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土石坝体混凝土心墙与坝基混凝土防渗墙及混凝土重力坝段的联接技术

2021-03-26张生琴陈学永冯前磊

广东水利水电 2021年3期
关键词:油膏造孔重力坝

张生琴, 陈学永, 冯前磊

(中国葛洲坝集团建设工程有限公司,云南 昆明 650217)

1 概述

国内外水电站多修建于峡谷开阔地带,大坝两岸多为岸坡结构,此类峡谷开阔地带岸坡部位可依托地形修建混凝土心墙土石坝[1],一端联接混凝土重力坝,另一端联接岸坡边坡。对于此类混凝土心墙土石坝的施工,可在进行岸坡段坝肩砂卵砾石开挖时,采用逐层剥离的方式保留完整的造孔防渗墙[2],后续在造孔防渗墙的基础上明浇混凝土心墙,在现浇混凝土心墙和造孔防渗墙之间设置联接接头[3]。同时,在混凝土心墙土石坝与混凝土重力坝之间设置“凹”型联接接头,可以有效的避免土石坝与重力坝施工质量、进度等各方面问题。

2 坝体混凝土心墙与坝基混凝土防渗墙的联接

2.1 联接方法

1) 首先岸坡段坝肩砂卵砾石进行开挖时,采用逐层剥离的方式,保留完整的造孔防渗墙。造孔防渗墙穿过砂卵砾石层,深入基岩1 m,防渗墙外伸长度超过一定的距离,增大坝体端头绕渗渗径。

2) 然后在进行原造孔防渗墙上部明浇混凝土心墙,新浇混凝土防渗心墙以原造孔防渗墙为基础进行加高浇筑。心墙底部与造孔防渗墙接触面设置成“凹”型包裹状,即现浇混凝土心墙包裹造孔防渗墙,防渗墙接头形式详见图1所示。为满足造孔防渗墙与后浇防渗墙的可靠联接,需对造孔浇筑防渗墙联接部位进行部分凿除,凿除原则为造孔防渗墙外观破碎、有裂纹的端头部分,凿除0.5~1 m的范围,直至出露新鲜的混凝土表面。凿除墙体施工不得采用大型设备及爆破拆除,防止对防渗墙形成破坏,采用人工持风镐或电镐逐步凿除。

图1 防渗墙接头联接布置示意

3) 在造孔防渗墙顶部先浇筑止水帽,埋设紫铜止水片,后浇筑倒“凹”型的混凝土心墙,反扣入造孔防渗墙,在止水联接部位接缝处涂刷5 mm沥青,形成第1道防渗线。为加强后浇防渗墙施工浇筑层面的防渗,在浇筑层面布置镀锌铁皮止水镀锌铁片止水布置于防渗墙中心线,其两端与防渗墙接头部位上游侧铜止水进行焊接。对于间歇期大于28 d的浇筑层,除层面布置镀锌铁片止水外,接缝迎水面需布置柔性止水措施,形成第2道防渗线。即在迎水面新老混凝土的接缝处采用填塞GB柔性填料+GB三复合橡胶板盖片封闭+扁钢+膨胀螺栓固定的柔性止水措施,造孔浇筑防渗墙接头止水具体布置形式如图2所示。止水装置施工过程中需严格控制橡胶棒的安装质量,橡胶棒安装前用清水或丙酮将安装基面清理干净,且清洗前对基面贴合不实处采用砂轮机进行打磨;橡胶棒贴紧止水盖帽与防渗心墙之间的缝隙并固定牢固,以防止防渗油膏渗入两者之间的缝隙;在竖向复合橡胶板盖片外增设1层镀锌铁片作为保护层,在铁片与橡胶盖片之间填入细沙作柔性填充材料,以防止在填筑过程中对橡胶止水盖片造成冲击破坏。

