黃阿油

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司福建分公司,福建 福州 350001)

1 工程概況

張?jiān)此畮?kù)位于順昌縣鄭坊鎮(zhèn)上坊村張?jiān)醋匀淮?距順昌縣城約18 km,工程建設(shè)任務(wù)為供水,兼顧灌溉。工程樞紐由攔河壩及引水系統(tǒng)組成,攔河壩最大壩高53.5 m,水庫(kù)正常蓄水位316.0 m,設(shè)計(jì)洪水位316.27 m,校核洪水位317.09 m,總庫(kù)容1 361萬(wàn)m3,調(diào)節(jié)庫(kù)容 1 262萬(wàn) m3,庫(kù)容系數(shù)63%,具有多年調(diào)節(jié)性能。

壩址區(qū)河谷兩岸地形基本呈對(duì)稱的“V”型,河床寬11～13 m,河床大多弱風(fēng)化基巖裸露,局部沖洪積砂卵石夾漂石層淺覆蓋?；鶐r巖性以片麻狀石英閃長(zhǎng)巖為主,局部相變?yōu)槠闋铋W長(zhǎng)巖和片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖等。地質(zhì)構(gòu)造以節(jié)理裂隙為主,節(jié)理面一般為閉合～微張,緩傾角裂隙較不發(fā)育,裂隙面大多新鮮閉合或面見(jiàn)鐵錳質(zhì)。兩岸壩肩巖體風(fēng)化劇烈,全、強(qiáng)風(fēng)化層厚度較大,特別是右壩肩受偉晶巖成巖熱動(dòng)力變質(zhì)作用的影響,形成風(fēng)化深槽,兩岸地下水位及相對(duì)隔水層埋深大。

2 堆石混凝土壩特點(diǎn)

堆石混凝土壩是將大粒徑的塊石直接入倉(cāng)堆放,從堆石體的表面澆筑無(wú)需任何振搗的專用自密實(shí)混凝土,利用自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性、高穿透性的特點(diǎn),依靠自重完全填充堆石的空隙,從而形成完整、密實(shí)、水化熱低、滿足強(qiáng)度要求的大體積混凝土澆筑而成的壩。堆石混凝土壩為一種新壩型,其筑壩主要技術(shù)特點(diǎn)有:施工工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械化程度高,堆石入倉(cāng)和專用自密實(shí)混凝土(SCC)生產(chǎn)澆筑工序間干擾小,可實(shí)現(xiàn)并行施工,生產(chǎn)效率成倍提升,綜合單價(jià)低;不需要振搗、人工參與少,人員施工主要集中在層間清理、堆石沖洗、泵管布置等輔助工序上;澆筑層高1.5～2 m,專用自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性、抗分離性保證了塊石填充的密實(shí)度,加快了施工速度;層面處理簡(jiǎn)單,每層澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r,表面一部分塊石棱角裸露,提高層間抗剪能力,簡(jiǎn)化了層間鑿毛工序;水化熱低,絕熱溫升不超過(guò)15℃,無(wú)需預(yù)埋冷卻水管等復(fù)雜溫控;堆石混凝土滲透系數(shù)可達(dá)10～11 m/s,容重一般可達(dá)24.0 kN/m3以上,質(zhì)量易于控制。

3 張?jiān)此畮?kù)攔河壩壩型方案選擇

考慮到工程區(qū)有較豐富的土石料,前期設(shè)計(jì)階段張?jiān)此畮?kù)攔河壩進(jìn)行了粘土心墻堆石壩和砌石重力壩的壩型比選,由于粘土心墻堆石壩方案投資大,同時(shí)土石壩填筑要求高、消能防沖布置及施工期度汛設(shè)計(jì)復(fù)雜、環(huán)境影響大,且后期管理較復(fù)雜,前期階段設(shè)計(jì)推薦攔河壩采用砌石重力壩作為基本壩型。

根據(jù)壩址工程地形地質(zhì)條件、當(dāng)?shù)亓显辞闆r結(jié)合設(shè)計(jì)評(píng)審專家意見(jiàn),在初步設(shè)計(jì)階段,對(duì)攔河壩進(jìn)行了堆石混凝土重力壩、細(xì)石混凝土砌石重力壩、常態(tài)混凝土重力壩等壩型方案的進(jìn)一步比選論證。三種壩型在工程布置方面基本一致,主要不同之處在于筑壩材料和施工工藝方面的差別。經(jīng)分析比較,常態(tài)混凝土重力壩投資最大,砌石重力壩投資最省,但堆石混凝土壩與常態(tài)混凝土壩相比,在施工過(guò)程中可以簡(jiǎn)化施工工序、節(jié)省人力,加快施工速度,簡(jiǎn)化溫控;相比較于細(xì)石混凝土砌石壩,堆石混凝土密實(shí)度高,體積穩(wěn)定,抗裂性能好,層間抗剪能力及防滲能力強(qiáng),施工質(zhì)量更有保證。同時(shí)考慮堆石砼壩施工速度快,工期短,建成后可以提前供水,增加供水效益,計(jì)入供水效益以及節(jié)約建設(shè)期利息后,其投資與砌石壩基本相當(dāng)。綜上分析比選,張?jiān)此畮?kù)攔河壩壩型最終確定采用堆石混凝土重力壩。

