張偉

（黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810008）

積石峽水電站混凝土面板堆石壩施工綜述

張偉

（黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810008）

積石峽水電站混凝土面板堆石壩位于高寒、高海拔的黃河上游地區(qū)，是典型的復(fù)式河谷大壩，其最大壩高 103 m。該項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化和技術(shù)創(chuàng)新，確保了大壩高質(zhì)量、按期建成。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，壩體沉降變形、壩體滲流等均控制在設(shè)計(jì)和規(guī)范范圍內(nèi)，大壩工作性態(tài)正常。

混凝土面板堆石壩；復(fù)式河谷；填筑；施工；積石峽水電站

1 工程概況

積石峽水電站混凝土面板堆石壩位于青海省循化縣境內(nèi)的黃河干流上，壩基為斷面呈極不對(duì)稱的“U”形河谷，左岸臺(tái)地（引水壓力鋼管外包混凝土水平段）與河床水平段壩體建基面存在約 75 m 的高差。壩頂高程 1 861 m，最大壩 高 103 m，壩 頂長(zhǎng) 321.9 m，壩頂寬 9.8m，大壩上游壩坡 1:1.5，下游壩坡 1:1.3~1:1.4，頂部設(shè)有 高 度 為 5.2 m 的“L”型防浪墻與面板相接。壩體從上游向下游依次分為：粉質(zhì)壤土鋪蓋區(qū)（1A）、壓重保護(hù)區(qū)（1B）、混凝土面板、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過(guò)渡區(qū)（3A）、排水區(qū)（3F）、主堆石區(qū)（3BI，3BII）、下游次堆石區(qū)（3C）及下游護(hù)坡（3D）。壩體總填筑量約 296 萬(wàn) m3。

2 料源規(guī)劃及壩體分區(qū)優(yōu)化

可研階段，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧系目辈椋?guī)劃了3 個(gè)堆石壩填筑料的料源，分別是：干溝天然料場(chǎng)Ⅱ區(qū)（砂礫料儲(chǔ)量 930.1 萬(wàn) m3，距壩址 9.5 km）、樣板彎人工料場(chǎng)（塊石料儲(chǔ) 量 5 423 萬(wàn) m3，距 壩址 2.8 km）、壩 址 區(qū) 建筑物開(kāi)挖料（開(kāi)挖料總量大于壩體填筑量，但其軟化系數(shù)（0.62~ 0.67）略低于 0.8 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）。通過(guò)技術(shù)分析，推薦墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)及主堆石區(qū)壩料采用樣板彎人工料場(chǎng)，次堆石區(qū)采用壩址區(qū)建筑物開(kāi)挖料。

施工招標(biāo)階段，對(duì)料源開(kāi)采情況和樞紐區(qū)建筑物開(kāi)挖料的儲(chǔ)量進(jìn)行了復(fù)核。鑒于樣板彎人工料場(chǎng)交通布置困難，開(kāi)采難度大，投資大，經(jīng)研究將其調(diào)整為干溝天然料場(chǎng)Ⅱ區(qū) ；鑒于 可用于筑壩的 開(kāi) 挖 料方量較大（約 450 m3），為了最大限度地利用開(kāi)挖料、降低工程造價(jià)，業(yè)主委托清華大學(xué)開(kāi)展了開(kāi)挖料用作主堆石區(qū)壩料的專題研究工作。研究認(rèn)為，開(kāi)挖料的濕化變形特性處于一般水平，在采取控制變形措施（在澆筑面板前進(jìn)行壩體浸水）的基礎(chǔ)上，壩體主堆石區(qū)壩料可全部采用樞紐區(qū)建筑物開(kāi)挖料。

3 壩體填筑

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形條件和壩體變形控制的要求，將壩體填筑分為4個(gè)階段：①完成河床左岸深槽部位的壩體填筑，即從壩上 0-100 至下游先填筑至高 1 775m；②完成左岸臺(tái)地高程以下的壩體填筑，按照全斷面均勻上升的原則將壩體填筑 1 834.5m 高程；③完成防浪墻底面高程以下的壩體填筑，按照先河床水平段和右岸、后左岸的原則，分兩期進(jìn)行填筑至 1 857 m 高程，兩期壩體間以 1 號(hào)壓力鋼管外包混凝土邊緣為分界線，按 1∶1.5 的綜合坡比預(yù)留施工橫縫；④面板及防浪墻施工完成后，完成 EL1 857 m 以上壩體 3BⅠ料的填筑。其中，壩前鋪蓋及壓重填筑在面板完工后、防浪墻開(kāi)工前的時(shí)段實(shí)施。

