混凝土面板堆石坝施工技术探讨——以林家坞水电站工程为例

郑方斌,方昌富

(杭州水电建筑有限公司,浙江 杭州 310016)

1 工程概况

林家坞水电站工程位于浙江省淳安县浪川溪上,水库坝址距林家坞村8.6 km,电厂位于林家坞村上游1.1km处,枢纽工程由拦河坝、引水系统及发电厂房等主要建筑物组成,属IV等4级工程。其主要任务以发电为主,兼顾防洪、供水、灌溉等综合利用,电机装机2 500 kW,多年平均发电量为593万kW·h,总库容118.4万m3,属小 (1)型水库。

拦河坝为混凝土面板堆石坝,坝顶高程295.5 m,防浪墙顶高程为296.7 m,趾板底高程为255.0 m,最大坝高40.5m,坝顶长为92.91 m,坝顶宽5m。

2 混凝土面板堆石坝施工

2.1 基础开挖

坝址河谷为左缓右陡的不对称V型谷,两坝肩无冲沟切割。坝基全部开挖至裸露基岩;基础开挖以石方为主,采用手风钻钻孔,阶梯分层自上而下爆破开挖。设计边坡面采用预裂爆破。建基面预留1.5 m厚水平保护层,采用ZY-24手风钻造水平预裂孔和垂直爆破孔,分段浅孔小药量孔底加15～20 cm柔性垫层一次爆破。

2.2 料场选定

主料场位于坝址下游坝址1.5 km。料场的选定原则上爆破工作面规划应与料场道路规划结合进行,并应满足不同施工时段的填筑强度需要;宜选择运距较短、储量较大和便于高强度开采的料场,以保证坝体填筑的高峰用量;对于垫层等有特殊级配要求的坝料,必要时可分别设置专用料场;充分利用枢纽建筑物的开挖料。开挖时宜采用控制爆破方法,以获得满足设计级配要求的坝料,并做到“计划开挖、分类堆存”。

2.3 大坝填筑要点

(1)坝料制备。垫层料采用40%人工砂与60%碎石,用装载机混合均匀。特殊垫层料为粒径不大于40 mm新鲜灰岩碎石掺配40%人工砂,再掺入5%粉煤灰混合均匀。质量良好的溢洪道开挖灰岩料也作为主堆石、次堆石坝料上坝,经现场筛分试验,坝体各种填筑石料的级配均在理想级配包络线及谢腊德级配范围以内。

(2)填筑方式。坝基开挖完毕后,鉴于基岩凹凸不平,用垫层料、过渡料找平碾压密实后才进行大坝填筑。垫层料、过渡料用后退法卸料,主堆石、次堆石采用进占法卸料,推土机平料。推土机平料时沿平行于坝轴线方向进退,以避免各区填筑料相混。碾压前应洒水,振动碾平行坝轴线方向进行碾压,采用进退错距法,每次错距20～30 cm。铺料时允许垫层料超压过渡料、过渡料超压主堆石料、主堆石料超压次堆石料,不允许次堆石料超压主堆石料、主堆石料超压过渡料,过渡料超压垫层料。填筑过程中还要对上游坡面进行碾压与防护。

大坝填筑分为垫层区、过渡区、主堆区和次堆区,填筑前先进行碾压试验,确定了碾压遍数及填筑厚度等参数的情况下,于2005年10月27日开始填筑,2006年12月13日完工。在填筑过程进行挖坑检验,检测坝体填筑是否满足设计要求,其中垫层区共进行11次试验,过渡区共进行7次试验,主堆区共进行9次试验,次堆区共进行6次试验。碾压机械为18 t振动碾碾压机,碾压速度为2.3 km/h。垫层区铺料厚度20 cm,设计孔隙率为19%,实测最大孔隙率为17.8%,最小孔隙率为16.3%,平均孔隙率为17.1%;过渡区铺料厚度40 cm,设计孔隙率为20%,实测最大孔隙率为18.8%,最小孔隙率为18.1%,平均孔隙率为18.5%;主堆区铺料厚度80 cm,设计孔隙率为22%,实测最大孔隙率为20.8%,最小孔隙率为18.8%,平均孔隙率为19.8%;次堆区铺料厚度80 cm,设计孔隙率为24%,实测最大孔隙率为22.7%,最小孔隙率为21.7%,平均孔隙率为22.1%。

