碾压混凝土大坝设计与运行要点分析

2015-08-19娄吉宁安顺市水利局

河南水利与南水北调 2015年4期

□娄吉宁（安顺市水利局）

0 引言

随着时代的发展进步，大坝设计技术和观念都发生了很大的变化，碾压混凝土大坝设计是大坝设计的一种特殊情况，设计本身比较复杂，涉及的范围也比较广泛，因此，设计时必须结合工程的实际情况，并积极引入新的技术方法，保证大坝设计质量。

1 碾压混凝土大坝设计与运行工程概况

本文结合工程实际情况对碾压混凝土大坝设计与运行情况进行分析，某电站位置位于贵州省境内，属于高寒地区，根据相关资料的统计显示，该地区每一年的平均降水量大概为2284mm，并且会在每年4月份河流水盛时期，到了冬季，下雨天气与下雪天气大约占据着整个季节的30%，冬季的平均气温在10～15℃之间，温度最低的时候达到零下3℃。该水库年发电量是1323kW.h。电站装机为3×1000kW。大坝所在区域的地质条件比较简单，所在地区为花岗岩。

2 碾压混凝土坝设计

通过设计前的调查和观测，可以确定本工程碾压混凝土材料性能和可能遇到的难点。工作人员结合工程实际情况确定大坝使用全断面碾压混凝土设计方法。具体来说，工程的坝体结构设计呈现出以下特点：

2.1 全断面碾压

总结过去的经验和实践，在防渗层施工中使用普通的混凝土会给工程带来很大的阻碍，具体来说，主要有以下几点：第一，上游存在的施工缝会给下游施工造成很大影响，导致下游施工无法正常施工;第二，如果使用两种混凝土，在交界处很容易出现裂缝，主要是由于两种混凝土材质无法很好地融合。因此，设计人员决定采用全断面碾压。确定了设计方案后，工作人员需要找到可以使用普通混凝土的部位。为了缩短工期，减少工程量，工作人员在挡水坝下游坝面等位置使用了混凝土构件，方便后期施工。

2.2 坝体内部混凝土的标号分区

坝体内部混凝土可以分为两个区，具体来说，坝体的上游采用的是二级配碾压混凝土，其设计强度为R180200，抗渗标号是S6。坝身采用的是三种连续级配的石子直接拌制的碾压混凝土，其设计强度是R180100，抗渗标号是S2。二种连续级配的石子直接拌制的碾压混凝土与三种连续级配的石子直接拌制的碾压混凝土的龄期均确定为180d，最大限度地利用混凝土的后期强度，进而大大地节省水泥的用量，同时还能够有效减少与水化合时所产生的热量。在基础垫层所采用都是混凝土拌和物坍落度为10～100mm 的混凝土。厚度确定为1.50m，该混凝土的设计强度标号是R90150，坝身与坝基排水的纵向通道的四周也都统一采用这种混凝土，设计强度与抗渗标号分别为R90150、S6。

2.3 富胶凝材料碾压混凝土防渗

坝体上游坝面是一项复杂的工程，对材料的要求较高，一般可以采用二级配富胶凝材料，同时要保证混凝土材料的抗渗性能，保证防渗效果，提高工程质量。

2.4 宽横缝间距

宽横缝间距的确定比较困难，需要考虑的因素有以下几点：混凝土水泥比例、混凝土搅拌附近的温度以及变化情况。碾压混凝土制作比较复杂，专业性较强，因此，一般采用机械加工的方法，这样才能够保证制作质量符合工程要求。坝基是碾压混凝土大坝设计中的重点，也是难点之一，本工程坝基比较坚硬，因此，地质相对稳定，工作人员采用了较宽的横缝间距。

2.5 坝基抽排降压措施

坝基抽排降压是碾压混凝土大坝设计中的重要组成部分，需要注意的问题有很多，拦河坝在工作时应该首先弄清下游尾水的深度，以保证坝体的稳定性。通过对工程坝基附近情况的调查，工作人员决定采取坝基抽排降压的方法提高坝基处理质量。

