浅谈砌石单曲拱坝改建的技术要点

方 翔

（三明市水利水电工程有限公司,福建 三明 365000）

1 工程概述

砂坪水库位于三明市三元区陈大镇砂蕉村砂坪自然村丁后岭下游,所在河流砂蕉溪为台溪一级支流。水库坝址以上控制流域面积为13.6 km2。水库正常蓄水位349.3 m,相应库容9.41万m3。该水库始建于1987年8月,1988年2月建成并投入运行。目前主要功能是为三元区小蕉工业园区供水厂提供原水水源。

砂坪水库大坝改建工程是梅列区小蕉片区第二供水工程项目杉板坑引调水工程及砂坪水库清淤改造工程中的重要分部工程。工程于2021年10月1日开工,2023年3月12日完工,2023年3月15日通过分部工程验收,结论合格。

本项目建设单位为三明市瑞云新区建设发展有限公司,设计单位为福建水院科技服务有限责任公司。监理单位为三明市水利水电工程有限公司,施工单位为厦门安能建设有限公司,质量监督单位是三明市三元区水利工程质量技术站。

2 大坝改建前工程布置

大坝为砌石单曲拱坝,坝顶弧长40.7 m,顶宽1.2 m,坝顶高程351.3 m,最大坝高10.3 m；坝体上下游面为M10水泥砂浆砌方整块石,坝腹为C15混凝土砌块石；溢流堰布置在坝顶中央,堰顶高程349.3 m,溢流坝段弧长20.0 m；放水管道布置在大坝右侧,采用DN400铸铁管坝内埋管,下游面闸阀控制。

沙坪水库上游部分流域,由于多年来人为活动、项目建设无序开发、水保设施遭受破坏,加重了流域内水土流失现象,库内泥沙淤积严重,泥沙淤积挤占了兴利库容5.88万m3和死库容1.5万m3,共计达7.38万m3,占总库容的78.4%,水库淤积严重。此处,大坝坝基渗水、排泥管道堵塞、闸阀锈蚀破损等问题,严重影响到大坝正常运行,并危及水库下游工农业生产和城镇居民的生活安全。

3 大坝改建的主要内容

（1）拆除溢流坝段346.7 m高程以上和非溢流坝段351.3 m高程以上的旧坝体及溢流面、工作桥。

（2）在大坝下游侧采用C15埋石混凝土培厚加高,坝顶宽度由1.2 m扩至3.5 m；坝顶高程由351.3 m上升到352.0 m。培厚坝基布设固结灌浆孔和帷幕灌浆孔进行固结、帷幕灌浆。

（3）溢流堰顶增设3扇挡水闸,孔口尺寸3.5 m×3.0 m（宽×高）,排水闸采用螺杆启闭机控制。溢洪道总宽15.5 m,采用挑流消能,下游面增设钢筋混凝土护坦。

（4）大坝左、右岸增设C15埋石混凝土重力墩,平面尺寸3.0 m×3.5 m；左岸增设DN600生态流量管；右岸增设1扇排砂闸,孔口尺寸2.3 m×2.2 m（宽×高）,螺杆启闭机控制闸门。

（5）坝顶恢复工作桥,增设二层钢筋混凝土框架结构启闭房。

4 拱坝培厚、加高改建应掌握的技术要点

4.1 旧坝体拆除不得影响及破坏大坝坝体的整体性

坝体拆除部分包括大坝钢筋混凝土、块石浆砌体,并拆除大坝左下侧埋置的生态流量管,并扩宽大坝右下侧冲砂闸孔,其尺寸为3.0 m×3.0 m的方孔,拆除总量约100.0 m3。在拆除过程中为了不影响和破坏坝体的整体性。动工拆除前应根据大坝体型单薄、拱坝受力特征,制定安全合理的施工方案,采取人工拆除为主,用小型电、风镐等拆除工具,从上游面往下游面水平逐层破拆的施工方案,较好地完成了破拆,达到了不破坏未拆除坝体整体性的设计要求,为大坝补强改建作好准备。

4.2 大坝培厚段基础处理,不得扰动原拱坝坝体基础

按照设计要求,大坝培厚段基础开挖底高程与原坝体基础底高程持平,基底地质为弱风化变质石英砂岩,基础处理包括基础土、石方开挖,局部破碎带挖除并用C15混凝土回填,C15混凝土垫层,固结灌浆和帷幕灌浆。

大坝基础开挖采用先岸坡后河床,左、右岸对称,自上而下的施工方法,并遵循大坝基础开挖施工的有关技术规范要求,采用200 反铲挖掘机开挖基础,基底按设计高程预留0.2 m～0.3 m厚的保护层,保护层应采用人工方式挖除,以避免造成基础面破损。基础开挖达到设计要求并进行验收合格后,方可采用C15混凝土进行垫层封闭。