(3)坡面施工。在大坝每上升3.0～3.5 m后用反铲挖掘机进行修坡,当大坝填筑到一定高度后进行人工大面积修坡,并进行斜坡碾压。斜坡碾压是先在坝顶的挖掘机上固定2个转向定滑轮,再利用推土机牵引YZ-14斜坡振动碾进行,碾压时先洒水浸润坡面静压4遍,再采用上行振动、下行不振动碾压8遍。在距离坝顶2～3 m区域,由于振动碾碾压不到,改用挖掘机抓斗拍打密实。斜坡碾压完成后再浇筑5 cm厚M5砂浆垫层护坡。

2.4 趾板与面板施工要点

2.4.1 趾板混凝土施工

(1)趾板区域开挖完成后,对经过设计认定的断层、破碎带的个别地段先按设计要求进行回填处理,在锚筋施工完成后,回填混凝土找平至基岩面。趾板混凝土在大坝填筑前浇筑,浇筑岸坡趾板应自下而上,浇筑面保持水平。先从坝角开始浇筑,再左右岸同进度上升浇筑块。

(2)趾板混凝土施工程序为:锚筋孔钻孔→插锚筋→基础面清理→钢筋绑扎→立模→止水材料安装→混凝土浇筑→养护。

(3)趾板设计宽度分别为4 m和5 m,厚0.4 m,共16块,全长137 m,混凝土按设计要求标号为C25W8F100施工。趾板布置的锚筋长度要求深入基岩4m,锚筋为Φ 25间距1.5 m,方格网布置。

2.4.2 面板施工要点

(1)面板为钢筋混凝土共11块,厚40 cm,C25W8F100。面板混凝土在大坝填筑完成后,并在一定沉降期后浇筑,利用上坝公路及上料道路,采用在坝顶搭设下料平台和挂设溜槽方式入仓,从中部向两侧隔块浇筑。面板混凝土施工程序为:基础面清理→钢筋绑扎→立模→止水材料安装→混凝土浇筑→养护。

(2)面板混凝土采用无轨滑模施工工艺。无轨滑模采用分节制作,共2节,节与节之间用螺栓连结,标准节长6 m、宽110 cm、高50 cm,总重约5 t,由布置在坝顶的2台5 t慢速卷扬机牵引。为防止滑模倾覆,每台卷杨机由2块立方体混凝土预制块压住作配重。面板混凝土浇筑时,由拌和站拌制混凝土,用混凝土搅拌车运至坝上,通过溜槽入仓,混凝土坍落度控制在4～5 cm,滑模提升速度为1.5～2 m/h。滑模提升后,工人在滑模后简易平台上对已浇混凝土进行抹面,以保证混凝土表面密实、光滑平整。混凝土浇筑完成后,使用毛毯覆盖,洒水养护。

2.5 趾板和面板的止水质量控制

止水是混凝土面板堆石坝的重点之一,止水没有做好大坝就没有安全可言,因此趾板和面板的止水质量控制是至关重要的。要严格控制每一个关节,每一点程序,应从材料开始把关,到施工最后结束。

2.5.1 接缝止水材料

混凝土面板堆石坝的结构缝分为周边缝、面板垂直缝、趾板伸缩缝、面板顶缝和防浪墙伸缩缝等。缝间设2道止水,底部为“W”型紫铜片止水,上部为 “SR”塑性填料,顶部用“SR”混凝土防渗保护盖片保护封闭。本次施工止水铜片选用合格厂家生产的产品,为专业生产厂家,质量有保证,满足设计要求。

2.5.2 接缝止水施工

(1)趾板与面板间止水施工。缝底从下往上设M5水泥砂浆垫层、250 mm×6 mm型PVC垫片。F型止水铜片鼻子内夹φ 12氯丁橡胶棒,鼻子内填充泡沫塑料填料。缝内嵌厚12 mm的浸沥青杉木板,缝顶预留 “V”形槽,“V”形槽宽80 mm,高100 mm,槽内“SR”塑性填料,顶部用500 mm×7 mm型“SR”混凝土防渗保护盖片作防渗保护封闭,SR”混凝土防渗保护盖片成弧形,半径100 mm。防渗保护盖片的两侧直接粘贴在趾板和面板上,并每隔80 cm距离用微膨胀螺栓分别固定在趾板和面板上。

(2)面板垂直缝止水施工。面板垂直缝缝内设底部W型止水铜片和顶部 “SR” 塑性填料2道止水。缝底从下往上设M10水泥砂浆垫层、500mm×6mm型PVC垫片,W型止水铜片鼻子内夹φ 12氯丁橡胶棒,鼻子内填充泡沫塑料填料,缝面刷沥青乳胶,缝顶预留梯形槽,梯形槽底宽为50 mm,顶宽100 mm,高800 mm,槽内填 “SR” 塑性填料,顶部用330 mm×7 mm型“SR”混凝土防渗保护盖片封闭,并每隔80 cm距离用微膨胀螺栓固定在面板上。面板垂直缝缝内的W型止水铜片和“SR”塑性填料上下分别与面板顶缝缝内W'型止水铜片和“SR”塑性填料及周边缝缝内的F型止水铜片和“SR”塑性填料连接。

