某高拱壩補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)與施工

文／廖聰梅 徐 耀 王黎陽

一、工程概況

我國某高拱壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程653m，壩底高程555m，最大壩高95m，壩頂寬度5m，拱冠梁底寬22m，壩頂中心線弧長299.56m。大壩共設(shè)置了4條橫縫，采用通縫布置，分縫間距約60m。2013年3月大壩開始碾壓施工，2015年5月澆筑完成。在大壩澆筑過程中及澆筑完成后，檢查發(fā)現(xiàn)在不同高程處大壩混凝土存在封拱溫度未達(dá)到設(shè)計(jì)封拱溫度、抗壓強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等質(zhì)量問題。針對(duì)上述問題，有關(guān)專題研究結(jié)果表明，由于封拱溫度提高，溫度應(yīng)力較大，局部區(qū)域混凝土強(qiáng)度降低，特別是兩岸壩肩部位局部應(yīng)力超標(biāo)，壩體應(yīng)力不滿足規(guī)范要求，因此大壩需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

二、補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)方案

補(bǔ)強(qiáng)加固設(shè)計(jì)方案為在大壩下游面左右岸自底部高程向上一定范圍內(nèi)修建補(bǔ)強(qiáng)體，見圖1與圖2。下游河床部位貼角到高程568m，頂寬1.2m，按1∶1順坡向基礎(chǔ)延伸。兩岸壩肩貼角到高程612m。補(bǔ)強(qiáng)體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，按原壩體#2、#3橫縫（延伸）位置進(jìn)行分縫。補(bǔ)強(qiáng)體與原壩體接觸面進(jìn)行鑿毛處理并布置插筋（Φ25mm@1.0 m×1.0m），插筋長2.25m，錨入原壩體1.2m。補(bǔ)強(qiáng)體混凝土冷卻至穩(wěn)定溫度后，視接觸面張開情況，通過打孔的方法進(jìn)行接觸灌漿，鉆孔間距為2m×2m?？紤]到補(bǔ)強(qiáng)體基礎(chǔ)圍巖受卸荷和溶蝕影響，以Ⅳ類巖體為主，除固結(jié)灌漿（3m×3m，孔深5～8m）外，補(bǔ)強(qiáng)體上設(shè)1500kN預(yù)應(yīng)力錨索，間距約5m，以保證補(bǔ)強(qiáng)體與壩體形成可靠的整體。為滿足接縫灌漿和控制補(bǔ)強(qiáng)體溫度的要求，在補(bǔ)強(qiáng)體內(nèi)布設(shè)了蛇形冷卻水管，距混凝土表面0.75～1.5m，并埋設(shè)溫度計(jì)。

三、補(bǔ)強(qiáng)加固施工

2015年10月開始補(bǔ)強(qiáng)體基礎(chǔ)清挖，同時(shí)對(duì)局部地質(zhì)缺陷進(jìn)行加固處理，至11月補(bǔ)強(qiáng)體基礎(chǔ)清挖基本完成。補(bǔ)強(qiáng)體建基面巖體質(zhì)量類別以Ⅳ類為主，巖體質(zhì)量總體滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)建基面局部存在巖溶、溶蝕裂隙及Ⅴ類巖體，采取了清除及掏槽處理，對(duì)溶蝕寬縫和局部破碎及風(fēng)化較深的部位采取布設(shè)Φ25mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)完全覆蓋處理，對(duì)局部巖體較差部位采取了加密固結(jié)灌漿處理措施。

2015年11月開始澆筑補(bǔ)強(qiáng)體混凝土，2016年1月補(bǔ)強(qiáng)體混凝土澆筑完成。補(bǔ)強(qiáng)體混凝土施工時(shí)，兩岸高程590m以上采用溜槽方式入倉；兩岸高程590m以下與河床段采用泵送方式入倉。采用人工平倉、振搗?；炷翝仓瓿?、初凝后采取灑水和長流水方式進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。針對(duì)補(bǔ)強(qiáng)體混凝土施工，采取的溫控措施主要包括：①優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，減少單位混凝土水泥用量；②對(duì)骨料、膠凝材料罐體采取遮陽防曬措施，夜間或清晨低溫時(shí)段倒運(yùn)原材料，盡可能降低原材料溫度；③采用制冷水拌制混凝土，夜間低溫時(shí)段進(jìn)行混凝土澆筑；④在補(bǔ)強(qiáng)體混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管，自混凝土澆筑開始進(jìn)行冷卻通水。在補(bǔ)強(qiáng)體混凝土施工過程中，檢查結(jié)果表明，混凝土抗壓強(qiáng)度以及澆筑溫度均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 大壩補(bǔ)強(qiáng)體示意圖

