仵 蕾

碾壓混凝土重力壩在石步河水庫重力壩工程項目中的應(yīng)用研究

仵 蕾

碾壓混凝土是20世紀(jì)70年代初期在美國、日本、巴西等國發(fā)展起來的新興筑壩技術(shù)，近年來我國壩工界對此高度重視，建成了多座具有領(lǐng)先水平的碾壓混凝土壩。該項目結(jié)合碾壓混凝土壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工方法展開科技攻關(guān)，成功實施了碾壓混凝土筑壩新技術(shù)。解決了原常態(tài)混凝土在拌和、運(yùn)輸、攤鋪等整個施工過程中重點、難點的控制問題，并總結(jié)出一套在相似山區(qū)區(qū)域因地制宜的碾壓混凝土壩筑壩新技術(shù)。

一、項目區(qū)基本概況

1.工程概況

石步河水庫位于河南省桐柏縣城西北，唐河支流三夾河上游石步河上。壩址位于程灣鄉(xiāng)鄧河村中石步河自然村，水庫控制流域面積335km2，主河道長41.58km，河道平均比降0.0042。壩址上游支流有韓家河、姚河及栗子園河，河流流向大致由南而北。

2.工程規(guī)模及建筑物等別

石步河控制流域面積335km2，水庫總庫容2892萬m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、旅游開發(fā)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252－2000），擋水建筑物工程等別為Ⅲ等，永久性擋水和泄水建筑物設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1000年一遇。根據(jù)中國技術(shù)監(jiān)督局2001年發(fā)布的《中國地震烈度區(qū)劃圖》，該區(qū)動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度。

二、項目研究內(nèi)容

碾壓混凝土重力壩方案的研究始于2010年5月。起初，著重研究的是大壩采用碾壓混凝土的技術(shù)可能性和經(jīng)濟(jì)合理性。后根據(jù)壩址地形、地質(zhì)、建筑材料及施工、管理、運(yùn)行等特點，對碾壓混凝土重力壩、漿砌石重力壩兩種方案進(jìn)行比選。對各壩型分別擬定最優(yōu)斷面，進(jìn)行穩(wěn)定分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計。在滿足功能要求前提下，按照泄洪安全、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，選定壩型為碾壓混凝土重力壩。

項目在研究大壩碾壓混凝土的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性基礎(chǔ)上，在實際工程施工中調(diào)整樞紐布置，改進(jìn)壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使供配電系統(tǒng)與泄水建筑物分離。使其碾壓混凝土大壩施工的部位相對集中，為大規(guī)模采用碾壓混凝土施工創(chuàng)造了條件。

三、該項目研究的創(chuàng)造性、先進(jìn)性

該工程進(jìn)一步研究了壩型方案布置、大壩體型優(yōu)化、采用碾壓混凝土筑壩新技術(shù)。不僅可以節(jié)省工程量，且大大提高了施工速度、降低了工程造價。

1.壩型方案布置

起初，著重研究的是大壩采用碾壓混凝土的技術(shù)可能性和經(jīng)濟(jì)合理性。在原常態(tài)混凝土壩的壩體布置和壩體斷面不變的情況下，用碾壓混凝土代替內(nèi)部常態(tài)混凝土，上下游均用常態(tài)混凝土包裹，碾壓混凝土的高度控制在22m、20m或16m等范圍內(nèi)，建基面上是很厚的常態(tài)混凝土墊層。分析結(jié)果認(rèn)為，水庫重力壩采用碾壓混凝土是完全可行和經(jīng)濟(jì)的，壩體碾壓混凝土量越多，施工速度越快，經(jīng)濟(jì)效益越顯著，但按上述指導(dǎo)思想設(shè)計的碾壓混凝土壩在膠凝材料用量、總投資和工期上，與常態(tài)混凝土重力壩差別不大，因此，在實際工程施工中建議調(diào)整樞紐布置，改進(jìn)壩體斷面或壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其適應(yīng)于碾壓混凝土大倉面快速施工的要求。原常態(tài)混凝土重力壩的總體布置是河床壩段布置泄水建筑物，水庫供配電系統(tǒng)及供電自控室廠房布置在河床溢流壩后，由于河床壩段泄水孔口與供電系統(tǒng)重疊，壩體孔洞密集，施工干擾大，后期度汛存在一定風(fēng)險，不適應(yīng)碾壓混凝土筑壩的要求，使大規(guī)模采用碾壓混凝土受到限制。因此，要調(diào)整樞紐布置，其原則是簡化壩體結(jié)構(gòu)，使供配電系統(tǒng)與泄水建筑物分離，并使大壩采用碾壓混凝土的部位相對集中。在對樞紐布置方案進(jìn)行大量比較研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)專家意見，最終審定在左岸岸旁。該方案無壩后廠房，壩體結(jié)構(gòu)簡單，施工干擾小，最符合大壩采用碾壓混凝土的壩體布置要求，從而為大規(guī)模采用碾壓混凝土創(chuàng)造了條件，整個工程可提前工期10個月。

