积石峡水电站混凝土面板堆石坝施工综述

张伟

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008）

积石峡水电站混凝土面板堆石坝施工综述

张伟

（黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 810008）

积石峡水电站混凝土面板堆石坝位于高寒、高海拔的黄河上游地区，是典型的复式河谷大坝，其最大坝高 103 m。该项目建设过程中，通过设计优化和技术创新，确保了大坝高质量、按期建成。通过运行监测，坝体沉降变形、坝体渗流等均控制在设计和规范范围内，大坝工作性态正常。

混凝土面板堆石坝；复式河谷；填筑；施工；积石峡水电站

1 工程概况

积石峡水电站混凝土面板堆石坝位于青海省循化县境内的黄河干流上，坝基为断面呈极不对称的“U”形河谷，左岸台地（引水压力钢管外包混凝土水平段）与河床水平段坝体建基面存在约 75 m 的高差。坝顶高程 1 861 m，最大坝 高 103 m，坝 顶长 321.9 m，坝顶宽 9.8m，大坝上游坝坡 1:1.5，下游坝坡 1:1.3~1:1.4，顶部设有 高 度 为 5.2 m 的“L”型防浪墙与面板相接。坝体从上游向下游依次分为：粉质壤土铺盖区（1A）、压重保护区（1B）、混凝土面板、垫层区（2A）、特殊垫层区（2B）、过渡区（3A）、排水区（3F）、主堆石区（3BI，3BII）、下游次堆石区（3C）及下游护坡（3D）。坝体总填筑量约 296 万 m3。

2 料源规划及坝体分区优化

可研阶段，通过对当地天然建筑材料的勘查，规划了3 个堆石坝填筑料的料源，分别是：干沟天然料场Ⅱ区（砂砾料储量 930.1 万 m3，距坝址 9.5 km）、样板弯人工料场（块石料储 量 5 423 万 m3，距 坝址 2.8 km）、坝 址 区 建筑物开挖料（开挖料总量大于坝体填筑量，但其软化系数（0.62~ 0.67）略低于 0.8 的技术标准）。通过技术分析，推荐垫层区、过渡区及主堆石区坝料采用样板弯人工料场，次堆石区采用坝址区建筑物开挖料。

施工招标阶段，对料源开采情况和枢纽区建筑物开挖料的储量进行了复核。鉴于样板弯人工料场交通布置困难，开采难度大，投资大，经研究将其调整为干沟天然料场Ⅱ区 ；鉴于 可用于筑坝的 开 挖 料方量较大（约 450 m3），为了最大限度地利用开挖料、降低工程造价，业主委托清华大学开展了开挖料用作主堆石区坝料的专题研究工作。研究认为，开挖料的湿化变形特性处于一般水平，在采取控制变形措施（在浇筑面板前进行坝体浸水）的基础上，坝体主堆石区坝料可全部采用枢纽区建筑物开挖料。

3 坝体填筑

根据现场地形条件和坝体变形控制的要求，将坝体填筑分为4个阶段：①完成河床左岸深槽部位的坝体填筑，即从坝上 0-100 至下游先填筑至高 1 775m；②完成左岸台地高程以下的坝体填筑，按照全断面均匀上升的原则将坝体填筑 1 834.5m 高程；③完成防浪墙底面高程以下的坝体填筑，按照先河床水平段和右岸、后左岸的原则，分两期进行填筑至 1 857 m 高程，两期坝体间以 1 号压力钢管外包混凝土边缘为分界线，按 1∶1.5 的综合坡比预留施工横缝；④面板及防浪墙施工完成后，完成 EL1 857 m 以上坝体 3BⅠ料的填筑。其中，坝前铺盖及压重填筑在面板完工后、防浪墙开工前的时段实施。

3.1 坝基处理

大坝基础处理，除左右岸坝肩、趾板及河床左岸深槽部位开挖较深（约 10 m，将表部覆盖层及冲积层挖除至弱风化层岩石）外，其它部位只做一般清理,清理深度 1～2 m，露出基岩面。要求对于趾板下游约 1/2 坝高范围内的基础，避免出 现高度大于 0.5 m 的 陡坡（陡 于 1∶0.5）和 反坡；对于趾板下游约 1/2 坝高至坝轴线范围内的堆石体基础，不允许出现高度大于 1.0 m 的陡坡和反坡。

3.2 坝体填筑施工

3.2.1 坝料运输

坝料在料场开采后，经检测合格，采用自卸汽车运输上坝。共规划了 3条上坝道路：第 1条为下游下基坑 R 3 道路，路宽为 10 m，最大坡比为 10%，主要负责 1 775 m 高程以下的坝料运输；第 2 条为 1 796 m 高程跨趾板道路，除跨趾板部分路宽为 6 m 外，其余路宽均为 10 m，最大坡比为16.2%，主要负责 1 775~1 811 m 高程间的坝料运输；第 3条为坝后“之”字路，该条道路随坝体填筑修筑，主要负责1 811 m 高程以上的坝料运输。