4 張?jiān)此畮?kù)堆石混凝土壩設(shè)計(jì)

4.1 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2 筑壩材料與技術(shù)要求

張?jiān)此畮?kù)大壩采用C15堆石混凝土,堆石混凝土主要包括堆石入倉(cāng)和專用自密實(shí)混凝土的生產(chǎn)澆筑兩道工序。堆石料采用料場(chǎng)開(kāi)采的大粒徑塊石、開(kāi)挖料中的大粒徑塊石(或卵石)等,經(jīng)篩分后粒徑大于300 mm的塊石直接運(yùn)輸至倉(cāng)面自然堆積,形成有空隙的堆石體,然后在堆石體上澆筑自密實(shí)混凝土,自密實(shí)混凝土依靠自重填充堆石空隙,形成完整、密實(shí)、滿足強(qiáng)度要求的混凝土。堆石混凝土技術(shù)是一種新型的材料及混凝土施工工藝,充分利用自密實(shí)混凝土的高流動(dòng)性充填堆石縫隙,最終形成完整密實(shí)的混凝土,具有塊石含量高,膠凝材料用量低的特點(diǎn)。堆石混凝土筑壩材料及技術(shù)要求按照《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》SL319-2018及《膠結(jié)顆粒料筑壩技術(shù)導(dǎo)則》SL678-2014的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行,其中對(duì)堆石料及混凝土外加劑的質(zhì)量要求為:(1)堆石混凝土所用的堆石材料應(yīng)新鮮、完整、質(zhì)地堅(jiān)硬、不得有剝落層和裂紋,堆石料粒徑不小于300 mm,堆石料最大粒徑不超過(guò)結(jié)構(gòu)斷面最小邊長(zhǎng)的1/4,厚度的1/2;堆石料的飽和抗壓強(qiáng)度不小于40 MPa;含泥量不大于0.5%,不得含有泥塊;(2)堆石自密實(shí)混凝土應(yīng)使用聚羧酸系列高性能減水劑,其品質(zhì)除應(yīng)滿足《混凝土外加劑》GB8076-2008高性能減水劑的基本要求外,還應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)自密實(shí)砂漿法的檢測(cè),標(biāo)準(zhǔn)自密實(shí)砂漿的指標(biāo)應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)導(dǎo)則的要求。

4.3 大壩基礎(chǔ)處理

大壩基礎(chǔ)開(kāi)挖至弱風(fēng)化基巖中上部,為加強(qiáng)重力壩基礎(chǔ)整體性,對(duì)壩基進(jìn)行全面固結(jié)灌漿,灌漿孔間排距3 m,呈梅花型布置,由于基巖節(jié)理裂隙發(fā)育,且局部有風(fēng)化夾層,相應(yīng)的適當(dāng)加深固結(jié)灌漿深度,帷幕上游側(cè)設(shè)1排深孔固結(jié)灌漿孔,孔深12 m,帷幕下游側(cè)區(qū)固結(jié)灌漿孔孔深為8 m。帷幕上游區(qū)和地質(zhì)有缺陷部位的壩基固結(jié)灌漿要求采用有混凝土蓋重方式施灌,其他區(qū)域采用無(wú)混凝土蓋重或找平混凝土封閉方式施灌。在不抬動(dòng)基礎(chǔ)巖體和蓋重混凝土的原則下,固結(jié)灌漿壓力盡量提高,有混凝土蓋重區(qū)根據(jù)其厚度采用0.4～0.7 MPa,無(wú)蓋重或找平混凝土封閉灌漿區(qū)采用0.2～0.4 MPa。

壩基上游側(cè)設(shè)一排帷幕灌漿,壩體廊道內(nèi)帷幕灌漿孔距大壩上游面約3.5 m,孔距2 m,帷幕灌漿深入相對(duì)隔水層(q≤5 Lu)以下5～8 m,左岸向山體內(nèi)延伸至正常蓄水位與地下水位相交處,右岸由于相對(duì)隔水層和地下水位均較低緩,根據(jù)滲流分析成果確定帷幕延伸長(zhǎng)度。兩岸壩肩山體帷幕灌漿在地表進(jìn)行,左岸壩肩帷幕灌漿順壩軸線延伸長(zhǎng)度為56 m;右岸壩肩因山脊走向偏向下游,帷幕灌漿沿山脊走向往下游側(cè)偏轉(zhuǎn)23.5°,延伸長(zhǎng)度為65 m。帷幕灌漿單孔深13.5～39.5 m。大壩壩基內(nèi)的殘存探洞、鉆孔,采用回填灌混凝土封閉處理;節(jié)理裂隙發(fā)育,基巖較破碎處,加強(qiáng)固結(jié)灌漿,并采用錨桿處理。

