土石壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻及混凝土重力壩段的聯(lián)接技術(shù)

張生琴, 陳學(xué)永, 馮前磊

(中國葛洲壩集團(tuán)建設(shè)工程有限公司，云南 昆明 650217)

1 概述

國內(nèi)外水電站多修建于峽谷開闊地帶，大壩兩岸多為岸坡結(jié)構(gòu)，此類峽谷開闊地帶岸坡部位可依托地形修建混凝土心墻土石壩[1]，一端聯(lián)接混凝土重力壩，另一端聯(lián)接岸坡邊坡。對(duì)于此類混凝土心墻土石壩的施工，可在進(jìn)行岸坡段壩肩砂卵礫石開挖時(shí)，采用逐層剝離的方式保留完整的造孔防滲墻[2]，后續(xù)在造孔防滲墻的基礎(chǔ)上明澆混凝土心墻，在現(xiàn)澆混凝土心墻和造孔防滲墻之間設(shè)置聯(lián)接接頭[3]。同時(shí),在混凝土心墻土石壩與混凝土重力壩之間設(shè)置“凹”型聯(lián)接接頭，可以有效的避免土石壩與重力壩施工質(zhì)量、進(jìn)度等各方面問題。

2 壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻的聯(lián)接

2.1 聯(lián)接方法

1) 首先岸坡段壩肩砂卵礫石進(jìn)行開挖時(shí)，采用逐層剝離的方式，保留完整的造孔防滲墻。造孔防滲墻穿過砂卵礫石層，深入基巖1 m，防滲墻外伸長度超過一定的距離，增大壩體端頭繞滲滲徑。

2) 然后在進(jìn)行原造孔防滲墻上部明澆混凝土心墻，新澆混凝土防滲心墻以原造孔防滲墻為基礎(chǔ)進(jìn)行加高澆筑。心墻底部與造孔防滲墻接觸面設(shè)置成“凹”型包裹狀，即現(xiàn)澆混凝土心墻包裹造孔防滲墻，防滲墻接頭形式詳見圖1所示。為滿足造孔防滲墻與后澆防滲墻的可靠聯(lián)接，需對(duì)造孔澆筑防滲墻聯(lián)接部位進(jìn)行部分鑿除，鑿除原則為造孔防滲墻外觀破碎、有裂紋的端頭部分，鑿除0.5～1 m的范圍，直至出露新鮮的混凝土表面。鑿除墻體施工不得采用大型設(shè)備及爆破拆除，防止對(duì)防滲墻形成破壞，采用人工持風(fēng)鎬或電鎬逐步鑿除。

圖1 防滲墻接頭聯(lián)接布置示意

3) 在造孔防滲墻頂部先澆筑止水帽，埋設(shè)紫銅止水片，后澆筑倒“凹”型的混凝土心墻，反扣入造孔防滲墻，在止水聯(lián)接部位接縫處涂刷5 mm瀝青，形成第1道防滲線。為加強(qiáng)后澆防滲墻施工澆筑層面的防滲，在澆筑層面布置鍍鋅鐵皮止水鍍鋅鐵片止水布置于防滲墻中心線，其兩端與防滲墻接頭部位上游側(cè)銅止水進(jìn)行焊接。對(duì)于間歇期大于28 d的澆筑層，除層面布置鍍鋅鐵片止水外，接縫迎水面需布置柔性止水措施，形成第2道防滲線。即在迎水面新老混凝土的接縫處采用填塞GB柔性填料+GB三復(fù)合橡膠板蓋片封閉+扁鋼+膨脹螺栓固定的柔性止水措施，造孔澆筑防滲墻接頭止水具體布置形式如圖2所示。止水裝置施工過程中需嚴(yán)格控制橡膠棒的安裝質(zhì)量，橡膠棒安裝前用清水或丙酮將安裝基面清理干凈，且清洗前對(duì)基面貼合不實(shí)處采用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨；橡膠棒貼緊止水蓋帽與防滲心墻之間的縫隙并固定牢固，以防止防滲油膏滲入兩者之間的縫隙；在豎向復(fù)合橡膠板蓋片外增設(shè)1層鍍鋅鐵片作為保護(hù)層，在鐵片與橡膠蓋片之間填入細(xì)沙作柔性填充材料，以防止在填筑過程中對(duì)橡膠止水蓋片造成沖擊破壞。