3 碾压混凝土大坝坝基处理

3.1 坝基开挖和固结灌浆

坝基开挖和固结灌浆是碾压混凝土大坝坝基处理的重要组成部分，碾压混凝土是不分纵横也不分坝段的薄层连续浇筑，在实际的施工阶段，坝块的高长比非常大。需要注意的是，坝体混凝土弹模以及基岩弹模的比值在很大程度上影响着基础对坝体的约束力，正常情况下，如果坝体混凝土弹模和基岩弹模比较大，则约束力反而越小。然而，相对来说，提高混凝土的弹模会十分有限。所以，对于基岩来说，最为关键的就是要确保达到坝基应力的基本要求，对于弹模值则没有太高的要求。综合上文的论述，坝基需要将表层2～3m 的强风化层挖除，此外，对大坝整体的稳定性以及抗滑性造成影响的第二岩组同样需要挖除。之所以对坝基进行固结灌浆处理，是为了能够促进基岩的均匀性以及完整性的不断提高。

3.2 坝基防渗与排水

本区域的基岩相对而言条件比较好，渗流基本上不会对基岩造成影响。所以，为了使得扬压力尽可能降低，坝基通过利用封闭式抽排水设施。无论是对于坝基的上游还是下游都需要进行防渗帷幕与排水孔的设置。需要注意的是，坝基的渗透效果都是比较弱，上游防渗帷幕幕体需要伸入基岩50m，而下游的防渗帷幕所伸入的长度相对低一些，通常情况下，要求伸入基岩30m。上游的排水孔深设置为30m，而下游的排水孔深设置为20m。为了能够保证坝基扬压力控制在规范的范围以内，必须要定时的进行抽排，并进行专门的备用电源以及报警系统的设置。

4 碾压混凝土大坝运行要点

4.1 碾压混凝土堵漏灌浆

大坝在正常蓄水以后，经过长期的观察发现，在364～367m高程之间的渗漏现象十分严重，特别是在这个高程范围之内的廊道两头位置，已经呈现出了非常明显的喷射状的渗漏，在水库内部的水资源为浑浊状态的时候，所渗透处理的水反而是清澈的。因此，相关人员专门展开了研究，通过调阅相关资料与施工记录，最终所得出的结论是：这种渗漏出现的主要原因是由于碾压混凝土层间结合不紧密而导致的。因此，所采取的补救措施是在二级配区利用100 型钻机钻出一个孔洞，进而再进行灌浆处理，所钻孔洞的孔径是90cm，孔距是3m。灌浆压力设置为1.50kg/cm2，本着就近取材的原则，所采用的水泥为水库所在地的425#普通硅酸盐水泥。在灌浆的过程当中发现，坝面上游明显有浆液流出，但是在廊道的内测却没有发生这种现象，在灌浆施工完成之后，漏水现象得到了很大程度地缓解，为了能够有效地改善大坝的漏水问题，在深孔灌浆以后，还需要再一次地进行灌浆处理，在经过了两次灌浆处理以后，渗漏问题得到有效控制。

4.2 碾压混凝土强度

对大坝碾压混凝土进行钻孔声波测试与取样试验，一共需要钻两个空，钻进孔深为40m，合计进尺81.12m，取碾压混凝土6 件两组，常态混凝土3 件一组，以此组织抗压试验。最终试验结果显示，碾压混凝土的质量比较好，已经达到设计的相关要求，在大坝右侧的ZK01 号钻孔，对碾压混凝土总结：岩芯采取比较完整，然而岩芯非常容易从层间结合的位置断裂开，部分结合的地方固结作用较差，在大坝溢流坝段的ZK02 号钻孔。对碾压混凝土的表述：从整体角度来看，碾压混凝土的质量比较好，岩芯也非常完整，然而岩芯非常容易从层间结合的位置出现断裂，部分地段比较差。另外，在局部地方，还发现存在着蜂窝状的孔洞，这些孔洞的大小基本上都在1～4mm。通过取样试验可以得出一个结论：碾压混凝土的强度平均值尽管远远高于常态混凝土，然而其在各个部位依然存在着较大的差异。