黃阿油

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

1 工程概況

張源水庫位于順昌縣鄭坊鎮(zhèn)上坊村張源自然村,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,水庫正常蓄水位316.0 m,設(shè)計洪水位316.27 m,校核洪水位317.09 m,總庫容1 361萬m3,調(diào)節(jié)庫容 1 262萬 m3,庫容系數(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巖為主,局部相變?yōu)槠闋铋W長巖和片麻狀花崗閃長巖等。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鐵錳質(zhì)。兩岸壩肩巖體風(fēng)化劇烈,全、強風(fēng)化層厚度較大,特別是右壩肩受偉晶巖成巖熱動力變質(zhì)作用的影響,形成風(fēng)化深槽,兩岸地下水位及相對隔水層埋深大。

2 堆石混凝土壩特點

堆石混凝土壩是將大粒徑的塊石直接入倉堆放,從堆石體的表面澆筑無需任何振搗的專用自密實混凝土,利用自密實混凝土高流動性、高穿透性的特點,依靠自重完全填充堆石的空隙,從而形成完整、密實、水化熱低、滿足強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)特點有:施工工藝簡單、機械化程度高,堆石入倉和專用自密實混凝土(SCC)生產(chǎn)澆筑工序間干擾小,可實現(xiàn)并行施工,生產(chǎn)效率成倍提升,綜合單價低;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,專用自密實混凝土的高流動性、抗分離性保證了塊石填充的密實度,加快了施工速度;層面處理簡單,每層澆筑自密實混凝土?xí)r,表面一部分塊石棱角裸露,提高層間抗剪能力,簡化了層間鑿毛工序;水化熱低,絕熱溫升不超過15℃,無需預(yù)埋冷卻水管等復(fù)雜溫控;堆石混凝土滲透系數(shù)可達10～11 m/s,容重一般可達24.0 kN/m3以上,質(zhì)量易于控制。

3 張源水庫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)計階段張源水庫攔河壩進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,同時土石壩填筑要求高、消能防沖布置及施工期度汛設(shè)計復(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)計評審專家意見,在初步設(shè)計階段,對攔河壩進行了堆石混凝土重力壩、細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,在施工過程中可以簡化施工工序、節(jié)省人力,加快施工速度,簡化溫控;相比較于細石混凝土砌石壩,堆石混凝土密實度高,體積穩(wěn)定,抗裂性能好,層間抗剪能力及防滲能力強,施工質(zhì)量更有保證。同時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,張源水庫攔河壩壩型最終確定采用堆石混凝土重力壩。

4 張源水庫堆石混凝土壩設(shè)計

4.1 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.2 筑壩材料與技術(shù)要求

張源水庫大壩采用C15堆石混凝土,堆石混凝土主要包括堆石入倉和專用自密實混凝土的生產(chǎn)澆筑兩道工序。堆石料采用料場開采的大粒徑塊石、開挖料中的大粒徑塊石(或卵石)等,經(jīng)篩分后粒徑大于300 mm的塊石直接運輸至倉面自然堆積,形成有空隙的堆石體,然后在堆石體上澆筑自密實混凝土,自密實混凝土依靠自重填充堆石空隙,形成完整、密實、滿足強度要求的混凝土。堆石混凝土技術(shù)是一種新型的材料及混凝土施工工藝,充分利用自密實混凝土的高流動性充填堆石縫隙,最終形成完整密實的混凝土,具有塊石含量高,膠凝材料用量低的特點。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結(jié)構(gòu)斷面最小邊長的1/4,厚度的1/2;堆石料的飽和抗壓強度不小于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)通過標(biāo)準(zhǔn)自密實砂漿法的檢測,標(biāo)準(zhǔn)自密實砂漿的指標(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)開挖至弱風(fēng)化基巖中上部,為加強重力壩基礎(chǔ)整體性,對壩基進行全面固結(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)域采用無混凝土蓋重或找平混凝土封閉方式施灌。在不抬動基礎(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度。兩岸壩肩山體帷幕灌漿在地表進行,左岸壩肩帷幕灌漿順壩軸線延伸長度為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,施工圖階段對左岸壩肩接頭進行優(yōu)化調(diào)整,延長左岸重力壩長度,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14.13 m厚1.2 m。優(yōu)化調(diào)整后重力壩段長度增加28 m,左岸壩肩接頭段長度由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行連接。

5 張源水庫堆石混凝土壩施工

順昌縣張源水庫2021年5月26日工程開工,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),工程進展順利。施工過程中開展堆石混凝土壩高自密實混凝土的配合比設(shè)計以及材料試驗研究,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 順昌縣張源水庫高自密實性能混凝土配合比 kg/m3

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

經(jīng)過對現(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2～5 m,均為表層微細裂縫。對上游面發(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蠟網(wǎng)格布進行縫面封閉處理,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

堆石混凝土技術(shù)具有工藝簡單、機械化程度高、質(zhì)量易于控制的特點,張源水庫堆石混凝土重力壩是我省繼黃沙坑水庫(H=44.20 m)、九九坑水庫(H=33.50 m)、坪坑水庫(H=79.00 m)之后又一座推廣應(yīng)用的新壩型,工程的實踐將對我省堆石混凝土壩技術(shù)起到進一步充實和促進作用。經(jīng)過設(shè)計優(yōu)化調(diào)整和現(xiàn)場的施工探索,主要設(shè)計經(jīng)驗和體會如下。

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

(2)自密實混凝土高流動性是其突出特點,同時又必須保證其強度和抗?jié)B性要求,根據(jù)材料的具體情況,開展高自密實混凝土配合比設(shè)計及相關(guān)材料試驗研究是必要的。

(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,施工過程中需做好養(yǎng)護和保溫工作。