岔河水庫開敞式溢洪道施工難點探討

彭遠皓

（云南夏洲水利水電勘測設計有限公司，云南 昆明 650000）

1 問題的提出

岔河水庫修建在云南玉溪易門縣浪壩村，與易門縣縣城相距73.5 km，水庫庫容總量5002.6 萬m3，興利庫容達3854.9 萬m3，水庫庫區(qū)需水總量達7271.8 萬m3，水庫可灌溉水量6836.9 萬m3，能有效解決庫區(qū)78.67 hm2灌溉用水以及下游地區(qū)5.443 萬人、8.955 萬頭牲畜的供引水。岔河水庫建筑物主要包括溢洪道、攔河壩、泄洪閘、輸水隧洞等，攔河壩采用壩高79.5 m的砼面板堆石壩，溢洪道軸線長398.47 m，輸水隧洞軸線長488.38 m。水庫為Ⅲ等中型水庫，攔河壩建筑物等級2 級，溢洪道、泄洪閘和輸水隧洞建筑物3 級，其余臨時泄洪建筑物均為5 級。由于岔河水庫溢洪道泄洪槽閘底孔寬度較小、地質(zhì)條件特殊，結(jié)構不穩(wěn)定，泄洪過程中下游泄洪槽過流能力過小，故而拆除水庫側(cè)槽溢洪道入口前段泄洪閘，將水庫現(xiàn)有溢洪道改成開敞式溢洪道。水庫開敞式溢洪道施工面臨地質(zhì)缺陷、大體積混凝土溫控等技術難題。

2 工程地質(zhì)條件

岔河水庫溢流堰位于庫左岸單薄山體埡口的沖溝地帶，坡度平均為51.5°，坡陡彎急，沖溝以下的斜坡坡度在12°～18°。溢流堰出口段長約250 m的階地地形較平穩(wěn)，坡度在2°～5°以內(nèi)，邊坡穩(wěn)定性良好。水庫溢流壩對應著白云巖和部分紅黏土層，巖層裂隙發(fā)育，具有較強的溶蝕性，滲漏較嚴重，順著基巖面的紅黏土分布不利于壩基穩(wěn)定。溢流壩以下100 m 處的沖溝內(nèi)存在寬度10 m～13.5 m、走向SE55°～60°的斷裂破碎帶一條，對溢流壩性能穩(wěn)定及開敞式溢洪道安全運行造成嚴重威脅。

溢洪道壩基位于基巖上，溢洪道開挖高度最大可達38.5 m，上部土質(zhì)邊坡開挖高5m～25.5m，下部巖質(zhì)邊坡開挖高4 m～32.5 m。溢洪道泄槽巖壁邊坡泥巖類軟弱巖層發(fā)育，易軟化、泥化和風化，泄槽開挖施工必將造成臨空面出現(xiàn)，伴隨節(jié)理裂隙切割作用，則泄槽側(cè)坡容易出現(xiàn)坍塌、掉塊和滲漏。岔河水庫開敞式溢洪道進、出口段巖質(zhì)邊坡結(jié)構赤平投影[1]見圖1。根據(jù)投影圖及巖質(zhì)邊坡結(jié)構面的組合條件可以看出，溢洪道軸線和巖層走向相交角度較小，巖層傾角較為緩和，不利于側(cè)壁邊坡穩(wěn)定。

圖1 岔河水庫溢洪道進口段、出口段結(jié)構面赤平投影圖

3 施工難點及應對策略

3.1 不良地質(zhì)條件下的開挖回填處理

岔河水庫泄洪閘位于溢流壩壩址基礎，前期地質(zhì)勘探結(jié)果表明，溢流壩壩基內(nèi)白云巖節(jié)理裂隙發(fā)育，溶蝕性較強，順基巖面局部夾雜紅黏土。為更加準確掌握泄洪閘基礎性地質(zhì)條件，在優(yōu)化設計過程中又在軸線布置4 個孔、上下游各布置2 個鉆孔進行了再次勘探?？碧竭^程中并未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)條件，但是在原泄洪洞基礎開挖兩側(cè)106.7 m～114.2 m 范圍發(fā)現(xiàn)厚0.35 m的貫穿性紅色黏土夾層，夾層以下0.4m 處基巖全部風化，嚴重破碎。原泄洪洞設計臨近上游基面的頂面高程107.5 m，臨近下游齒墻的頂面高程103.7 m，加泥層埋深最深達5.5 m，傾角在7°～10°范圍，抗滑穩(wěn)定性不達標。所以，反復論證的結(jié)果就是開挖原泄洪洞左側(cè)傾角較小處夾泥層及以上的全部巖石，而右側(cè)較大傾角處基于原開挖基礎再向夾泥層上游擴挖4.8 m，巖石挖方量將增加2545 m3，考慮到抗滑穩(wěn)定性要求及投資控制，在擴挖處采用摻加30%埋石的C15 混凝土回填。

