积石峡水电站混凝土面板堆石坝施工综述.pdf

2 0 1 4 年第 1 期 东北水利水电 工程施工 [ 文章编号] 1 0 0 2 --0 6 2 4 ( 2 0 1 4 ) 0 1 --0 0 1 1 --0 2 积石峡水电 站混凝土面板堆石坝施工综述 张伟 【 黄河上游水电开发有限责任公司， 青海 西宁 8 1 0 0 0 8 ) [ 摘要] 积石峡水电 站混凝土面板堆石坝位于高寒、 高海拔的黄河上游地区， 是典型的复式河 谷大坝， 其最大坝高 1 0 3 m。该项 目建设过程 中， 通过设计优化和技术创新 ， 确保 了大坝高质 量、 按期建成。通过运行监测， 坝体沉降变形、 坝体渗流等均控制在设计和规范范围内， 大坝工 作性态正常。 [ 关键词 】 混凝土面板堆石坝； 复式河谷； 填筑； 施工； 积石峡水电站 [ 中图分类号] T V 6 4 1 ． 4 3 [ 文献标识码] A 1 工程概况 积石峡水 电站混凝土面板堆石坝位于青海省循化县 境 内的黄河干流上， 坝基为断面呈极不对称 的“ u” 形河谷 ， 左岸 台地( 引水压力钢管外包混凝土水平段 ) 与河床水平 段坝体建基面存在约 7 5 m的高差。坝顶高程 1 8 6 1 m， 最 大坝高 1 0 3 m， 坝顶长 3 2 1 ． 9 m， 坝顶宽 9 ． 8 m， 大坝上游坝 坡 1 ： 1 ． 5 ， 下游坝坡 1 ： 1 ． 3 - 1 ： 1 ． 4 ， 顶部设有高度为 5 ． 2 m 的 “ L ” 型防浪墙与面板相接。 坝体从上游向下游依次分为： 粉 质壤土铺盖区( 1 A ) 、 压重保护区( 1 B ) 、 混凝土面板、 垫层区 ( 2 A ) 、 特殊垫层区( 2 B ) 、 过渡区( 3 A ) 、 排水区( 3 F ) 、 主堆石 区( 3 B I ， 3 B I I ) 、 下游次堆石区( 3 c ) 及下游护坡( 3 D ) 。坝体 总填筑量约 2 9 6 万 r n 3 。 2 料源规划及坝体分区优化 可研阶段 ， 通过对 当地天然建筑材料的勘查， 规划了 3 个堆石坝填筑料的料源 ， 分别是： 干沟天然料场 Ⅱ区( 砂 砾料储量 9 3 0 ． 1 万 r n 3 ，距坝址 9 ． 5 k m ) 、样板弯人工料场 ( 块石料储量 5 4 2 3万 m 3 ， 距坝址 2 ． 8 k m) 、 坝址区建筑物 开挖料 ( 开挖料总量大于坝体填筑量 ， 但其软化系数( O ． 6 2 ~ 0 ． 6 7 ) 略低于 0 ． 8的技术标准 ) 。通过技术分析 ， 推荐垫层 区 、 过渡 区及主堆石区坝料采用样板弯人工料场 ， 次堆石 区采用坝址区建筑物开挖料。 施工招标阶段， 对料源开采情况和枢纽区建筑物开挖 料的储量进行了复核 。鉴于样板弯人工料场交通布置困 难 ， 开采难度大 ， 投资大 ， 经研究将其调整为干沟天然料场 Ⅱ区 ； 鉴于可用于筑坝的开挖料方量较大( 约 4 5 0 m O， 为 了最大限度地利用开挖料 、 降低工程造价 ， 业主委托清华 大学开展了开挖料用作主堆石区坝料的专题研究工作。研 究认为 。 开挖料 的湿化变形特性处于一般水平 ， 在 采取控 制变形措施 ( 在 浇筑面板前进行坝体浸水 ) 的基础上 ， 坝 体主堆石区坝料可全部采用枢纽区建筑物开挖料 。 3 坝体填筑 根据现场地形条件和坝体变形控制的要求 ， 将坝体填 筑分为 4 个阶段 ：①完成河床左岸深槽部位的坝体填筑 ， 即从坝上 0 - 1 0 0 至下游先填筑至高 1 7 7 5 m；②完成左岸 台地高程以下的坝体填筑， 按照全断面均匀上升 的原则将 坝体填筑 1 8 3 4 ． 