3.1 壩基處理

大壩基礎(chǔ)處理，除左右岸壩肩、趾板及河床左岸深槽部位開(kāi)挖較深（約 10 m，將表部覆蓋層及沖積層挖除至弱風(fēng)化層巖石）外，其它部位只做一般清理,清理深度 1～2 m，露出基巖面。要求對(duì)于趾板下游約 1/2 壩高范圍內(nèi)的基礎(chǔ)，避免出 現(xiàn)高度大于 0.5 m 的 陡坡（陡 于 1∶0.5）和 反坡；對(duì)于趾板下游約 1/2 壩高至壩軸線范圍內(nèi)的堆石體基礎(chǔ)，不允許出現(xiàn)高度大于 1.0 m 的陡坡和反坡。

3.2 壩體填筑施工

3.2.1 壩料運(yùn)輸

壩料在料場(chǎng)開(kāi)采后，經(jīng)檢測(cè)合格，采用自卸汽車運(yùn)輸上壩。共規(guī)劃了 3條上壩道路：第 1條為下游下基坑 R 3 道路，路寬為 10 m，最大坡比為 10%，主要負(fù)責(zé) 1 775 m 高程以下的壩料運(yùn)輸；第 2 條為 1 796 m 高程跨趾板道路，除跨趾板部分路寬為 6 m 外，其余路寬均為 10 m，最大坡比為16.2%，主要負(fù)責(zé) 1 775~1 811 m 高程間的壩料運(yùn)輸；第 3條為壩后“之”字路，該條道路隨壩體填筑修筑，主要負(fù)責(zé)1 811 m 高程以上的壩料運(yùn)輸。

3.2.2 壩料攤鋪、碾壓

壩料攤鋪前，通過(guò)導(dǎo)、截方式在趾板上游基坑處形成集水坑，根據(jù)集水水量情況及時(shí)將滲水抽排至上游河道，確?；A(chǔ)面無(wú)積水。

填筑時(shí)，小區(qū)料與相鄰的主堆石平起均衡上升，采用“先粗后細(xì)”法施工，具體工藝是：①對(duì)墊層、過(guò)渡層與主堆石連接時(shí)，先填主堆石，再填過(guò)渡層和墊層，即一層主堆石、兩層墊層和過(guò)渡層平起作業(yè)；②對(duì)墊層、過(guò)渡層通過(guò)排水層與主堆石連接時(shí)，先填主堆石，再填排水料，而后依次填筑過(guò)渡層和墊層，即一層主堆石、兩層排水料、過(guò)渡層和墊層平起作業(yè)。

3.2.3 壩料加水

為提高壩料碾壓質(zhì)量及減小壩體沉降變形，根據(jù)壩料工程特性和現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，設(shè)置了壩外加水、壩面灑水兩道工序，以確保壩料碾壓前達(dá)到預(yù)期含水量。具體措施是：①在上壩道路臨近壩面的位置，設(shè)立一個(gè)高 3.5m、倒 L 型的 φ100 鋼管，向壩料運(yùn)輸車定點(diǎn)加水，為了保證灑水的均勻性，在灑水鋼管處設(shè)置一個(gè) φ75 的花管灑水頭，每車加水 15 s；②通過(guò)左、右岸邊坡設(shè)置的輸水管道沿高程布設(shè)φ100 固定加水管道引至壩面灑水，同時(shí)輔以灑水車進(jìn)行小區(qū)料灑水。詳見(jiàn)表1。

表1 各類壩體填筑料碾壓施工參數(shù)表

3.3 擠壓墻施工

沿用公伯峽水電站的經(jīng)驗(yàn)，采用擠壓墻作為墊層料上游坡面的處理措施。擠壓墻混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為不大于C5強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)斷面為梯形，其中頂寬 10 cm，底寬 75 cm，墻高40 cm，外側(cè)坡比為 1:1.5，內(nèi)側(cè)坡比為 8:1。擠壓墻施工完成2 h后，方可開(kāi)始相應(yīng)區(qū)段墊層料的填筑施工。