3.2.2 坝料摊铺、碾压

坝料摊铺前，通过导、截方式在趾板上游基坑处形成集水坑，根据集水水量情况及时将渗水抽排至上游河道，确保基础面无积水。

填筑时，小区料与相邻的主堆石平起均衡上升，采用“先粗后细”法施工，具体工艺是：①对垫层、过渡层与主堆石连接时，先填主堆石，再填过渡层和垫层，即一层主堆石、两层垫层和过渡层平起作业；②对垫层、过渡层通过排水层与主堆石连接时，先填主堆石，再填排水料，而后依次填筑过渡层和垫层，即一层主堆石、两层排水料、过渡层和垫层平起作业。

3.2.3 坝料加水

为提高坝料碾压质量及减小坝体沉降变形，根据坝料工程特性和现场碾压试验，设置了坝外加水、坝面洒水两道工序，以确保坝料碾压前达到预期含水量。具体措施是：①在上坝道路临近坝面的位置，设立一个高 3.5m、倒 L 型的 φ100 钢管，向坝料运输车定点加水，为了保证洒水的均匀性，在洒水钢管处设置一个 φ75 的花管洒水头，每车加水 15 s；②通过左、右岸边坡设置的输水管道沿高程布设φ100 固定加水管道引至坝面洒水，同时辅以洒水车进行小区料洒水。详见表1。

表1 各类坝体填筑料碾压施工参数表

3.3 挤压墙施工

沿用公伯峡水电站的经验，采用挤压墙作为垫层料上游坡面的处理措施。挤压墙混凝土设计标号为不大于C5强度，结构断面为梯形，其中顶宽 10 cm，底宽 75 cm，墙高40 cm，外侧坡比为 1:1.5，内侧坡比为 8:1。挤压墙施工完成2 h后，方可开始相应区段垫层料的填筑施工。

挤压墙混凝土采用专用挤压机进行施工，由 6.0 m3罐车负责动态给料。施工时，挤压机行走以前沿内侧挂线（绳）为准，行走速度控制在 40～60m/h，摊铺时实时向混凝土拌合物掺加液态高效速凝剂，其掺量为水泥用量的 4%。对挤压机不能到达的挤压墙两端与趾板接口处，采用人工内侧立模，浇筑与挤压墙同标号混凝土。对施工中出现的错台、鼓包、坍塌等现象，分别采取 M 5 砂浆抹平、凿除抹灰及立模补浇混凝土等措施进行处理。

3.4 坝体预沉降及坝体浸水

坝体填筑至 1 857 m 高程后，为了充分释放坝体沉降量，预留了半年的预沉降期，具体的沉降期是：河床水平段及右岸坝体 7 个月、左岸坝体 5.5 个月。

同时，鉴于此工程面板堆石坝基础为典型的“复式河谷”，左岸台地与河床水平段坝体建基面存在约 75 m 的高差，为了防止因基础高程突变引起的坝体不均匀沉降，在预沉降期内，对河床水平段及右岸 1 785 m 高程以下坝体开展了为期 2个月的浸水施工。相关监测资料反映，浸水前后坝体最大沉降量由 35.2 cm 增至 46.9 cm，坝体沉降速率由 1.57 mm/d 降至 0.68 mm/d，坝体浸水起到了加速先填区段坝体沉降、提前释放坝体湿化变形的良好作用。

4 混凝土施工

4.1 面 板

面板总面积为 3.5 万 m2，面板厚 0.3~0.58 m，混凝土设计标号为 C 25W 12F200，单层双向配筋，混凝土总量为 1.47万 m3。共分为 36 个条块，分块总长 3 910m，其中 12m 宽面板 2 160m，6m 宽面板 1 750m，最长一块面板长 172.4m。

根据电站总体进度安排，面板施工安排在 3月中旬至5 月中旬，在此之间，为了做好面板混凝土的防裂工作，通过数次配合比试验，确定了面板混凝土的施工配合比，如表2所示。

表2 面板混凝土施工配合比

面板混凝土施工采用一次性浇筑到顶、跳仓浇筑的施工方案，混凝土出机口坍落度控制在 3~5 cm，仓面坍落度控制在 2~4 cm。具体施工工艺如下：

1）施工前，依次进行基础面清理、阳离子乳化沥青喷涂、M 10 砂浆条带铺筑、止水安装、钢筋及侧模安装等工序。其中，阳离子乳化沥青喷涂 1 层，厚度为 1 mm，主要作用是减少面板接触基面的摩阻和约束，防止应力集中。

