秦根泉，蔣水華，溫勇兵

浯溪口碾壓混凝土重力壩混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)及施工

秦根泉1，蔣水華2，溫勇兵2

（1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，江西南昌 330029；2.南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌330031）

對(duì)浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案、施工階段遇到的難題及其處理措施進(jìn)行了總結(jié)和研究，結(jié)果表明該工程混凝土壩分區(qū)設(shè)計(jì)與施工方案大大減少了混凝土膠凝材料用量，提高了施工機(jī)械化程度，加快了施工進(jìn)度，同時(shí)降低了工程造價(jià)，在保證工程質(zhì)量安全的同時(shí)取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益，可為類似工程混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)與施工提供參考。

碾壓混凝土重力壩；混凝土分區(qū)；配合比；浯溪口水利樞紐

0　引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前碾壓混凝土重力壩（RCC）在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展［1-11］，世界上20多個(gè)國(guó)家已經(jīng)修建了200多座RCC壩，分布在寒帶、熱帶的各種氣候環(huán)境之中。其中第1座RCC壩是美國(guó)1982年建成的壩高52 m的Willow Creek重力壩，在建的最高的碾壓混凝土重力壩為中國(guó)龍灘大壩［5-6］，第一期最大壩高為192 m，后期壩高為216.5 m，碾壓混凝土量約為750萬(wàn)m3。

碾壓混凝土重力壩大壩斷面設(shè)計(jì)一般參照常態(tài)混凝土重力壩斷面進(jìn)行，壩體斷面應(yīng)滿足擋水和壩體整體穩(wěn)定要求。因混凝土的強(qiáng)度和防滲性能較好，重力壩體形斷面尺寸主要由壩體整體穩(wěn)定控制，所以壩體斷面一般較大，造成壩體內(nèi)部筑壩材料的強(qiáng)度、防滲性不能充分利用。另外，由于碾壓混凝土壩體各部位的工作條件不同，對(duì)混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍等要求也不相同，基于以上原因，同時(shí)為了節(jié)約和合理使用膠凝材料，節(jié)省投資，優(yōu)化大壩性能，通常根據(jù)壩體各部位的功能要求，針對(duì)壩體不同部位采用不同設(shè)計(jì)指標(biāo)等級(jí)的混凝土，將壩體按不同部位和不同工作條件進(jìn)行合理分區(qū)。目前碾壓混凝土壩混凝土分區(qū)問(wèn)題已得到了許多學(xué)者的重視［7-10］，但關(guān)于碾壓混凝土壩混凝土分區(qū)施工階段所遇到的難題及其有效的解決方案卻少見(jiàn)報(bào)道。本文主要依托江西省浯溪口水利樞紐工程，重點(diǎn)論述該工程碾壓混凝土重力壩混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案、混凝土配合比、施工階段遇到的難題及其解決措施，以期為其他工程提供參考。

1　工程概況

浯溪口水利樞紐工程［2，13，14］是歷史名城“瓷都”景德鎮(zhèn)市城市防洪工程的重要組成部分，為二等大（2）型工程。水庫(kù)正常蓄水位56.00 m，死水位45.00 m，防洪限制水位 50.00 m，設(shè)計(jì)洪水位62.30 m，校核洪水位 64.30 m。水庫(kù)總庫(kù)容為4.747億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容1.33億m3，電站總裝機(jī)容量32 MW。樞紐總體布置沿軸線從左至右依次為：左岸碾壓混凝土非溢流壩段（長(zhǎng)163.72 m）、表孔溢流壩段（5孔、長(zhǎng)78.00 m）、低孔溢流壩段（6孔、長(zhǎng)108.00 m）、廠房壩段（2臺(tái)大機(jī)組、1臺(tái)小機(jī)組，長(zhǎng)43.10 m）、右岸碾壓混凝土非溢流壩段（含安裝間壩段，長(zhǎng)105.80 m），壩軸線長(zhǎng)度498.62 m。碾壓混凝土重力壩壩頂高程65.50 m，最大壩高46.80 m，壩頂寬8.0m（含2.1 m寬的牛腿），上游壩面上部采用垂直坡面，下部采用1∶0.2的斜坡，斜坡高度為10 m；下游壩面59.63 m高程以上垂直，59.63 m高程以下坡度為1∶0.75。為提高重力壩的整體抗滑穩(wěn)定性，在大壩上游壩踵處設(shè)一個(gè)深為2.70 m的齒槽，在齒槽內(nèi)部布置帷幕灌漿排水廊道，廊道斷面尺寸為2.5 m×3.5 m（寬×高）。

