白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩快速支护锚墩头细石混凝土施工方法

田海洋

中国水利水电第四工程局有限公司，云南昆明 650000

1 工程概况

白鹤滩拦河坝采用椭圆线型混凝土双曲拱坝，坝顶高程834m，最大坝高289m，左岸坝顶高程834m以下主要出露二叠系上统峨眉山组玄武岩，第四系松散堆积物主要分布于缓坡台地上。坝址区地质构造主要表现为原生构造、褶皱构造、断裂构造（包括断层、层间错动、层内错动、裂隙等）等形式。左岸拱肩槽边坡主要由玄武岩构成，可分别归类为岩质超高边坡、块状结构边坡，玄武岩中发育缓倾角错动带，具层状边坡的特征，且为斜顺向坡。

左岸坝基高程660～600m为柱状节理玄武岩，为控制左岸柱状节理玄武岩坝基卸荷松弛及错动带剪切变形，设计进一步研究确定坝基高程650～600m预留5m保护层，并增加锚索锚固，左岸坝基高程650～630m施工程序：坝基开挖至保护层顶面—岩石盖重固结灌浆—保护层开挖—坝基锚索施工—利用固结灌浆孔下砂浆锚杆。

坝基高程620～600m范围保护层开挖程序：坝基锚索施工与下梯段保护层开挖、梯段前沿开挖循环下降，梯段高度为5m，要求开挖一层、锚固一层，保护层前沿与保护层开挖高差不大于5m。

根据设计蓝图，基坑坝基高程600～580m建基面布置有锚索，用于锚固坝基LS331错动带，同时根据设计施工技术要求，高程600～580m柱状节理玄武岩坝基开挖程序同高程620～600m保护层开挖，本梯段坝基锚索施工与下梯段保护层开挖、梯段前沿开挖循环下降，梯段高度为5m，要求开挖一层、锚固一层，保护层前沿与保护层开挖高差不大于5m。

柱状节理玄武岩在高围压状态下力学参数较高，开挖后改变了原始的应力状态，岩体将向临空方向松弛；研究表明，坝基开挖后，松弛厚度可达2～3m，力学指标也有所降低，因此，柱状节理玄武岩在开挖后，岩体松弛是拱坝的主要工程地质问题之一，在开挖完成后如何对建基面快速锚固、支护，有效防止建基面卸荷松弛，也成为建基面开挖过程中的难题之一。

2 工程特点

在左岸坝肩槽开挖至630m高程时，根据建基面开挖的设计技术要求，柱状节理玄武岩开挖后应进行快速锚索支护，上个梯段的锚索全部支护完成后才允许下个梯段开挖爆破，以防止建基面错动变形和卸荷松弛。

建基面630m高程以下锚索工程量大，使用普通混凝土对进行预应力锚索锚墩头浇筑，受锚墩头混凝土强度发展缓慢、龄期较长以及相邻部位爆破影响等原因，直接影响预应力锚索张拉施工进度，无法满足坝肩槽快速开挖施工的要求。

为解决坝肩槽锚索施工与开挖之间的关系，保证建基面开挖及预应力锚索张拉施工质量，在总结原有施工经验的基础上，应用新型KD-18高强灌浆材料，进行了高强支座砂浆拌制细石混凝土试验，KD-18高强灌浆材料具有以下优点：