5 m高程 ；③完成防浪墙底面高程以下的 坝体填筑 ， 按照先河床水平段和右岸、 后左岸的原则 ， 分两 期进行填筑至 1 8 5 7 m高程 ，两期坝体间以 1 号压力钢管 外包混凝士边缘为分界线 ，按 1 ： 1 ． s 的综合坡 比预留施工 横缝 ； ④面板及防浪墙施工完成后 ， 完成 E L 1 8 5 7 m以上 坝体 3 B I 料的填筑。其中， 坝前铺盖及压重填筑在面板完 工后、 防浪墙开工前的时段实施 。 3 ． 1 坝 基处理 大坝基础处理 ， 除左右岸坝肩、 趾板及河床左岸深槽 部位开挖较深( 约 1 0 m， 将表部覆盖层及冲积层挖除至弱 风化层岩石) 外， 其它部位只做一般清理。 清理深度 1 - 2 m， 露出基岩面。要求对于趾板下游约 1 ／ 2 坝高范围内的基 础 ， 避免出现高度大于 0 ． 5 m 的陡坡( 陡于 1 ： O ． 5 ) 和 反坡 ； 对于趾板下游约 1 ／ 2 坝高至坝轴线范围内的堆石体基础， 不允许出现高度大于 1 ． 0 1T I 的陡坡和反坡。 3 ． 2 坝体填筑施工 3 ． 2 ． 1 坝料运 输 坝料在料场开采后 ， 经检测合格， 采用自卸汽车运输 上坝。 共规划了 3 条上坝道路 ： 第 1 条为下游下基坑 R 3道 路， 路宽为 1 0 m， 最大坡比为 1 0 ％， 主要负责 1 7 7 5 m高程 以下的坝料运输 ； 第 2 条为 1 7 9 6 m高程跨趾板道路 ， 除跨 趾板部分路宽为 6 m外， 其余路宽均为 1 0 m， 最大坡比为 1 6 ． 2 ％， 主要负责 1 7 7 5 — 1 8 1 1 m高程间的坝料运输 ； 第 3 条为坝后“ 之” 字路 。 该条道路随坝体填筑修筑 ， 主要负责 1 8 1 1 m高程以上的坝料运输。 3 ． 2 ． 2 坝料摊铺、 碾压 坝料摊铺前 ， 通过导、 截方式在趾板上游基坑处形成 集水坑 ，根据集水水量情况及时将渗水抽排至上游河道 ， 确保基础面无积水。 填筑时 ， 小区料与相邻的主堆石平起均衡上升 ， 采用 “ 先粗后细” 法施工 ， 具体工艺是 ： ①对垫层、 过渡层与主堆 】 1 工程施工 东北水利水电 2 0 1 4 年第 1 期 石连接时， 先填主堆石 ， 再填过渡层和垫层， 即一层主堆 石、 两层垫层和过渡层平起作业； ②对垫层、 过渡层通过排 水层与主堆石连接时 ， 先填主堆石 ， 再填排水料 ， 而后依次 填筑过渡层和垫层 ， 即一层主堆石、 两层排水料 、 过渡层和 垫层平起作业。 3 ． 2 ． 3 坝料加水 为提高坝料碾压质量及减小坝体沉降变形 ， 根据坝料 工程特性和现场碾压试验 ， 设置了坝外加水 、 坝面洒水两 道工序 ， 以确保坝料碾压前达到预期含水量。具体措施是： ①在上坝道路临近坝面的位置 ， 设立一个高 3 ． 5 m、 倒 L 型 的 ( b 1 o o 钢管 ， 向坝料运输车定点加水 ， 为了保证洒水 的均 匀性 ， 在洒水钢管处设置一个 7 5的花管洒水头 ， 每车加 水 1 5 s ；②通过左、右岸边坡设置的输水管道沿高程布设 西 1 o o固定加水管道引至坝面洒水 ， 同时辅以洒水车进行小 区料洒水。详见表 1 。 裹 1 各 类坝体填 筑料碾压 施工参数裹 填 斜 貅铺 度瓤 碾 加 檑 ／ 硼 G ． m 度 ~ 3 ． 3 挤压墙施工 沿用公伯峡水电站的经验 ， 采用挤压墙作为垫层料上 游坡面的处理措施。挤压墙混凝土设计标号为不大于 C 5 强度， 结构断面为梯形， 其中顶宽 1 0 c m， 底宽 7 5 c m， 墙高 4 0 c m， 外侧坡比为 1 ： 1 ． 