圖2 防滲墻迎水面接頭柔性止水布置示意

4) 止水基座混凝土與原造孔防滲墻之間的基面在表面鑿毛、并進(jìn)行錨筋施工后開始基座混凝土澆筑，待止水基座混凝土達(dá)到80%強(qiáng)度以后，在聯(lián)接部位涂刷5 mm厚瀝青[4]；再進(jìn)行防滲墻的澆筑施工。現(xiàn)澆混凝土心墻設(shè)置成“凹”狀，槽深不小于80 cm，扣過50 cm的止水支座，并與造孔防滲墻搭接不少于30 cm。現(xiàn)澆防滲墻為鋼筋混凝土墻體，混凝土分層澆筑，單層高度不超過3 m。混凝土拌制時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制骨料粒徑，防止骨料過大造成澆筑填充不密實(shí)等問題[5]。澆筑時(shí)混凝土自由傾落高度不得超過1.0 m，混凝土澆筑應(yīng)分段分層連續(xù)進(jìn)行，在鋼筋密集區(qū)振搗時(shí)，不得觸及鋼筋和模板。表面振動(dòng)器的移動(dòng)間距，應(yīng)保證振動(dòng)器的平板覆蓋已振實(shí)部分的邊緣。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)經(jīng)常觀察模板、鋼筋、預(yù)留孔洞、預(yù)埋件和插筋等有無移動(dòng)、變形或堵塞情況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即處理，并應(yīng)在已澆筑的混凝土初凝前休整完好。澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如必須間歇，其間歇時(shí)間應(yīng)盡量縮短，并應(yīng)在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。嚴(yán)禁混凝土1次下料過厚，振搗不實(shí)或漏漿，模板有縫隙使水泥漿流失。

2.2 優(yōu)點(diǎn)

1) 在岸坡段壩肩砂卵礫石開挖時(shí)保留完整的造孔防滲墻，充分的利用了峽谷開闊地區(qū)地形岸坡部位無法開挖出堅(jiān)硬的巖石基礎(chǔ)特點(diǎn)，同時(shí)減除了后續(xù)施工過程中的大量工程量，縮減了項(xiàng)目投資成本。

2) 通過造孔防滲墻與上部明澆防滲心墻間的“凹”型接頭，將后澆倒扣入造孔防滲墻內(nèi)，使得先后施工的兩種結(jié)構(gòu)有效進(jìn)行聯(lián)接，保證了防滲接頭質(zhì)量。同時(shí)通過布置鍍鋅鐵片止水、柔性止水等方式更加確保防滲效果。

3 壩體混凝土心墻與混凝土重力壩段的聯(lián)接

3.1 聯(lián)接方法

1) 混凝土心墻土石壩一端聯(lián)接混凝土重力壩，混凝土重力壩先行施工，在防滲軸線處預(yù)留出“凹”型接頭，接頭處設(shè)置兩道紫銅止水，止水下部接至基巖的止水坑內(nèi)，上部延伸至壩頂[8]。

2) 混凝土防滲墻為鋼筋混凝土墻體，與混凝土重力壩聯(lián)接采用“凸”型接頭，防滲墻插入重力壩內(nèi)1 m，聯(lián)接縫為結(jié)構(gòu)縫，縫寬為5 cm，縫內(nèi)填充嵌縫油膏，形成第1道防滲線。在接頭的上游面5 m范圍內(nèi)，回填防滲土料，形成第2道防滲線?，F(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接接頭布置形式見圖3～4所示。

3) 在接頭的上游面5 m范圍內(nèi)，回填防滲土料，回填的防滲土料要求最大粒徑不大于150 mm，<5 mm粒徑的顆粒含量應(yīng)大于50%，<0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于5%。壓實(shí)后的滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10-5cm/s。防滲土料填筑厚度按30 cm 1層(試驗(yàn)確定參數(shù))進(jìn)行控制，采用小型打夯機(jī)具夯實(shí)。

圖3 現(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接平面布置形式

圖4 現(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接接頭布置形式

4) 在防滲土料回填過程中應(yīng)同步進(jìn)行砂卵礫石填筑施工。為確保兩側(cè)回填對(duì)混凝土心墻產(chǎn)生的側(cè)壓力基本一致，土石壩心墻兩側(cè)土石方填筑應(yīng)該對(duì)稱同步上升[6]，從取料源頭開始，嚴(yán)格控制粒徑大于50 cm的骨料嚴(yán)禁進(jìn)入填筑區(qū)域，土石方填筑應(yīng)嚴(yán)格按照80 cm厚度(試驗(yàn)確定參數(shù))進(jìn)行分層填筑。填筑骨料粒徑按不大于30 cm控制，采用靜碾或小型打夯機(jī)具夯實(shí)，啥卵礫石料填筑區(qū)域嚴(yán)禁震動(dòng)碾壓，以避免對(duì)薄壁混凝土心墻產(chǎn)生影響。填筑接頭區(qū)域應(yīng)形成不陡于1:3的接頭坡比，防止粗骨料集中，及時(shí)清除滾落至坡底的孤石和斜坡面集中的石塊[7]；填筑碾壓時(shí)確保碾壓次數(shù)及土石方含水率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5) 預(yù)留的5 cm寬混凝土結(jié)構(gòu)縫，在縫內(nèi)充填嵌縫油膏[8]，可采用先留縫后充填，或先充填成縫的施工方法。可采取泡沫板填充以及使油膏硬化為固態(tài)模塊兩種方法預(yù)留出混凝土結(jié)構(gòu)縫。