擠壓墻混凝土采用專用擠壓機(jī)進(jìn)行施工，由 6.0 m3罐車負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)給料。施工時(shí)，擠壓機(jī)行走以前沿內(nèi)側(cè)掛線（繩）為準(zhǔn)，行走速度控制在 40～60m/h，攤鋪時(shí)實(shí)時(shí)向混凝土拌合物摻加液態(tài)高效速凝劑，其摻量為水泥用量的 4%。對(duì)擠壓機(jī)不能到達(dá)的擠壓墻兩端與趾板接口處，采用人工內(nèi)側(cè)立模，澆筑與擠壓墻同標(biāo)號(hào)混凝土。對(duì)施工中出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、鼓包、坍塌等現(xiàn)象，分別采取 M 5 砂漿抹平、鑿除抹灰及立模補(bǔ)澆混凝土等措施進(jìn)行處理。

3.4 壩體預(yù)沉降及壩體浸水

壩體填筑至 1 857 m 高程后，為了充分釋放壩體沉降量，預(yù)留了半年的預(yù)沉降期，具體的沉降期是：河床水平段及右岸壩體 7 個(gè)月、左岸壩體 5.5 個(gè)月。

同時(shí)，鑒于此工程面板堆石壩基礎(chǔ)為典型的“復(fù)式河谷”，左岸臺(tái)地與河床水平段壩體建基面存在約 75 m 的高差，為了防止因基礎(chǔ)高程突變引起的壩體不均勻沉降，在預(yù)沉降期內(nèi)，對(duì)河床水平段及右岸 1 785 m 高程以下壩體開(kāi)展了為期 2個(gè)月的浸水施工。相關(guān)監(jiān)測(cè)資料反映，浸水前后壩體最大沉降量由 35.2 cm 增至 46.9 cm，壩體沉降速率由 1.57 mm/d 降至 0.68 mm/d，壩體浸水起到了加速先填區(qū)段壩體沉降、提前釋放壩體濕化變形的良好作用。

4 混凝土施工

4.1 面 板

面板總面積為 3.5 萬(wàn) m2，面板厚 0.3~0.58 m，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為 C 25W 12F200，單層雙向配筋，混凝土總量為 1.47萬(wàn) m3。共分為 36 個(gè)條塊，分塊總長(zhǎng) 3 910m，其中 12m 寬面板 2 160m，6m 寬面板 1 750m，最長(zhǎng)一塊面板長(zhǎng) 172.4m。

根據(jù)電站總體進(jìn)度安排，面板施工安排在 3月中旬至5 月中旬，在此之間，為了做好面板混凝土的防裂工作，通過(guò)數(shù)次配合比試驗(yàn)，確定了面板混凝土的施工配合比，如表2所示。

表2 面板混凝土施工配合比

面板混凝土施工采用一次性澆筑到頂、跳倉(cāng)澆筑的施工方案，混凝土出機(jī)口坍落度控制在 3~5 cm，倉(cāng)面坍落度控制在 2~4 cm。具體施工工藝如下：

1）施工前，依次進(jìn)行基礎(chǔ)面清理、陽(yáng)離子乳化瀝青噴涂、M 10 砂漿條帶鋪筑、止水安裝、鋼筋及側(cè)模安裝等工序。其中，陽(yáng)離子乳化瀝青噴涂 1 層，厚度為 1 mm，主要作用是減少面板接觸基面的摩阻和約束，防止應(yīng)力集中。

2）施工中，混凝土由右壩頂 1 857 m 平臺(tái)上設(shè)置的拌和站（生產(chǎn)能力：25 m3/h）集中拌制供應(yīng)，采用 3 t 工程車運(yùn)至倉(cāng)面平臺(tái)，通過(guò)半封閉式溜槽集料斗卸至澆筑工作面；采用 10 t和 5 t慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)分別牽引的 3 套 14m 及 2 套 7m無(wú)軌滑模同時(shí)分塊跳倉(cāng)澆筑混凝土，人工 2次收面壓光。

3）施工后，及時(shí)使用塑料薄膜及土工布或土工膜覆蓋，沿壩頂供水系統(tǒng)和板間縫采用塑料管連續(xù)灑水養(yǎng)護(hù)至蓄水為止。面板表部止水在縫面兩側(cè)混凝土澆筑完成 28 d后，從中間向兩邊板塊依次自上而下，采用人工配合塑性填料擠出機(jī)分段進(jìn)行嵌縫施工。

4.2 趾板施工

趾板布置在防滲面板的周邊，坐落在河床及兩岸基巖上，共有 29 塊，底面長(zhǎng) 13 ～21 m，寬 4 ～7.4m，厚 0.6 ～0.8 m不等。趾板為鋼筋混凝土板，混凝土設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)為 C25W 8F200，總量約 0.5 萬(wàn) m3。趾板沿長(zhǎng)度方向每隔約 30m 設(shè)伸縮縫，每隔15m 設(shè)置施工縫。