5 ， 内侧坡比为 8 ： 1 。 挤压墙施工完成 2 h 后 ， 方可开始相应区段垫层料的填筑施工。 挤压墙混凝土采用专用挤压机进行施工， 由 6 ． 0 m 3 罐 车负责动态给料。施工时，挤压机行走以前沿内侧挂线 ( 绳 ) 为准， 行走速度控制在 4 O ～ 6 0 m ／ h ， 摊铺时实时向混凝 土拌合物掺加液态高效速凝剂 ， 其掺量为水泥用量的 4 ％。 对挤压机不能到达的挤压墙两端与趾板接口处 ， 采用人工 内侧立模 ， 浇筑与挤压墙同标号混凝土。对施工中出现的 错台、 鼓包、 坍塌等现象， 分别采取 M5 砂浆抹平、 凿除抹灰 及立模补浇混凝土等措施进行处理 。 3 ． 4 坝体预沉降及坝体浸水 坝体填筑至 1 8 5 7 m高程后 ， 为了充分释放坝体沉降 量 ， 预留了半年的预沉降期 ， 具体的沉降期是 ： 河床水平段 及右岸坝体 7个月、 左岸坝体 5 ． 5个月。 同时 ， 鉴于此工程面板堆石坝基础为典型的“ 复式河 谷” ， 左岸台地与河床水平段坝体建基面存在约 7 5 m的高 】 2 差，为了防止因基础高程突变引起的坝体不均匀沉降 ， 在 预沉降期内，对河床水平段及右岸 1 7 8 5 m高程以下坝体 开展了为期 2 个月的浸水施工。相关监测资料反映 ， 浸水 前后坝体最大沉降量由3 5 ． 2锄 增至 4 6 ． 9 c m， 坝体沉降速 率由 1 ． 5 7 m m／ d 降至 0 ． 6 8 m m／ d ， 坝体浸水起到了加速先 填区段坝体沉降、 提前释放坝体湿化变形的良好作用。 4 混凝土施 工 4 ． 1面 板 面板总面积为 3 ． 5 万 m 2 ， 面板厚 0 ． 3 - 0 ． 5 8 m， 混凝土设 计标号为 C 2 5 W1 2 F 2 0 0 ， 单层双向配筋 ， 混凝土总量为 1 ． 4 7 万r n 3 。 共分为 3 6 个条块， 分块总长 3 9 1 0 m， 其中 1 2 m宽面 板 2 1 6 0 m， 6 m宽面板 1 7 5 0 m， 最长一块面板长 1 7 2 ． 4 m。 根据电站总体进度安排， 面板施工安排在 3 月中旬至 5月中旬， 在此之间， 为了做好面板混凝土的防裂工作 ， 通 过数次配合比试验 ，确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 水 胶 比 每 方 混 凝 土 用 量 ， 。 m - }减 水 剂 ， ， 6 B I气 剂 ， 万 增 密 剂 水 水 泥 耢 煤 灰 砂 子 小 石 中 石 博 特 黄 河 博 特黄 河／％ HI 7 0 ． 4 o 3 8 1 2 2 2 2 9 7 6 7 6 9 6 2 7 6 2 7 0 ．6 1 ．2 2 ．0 H3 5 0 ． 柏 3 9 1 1 5 2 1 6 7 2 8 0 3 6 2 8 6 2 8 0 ．6 0 ．5 2 ．0 面板混凝土施工采用一次性浇筑到顶 、 眺仓浇筑的施 工方案 ， 混凝土出机口坍落度控制在 3 - 5 c n 1 ， 仓面坍落度 控制在 2 ～ 4 c n l 。具体施工工艺如下： 1 ) 施工前 ， 依次进行基础面清理 、 阳离子乳化沥青喷 涂、 MI O 砂浆条带铺筑、止水安装、钢筋及侧模安装等工 序。 其中， 阳离子乳化沥青喷涂 1 层 ， 厚度为 1 m m， 主要作 用是减少面板接触基面的摩阻和约束 ， 防止应力集中。 