混凝土坝止浆体结构及其布设方法的探讨.pdf

第 2期 2 0 1 2年 2月 广东水利水 电 G UANGD 0NG WAT E R RE S OURC E S A ND HY DRO P OW E R No 2 F e b 2 0 1 2 混凝土坝止浆体结构及其布设方法的探讨 林建伟 ， 谢祥明 ( 广东水电二局股份有限公 司， 广东 增城5 1 1 3 4 0 ) 摘要： 在混凝土大坝施工中， 坝基础处理中的防渗帷幕灌浆与坝肩接触灌浆是 2项重要的工序， 该2项工序均涉及到混 凝土止浆体结构。针 对 目前 常见的混凝土止浆体设计与施工方 法及 其存在 的缺 陷， 该文提 出一种新 的混凝土止 浆体结 构 及其布置方法 ， 该方法采用遇 水膨胀橡胶代替金属止浆片 ， 使得止浆体结构施工难度 降低 、 止水止 浆质量提 高； 在平 面布置 上增设 1 道纵向止浆体， 使得帷幕灌浆区和接触灌浆区相隔离， 从而改变了需先进行接触灌浆后帷幕灌浆的工序要求 对 缩短基础处理直线工期意义重大， 且在工程实践中得到成功应用， 其技术、 经济效益显著。 关键词 ： 混凝 土坝 ； 基础 处理 ； 止浆体 ； 布置方法 中图分类号 ： T V 5 4 3 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 3 0 0 3 1 概 况 混凝土大坝基础处理是T程施工中的重要工序 ， 它 直接关系到大坝的稳定与安全， 其中对大坝与两岸岩石 边坡之间的缝隙进行的接触灌浆 ， 以及对大坝岩基进行 的帷幕灌浆是大坝基础处理施_丁中2道重要的工序， 确 保接触灌浆与帷幕灌浆的施工质量对于大坝基础的稳 定具有重要意义。 1 1 接触灌浆 大坝建设前需对基础进行开挖 ， 开挖至微 风化岩 石 ， 形成大坝建基面， 然后在建基面上浇筑混凝土大坝。 大坝混凝土因水泥水化放热在初期时温度升高， 随后大 坝温度下降至稳定温度。大坝降温时其体积发生收缩 ， 致使其与陡坡处的岩基之间的缝 隙被拉开。工程建设 中需要对 陡坡处缝隙进行接触灌浆处理， 以免发生库水 绕坝渗漏的现象。处理方法 ： 如图 1所示 ， 在混凝土大 坝浇筑前在岩石面上埋设灌浆管路系统 ， 在两岸边坡岩 石与大坝混凝土之间缝 隙被拉开后进行灌水泥浆封堵 缝面 ， 达到密实止水的效果 J 。灌浆管路系统 的管 口 引至坝内廊道， 以便在坝体温度达到设计值及缝隙被拉 开后进行灌浆处理 。 1 2 帷幕灌浆 大坝岩基需进行防渗处理 ， 一般采用灌浆帷幕防渗 工艺 ， 如图 1 、 图 2 。帷幕灌浆设在大坝建基面 的上游 侧 ， 采用地质钻机造深孔 ( 孔径 约为 1 0 0 mm、 孔距 l l I ， _- 0 防渗帷幕 接触灌浆 ， 、 0 管系 统 一 o ( _ = 昙 【 ( 上 o I ， I 、 7 I I l 图 1 目前 晋 通 的接 触 灌 浆止 浆体 布 置 示 意 约为 1 5 0 0 3 0 0 0 ra m、 孔深一般为库水头的 2 3 、 孔在 平面上呈 1排或 2排布置) ， 采用高压力灌注水泥浆工 艺 ， 对大坝岩基 内的裂隙进行填充 固结处理 ， 压力灌注 水泥浆在岩基内具有一定的渗透扩散范围 ， 从而在大坝 基础 的上游侧形成 1道具有一定厚度 的相对不透水 的 帷幕。该相对不透水帷幕可 以大大折减库水渗透压力 对坝基产生的扬压力 ， 以确保大坝抗倾覆稳定 。 1 3 止浆体 如图 2 ， 两岸边坡岩石与混凝土之间的缝 面是通向 坝体上 、 下游外的 ， 为保证缝面接触灌浆的质量 ， 需要设 置止浆体结构， 如图 1所示 ， 周围 1圈的止浆体形成 1 个一定面积的封闭区域 ， 以免水泥浆液从上 、 下游侧流 出坝外 ； 封闭区域能在缝 面形成 内压力 ， 这是确保灌浆 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 1 2 1 ； 修 回 日期 ： 2 0 1 1 1 2 0 6 作者简介： 林建伟( 1 9 6 7一) ， 男， 本科， 高级工程师， 主要从事水利工程施工及管理工作。 3 0 2 0 1 2年 2月 第2期 林建伟。 等 ： 混凝土坝止浆体结构及其布设方法的探讨 N o 2 F e b 2 0 1 2 I 、 接触灌 浆 面 | l 、 _- l 。 l ， 幕 、 一 ， f 、 一 一 L 一 l f 防 骖 帷 幕 图 2大坝纵剖面示意 质量的重要条件。 2 目前普遍采用的止浆体结构及其布置形式 2 1 目 前普遍采用的止浆体结构及其缺陷 在 目前普遍的设计和施工方法 中， 混凝土大坝防渗 帷幕和坝肩接触灌浆止浆体结构见图 3 ， 它通过插筋与 基岩锚固使止浆体的梯形混凝土结构固定在基岩面上， 止浆体当中设置金属止浆 片( 缝 隙张开时可 以被拉伸 不被拉断) 。