坝基灌浆包括固结和帷幕灌浆。固结灌浆采用1台100型潜孔钻成孔,孔径91 mm,钻头采用合金钢钻头,浆液采用LJ-1.0型立式150 L双桶搅浆机搅拌,灌浆则采用1台ZMB-6型双缸双液活塞式注浆泵进行循环灌浆。在灌浆前,先将灌浆孔按排序逐孔编号,遵循排序逐渐加密的原则,同时,浆液水灰比按设计规范要求,从稀到浓依次进行。为确保不扰动原拱坝坝体基础,固结灌浆压力采用0.3 MPa～0.5 MPa,在最大压力0.5 MPa,吸浆量小于1 L/min时继续30 min即结束灌浆,并采用导管注浆法封孔。

帷幕灌浆在固结灌浆完成后进行,孔距2.0 m,在溢流坝段单排防渗帷幕,孔深达到相对隔水层以下3.0 m,根据先导孔确定。灌浆顺序和浆液比按设计规范要求进行。

在固结灌浆和帷幕灌浆施工过程中,现场技术员巡视检查拱坝上下游面是否溢浆,漏浆和未拆除坝体垫层的变化情况,确保在加压灌浆时不扰动原坝体基础,通过灌浆加强大坝基础整体性和刚度。

大坝基础开挖后,即进行左、右岸重力墩C15埋石混凝土施工,待固结、帷幕灌浆检查验收合格后即进行坝体C15埋石混凝土培厚施工。

4.3 拱坝培厚施工,必须确保新旧坝体紧密结合,形成整体

在拱坝培厚施工前,应认真组织技术人员,熟悉设计方案,与设计人员沟通,了解和掌握设计理念和设计前置条件；并向施工人员进行技术交底、明确拱坝培厚新、旧坝体形成整体性的关键技术要点,在施工过程中,工作人员采取了新、旧坝体接触面处理、锚杆连接和接触灌浆等关键技术要点,以确保拱坝培厚新、旧坝体形成整体性的目标。同时,还需要进行技术交底,明确以上要点,以保证施工的效果。

4.3.1 原旧坝体接触面处理

对于培厚部位的旧坝体坝面,先凿除浆砌块石体的勾缝水泥砂浆,凿除深度2 cm,同时清除坝面的杂质,然后用高压水枪冲洗干净。

4.3.2 水泥砂浆锚杆连接新、旧坝体

采用气腿式钻机按设计要求间距1.0 m×1.0 m进行钻孔,孔深0.5 m,锚杆采用Φ22螺纹钢筋、L=1.5 m,水泥砂浆采用M20,待水泥砂浆凝结后,进行坝体C15埋石混凝土培厚。施工时注意毛块石和模板、混凝土入仓不得碰触预埋的锚杆。

4.3.3 接触灌浆以加强新旧坝体的结合

当大坝培厚施工至设计高程,即溢流坝段346.7 m,非溢流坝段351.7 m后,即可进行接触灌浆。接触灌浆采用100型潜孔钻按设计要求孔距3.0 m进行钻孔,孔深钻入基岩面1.0 m,在C15埋石混凝土强度达到设计值的70%后即可进行钻孔,灌浆浆液比按施工规范要求进行。

在接触灌浆施工过程中,注浆时要检查坝上游面和培厚段下游面的浆液冒浆情况,发现冒浆时应采用棉花堵塞,灌浆压力必须达到0.3 MPa和新旧坝体接触缝浆液的饱和度,加强新旧坝体的紧密结合,形成整体。

4.4 应控制溢流坝表面施工的技术要点

当坝体培厚形成整体后,进行溢流坝面施工。溢流坝面采用C30 钢筋混凝土浇筑。为防止溢流坝面与培厚坝面形成水平面通缝产生渗漏,经设计方同意,在溢流坝面钢筋安装前,采用Φ22 L=1.5 m锚杆垂直坝面进行布设,间距2.0 m×2.0 m,深入培厚坝体1.0 m,在C30 混凝土浇筑前,采用M10水泥砂浆作为胶结层,形成整体,并确保不会发生水平通缝而引起渗漏。目前水库下闸蓄水后,经检查,此法适用可行。

4.5 库内清淤应确保库周山体的稳定性

砂坪水库历经30多年的运行,库内淤积量已达到库容的78.4%,严重影响水库的正常运行,清淤迫在眉睫。水库库内清淤必须注意不要对库周岸坡稳定性造成影响。

在库内清淤时,根据设计的清淤范围进行库周放样测量,明确具体清淤范围和岸坡开挖坡比；将岸坡底边定位清淤开挖上边线,为确保岸坡稳定,尽量沿原始岸坡,从水库末端往大坝逐层开挖,确保水库周边山体的安全稳定。

5 结语

砂坪水库改建工程于2021年10月1日开工,2023年3月12日完工验收,并下闸蓄水,未见质量缺陷的问题。综上所述,砌石单曲拱坝改造应掌握的新、旧坝体接触面处理、锚杆连接和接触灌浆三大技术要点是保证改造施工的质量关键,对砼或砌石拱坝、重力坝的施工改造均可借鉴。社会在进步,水利事业在发展,一批大、中型水利工程陆续开工建设,为人民的生活质量、农田灌溉、工业发展起到决定性作用；但地处偏僻山区的二十世纪七八十年代建设的小型水利工程也急需改建、扩建,发挥应有的作用。本文阐述的改造施工技术要点也可为奋斗在水利事业一线的专业技术人员起到抛砖引玉的参考价值。