2　混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案

壩體混凝土各分區(qū)的設(shè)計(jì)指標(biāo)等級(jí)根據(jù)工程區(qū)的氣候條件和大壩擋水高度確定。浯溪口水利樞紐工程位于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，壩高屬中壩，碾壓混凝土重力壩混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案為：

（1）壩頂附近設(shè)為I分區(qū)，該區(qū)由于工作面較為狹窄，電氣、監(jiān)測(cè)埋件多，并設(shè)有外挑牛腿，不利于卸料、平倉(cāng)及碾壓等施工作業(yè)，因此采用二級(jí)配C9020常態(tài)混凝土，防滲等級(jí)為 W6，抗凍等級(jí)為F50。

（2）上、下游防滲區(qū)設(shè)為II分區(qū)，混凝土采用二級(jí)配R90200碾壓混凝土，防滲等級(jí)為W6，抗凍等級(jí)為F50。防滲區(qū)混凝土厚度根據(jù)SL 319—2005《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》［15］要求，設(shè)計(jì)取值按壩前水頭的1/30～1/15，且最小厚度滿足施工要求確定。本工程防滲區(qū)混凝土厚度要求不小于2.5 m，上游面下部1∶0.2的斜坡段厚度隨斜坡逐漸加厚。這樣分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)是混凝土分區(qū)線恰好為一條垂直線，便于施工定位，而且壩內(nèi)基礎(chǔ)廊道的上游面防滲混凝土厚度隨著擋水高度的增加而加厚，有利于廊道防滲。

（3）壩體內(nèi)部混凝土設(shè)為III分區(qū)，該分區(qū)是壩體斷面填充的主要部分，占?jí)误w斷面面積的比例達(dá)到55%，混凝土強(qiáng)度和防滲要求相對(duì)較低，內(nèi)部鋼筋、埋件少，因在斷面中間部位，向外散熱慢，是大壩溫控的重要部位。根據(jù)該分區(qū)的特點(diǎn)，混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)降低一個(gè)等級(jí)，采用三級(jí)配R90150的碾壓混凝土，防滲等級(jí)為W4。

（4）大壩基礎(chǔ)防滲層設(shè)為IV分區(qū)，為方便基礎(chǔ)找平和快速進(jìn)行碾壓混凝土施工，大壩基礎(chǔ)平段墊層采用二級(jí)配C9020常態(tài)混凝土，斜坡段采用變態(tài)混凝土，分區(qū)線設(shè)在基礎(chǔ)廊道底部，為一條水平線，因壩踵處設(shè)有齒槽，基礎(chǔ)混凝土厚度為1.3～3.0 m，斜坡段變態(tài)混凝土厚度為0.5 m，該區(qū)混凝土防滲等級(jí)為W6，抗凍等級(jí)為F50。

（5）最后，為了保證壩體混凝土的外觀質(zhì)量和防滲效果，壩體上、下游防滲區(qū)混凝土外側(cè)壩面設(shè)為V分區(qū)，采用厚度為0.5 m的R90200變態(tài)混凝土，防滲等級(jí)為W6，抗凍等級(jí)為F50，同時(shí)在大壩橫縫止水處加大變態(tài)混凝土的范圍，使止水在變態(tài)混凝土區(qū)，以避免碾壓施工對(duì)止水造成破壞。

3　碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)配合比和效益分析

碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)配合比的選擇是確保大壩施工質(zhì)量和工程耐久性的一項(xiàng)十分重要的工作［11］。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)得到的混凝土現(xiàn)場(chǎng)配合比如表1所示。

表1　各分區(qū)混凝土配合比kg/m3

獲得各分區(qū)混凝土的配合比后，可對(duì)各分區(qū)混凝土的效益指標(biāo)（包括單價(jià)和各項(xiàng)指標(biāo)如水泥、粉煤灰、膠凝材料用量、粉煤灰摻量、用水量和水膠比）進(jìn)行分析比較，各分區(qū)混凝土單位體積（m3）配合比參數(shù)及單價(jià)如表2所示。