（1）KD-18高强灌浆材料是一种高性能聚合物改性的水泥基灌浆材料。

（2）采用了多种有机和无机添加剂，具有很好的施工性能。

（3）能够自动流平，凝固后早期强度发展快，具有早强、高强、无收缩等特点。

（4）在工地直接加水搅拌即可使用，施工方便、快捷。

（5）流动性好，保持时间长具有很好的粘聚性，不分层离析、不泌水。

（6）具有微膨胀性能，硬化后结构致密，不收缩开裂，具有较好的耐磨性和韧性。

使用KD-18高强灌浆材料拌制细石混凝土试验，以缩短建基面预应力锚索的施工周期，加快施工进度，满足建基面快速开挖支护的施工质量、进度要求。

3 施工方法及工艺

3.1 试验场地选择

本次试验部位选取在左岸大坝建基面645～640m高程MS-34#预应力锚索锚墩头为本次试验的锚墩头。

3.2 施工设备及材料

试验开战前应提前准备以下施工资源：

（1）铁锹、电子台秤、铁皮、抹子、海绵、皮桶、Φ30振捣棒。

（2）KD-18高强灌浆材料、5～10mm碎石、水，本次细石混凝土现场试验采用人工拌制（大批量施工时采用SJD-60型强制式单卧轴混凝土搅拌机进行拌制）。

3.3 配合比选择

在依照原有施工经验基础上，选定锚墩头浇筑使用细石混凝土的施工配合比具体如表1所示。

表1 混凝土的施工配合比（kg）

3.4 施工工艺流程

施工工艺流程：基础岩面清理—安装模板—按配合比称量拌制—仓内清理—浇筑细石混凝土—混凝土试件制作—养护。

（1）基础岩面清理。清除锚墩头施工范围内的松散岩石、软弱夹层、水泥薄膜及垃圾，并将基础岩面冲洗干净，确保不留残渣、碎屑。

（2）安装模板。按照锚墩头设计要求体型，使用木模板立模。

（3）按配合比称量、拌制。按照上述配合比称取KD-18高强灌浆材料、5～10mm碎石、水，采用人工拌制的方式充分搅拌均匀，5～10mm碎石在拌制前需清洗干净且要保持干燥。

（4）仓内清理。在浇筑细石混凝土前应将仓内残留积水清理干净。

（5）浇筑细石混凝土。浇筑过程中使用Φ30振捣棒进行振捣，严格控制振捣时间，应避免振捣过度而出现振捣性离析的情况，以保证浇筑密实。

（6）试件制作。细石混凝土在现场拌制完成后，由试验人员在现场随机进行取样，制作标准试块，检测其材料性能指标。

（7）养护。细石混凝土浇筑完成后及时跟进养护。

3.5 注意事项

（1）混凝土工程施工前做好施工组织安排，包括施工现场布置、劳动力组织、材料准备，事先清理干净细石混凝土拌制场地，高温季节需进行遮阳防护措施，大风季节设置围挡。

（2）对现场搅拌设备、振捣资源进行试运转，检查现场所需资源是否满足施工需求。

（3）细石混凝土初凝时间较短，所拌料30min内必须施工完毕。

（4）细石混凝土粘聚性很强，人工拌和不易搅拌均匀，少量施工可由人工快速拌制完成，大批量施工应使用机械强制拌和。

（5）在现场拌制过程中，应严格按要求控制加水量，以免造成浆液和骨料离析。

（6）应提前根据需要浇筑的锚墩头数量对细石混凝土使用量进行合理的计算，避免过多拌制，造成浪费。

（7）浇筑开始后，应紧凑、连续地进行，确保振捣密实，严禁中途停工。

3.6 现场拌制试验结果

本次现场拌制试验过程采用人工拌制，混凝土试件在现场取样成型3组，龄期分别为24、48、96h，经抗压强度检测，试件小时强度详见表2所示。

表2 试件小时强度

3.7 室内复核试验结果

在现场试验完成后，试验室按上述配合比又进行了室内拌合试验，将KD-18高强灌浆材料拌制加水量控制在0.14～0.16∶1之间，本次室内拌制按照0.16∶1进行试拌。拌合物各项性能指标详见表3所示。

表3 拌合物各项性能指标

4 结语

在经过现场拌制和室内复核试验后，试验结果显示采用KD-18高强灌浆材料拌制的细石混凝土24h抗压强度已达到42MPa以上，满足了建基面预应力锚索张拉对锚墩头强度的要求，若采用常态混凝土，浇筑完成后等强龄期需要7d，采用KD-18高强灌浆材料拌制的细石混凝土浇筑预应力锚索锚墩头后，建基面每个梯段开挖爆破施工工期可节约6d，保证了建基面开挖快速支护施工的质量和进度要求。