2 ) 施工中， 混凝土由右坝顶 1 8 5 7 m平台上设置的拌 和站( 生产能力： 2 5 m V h ) 集中拌制供应， 采用 3 t 工程车运 至仓面平台， 通过半封闭式溜槽集料斗卸至浇筑工作面 ； 采 用 1 0 t 和 5 t 慢速卷扬机分别牵引的 3 套 1 4 m及 2 套 7 m 无轨滑模同时分块跳仓浇筑混凝土， 人工 2 次收面压光。 3 ) 施工后， 及时使用塑料薄膜及土工布或土工膜覆盖 ， 沿坝顶供水 系统和板间缝采用塑料管连续洒水养护至蓄 水为止。面板表部止水在缝面两侧混凝土浇筑完成 2 8 d 后， 从中间向两边板块依次自上而下 ， 采用人工配合塑性 填料挤出机分段进行嵌缝施工。 4 ． 2 趾板施工 趾板布置在防渗面板的周边，坐落在河床及两岸基岩 上， 共有 2 9 块 ， 底面长 1 3 ~ 2 1 m， 宽 4 ． 4 m， 厚 0 ． 6 -0． 8 m 不等。 趾板为钢筋混凝土板， 混凝土设计标号为 C 2 5 W8 F 2 0 0 ， 总量约 0 ． 5 万 r n 3 。趾板沿长度方向每隔约 3 0 m设伸缩缝， 每 隔 1 5m设置施工缝。 ( 下转第 7 O页 ) 工程建设与管理 东北水利水电 2 0 1 4 年第 1 期 标准的均属于重大设计变更。②现场除重大设计变更且必 要的设计变更， 先作工程量和造价的增减分析 ， 经建设单 位同意， 设计单位出具相应的图纸和设计变更( 补充 ) 通知 单。 对不符合程序的变更、 便条等工程量不予以认可。 ③强 监理和施工单位提出变更的管理。监理单位和施工单位发 现设计图中或现场施工过程中有需要变更的问题 ， 必须征 求建设单位和设计单位的意见 ，不允许擅 自进行变更， 对 监理单位和施工单位擅 自 变更设计的， 不予以认可。 2 ) 严格现场工程量签证的确认和审查。 尽管经设计深 化和工程量清单详审， 但水库除险加固工程难以预料的情 况很多， 仍有很多现场签证。因此 ， 在明确签证程序和要求 之外 ， 还要从几个方面严格控制 ： ①清单中包含的项 目或 内容不得进行签证， 已签证的工程量 ， 应予以扣除 。 ②工程 现场签证必须有建设单位现场代表、 工程部负责人 、 主管 领导、 设计代表、 监理单位现场监理 、 总监理工程师 、 施工 单位工程部、 合同部、 技术负责人和项 目经理签字盖章。 ③ 审查现场签证的项目和 内容是否与合同要求一致、清楚， 工程量计算、 规格 、 单位和日期是否准确。 综上所述 ， 水库除险加固工程投资控制是一项系统工 程 ， 需要进行全方位、 全过程的管理 。通过该工程的实践 ， 可以表明建设前期和设计阶段是控制投资最起决定性的 作用， 且挖掘潜力很大 ， 应该予以高度重视。同时 ， 建设单 位要紧紧抓住设计阶段和招标阶段 ， 控制施工阶段 ， 才能 很好地控制整个项 目工程投资 ， 对物价上涨 、 材料短缺等 困难有所准备 ，最终在批复概算限额 内完成工程建设任 务， 实现水库除险加固工程目的 【 收稿 日 期】 2 0 1 3 - 0 8 - 0 4 ( 上接第 1 2页) 5 灌浆施工 5 ． 1趾板基础固结灌浆 固结灌浆布置在趾板帷幕线的上、下游侧， 在 1 7 9 6 m 高程以下为上游 1 排， 下游 2 排， 其他部位为上、 下游各 1 排 ， 孔距 3 m， 排距 1 ． 5 m。 钻孔垂直基岩面布置， 在 1 8 1 9 r n 高程 以上深入岩石 5 m， 其他部位深入岩石 8 m。 固结灌浆在灌浆部位及相邻的混凝土浇筑强度达到 5 0 ％ 设计强度以上时开始施工。灌浆采用自上而下分段灌 浆、 孔内循环的方法 ， 选用 P ． 0 4 2 ． 5 普通硅酸盐水泥 ， 浆液 配比由稀到浓依次是 5 ： 1 ， 3 ： 1 ， 2 ： 1 ； 1 ： 1 ， O ． 