表2　各分區(qū)每立方米混凝土配合比參數(shù)及單價(jià)

由表2可知：

（1）各分區(qū)所需的碾壓混凝土膠凝材料用量均大于150 kg/m3，位于高膠凝材料配合比范圍，依據(jù)此方案配出的碾壓混凝土工作度VC值較小，適于在高溫季節(jié)施工，有利于碾壓密實(shí)，混凝土防滲性好，缺點(diǎn)是混凝土發(fā)熱量相對(duì)偏大，需加強(qiáng)混凝土入倉(cāng)澆筑溫度控制和后期養(yǎng)護(hù)。

（2）混凝土絕對(duì)溫升增量與膠凝材料用量成正比，R90200碾壓混凝土與強(qiáng)度等級(jí)相近的C9020常態(tài)混凝土比較，碾壓混凝土水泥用量較常態(tài)混凝土用量減少約125 kg/m3，占常態(tài)混凝土水泥用量的55.8%；內(nèi)部R90150碾壓混凝土與外側(cè)防滲碾壓混凝土R90200比較，水泥用量減少約28kg/m3，占R90200混凝土水泥用量的28.3%?？梢?jiàn)采用碾壓混凝土工藝并對(duì)混凝土進(jìn)行分區(qū)后可大大減少壩體內(nèi)部溫升值，進(jìn)而簡(jiǎn)化溫控措施。

（3）碾壓混凝土施工機(jī)械化程度高，施工速度快，配合比更經(jīng)濟(jì)，經(jīng)綜合單價(jià)分析，R90200碾壓混凝土比C9020常態(tài)混凝土單價(jià)降低121.76元/m3，內(nèi)部 R90150碾壓混凝土比外側(cè)防滲碾壓混凝土R90200單價(jià)降低16.58元/m3，本工程碾壓混凝土工程量為13.80萬(wàn)m3，采用碾壓混凝土工藝并分區(qū)筑壩可節(jié)省工程投資約1 680.29萬(wàn)元，在保證工程質(zhì)量安全的同時(shí)取得了較明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

4　混凝土分區(qū)施工難題及解決措施

大壩混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)雖然考慮了施工工藝的需要，但施工階段仍需進(jìn)行充分的施工組織設(shè)計(jì)，保證按混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工。如果因施工條件限制難以滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析論證，并作必要的優(yōu)化調(diào)整，提出相應(yīng)的解決方案。浯溪口工程在碾壓混凝土施工階段遇到的主要難題及其解決方案如下。

（1）碾壓混凝土高峰施工時(shí)段因工期要求被安排在5月～9月高溫季節(jié)，因此需更加重視碾壓混凝土的溫度控制［16］。根據(jù)溫控分析計(jì)算成果，要求碾壓混凝土內(nèi)外溫差不能超過(guò)20℃，混凝土澆筑溫度不能超過(guò)28℃。為達(dá)到溫控設(shè)計(jì)要求，在混凝土施工時(shí)采取了以下措施：①開啟制冷系統(tǒng)，對(duì)拌和水和骨料進(jìn)行預(yù)冷，并嚴(yán)格控制混凝土在路上的運(yùn)送時(shí)間，保證混凝土澆筑溫度不超過(guò)28℃；②施工盡量避開一天的高溫時(shí)段，選在傍晚至次日凌晨進(jìn)行；③在施工倉(cāng)面噴霧形成小氣候，降低倉(cāng)面溫度；④碾壓混凝土在攤鋪碾壓完畢后，在下一層澆筑之前，層面保持每天24 h的濕潤(rùn)，最后頂層碾壓混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不少于14 d；⑤在典型代表壩段埋設(shè)溫度計(jì)，形成溫度監(jiān)測(cè)網(wǎng)，跟蹤監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)部溫度變化趨勢(shì)，在低溫期覆蓋保溫，控制混凝土內(nèi)外溫差在安全范圍以內(nèi)。