2.6 大坝基础灌浆

大坝基础灌浆主要为固结灌浆和帷幕灌浆。基础灌浆均须在坝址区各建筑物爆破作业结束后进行,并应在水库蓄水前完成。钻孔灌浆如有盖重混凝土(趾板混凝土、导墙混凝土和溢洪道基础混凝土等)时,则须在混凝土强度达到设计强度28 d后方可进行,灌浆过程中必须加强观测,防止盖重被抬动、开裂或漏浆等情况发生。

大坝灌浆材料采用42.5R级普通硅酸盐水泥,同一块混凝土盖重块中,先进行下游排固结灌浆,然后再进行上游排固结灌浆,最后作中间排帷幕灌浆。帷幕灌浆必须在固结灌浆结束14 d后进行。帷幕灌浆按三序孔施工,固结灌浆按二序孔灌浆,灌浆采用孔内循环法。帷幕灌浆孔应进行孔倾斜测量,其偏差值应满足有关规范规定的要求。帷幕灌浆先导孔按有关规范要求布置,然后根据压水试验成果再适当调整其深度。

2.6.1 固结灌浆

(1)孔位定点放样、造孔、洗孔、灌浆,灌浆造孔选用手持式风枪钻孔,钻孔孔径为42 mm,铅锤孔孔位布置为双排梅花形,钻孔孔距为第1序6.0 m,第2序为3.0 m,在施工时,分别按Ⅰ、Ⅱ序进行,钻孔深度按设计要求,一般规定进入基岩5.0 m左右。

(2)每只孔在灌浆前都需进行孔壁冲洗,冲洗时间和压力均按技术规范要求进行。

(3)灌浆压力和水灰比。根据设计要求本次固结灌浆压力为 0.3MPa, 灌浆水灰比按 5∶1、 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.5∶1共5个比级进行逐级加浓,浆液变换标准是根据技术规范以及施工大坝基础地质条件在现场及时调整。

(4)封孔:在每个灌浆孔灌浆结束后,经监理人员检查合格后,即可封孔。

(5)质量检查:固结灌浆结束5 d后进行压水试验,一般采用0.3MPa,检查数量为总孔数的5%～10%。

2.6.2 帷幕灌浆

根据施工现场情况,大坝帷幕灌浆采用分散制浆的方法,机组自灌自制,采用袋装水泥,利用JB-400型卧式高速搅拌机制浆,选择10 m3/min移动式空压机,钻孔采用1SGZ-IA型钻机造孔,孔径大于46mm。

首先在指定的地点做帷幕灌浆试验,取得所需资料后,开展正常帷幕灌浆施工。大坝帷幕灌浆孔沿坝纵轴线方向单排布置,按三序加密帷幕灌浆,自上而下分段进行。设计允许最大透水率5～7 Lu,帷幕孔接触段0.3 MPa,第一段0.3～0.4 MPa,如果接触段灌浆总吸浆量≥8 L,则待24 h后方可进行下一工序工作,接触段段长不大于2 m,灌浆塞塞于岩面以上0.2～0.3m,接触段以下各段灌浆塞应塞在已灌段段底以上0.5 m处。以下每增加1 m压力增加0.05 MPa,灌浆达到设计深度后,压水试验吸水量小于3 Lu,最后将全孔作1次复灌,复灌压力取0.5 MPa,而后进行封孔。

灌浆施工程序:埋管—钻孔—下栓塞、裂隙冲洗、简易压水—灌—检验封孔

孔口无涌水的孔段,在灌浆结束后,一般可不待凝,如需待凝,其待凝时间应征得监理同意:帷幕灌浆浆液的浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变。开灌水灰比通过试验确定,经监理批准后实施。帷幕灌浆结束14 d后,选择该部位总孔数10%的检查孔,进行单点或五点法压水试验,当帷幕灌浆压力≥1.0 MPa时采用1.0 MPa。帷幕灌浆检查孔应取岩芯,检查孔由地质人员根据实际情况选定。灌浆施工中应及时记录,监测灌浆全过程的压力、注入率、耗灰量等。

3 结 语

林家坞水电站混凝土面板堆石坝自2007年闭闸蓄水以来至今无渗漏现象,大坝运行稳定安全。