① 泡沫板填充：在混凝土澆筑前，模板安裝完成后利用5 cm厚泡沫板填充嵌縫，待混凝土澆筑完成后，采用鋼釬或鉆桿將填充泡沫板打碎，利用高壓風(fēng)將泡沫吹出縫內(nèi)，然后再進(jìn)行嵌縫油膏的填充。

② 油膏硬化為固態(tài)模塊：使用木板材料制作為長寬高固定的模塊，將油膏倒入模塊使其在低溫狀態(tài)下硬化為固定尺寸的塊狀油膏，取出后放入混凝土結(jié)構(gòu)縫內(nèi)再進(jìn)行混凝土的澆筑。

6) 為解決傳統(tǒng)止水失效導(dǎo)致漏水的問題，在兩道止水間設(shè)置預(yù)留孔，作為防滲堵漏排水及灌漿的預(yù)留通道。

常規(guī)的水工混凝土澆筑，在結(jié)構(gòu)縫上設(shè)置止水帶，形成防滲作用，一旦止水存在質(zhì)量缺陷，發(fā)生滲漏時(shí)難以對(duì)止水進(jìn)行修補(bǔ)或無法對(duì)滲水進(jìn)行集中引排?；炷林亓闻c心墻聯(lián)接部位亦存在此問題，因此，在相鄰壩段止水間進(jìn)行了預(yù)留孔的施工。在兩道止水帶之間的結(jié)構(gòu)縫處設(shè)置圓鋼管，混凝土澆筑初凝后，提升拔出圓鋼管，形成排水孔；排水孔通過預(yù)埋排水管將排水孔與廊道連通。排水孔設(shè)置在兩道止水帶的中間，并橫跨結(jié)構(gòu)縫。隨著止水帶布置，排水孔可以垂直布置到壩頂，也可以水平布置，施工過程中要確保排水孔的連通。排水孔通過排水管引入廊道內(nèi)，不僅可用于集中引排兩道止水帶之間的少量滲水，還可通過滲水量的變化判斷止水設(shè)施的有效性。施工完成后的排水孔作為大壩運(yùn)行期內(nèi)止水設(shè)施有效性的觀測(cè)孔，既可以集中引排因大壩止水質(zhì)量缺陷而引起的滲水，也可以因大壩止水失效而發(fā)生大量滲水時(shí)作為灌漿孔對(duì)兩道止水帶之間進(jìn)行灌漿封堵[9]，從而有效防止大壩止水發(fā)生滲漏。此種大壩止水防滲漏施工方法，實(shí)現(xiàn)了在止水施工時(shí)，因發(fā)生質(zhì)量缺陷，出現(xiàn)滲漏情況，且在大壩蓄水后很難對(duì)止水質(zhì)量缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，對(duì)少量的滲水進(jìn)行集中引排。對(duì)大量的滲水，此排水孔作為灌漿孔對(duì)止水進(jìn)行灌漿修補(bǔ)。該方法施工投入低、操作亦簡(jiǎn)單、質(zhì)量更有保證、施工效率高。

3.2 優(yōu)點(diǎn)

1) 通過“凹”型接頭，重力壩將接頭部位完全包裹于壩體內(nèi)，確保了接頭處的防滲效果。同時(shí)重力壩可以先行施工，較好避免了兩種壩型因結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致的工序交叉問題。

2) 混凝土心墻上下游部位的回填砂卵礫石料及防滲土料利用基礎(chǔ)開挖時(shí)的骨料，在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效減少項(xiàng)目成本。

3) 在兩道止水間設(shè)置預(yù)留孔，可觀測(cè)滲水量的變化情況，判別止水設(shè)施的有效性，當(dāng)滲水量變大，止水設(shè)施失效時(shí)，也可作為灌漿止水的有效通道，解決了傳統(tǒng)止水失效導(dǎo)致止水難以防滲的問題。

4 結(jié)語

混凝土心墻土石壩已成為目前水電項(xiàng)目中廣泛采用的壩型，土石壩的防滲效果是檢驗(yàn)其最終施工質(zhì)量的最重要因素。本文通過對(duì)土石壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻、土石壩與混凝土重力壩段的聯(lián)接方法及各自效果分析，研究一種適用于峽谷開闊地帶水電站項(xiàng)目中混凝土心墻土石壩的施工方法，該施工方法較傳統(tǒng)方法從成本控制、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度方面均取得了較好的效果，可以為類似壩型水電站施工提供參考。