（2）通常為滿足碾壓機(jī)械設(shè)備入倉(cāng)要求，需在入倉(cāng)口處預(yù)留一缺口作為入倉(cāng)通道，在碾壓施工完成后，預(yù)留缺口采用常態(tài)混凝土封堵。因此，在入倉(cāng)口附近有一部分混凝土不能按設(shè)計(jì)混凝土分區(qū)方案施工，且混凝土澆筑質(zhì)量不易保證。針對(duì)這種情況，在施工時(shí)對(duì)封堵入倉(cāng)口的常態(tài)混凝土拌和用水摻冰，降低混凝土的澆筑溫度，減少常態(tài)混凝土凝固發(fā)熱量對(duì)大壩內(nèi)部溫度場(chǎng)的影響；同時(shí)，在碾壓施工過(guò)程中，對(duì)通道范圍已施工碾壓混凝土采取墊護(hù)、補(bǔ)碾等保護(hù)加強(qiáng)措施，避免因機(jī)械車輛在上面通行、調(diào)頭造成對(duì)混凝土的反復(fù)擠壓，破壞混凝土的內(nèi)部膠結(jié)結(jié)構(gòu)，降低混凝土的強(qiáng)度。

（3）根據(jù)大壩設(shè)計(jì)斷面，壩基帷幕灌漿廊道布置在上游防滲混凝土的下游側(cè)，防滲混凝土厚度約為3 m。由于廊道的分隔影響，造成廊道上游碾壓混凝土工作面狹小，無(wú)法進(jìn)行碾壓施工。因不同高程的廊道采用斜坡式連接，這種問(wèn)題在水平廊道段受影響的倉(cāng)面最多，在斜坡廊道段只有局部倉(cāng)面受影響。施工時(shí)廊道上游改為常態(tài)混凝土澆筑，當(dāng)施工到廊道頂部以上1 m高度時(shí)，再和壩體內(nèi)部混凝土并倉(cāng)進(jìn)行碾壓混凝土施工。對(duì)廊道上游澆筑的常態(tài)混凝土采取同樣的拌和水摻冰措施，降低混凝土的澆筑溫度2～3℃，以抵消后期常態(tài)混凝土硬化時(shí)高出碾壓混凝土的發(fā)熱量。

（4）施工倉(cāng)面采用懸臂式大鋼模，鋼模高度為3 m，該模板安裝拆卸容易，模板安裝精度有保證，但下游斜坡壩面受斜向懸出模板的影響，擴(kuò)大了無(wú)法進(jìn)行碾壓施工的倉(cāng)面范圍。該范圍后來(lái)改用變態(tài)混凝土施工，如此提高了工程造價(jià)，增加了混凝土的溫控壓力。可考慮用滑模施工、通過(guò)背水坡采用預(yù)制混凝土塊作為模板或者采用小鋼模，降低模板高度的方法進(jìn)行緩解。

（5）壩段橫縫按碾壓混凝土重力壩要求設(shè)置，橫縫間距為25 m，該值大于混凝土重力壩的規(guī)范要求。因施工工藝的要求在碾壓混凝土壩體內(nèi)部的一些區(qū)域需采用常態(tài)混凝土澆筑。常態(tài)混凝土硬化過(guò)程收縮變形大，新澆層混凝土因受到底部約束，收縮時(shí)受拉容易產(chǎn)生橫向裂縫。本工程在施工時(shí)采取以下措施解決這個(gè)問(wèn)題：①對(duì)已出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理，并保證裂縫灌漿后能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度和防滲要求；②對(duì)混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，在中間區(qū)域采用三級(jí)配混凝土，減少混凝土的硬化收縮；③在每層澆筑倉(cāng)面的壩段中間1/3范圍布置抗裂鋼筋網(wǎng)，抗裂鋼筋采用12@200×200，并規(guī)定每層澆筑混凝土厚度不能小于1 m。布設(shè)抗裂鋼筋網(wǎng)后，壩頂澆筑常態(tài)混凝土未再出現(xiàn)裂縫。

5　結(jié)論

（1）浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩所采取的混凝土分區(qū)設(shè)計(jì)方案功能分區(qū)清晰、尺寸要求合理，具有典型的代表性。對(duì)混凝土進(jìn)行合理分區(qū)后大大減少了混凝土膠凝材料用量，減輕了混凝土溫控壓力，發(fā)揮了碾壓混凝土施工機(jī)械化程度高、施工速度快的優(yōu)勢(shì)，混凝土分區(qū)后獲得了較顯著的經(jīng)濟(jì)效益和工期效益。