2.施工工藝簡單，施工速度快，節(jié)約工程投資

在該水庫混凝土重力壩工程施工中，通過采用仿真試驗，結(jié)合各種新技術(shù)和新方法不斷創(chuàng)新來提高應(yīng)力的分布狀況，確保工程的施工質(zhì)量。此次碾壓混凝土壩是一種新的筑壩技術(shù)，與過去普通混凝土壩施工有所不同的是：在施工中不是采用振搗密實的方式進(jìn)行施工，而是采用薄層攤鋪，逐層碾壓和逐層上升填筑的特點進(jìn)行施工，將普通混凝土壩結(jié)構(gòu)與材料和土壩施工方法結(jié)合起來，并針對兩者之中存在的優(yōu)勢進(jìn)行綜合選用，經(jīng)過合理地選擇與改進(jìn)，從而形成了一種新的筑壩技術(shù)。

（1）在施工工藝方法上

在混凝土拌合時如按常規(guī)方法施工，原常態(tài)混凝土經(jīng)拌合站拌合設(shè)備拌制好后，由混凝土罐車運(yùn)輸至施工場地，經(jīng)卸料斗卸入挖掘機(jī)內(nèi)，再進(jìn)行入倉，最后進(jìn)行人工平倉處理，工序復(fù)雜耗時。在混凝土澆筑時如采用常規(guī)混凝土澆筑的方法，需采取分層澆筑進(jìn)行施工，每層厚度控制在30～50cm，倉面面積300～500m2。振搗器插入點間距控制在40～50cm，振搗時采用快插慢拔的方法進(jìn)行振搗，每次振搗均需下降至下層混凝土，確保混凝土的結(jié)合，同時要嚴(yán)格按照規(guī)定振搗，避免造成過振及漏振。對于模板周邊的止水位置需要振搗到位，振搗的同時安排專人進(jìn)行看倉，避免止水位置出現(xiàn)偏差。整個澆筑工序施工過程中需嚴(yán)格控制振搗器插入混凝土的深度即垂直插入下層5cm，有次序，無漏振；且嚴(yán)格控制振搗時間及混凝土的初凝時間，鋪料間歇時間需符合要求，無初凝現(xiàn)象，以免出現(xiàn)蜂窩、麻面等。為節(jié)約工時及提高混凝土澆筑強(qiáng)度，突破常規(guī)混凝土澆筑方式，結(jié)合實際該工程創(chuàng)新后碾壓混凝土壩通過現(xiàn)場實驗采用通倉薄層鋪筑，每層鋪筑厚（30～70cm，有些可達(dá) 100cm），碾壓混凝土入倉后，挖掘機(jī)平倉，振動碾碾壓；可連續(xù)快速澆筑。倉面面積可達(dá)1000～3000m2，氣溫較高時達(dá) 2000m2。大大提高了混凝土澆筑效率。

（2）在混凝土運(yùn)輸時

如按常規(guī)混凝土壩施工在運(yùn)輸時，通常用的運(yùn)輸手段有自卸汽車、深槽皮帶機(jī)、傾斜升降機(jī)等，一般使用自卸汽車運(yùn)送碾壓混凝土?xí)r，在入倉前必須沖洗輪胎，以防雜質(zhì)帶入倉面，工作程序復(fù)雜，耗用工時；為了簡化常態(tài)混凝土壩的運(yùn)輸復(fù)雜程序、節(jié)約工時，提高混凝土強(qiáng)度，該次碾壓混凝土壩在混凝土運(yùn)輸時用塔帶機(jī)輸送系統(tǒng)，用固定式纜車、斜坡道卷揚(yáng)機(jī)及皮帶運(yùn)輸機(jī)方便快捷的運(yùn)輸手段，可直接從拌和樓將混凝土運(yùn)至倉面。可進(jìn)行流水化、大面積連續(xù)澆筑，大大提高了混凝土的施工強(qiáng)度。

（3）在使用材料用量上

一般普通混凝土壩中壩體體積大，耗用水泥多，單方水泥用量約為180～280kg/m3，該工程壩體采用碾壓混凝土澆筑，每立方米碾壓混凝土的水泥用量為50～90kg/m3，節(jié)省水泥用量44%且各項物理力學(xué)性能均能滿足工程要求，降低了單位體積和水泥用量，不僅涉及工程造價，更重要的是可以減少水化熱溫升，降低施工期溫度應(yīng)力，簡化溫度措施。

四、社會經(jīng)濟(jì)效益

該工程優(yōu)化壩型方案布置后，減少了廠壩施工的干擾，有利于碾壓混凝土壩的快速施工，節(jié)約總工時3.25萬個、減少水泥用量425t、節(jié)約模板320m2，使整個工程工期提前10個月，節(jié)約人民幣1千萬元以上。

碾壓混凝土壩施工工藝的技術(shù)創(chuàng)新，在提高施工速度和降低工程造價方面起到了不容忽視的作用，建議該工程在相似山區(qū)區(qū)域推廣使用■

（作者單位：河南省南陽市桐柏縣水利局 474750）