锦屏一级水电站大坝导流底孔封堵设计

2015-06-05唐虎，胡筱，张敬

水电站设计 2015年1期

关键词：底孔预埋导流

唐虎，胡筱，张敬

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

锦屏一级水电站大坝导流底孔封堵设计

唐虎，胡筱，张敬

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

根据锦屏一级水电站大坝导流底孔布置、温控及混凝土参数等特性，进行临时导流底孔的封堵设计。本文扼要介绍洞身混凝土封堵段设计、洞身混凝土止水设计、温控设计、灌浆设计及封堵混凝土配合比设计，对类似工程导流底孔封堵有一定的参考意义。

导流；底孔；封堵；止水；灌浆

0 前言

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，工程装机容量3 600 MW，保证出力1 086 MW，多年平均年发电量166.2亿KW· h，年利用小时数4 616 h。枢纽建筑物主要由混凝土双曲拱坝、坝身4个表孔＋5个深孔＋2个放空底孔与坝后水垫塘、右岸1条有压接无压泄洪洞及右岸中部厂房等组成。大坝坝高305 m，水库正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，正常蓄水位以下库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。

1 概述

锦屏一级水电站中、后期导流由导流底孔、放空底孔、放空深孔、泄洪洞和提前发电机组单独或联合泄流、渡汛。根据坝体接缝灌浆的进度，结合中、后期导流调洪成果，考虑到闸门的工作水头与运行水头，设计布置为5孔导流底孔（5 m×9 m－宽×高），导流底孔进口高程1 700 m。

根据施工进度，左右岸导流洞于2012年10月下闸，左岸导流洞堵头于2013年3月底浇筑完成，右岸导流洞堵头于2013年5月浇筑完成。根据坝体接缝灌浆进程，充分利用汛期水量，确定1～5号导流底孔进口闸门下闸时间分别为：1号孔2013年9月16日下闸，2号孔2013年9月17日下闸，3号孔2013年9月15日下闸，4号孔2013年9月18日下闸，5号孔2013年9月15日下闸。导流底孔下闸后，由放空底孔泄流，满足区间的环保生态流量要求。现正进行导流底孔堵头的混凝土浇筑施工。

导流底孔封堵主要分为洞身混凝土封堵段设计、洞身混凝土止水设计、温控设计、灌浆设计及封堵混凝土配合比设计等。

2 洞身混凝土封堵段设计

2.1 封堵段长

5个导流底孔孔身段的长度，最短为53.63 m，最长为61.17 m。孔身封堵段分A段（进口段）、B段（中间段）和C段（出口段）。进口段长L1＝20 m，出口段长L3＝19.97 m，中间段长L2：1号孔14.52 m、2号孔13.66 m、3号孔14.11 m、4号孔16.00 m、5号孔21.20 m（见图1）。

图1 导流底孔封堵结构示意

为保证封堵段混凝土与原坝体混凝土良好的联结性，对导流底孔孔周混凝土采用风砂枪冲毛；底板按2 m间排距埋设Φ28、L＝2.5 m插筋，插筋进入老混凝土1.0 m。

2.2 封堵段与封堵闸门

封堵体A段上游面除两侧预留排水通道外，其余部位均紧靠封堵闸门进行顶门浇筑，对在高水头作用下的封堵闸门起到一定支撑作用。

2.3 施工期排水方式

导流底孔下闸后，为合理引流闸门渗水，在距平板封堵闸门底坎下游0.6 m处布置1道长5 m、高1.5 m、厚0.6 m的截水墙。将2根DN200钢管穿过截水墙。钢管进口中心距底板45 cm，距侧墙100 cm。随着上游水位的上升，平板封堵门门楣处水压增大，渗漏量可能增加，则沿封堵门立钢模板将渗水引至截水墙内，通过排水钢管排出仓外。安装时，排水管按20∶1的坡比引至C段终端下游1m处以确保封堵混凝土在无水条件下施工。

2.4 封堵混凝土施工

导流底孔封堵混凝土浇筑前，对导流底孔孔周混凝土缺陷、裂缝等进行全面检查和处理，并对孔壁混凝土表面、封堵体施工缝面进行清洗和凿毛处理；混凝土浇筑采用平铺法施工，浇筑保持连续，铺料均匀，振捣密实；封堵体顶部预埋回填灌浆管路，浇筑完成4d后进行回填灌浆；封堵体A段顶部反弧段采取埋设通向导流底孔通气孔的措施确保混凝土填筑密实。

封堵混凝土前一浇筑块浇筑结束到另一相邻浇筑块浇筑开始时的间歇时间应不小于72 h。混凝土浇筑应保持连续性，浇筑混凝土允许间隙时间应满足5～8 d。泵送混凝土养护时间应不少于28 d，在养护期28 d以后，仍需采取适当措施进行表面保护。