5 灌漿施工

5.1 趾板基礎(chǔ)固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿布置在趾板帷幕線的上、下游側(cè)，在 1 796m高程以下為上游 1 排，下游 2 排，其他部位為上、下游各 1 排，孔距 3m，排距 1.5m。鉆孔垂直基巖面布置，在 1 819m 高程以上深入巖石5m，其他部位深入巖石8m。

固結(jié)灌漿在灌漿部位及相鄰的混凝土澆筑強(qiáng)度達(dá)到50%設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上時(shí)開(kāi)始施工。灌漿采用自上而下分段灌漿、孔內(nèi)循環(huán)的方法，選用 P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，漿液配比由稀到濃依 次是 5 ∶1，3 ∶1，2 ∶1；1∶1，0.5∶1。固結(jié) 灌漿合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率 q≤0.05 L/(min·m·m)。

5.2 帷幕灌漿

此工程采用全封閉式帷幕，帷幕深度為深入基巖相對(duì)不透水層（ω =0.03 L/(m in·m·m)）線 以下 5 m，帷幕深 30～70 m。在 1 819.00 m 高程以下設(shè)置主、副 2 排帷幕，副帷幕深為主帷幕的 1/2；在 1 819.00m 高程以上只設(shè) 1 排帷幕。帷幕灌漿孔距 2 m，排距 1.5 m，均為豎直孔。

帷幕灌漿在基礎(chǔ)固結(jié)灌漿完成后實(shí)施。灌漿采用孔口封閉、自上而下分段灌漿、孔內(nèi)循環(huán)的方法，選用 P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，漿液配比由稀到濃依次是 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.5∶1。帷幕灌漿合格標(biāo)準(zhǔn)為透水率 q≤0.03 L/(min·m·m)。

6 結(jié)語(yǔ)

積石峽水電站混凝土面板堆石壩的成功經(jīng)驗(yàn)為類似高寒、高海拔、復(fù)式河谷地區(qū)大壩的施工提供了參考，主要有：

1）大壩采用面板堆石壩型式，應(yīng)盡可能研究壩址區(qū)開(kāi)挖料用于壩體主堆石區(qū)的可能性。工程通過(guò)專項(xiàng)研究，確定壩體主堆石區(qū)全部采用軟化系數(shù)偏低的壩址區(qū)開(kāi)挖料，節(jié)省了工程投資，同時(shí)采用壩體浸水措施有效解決了軟巖筑壩的濕化變形問(wèn)題。

2）復(fù)式河谷大壩施工，最根本的是要做好壩體的不均勻沉降控制。工程通過(guò)對(duì)臺(tái)地邊坡修坡、分期填筑臺(tái)地上下壩體、采用壩體浸水加速已填壩體沉降、延長(zhǎng)已填壩體預(yù)沉降時(shí)間等措施，有效防止了壩體的不均勻沉降，經(jīng)后期檢查，未在壩基高程出現(xiàn)突變的位置發(fā)現(xiàn)面板裂縫。

3）面板施工，混凝土防裂是關(guān)鍵。此工程通過(guò)配合比試驗(yàn)、縮短混凝土運(yùn)距、控制入倉(cāng)塌落度、混凝土收面、及時(shí)養(yǎng)護(hù)等方面的措施，有效控制了面板混凝土裂縫的發(fā)生，經(jīng)蓄水前檢查，僅產(chǎn)生 71 條裂縫，其中絕大多數(shù)均為寬度 0.2 mm 以下的微小裂縫，面板裂縫率僅 2.0/1 000 m2，遠(yuǎn)低于公伯峽水電站的 10.3/1 000m2。

［1］國(guó)家電力公司西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黃河積石峽水電站工程可行性研究報(bào)告［R］.西寧:青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，2004.

［2］清華大學(xué).積石峽面板堆石壩開(kāi)挖料筑壩的可行性研究最終研究報(bào)告［R］.西寧:青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，2006.

［3］中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.積石峽水電站截流及混凝土面板堆石壩工程設(shè)計(jì)單位自檢報(bào)告［R］.西寧:青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，2010.

［4］中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司.黃河積石峽水電站截流及混凝土面板堆石壩工程（一）單位工程竣工報(bào)告［R］.西寧:青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司工程建設(shè)分公司，2012.

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2013-05-14