2）施工中，混凝土由右坝顶 1 857 m 平台上设置的拌和站（生产能力：25 m3/h）集中拌制供应，采用 3 t 工程车运至仓面平台，通过半封闭式溜槽集料斗卸至浇筑工作面；采用 10 t和 5 t慢速卷扬机分别牵引的 3 套 14m 及 2 套 7m无轨滑模同时分块跳仓浇筑混凝土，人工 2次收面压光。

3）施工后，及时使用塑料薄膜及土工布或土工膜覆盖，沿坝顶供水系统和板间缝采用塑料管连续洒水养护至蓄水为止。面板表部止水在缝面两侧混凝土浇筑完成 28 d后，从中间向两边板块依次自上而下，采用人工配合塑性填料挤出机分段进行嵌缝施工。

4.2 趾板施工

趾板布置在防渗面板的周边，坐落在河床及两岸基岩上，共有 29 块，底面长 13 ～21 m，宽 4 ～7.4m，厚 0.6 ～0.8 m不等。趾板为钢筋混凝土板，混凝土设计标号为 C25W 8F200，总量约 0.5 万 m3。趾板沿长度方向每隔约 30m 设伸缩缝，每隔15m 设置施工缝。

5 灌浆施工

5.1 趾板基础固结灌浆

固结灌浆布置在趾板帷幕线的上、下游侧，在 1 796m高程以下为上游 1 排，下游 2 排，其他部位为上、下游各 1 排，孔距 3m，排距 1.5m。钻孔垂直基岩面布置，在 1 819m 高程以上深入岩石5m，其他部位深入岩石8m。

固结灌浆在灌浆部位及相邻的混凝土浇筑强度达到50%设计强度以上时开始施工。灌浆采用自上而下分段灌浆、孔内循环的方法，选用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，浆液配比由稀到浓依 次是 5 ∶1，3 ∶1，2 ∶1；1∶1，0.5∶1。固结 灌浆合格标准为透水率 q≤0.05 L/(min·m·m)。

5.2 帷幕灌浆

此工程采用全封闭式帷幕，帷幕深度为深入基岩相对不透水层（ω =0.03 L/(m in·m·m)）线 以下 5 m，帷幕深 30～70 m。在 1 819.00 m 高程以下设置主、副 2 排帷幕，副帷幕深为主帷幕的 1/2；在 1 819.00m 高程以上只设 1 排帷幕。帷幕灌浆孔距 2 m，排距 1.5 m，均为竖直孔。

帷幕灌浆在基础固结灌浆完成后实施。灌浆采用孔口封闭、自上而下分段灌浆、孔内循环的方法，选用 P.O 42.5 普通硅酸盐水泥，浆液配比由稀到浓依次是 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1。帷幕灌浆合格标准为透水率 q≤0.03 L/(min·m·m)。

6 结语

积石峡水电站混凝土面板堆石坝的成功经验为类似高寒、高海拔、复式河谷地区大坝的施工提供了参考，主要有：

1）大坝采用面板堆石坝型式，应尽可能研究坝址区开挖料用于坝体主堆石区的可能性。工程通过专项研究，确定坝体主堆石区全部采用软化系数偏低的坝址区开挖料，节省了工程投资，同时采用坝体浸水措施有效解决了软岩筑坝的湿化变形问题。

2）复式河谷大坝施工，最根本的是要做好坝体的不均匀沉降控制。工程通过对台地边坡修坡、分期填筑台地上下坝体、采用坝体浸水加速已填坝体沉降、延长已填坝体预沉降时间等措施，有效防止了坝体的不均匀沉降，经后期检查，未在坝基高程出现突变的位置发现面板裂缝。

3）面板施工，混凝土防裂是关键。此工程通过配合比试验、缩短混凝土运距、控制入仓塌落度、混凝土收面、及时养护等方面的措施，有效控制了面板混凝土裂缝的发生，经蓄水前检查，仅产生 71 条裂缝，其中绝大多数均为宽度 0.2 mm 以下的微小裂缝，面板裂缝率仅 2.0/1 000 m2，远低于公伯峡水电站的 10.3/1 000m2。

［1］国家电力公司西北勘测设计研究院.黄河积石峡水电站工程可行性研究报告［R］.西宁:青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，2004.

［2］清华大学.积石峡面板堆石坝开挖料筑坝的可行性研究最终研究报告［R］.西宁:青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，2006.

［3］中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.积石峡水电站截流及混凝土面板堆石坝工程设计单位自检报告［R］.西宁:青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，2010.

［4］中国水电建设集团十五工程局有限公司.黄河积石峡水电站截流及混凝土面板堆石坝工程（一）单位工程竣工报告［R］.西宁:青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分公司，2012.

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2013-05-14