封堵混凝土的上层混凝土层浇筑前，应对下层混凝土的施工缝面进行冲毛或凿毛处理。垂直施工缝面、水平施工缝面（指前一层的混凝土表面因已凝固，无法与新浇层凝结在一起）应用高压水枪（不小于60 MPa）将表面冲毛（100%露砂）。

3 封堵混凝土设计

（1）混凝土强度。导流底孔封堵时，相应的坝前水位约1 840 m，届时拱坝承受设计总水推力的75%，导流底孔混凝土堵头的主要功能是阻水及承担封堵施工时水位增量荷载引起的坝体应力，按照不低于相应部位坝体混凝土C35（85%保证率）的强度的要求，封堵混凝土可采用C35（85%保证率）。

（2）混凝土设计龄期。从堵头施工工期分析，封堵施工期间由封堵闸门挡水，2013年11月份具备堵头混凝土施工条件，堵头段在2014年3～5月开始承担库水位作用荷载，有效施工时段约7个月，扣除混凝土浇筑直线工期3个月，混凝土的龄期可达90～120 d。

综合考虑水库蓄水计划和堵头施工时段，为充分利用混凝土后期强度，减小水泥用量及水化热温升，封堵混凝土采用90 d设计龄期。

（3）混凝土自生体积变形。混凝土自生体积变形为膨胀，不能抵消降温收缩量，不能简化温度控制措施，但可提高堵头混凝土的抗裂安全系数，更为重要的是，如在接触灌浆后有一定膨胀，则能确保封堵混凝土与孔壁结合紧密，所以采用具有延迟膨胀性能的微膨胀混凝土是必要的。结合现场试验成果，对自生体积变形分别按90 d龄期和180 d龄期提出了20×10－6～40×10－6和40×10－6～80×10－6的控制指标要求。

（4）混凝土级配。考虑导流底孔混凝土施工条件、施工工艺、施工设备性能等具体条件的限制，导流底孔封堵采用二级配混凝土。

（5）粉煤灰掺量。封堵混凝土采用具有潜在碱活性的砂岩骨料，二级配混凝土胶凝材料用量大、总碱量较高，长期处于高压水环境，具备碱活性反应的三个要素。考虑堵头在坝体所处的特殊部位，以及不具有检修条件的情况，为有效抑制碱活性反应，粉煤灰掺量宜不低于30%。

（6）外加剂。通过对硫铝酸钙、MgO多种组合情况下自生体积变形成果反映的变形曲线的规律分析，并考虑到两种材料的工程应用经验方面的差异，选择具有稳定延迟膨胀性能的MgO作为封堵混凝土膨胀剂，推荐掺量5%。

导流底孔封堵混凝土性能指标见表1。

表1 导流底孔封堵混凝土性能指标

4 封堵混凝土止水设计

封堵混凝土在3个封堵段共设4道环形铜片止水（止水片采用W形紫铜止水片，长46 mm，厚1.5 mm）。第一道止水位于进口段A段，导流底孔通气孔的上游端处；第二道止水位于A封堵段末距末端0.5 m处；第三道止水位于B封堵段末距末端0.5 m处；第四道止水位于距C封堵段末距末端0.5 m处（见图2）。

图2 铜片止水示意

为加快封堵施工进度，简化施工程序，提高止水效果，止水片在导流底孔施工时已预埋在坝体混凝土中，采用36a型槽钢进行保护，槽钢内部填充砂保护。在封堵混凝土施工前，割除止水的保护槽钢进行其矫形操作，清除外露止水片表面粘贴的防火石棉保护层操作时应慎重，避免破坏止水片。边墙和顶部止水片应焊接成为整体，严格检查焊接质量，避免出现漏点、孔洞；混凝土浇筑过程中应重点保护。

导流底孔封堵门下闸后，对各导流底孔进行了全面检查，特别是对各孔各道止水进行了详细检查。3号导流底孔由于运行时间较长，保护上游第一道预埋止水的钢板局部损坏，导致止水相应的破坏，集中在导流底孔底板部位及边墙底部约4 m高范围，总计约13 m。除此以外的止水基本完好，将止水扳正后即可浇筑混凝土，极大的提高了工效，缩短了施工时间，相对以往刻槽埋设的方式更是增强了止水效果。

5 温控设计

混凝土浇筑温度按不超过12℃控制，最高温度按不超过34℃控制；进行混凝土接触、接缝灌浆时封堵体温度冷却至目标温度12℃，要求采用预埋冷却水管进行分期通水冷却。

一期冷却的目标温度为23～24℃，冷却持续时间不少于21 d，降温速率不超过0.6℃／d；中期冷却目标温度17℃，降温速率不超过0.3℃／d，冷却持续时间不少于42 d；当A、B段封堵体混凝土中期冷却至18℃后进行中期控温，在中期控温完成后及C段封堵体混凝土龄期达到63 d时，方可进行二期冷却降温，二期冷却的目标温度为12℃，要求降温阶段日降温速率≤0.3℃／d。