图2 防渗墙迎水面接头柔性止水布置示意

4) 止水基座混凝土与原造孔防渗墙之间的基面在表面凿毛、并进行锚筋施工后开始基座混凝土浇筑,待止水基座混凝土达到80%强度以后,在联接部位涂刷5 mm厚沥青[4];再进行防渗墙的浇筑施工。现浇混凝土心墙设置成“凹”状,槽深不小于80 cm,扣过50 cm的止水支座,并与造孔防渗墙搭接不少于30 cm。现浇防渗墙为钢筋混凝土墙体,混凝土分层浇筑,单层高度不超过3 m。混凝土拌制时应严格控制骨料粒径,防止骨料过大造成浇筑填充不密实等问题[5]。浇筑时混凝土自由倾落高度不得超过1.0 m,混凝土浇筑应分段分层连续进行,在钢筋密集区振捣时,不得触及钢筋和模板。表面振动器的移动间距,应保证振动器的平板覆盖已振实部分的边缘。浇筑混凝土时应经常观察模板、钢筋、预留孔洞、预埋件和插筋等有无移动、变形或堵塞情况,发现问题应立即处理,并应在已浇筑的混凝土初凝前休整完好。浇筑混凝土应连续进行,如必须间歇,其间歇时间应尽量缩短,并应在前层混凝土初凝之前,将次层混凝土浇筑完毕。严禁混凝土1次下料过厚,振捣不实或漏浆,模板有缝隙使水泥浆流失。

2.2 优点

1) 在岸坡段坝肩砂卵砾石开挖时保留完整的造孔防渗墙,充分的利用了峡谷开阔地区地形岸坡部位无法开挖出坚硬的岩石基础特点,同时减除了后续施工过程中的大量工程量,缩减了项目投资成本。

2) 通过造孔防渗墙与上部明浇防渗心墙间的“凹”型接头,将后浇倒扣入造孔防渗墙内,使得先后施工的两种结构有效进行联接,保证了防渗接头质量。同时通过布置镀锌铁片止水、柔性止水等方式更加确保防渗效果。

3 坝体混凝土心墙与混凝土重力坝段的联接

3.1 联接方法

1) 混凝土心墙土石坝一端联接混凝土重力坝,混凝土重力坝先行施工,在防渗轴线处预留出“凹”型接头,接头处设置两道紫铜止水,止水下部接至基岩的止水坑内,上部延伸至坝顶[8]。

2) 混凝土防渗墙为钢筋混凝土墙体,与混凝土重力坝联接采用“凸”型接头,防渗墙插入重力坝内1 m,联接缝为结构缝,缝宽为5 cm,缝内填充嵌缝油膏,形成第1道防渗线。在接头的上游面5 m范围内,回填防渗土料,形成第2道防渗线。现浇混凝土心墙与重力坝联接接头布置形式见图3~4所示。

3) 在接头的上游面5 m范围内,回填防渗土料,回填的防渗土料要求最大粒径不大于150 mm,<5 mm粒径的颗粒含量应大于50%,<0.005 mm的颗粒含量应大于5%。压实后的渗透系数应小于1×10-5cm/s。防渗土料填筑厚度按30 cm 1层(试验确定参数)进行控制,采用小型打夯机具夯实。

图3 现浇混凝土心墙与重力坝联接平面布置形式

图4 现浇混凝土心墙与重力坝联接接头布置形式

4) 在防渗土料回填过程中应同步进行砂卵砾石填筑施工。为确保两侧回填对混凝土心墙产生的侧压力基本一致,土石坝心墙两侧土石方填筑应该对称同步上升[6],从取料源头开始,严格控制粒径大于50 cm的骨料严禁进入填筑区域,土石方填筑应严格按照80 cm厚度(试验确定参数)进行分层填筑。填筑骨料粒径按不大于30 cm控制,采用静碾或小型打夯机具夯实,啥卵砾石料填筑区域严禁震动碾压,以避免对薄壁混凝土心墙产生影响。填筑接头区域应形成不陡于1:3的接头坡比,防止粗骨料集中,及时清除滚落至坡底的孤石和斜坡面集中的石块[7];填筑碾压时确保碾压次数及土石方含水率达到设计要求。