5 ： 1 。固结灌浆合 格标准为透水率q ≤O ． 0 5 L ／ ( m i n 1 7 1 m) 。 5 ． 2 帷幕灌浆 此工程采用全封闭式帷幕， 帷幕深度为深入基岩相对 不透水层( ∞ = O ． 0 3 L ／ ( m i n m m ) ) 线以下 5 m， 帷幕深 3 0 ~ 7 0 m。 在 1 8 1 9 ． O 0 m高程以下设置主、 副 2排帷幕， 副帷幕 深为主帷幕的 1 ／ 2 ； 在 1 8 1 9 ． 0 0 m高程以上只设 1 排帷幕。 帷幕灌浆孔距 2 m， 排距 1 ． 5 m， 均为竖直孔。 帷幕灌浆在基础固结灌浆完成后实施。 灌浆采用孔口 封 闭、 自上而下分段灌浆、 孔内循环的方法， 选用P ． 0 4 2 ． 5 普通 硅酸盐水泥，浆液配比由稀到浓依次是 5 ： 1 ， 3 ： 1 ， 2 ： 1 ， 1 ： 1 ， O ． 8 ： 1 ， 0 ．5 ： 1 。帷幕灌浆合格标准为透水率 q ≤ 0 ． 0 3 L ／ ( m i n r n m ) 。 6 结语 积石峡水电站混凝土面板堆石坝的成功经验为类似高 寒、 高海拔、 复式河谷地区大坝的施工提供了参考， 主要有： 1 ) 大坝采用面板堆石坝型式 ， 应尽可能研究坝址区开 挖料用于坝体主堆石区的可能性。工程通过专项研究， 确 定坝体主堆石区全部采用软化系数偏低的坝址区开挖料， 节省了工程投资， 同时采用坝体浸水措施有效解决了软岩 7 0 筑坝的湿化变形问题。 2 ) 复式河谷大坝施工， 最根本的是要做好坝体的不均 匀沉降控制。工程通过对台地边坡修坡 、 分期填筑台地上 下坝体、 采用坝体浸水加速已填坝体沉降、 延长已填坝体 预沉降时间等措施 ， 有效防止了坝体的不均匀沉降 ， 经后 期检查， 未在坝基高程出现突变的位置发现面板裂缝 。 3 ) 面板施工， 混凝土防裂是关键 。此工程通过配合比 试验、 缩短混凝土运距、 控制入仓塌落度 、 混凝土收面 、 及 时养护等方面 的措施 ，有效控制了面板混凝土裂缝的发 生 ， 经蓄水前检查 ， 仅产生 7 1 条裂缝 ， 其 中绝大多数均为 宽度 0 ． 2 m m 以下 的微小裂缝 ， 面 板裂缝率仅 2 ． 0 ／ 1 0 0 0 m 2 ， 远低于公伯峡水电站的 1 0 ． 3 ／ 1 0 0 0 m 2 。 [ 参 考 文 献 ] [ 1 ]国家电力公司西北勘测设计研究院． 黄河积石峡水电站 工程可行性研究报告[ R] ． 西宁： 青海黄河上游水电开发 有限责任公司工程建设分公司， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 清华大学． 积石峡面板堆石坝开挖料筑坝的可行性研究 最终研究报告[ R] ． 西宁： 青海黄河上游水电开发有限责 任公 司工程建设分 公司 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 中国水电 顾问集团西北勘测设计研究院． 积石峡水电站 截流及混凝土面板堆石坝工程设计单位自检报告 [ R] ． 西宁： 青海黄河上游水电开发有限责任公司工程建设分 公 司 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ] 中国水电 建设集团十五工程局有限公司．黄河积石峡水 电站截流及混凝土面板堆石坝工程( 一 ) 单位工程竣工 报告[ R] ． 西宁： 青海黄河上游水电开发有限责任公司工 程建设分公司， 2 0 1 2 ． 【 收稿日期】 2 0 1 3 - 0 5 - 1 4