,確保水庫(kù)周邊山體的安全穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

砂坪水庫(kù)改建工程于2021年10月1日開(kāi)工,2023年3月12日完工驗(yàn)收,并下閘蓄水,未見(jiàn)質(zhì)量缺陷的問(wèn)題。綜上所述,砌石單曲拱壩改造應(yīng)掌握的新、舊壩體接觸面處理、錨桿連接和接觸灌漿三大技術(shù)要點(diǎn)是保證改造施工的質(zhì)量關(guān)鍵,對(duì)砼或砌石拱壩、重力壩的施工改造均可借鑒。社會(huì)在進(jìn)步,水利事業(yè)在發(fā)展,一批大、中型水利工程陸續(xù)開(kāi)工建設(shè),為人民的生活質(zhì)量、農(nóng)田灌溉、工業(yè)發(fā)展起到?jīng)Q定性作用；但地處偏僻山區(qū)的二十世紀(jì)七八十年代建設(shè)的小型水利工程也急需改建、擴(kuò)建,發(fā)揮應(yīng)有的作用。本文闡述的改造施工技術(shù)要點(diǎn)也可為奮斗在水利事業(yè)一線的專業(yè)技術(shù)人員起到拋磚引玉的參考價(jià)值。