5) 预留的5 cm宽混凝土结构缝,在缝内充填嵌缝油膏[8],可采用先留缝后充填,或先充填成缝的施工方法。可采取泡沫板填充以及使油膏硬化为固态模块两种方法预留出混凝土结构缝。

① 泡沫板填充:在混凝土浇筑前,模板安装完成后利用5 cm厚泡沫板填充嵌缝,待混凝土浇筑完成后,采用钢钎或钻杆将填充泡沫板打碎,利用高压风将泡沫吹出缝内,然后再进行嵌缝油膏的填充。

② 油膏硬化为固态模块:使用木板材料制作为长宽高固定的模块,将油膏倒入模块使其在低温状态下硬化为固定尺寸的块状油膏,取出后放入混凝土结构缝内再进行混凝土的浇筑。

6) 为解决传统止水失效导致漏水的问题,在两道止水间设置预留孔,作为防渗堵漏排水及灌浆的预留通道。

常规的水工混凝土浇筑,在结构缝上设置止水带,形成防渗作用,一旦止水存在质量缺陷,发生渗漏时难以对止水进行修补或无法对渗水进行集中引排。混凝土重力坝与心墙联接部位亦存在此问题,因此,在相邻坝段止水间进行了预留孔的施工。在两道止水带之间的结构缝处设置圆钢管,混凝土浇筑初凝后,提升拔出圆钢管,形成排水孔;排水孔通过预埋排水管将排水孔与廊道连通。排水孔设置在两道止水带的中间,并横跨结构缝。随着止水带布置,排水孔可以垂直布置到坝顶,也可以水平布置,施工过程中要确保排水孔的连通。排水孔通过排水管引入廊道内,不仅可用于集中引排两道止水带之间的少量渗水,还可通过渗水量的变化判断止水设施的有效性。施工完成后的排水孔作为大坝运行期内止水设施有效性的观测孔,既可以集中引排因大坝止水质量缺陷而引起的渗水,也可以因大坝止水失效而发生大量渗水时作为灌浆孔对两道止水带之间进行灌浆封堵[9],从而有效防止大坝止水发生渗漏。此种大坝止水防渗漏施工方法,实现了在止水施工时,因发生质量缺陷,出现渗漏情况,且在大坝蓄水后很难对止水质量缺陷进行修补,对少量的渗水进行集中引排。对大量的渗水,此排水孔作为灌浆孔对止水进行灌浆修补。该方法施工投入低、操作亦简单、质量更有保证、施工效率高。

3.2 优点

1) 通过“凹”型接头,重力坝将接头部位完全包裹于坝体内,确保了接头处的防渗效果。同时重力坝可以先行施工,较好避免了两种坝型因结构不同而导致的工序交叉问题。

2) 混凝土心墙上下游部位的回填砂卵砾石料及防渗土料利用基础开挖时的骨料,在确保施工质量的基础上有效减少项目成本。

3) 在两道止水间设置预留孔,可观测渗水量的变化情况,判别止水设施的有效性,当渗水量变大,止水设施失效时,也可作为灌浆止水的有效通道,解决了传统止水失效导致止水难以防渗的问题。

4 结语

混凝土心墙土石坝已成为目前水电项目中广泛采用的坝型,土石坝的防渗效果是检验其最终施工质量的最重要因素。本文通过对土石坝体混凝土心墙与坝基混凝土防渗墙、土石坝与混凝土重力坝段的联接方法及各自效果分析,研究一种适用于峡谷开阔地带水电站项目中混凝土心墙土石坝的施工方法,该施工方法较传统方法从成本控制、施工质量、施工进度方面均取得了较好的效果,可以为类似坝型水电站施工提供参考。

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