3.2 施工期溫控措施

岔河水庫開敞式溢洪道上下游長×寬為23 m×13 m，厚度最大為12 m。溫度控制是施工質(zhì)量控制的關鍵。根據(jù)水庫溢洪道地質(zhì)條件、施工環(huán)節(jié)擬定以下溫控措施。

3.2.1 控制混凝土水化熱溫升

岔河水庫開敞式溢洪道施工通過采用低熱水泥并減少水泥用量控制混凝土水化熱溫升。具體措施是在溢流堰體內(nèi)采用礦渣硅酸鹽32.5 低發(fā)熱量水泥，堰體表面采用C25 普通硅酸鹽32.5 低發(fā)熱水泥[2]。根據(jù)試驗結(jié)果，單位混凝土方中水泥用量每減少10 kg，混凝土溫升將降低1.2℃。此外，岔河水庫溢洪道施工還采用加大骨料粒徑，改善骨料極配等措施達到了控制大體積混凝土水化熱溫升的目的。

3.2.2 控制混凝土澆筑溫度

通過增加骨料堆高，外圍增設漿砌石擋墻，頂部加設陰棚，防止陽光直射等措施控制現(xiàn)場溫度。此外，在材料堆放區(qū)通過噴淋管路進行粗骨料冷水噴淋，水溫控制在5℃，并將骨料區(qū)緊鄰拌合站設置，控制骨料運輸途中溫度的升高。通過拌合水加冰，縮短拌合用水取用到拌和之間的時間間隔，在制冷設備和拌合站水罐之間設置回路等措施，使拌合水和噴淋水的不斷循環(huán)以增強降溫效果。

澆筑時按照薄層分塊跳倉[3]的方法，約束區(qū)內(nèi)分期厚度按1.5 m 設置，約束區(qū)外按2.5 m 設置。對于開敞式溢洪道溢流堰上下游立面等部位，進行流水養(yǎng)護，水平倉面等部位，進行水霧養(yǎng)護，并采取潤濕覆蓋等措施，減少水分散失，控制結(jié)構溫升。

3.3 配合比的確定

岔河水庫開敞式溢洪道壩坡坡度大而陡，在承受高流速水流沖刷的過程中，為避免泄槽底板、挑坎等產(chǎn)生局部性空蝕破壞，必須使用抗裂性與耐久性較好的高性能砼，礦渣微粉、外加劑等成分的配合比與強度指標通過試驗加以確定，T1、T2、T3、T4 四種配合比的試驗結(jié)果和材料技術性能見表1、表2。

表1 礦渣微粉、外加劑的配合比及強度指標試驗結(jié)果

表2 材料技術性能

根據(jù)礦渣微粉、外加劑的配合比及強度指標試驗結(jié)果和材料技術性能，岔河水庫開敞式溢洪道施工應選用T2 配合比，能改善材料品質(zhì)性能，提升和易性，減少結(jié)構物表面蜂窩與麻面，抗裂能力大大增加。此外，由于用礦粉替代了部分水泥用量，還能起到控制和降低混凝土水化熱溫升的作用。工程完工后的運行結(jié)果表明，開敞式溢洪道結(jié)構強度很容易就達到了C45～C50，抗空蝕破壞效果顯著，抗凍能力達D200，抗?jié)B達S12，抗壓強度平均值達46.8 MPa。

4 結(jié)論

綜上所述，岔河水庫采用開敞式溢洪道能有效增大泄洪槽閘底孔寬度，增強結(jié)構穩(wěn)定，泄洪過程中增加下游泄洪槽過流能力，然而，水庫開敞式溢洪道施工過程中面臨著地質(zhì)缺陷、大體積混凝土溫控等技術難題。為此，應當開挖原泄洪洞左側(cè)傾角較小處夾泥層及以上的全部巖石，右側(cè)較大傾角處基于原開挖基礎再向夾泥層上游擴挖，在擴挖處采用摻加30%埋石的C15 混凝土回填；采用加大骨料粒徑，改善骨料極配以控制大體積混凝土水化熱溫升；使用抗裂性與耐久性較好的高性能砼，礦渣微粉、外加劑等改善材料品質(zhì)性能、提升和易性與抗裂能力、減少結(jié)構物表面蜂窩與麻面。