4.4 壩肩接頭處理

根據(jù)兩岸壩肩不同地質(zhì)情況,施工圖階段對(duì)左岸壩肩接頭進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,延長(zhǎng)左岸重力壩長(zhǎng)度,并采用平面U型擋墻與左岸壩肩相接。重力壩向左岸側(cè)延長(zhǎng)28 m,U型擋墻為C20混凝土重力式結(jié)構(gòu),擋墻內(nèi)夯填黏土并設(shè)置混凝土防滲刺墻,刺墻采用樁柱型連續(xù)墻結(jié)構(gòu),刺墻長(zhǎng)14.13 m厚1.2 m。優(yōu)化調(diào)整后重力壩段長(zhǎng)度增加28 m,左岸壩肩接頭段長(zhǎng)度由35.25 m縮短為20.875 m。右岸壩肩由于風(fēng)化層厚,仍采用土石壩方式進(jìn)行連接。

5 張?jiān)此畮?kù)堆石混凝土壩施工

順昌縣張?jiān)此畮?kù)2021年5月26日工程開(kāi)工,施工采用EPC總承包模式,施工單位為三明市水利水電工程有限公司。目前壩基開(kāi)挖已全部完成,大壩完成中下部壩體結(jié)構(gòu)的砌筑(2#-10#壩段壩體已完成至▽286.5 m高程),工程進(jìn)展順利。施工過(guò)程中開(kāi)展堆石混凝土壩高自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)以及材料試驗(yàn)研究,外加劑采用北京華石納固科技有限公司生產(chǎn)的堆石混凝土專用外加劑HSNG-T,研究推薦采用的配合比如表1。

表1 順昌縣張?jiān)此畮?kù)高自密實(shí)性能混凝土配合比 kg/m3

為掌握施工過(guò)程大壩堆石混凝土砌筑質(zhì)量,大壩同步進(jìn)行了C15堆石混凝土強(qiáng)度檢測(cè),目前測(cè)得28天強(qiáng)度值為16.9～21.5MPa。2023年2月9日-12日在4#、7#、8#壩段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)壓水試驗(yàn),試驗(yàn)6個(gè)孔測(cè)得透水率值為0～1.66 Lu。2022年9月13日在4#壩段280.20 m高程面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挖坑試驗(yàn),試驗(yàn)測(cè)得堆石體容重為24.74 KN/m3,堆石率56.9%,空隙率0.7%。檢測(cè)結(jié)果表明,堆石混凝土總體施工質(zhì)量良好,滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有堆石體外觀質(zhì)量檢查,未發(fā)現(xiàn)有大的或貫穿性裂縫,僅在4#～6#壩段上游面高程272～277 m范圍發(fā)現(xiàn)有5條裂縫,裂縫長(zhǎng)2～5 m,均為表層微細(xì)裂縫。對(duì)上游面發(fā)現(xiàn)的裂縫采用鉆斜孔灌漿,并用接縫王涂料騎縫粘貼無(wú)蠟網(wǎng)格布進(jìn)行縫面封閉處理,裂縫灌漿灌注材料為聚脲注漿液材料,灌漿后裂縫封閉良好。

6 結(jié)語(yǔ)

堆石混凝土技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械化程度高、質(zhì)量易于控制的特點(diǎn),張?jiān)此畮?kù)堆石混凝土重力壩是我省繼黃沙坑水庫(kù)(H=44.20 m)、九九坑水庫(kù)(H=33.50 m)、坪坑水庫(kù)(H=79.00 m)之后又一座推廣應(yīng)用的新壩型,工程的實(shí)踐將對(duì)我省堆石混凝土壩技術(shù)起到進(jìn)一步充實(shí)和促進(jìn)作用。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整和現(xiàn)場(chǎng)的施工探索,主要設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)如下。

(1)水庫(kù)大壩與兩岸壩肩的接頭設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn),需根據(jù)不同地形地質(zhì)條件,采取針對(duì)性的處理方案。張?jiān)此畮?kù)左岸壩肩優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì),采用平面U型擋墻與壩肩相接,便于工程總體布置,同時(shí)方便施工,取得了較好效果。

(2)自密實(shí)混凝土高流動(dòng)性是其突出特點(diǎn),同時(shí)又必須保證其強(qiáng)度和抗?jié)B性要求,根據(jù)材料的具體情況,開(kāi)展高自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)及相關(guān)材料試驗(yàn)研究是必要的。

(3)堆石混凝土壩上游側(cè)防滲層與壩體堆石混凝土材料不同,受溫差影響上游側(cè)防滲層易發(fā)生裂縫,施工過(guò)程中需做好養(yǎng)護(hù)和保溫工作。