補(bǔ)強(qiáng)體與原壩體接觸面進(jìn)行鑿毛處理并布置插筋。2015年11月底對(duì)補(bǔ)強(qiáng)體河床段和左右壩肩下部（高程571m以下）插筋的施工質(zhì)量進(jìn)行了無損檢測(cè)，結(jié)果表明，抽檢所有插筋的實(shí)際長度均滿足設(shè)計(jì)要求，但有少數(shù)插筋的注漿飽滿度不滿足設(shè)計(jì)要求。為此，按照規(guī)范要求采取了補(bǔ)打插筋的處理措施，最終滿足設(shè)計(jì)要求。2015年12月底對(duì)補(bǔ)強(qiáng)體左右壩肩上部（高程571～612m）插筋的施工質(zhì)量進(jìn)行了無損檢測(cè)，結(jié)果表明，抽檢所有插筋的實(shí)際長度以及注漿飽滿度均滿足設(shè)計(jì)要求。

補(bǔ)強(qiáng)體上設(shè)1500kN預(yù)應(yīng)力錨索，共25根，每根由10股鋼絞線組成無粘結(jié)錨索。其中左、右岸坡及河床部位分別布置了一個(gè)錨索測(cè)力計(jì)。錨索造孔采用專用錨索鉆機(jī)施工，人工編索、下索，全孔一次加壓注漿。待混凝土齡期、錨索漿液齡期和混凝土溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行張拉。從錨索的造孔、編索、注漿、張拉和72小時(shí)后的應(yīng)力損失情況綜合分析，錨索施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2 大壩補(bǔ)強(qiáng)體平切圖（單位：m）

2015年11月底開始固結(jié)灌漿施工，2015年12月完成河床段的固結(jié)灌漿施工，2016年1月完成兩岸岸坡段的固結(jié)灌漿施工。固結(jié)灌漿按照分序加密原則布孔，采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)造孔，灌漿采用全孔一次灌注法施工，封孔采用全孔灌漿封孔法。固結(jié)灌漿造孔時(shí)，對(duì)孔位控制點(diǎn)、孔深、孔斜等進(jìn)行嚴(yán)格控制。固結(jié)灌漿施工完成后，壓水檢查結(jié)果表明，補(bǔ)強(qiáng)體固結(jié)灌漿質(zhì)量良好，施工質(zhì)量合格。

在補(bǔ)強(qiáng)體混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)齡期且溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行了接縫灌漿施工。對(duì)補(bǔ)強(qiáng)體混凝土進(jìn)行通水降溫后，發(fā)現(xiàn)混凝土接縫張開度幾乎為零；對(duì)預(yù)埋的接縫灌漿管進(jìn)行預(yù)灌性壓水試驗(yàn)時(shí)，縫面基本不進(jìn)水。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)體接縫縫面灌不進(jìn)漿的情況，決定沿補(bǔ)強(qiáng)體鉆一排孔進(jìn)一步驗(yàn)證縫面的張開度且作為灌漿孔再進(jìn)行灌漿。鉆孔完成后進(jìn)行了壓水試驗(yàn)和灌漿施工，壓水試驗(yàn)的注入率為0.2～0.7L/min，表明大壩與補(bǔ)強(qiáng)體混凝土縫面進(jìn)水量均小于1L/min，縫面沒有張開，補(bǔ)強(qiáng)體與原大壩混凝土結(jié)合良好。

綜上所述，補(bǔ)強(qiáng)體開挖處理后的基礎(chǔ)滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土施工質(zhì)量及固結(jié)灌漿滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，施工質(zhì)量合格。預(yù)應(yīng)力錨索及接縫灌漿施工工藝合理，質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，施工質(zhì)量合格。

四、結(jié) 語

為解決該高拱壩混凝土強(qiáng)度降低及封拱溫度超設(shè)計(jì)要求帶來的壩體應(yīng)力超標(biāo)等問題，采取了對(duì)原壩體下游面兩拱肩槽進(jìn)行混凝土貼角回填補(bǔ)強(qiáng)的處理措施，補(bǔ)強(qiáng)體的施工質(zhì)量總體滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。補(bǔ)強(qiáng)加固后，對(duì)大壩的壩體應(yīng)力和安全度進(jìn)行了復(fù)核，結(jié)果表明補(bǔ)強(qiáng)體增大了壩體整體剛度，改善了壩體應(yīng)力分布，雖然壩體上游靠近壩踵部位仍有局部范圍拉應(yīng)力超標(biāo)，但范圍十分有限，壓應(yīng)力滿足規(guī)范要求，大壩安全總體上可以滿足要求。