（2）浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土壩施工克服了工期安排等外在條件帶來(lái)的困難，因施工技術(shù)原因?qū)Υ髩位炷练謪^(qū)方案造成的改變，對(duì)其影響后果和程度進(jìn)行了認(rèn)真分析，并提出了有效的應(yīng)對(duì)措施，在保證工程質(zhì)量安全的同時(shí)，使工期目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。目前，碾壓混凝土施工項(xiàng)目基本完成，對(duì)工程實(shí)踐過(guò)程暴露出的問(wèn)題所做的一些有益探索可供今后類似工程參考。

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（責(zé)任編輯焦雪梅）

清水江白市水電站樞紐工程通過(guò)專項(xiàng)驗(yàn)收

2015年12月24日，受貴州省發(fā)展和改革委員會(huì)委托，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院組織有關(guān)單位對(duì)清水江白市水電站樞紐工程開展專項(xiàng)驗(yàn)收工作。會(huì)議聽取了關(guān)于樞紐工程建設(shè)及初期生產(chǎn)運(yùn)行情況、樞紐工程設(shè)計(jì)情況、樞紐工程竣工安全鑒定主要結(jié)論的匯報(bào)，以及驗(yàn)收專家組關(guān)于樞紐工程專項(xiàng)驗(yàn)收專家組意見(jiàn)的匯報(bào)。與會(huì)委員、專家和代表審閱了工程驗(yàn)收資料，并就樞紐工程專項(xiàng)驗(yàn)收條件和存在問(wèn)題進(jìn)行了研究和討論，會(huì)議形成了《清水江白市水電站樞紐工程專項(xiàng)驗(yàn)收鑒定書》。驗(yàn)收委員會(huì)同意清水江白市水電站工程通過(guò)樞紐工程專項(xiàng)驗(yàn)收。

白市水電站位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣白市鎮(zhèn)，是沅水干流上游河段清水江河段三板溪～ 洪江河段的第三個(gè)梯級(jí)。工程任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)。水庫(kù)正常蓄水位300m，控制汛期水庫(kù)運(yùn)行水位296m，死水位294m，總庫(kù)容6.87億m3，具有季調(diào)節(jié)性能。電站總裝機(jī)容量420MW，保證出力90MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量12.36億kW·h，年利用小時(shí)2943h。樞紐工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物及通航建筑物等組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高68m，壩頂高程304.50m，壩頂長(zhǎng)512m。泄水建筑物為6孔壩頂開敞式泄洪表孔，孔口尺寸17m×19m（寬×高）。引水建筑物主要包括電站進(jìn)水口、壓力管道等； 發(fā)電廠房為壩后式。電站以2回500kV一級(jí)電壓等級(jí)送出，一回接入距本站約35km的艷山紅開關(guān)站，另一回接入距本站約72km 的三板溪水電站。

（水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院）

Concrete Partition Design and Construction for RCC Gravity Dam of Wuxikou Hydro-junction Project

QIN Genquan1，JIANG Shuihua2，WEN Yongbing2
（1.Jiangxi Provincial Water Conservancy Planning and Design Institute，Nanchang 330029，Jiangxi，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang 330031，Jiangxi，China）

The design scheme of concrete partition，and the problems encountered in construction stage and corresponding treatment measures for the RCC gravity dam of Wuxikou Hydro-junction Project are systematically addressed.The results indicate that the adopted concrete partition design and construction schemes can greatly reduce the usage amount of cementitious materials，improve the degree of mechanization construction，accelerate construction progress and reduce project cost.The economic benefit is very obvious while ensuring project quality and safety.The practices can provide references for concrete partition design and construction in similar projects.

roller compacted concrete gravity dam；concrete partition；mix proportion；Wuxikou Hydro-junction Project

TV642.2（256）

B

0559-9342（2016）02-0060-04

2015-09-07

江西省水利科技計(jì)劃項(xiàng)目（KT201533）

秦根泉（1977—），男，江西南昌人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事水工設(shè)計(jì)與項(xiàng)目管理方面的工作.