混凝土内预埋的冷却水管采用内径28.00 mm，外径32.00 mm的HDPE塑料管。冷却水管垂直层间距为1.5 m，水平间距为1.0 m，冷却水管支管采用蛇形布置，支管布置垂直于导流底孔轴线方向。冷却水管分段方式和封堵体施工分段一致。

6 灌浆设计

导流底孔封堵体灌浆包括回填灌浆（封堵段顶部）、接触灌浆（封堵段混凝土除底板外与原导流底孔两侧边墙和顶板之间的接触面）及接缝灌浆（封堵段之间的垂直施工缝面）。

6.1 回填灌浆

回填灌浆按照“先浇先回填”的顺序进行，各段封堵混凝土浇筑完成4 d后即可进行。采用预埋管灌浆方式，灌浆压力为0.5～0.6 MPa（以排气孔压力表为准）。

用于灌浆的水泥强度等级为42.5级中热硅酸盐水泥，其水泥细度要求通过80 μm方孔筛，其筛余量不大于3%。

在封堵混凝土浇筑前，预埋灌浆管路（Φ50钢管）系统，包括A、B路进浆管，A、B路回浆管、排气管，并引至每段封堵段外。为保证灌浆质量，宜采取“段段清”的方法，即封堵一段并等待回填灌浆完成后再进行下一段封堵混凝土施工。图3为导流底孔各封堵段回填灌浆典型纵剖面，图4为各封堵段回填灌浆典型横剖面。

在进、回浆管上每隔3 m设置出浆孔眼，并在孔眼上焊接出浆管，管出口切45°剖口，深入预先钻出的灌浆孔（Φ10）中，灌浆孔伸入导流底孔孔壁混凝土25 cm，在封堵混凝土内长度不小于15 cm。剖口采用薄塑料膜封口。

开灌水灰比为1∶1，用以润滑管道及测试吸浆量，后变换为0.5∶1或0.6∶1水泥浆。

图3 回填灌浆典型纵剖面

图4 回填灌浆典型横剖面

6.2 接触灌浆

进行接触灌浆之前，灌浆区封堵混凝土龄期达到90d，且温度冷却至目标温度12℃。

用于接触灌浆的水泥强度等级为42.5级中热

图5 边墙接触灌浆A系统布置

6.3 接缝灌浆

进行接缝灌浆之前，施工缝两侧封堵混凝土龄期达到90 d，且温度冷却至目标温度12℃，前后段的接触灌浆已完成。

用于接缝灌浆的水泥强度等级为42.5级中热硅酸盐水泥，当接缝灌浆张开度大于1 mm时，其水泥细度要求通过80 μm方孔筛，其筛余量不大于3%；当接缝灌浆张开度小于1 mm时，采用42.5级中热硅酸盐水泥进行磨细，要求Dmax＜40 μm，或采用具有更好灌注效果的其它材料。硅酸盐水泥，其水泥细度要求通过80 μm方孔筛，其筛余量≤3%；用于接触灌浆的细水泥采用42.5级中热硅酸盐水泥进行磨细，要求Dmax＜40 μm。

为保证边墙接触灌浆施工质量，接触灌浆采用垂直布置的重复灌浆A系统（垂直灌浆管间距2 m，出浆节点间距2 m，下部设置进浆管、回浆管，上部设进、回排气管，排气管保护膜为牛皮纸）（见图5）和升浆槽接触灌浆B系统（即下部布置进浆槽和进、回浆管，上部布置排气槽和进、回排气管，升浆管间距2 m，升浆管与上部排气槽间隔30 cm）（见图6）。升浆槽与垂直布置重复灌浆管间隔布置。升浆槽接触灌浆系统进浆槽与排气槽均布置于重复灌浆系统的外侧。接触灌浆时先采用升浆槽接触灌浆系统进行灌浆，同时为避免其灌浆导致重复灌浆系统管路堵塞，对重复灌浆系统管路进行通水平压（之后再进行清水冲洗）。

接触灌浆采用单一水灰比0.35∶1。灌浆压力为0.35～0.5 MPa。对A段封堵体进行接触灌浆时，适当控制灌浆压力，采取措施保证灌浆密实。同一区段的接触灌浆应按先两边墙后顶板的顺序进行。最大灌浆压力时的缝面最大增开度不大于0.5 mm。

图6 边墙接触灌浆B系统布置

预埋灌浆系统埋设于封堵混凝土先浇段，预埋灌浆管路和部件：包括进浆管（兼作排气管）、回浆管（兼作排气管）、出浆盒、橡胶止水带、止浆片。预埋管采用PVC管，进浆管、回浆管采用内径为Φ1″；排气管内径为Φ2″；进浆管、回浆管间隔一定距离，钻Φ16的圆孔，在圆孔上缠单层胶带。引管出口外露段采用镀锌铁管。图7为封堵体接缝键槽横剖面图。

接缝灌浆采用单一水灰比为0.5∶1。灌浆压力为0.35～0.5 MPa，缝面增开度不大于0.5 mm。