该结构在施工中存在如下缺陷： 在止浆 体的梯形混凝土结构中间要插入金属止浆片， 这使得施 工中的模板安装难度增加， 影响施工进度； 由于梯形 混凝土结构不能太大， 在本来狭小的空间内又插入金属 止浆片， 使得混凝土振捣困难， 施工中混凝土结构易发 生蜂窝 、 麻面等混凝土质量缺陷 ， 影响止浆、 止水效果。 图 3图 1中 II剖面示意 2 2 目前普遍采用的止浆体布置形式及其缺陷 在 目 前普遍的设计和施工方法中， 止浆体在平面上 的布置如图 1 所示， 其存在如下缺陷： 一个封闭区域 内包含了接触灌浆和帷幕灌浆。如此布置必须采用先 进行接触灌浆后进行帷幕灌浆的施工方法， 如施工顺序 反之则会发生帷幕灌浆的浆液进入接触灌浆面及管路 系统， 使接触灌浆提前发生， 其灌浆系统也充满了水泥 浆液， 水泥浆液硬化后管路被堵死， 失去再进行灌浆的 功能。如此时坝体内部温度如果未达到接触灌浆的规 定条件 ， 则大坝还将继续发生降温收缩 ， 坝体与两岸基 岩之间的缝面还将继续张开 ， 由于此时接缝灌浆系统已 堵死， 此时的缝面已无法进行灌注。接触灌浆施工作 业耗时短 ， 但其达到允许开始施工作业的基本条件的时 间很长 ， 只有在坝体 内部温度下降到一定值和缝面张开 度达到要求后才能进行 ， 而要达到上述基本条件往往需 要等待很长的时间。而工程施工中帷幕灌浆的工作量 大、 施工作业耗时长 ， 施工条件不受缝面张开度和坝体 内部温度的限制， 只要混凝土覆盖厚度达到 2 m以上即 可进行施工 ， 但 由于图 1的结构布置只能先进行接触灌 浆后进行帷幕灌浆 ， 无法让 帷幕灌浆早 日进行 ， 大量工 期在等待中流逝， 严重影响工程早日蓄水投产见效。 3 一种新的止浆体结构及其布置形式 本文主要提出一种新的混凝土大坝帷幕灌浆和接 触灌浆止浆体结构及其 布置形式。止浆体的新结构与 布置形式具有易施工、 质量好 、 不受灌浆工序先后顺序 的制约等优点； 此外， 还降低了施工难度、 保证了灌浆质 量 ， 可大大缩短工程建设 的直线工期 ， 实现工程提前投 产发电， 具有显著技术、 经济和社会效益。 3 1 新止浆体结构形式 止浆体梯形混凝土结构中设置了凹槽 ， 用于填充遇 水膨胀橡胶 ， 并在外侧涂刷液化沥青 ， 见 图 4 。新 结构 形式的优点有： 凹槽和填充遇水膨胀橡胶的结构设置 取代了在梯形混凝土结构中插入的金属止浆片， 有利于 该结构施工时的模板安装 ， 减小了施工难度和加快 了施 工进度 ， 利于混凝土振捣密实 ， 提高 了止浆体 的混凝土 质量； 止浆体的梯形混凝土结构的外侧涂刷液化沥 青 ， 有利于坝体与止浆体在沥青涂刷处 的缝面脱开 ， 以 免大坝混凝土发生收缩时使止浆体拔出钢筋插筋而与 岩基面脱开形成一道缝面， 使止浆体失去止浆作用。 根据止浆体横剖面图( 见图5 ) 的结构形式， 按图中 尺寸确定模板横断面的结构尺寸 ， 纵 向按每 1 5 m分节 制作定型钢模板 ； 当浇筑完成的混凝土达到一定强度时 ( 一般为 2 3 d龄期) 即可拆除模板； 止浆体采用混凝 土浇筑 ， 结构外形采用梯形 ， 结构尺寸在满足施工方便 的前提下尽可能减小数值， 以便减小其与大坝混凝土的 接触面积， 从而避免在坝体混凝土收缩时把止浆体从岩 面上拔出而失去止浆效果。目前一般的尺寸为： 梯形混 凝土止浆体高为A= 4 0 0 5 0 0 m m、 上底宽为 B= 3 0 0 4 0 0 ra m、 下底宽为 C= 5 0 0 6 0 0 ra m， 本文中取用小值， 即高为A= 4 0 0 m m、 上底宽为 B= 3 0 0 m m、 下底宽为 C= 5 0 0 m m； 为方便安装遇水膨胀橡胶条， 在止浆体中间的 凹槽尺寸宽度为 D= 3 0 m m 、 深度为 E= 2 5 ra m， 止浆体 31 2 0 1 2年 2月第 2期 广东水利水电 N o 2 F e b 2 0 1 2 坝体 混凝土 图4图 6中 一剖面示意 长度根据现场区域划分要求而定 ； 在 凹槽 内嵌人宽度为 3 0 m m和厚度为 5 0 m m的遇水膨胀橡胶 ， 遇水膨胀橡胶 嵌入凹槽 内 2 5 m m厚 ， 外露 2 5 m m厚； 在止浆体 的梯形 混凝土结构两侧涂刷 2 3道液化沥青， 形成 23 ram 厚的沥青涂层。 卜 _ C 图 5新型止浆体横 剖面示意 3 2 新止浆体布置形式 在帷幕的上下游各布设 了 1道止浆体 ， 大坝帷幕灌 浆区与接触灌浆区隔开。新布置形式的优点有： 帷幕 灌浆区与接触灌浆区隔开 ， 帷幕灌浆施工不受需后于接 触灌浆施工的限制 ， 帷幕灌浆提前施工对缩短工程建设 直线工期意义重大 ； 接触灌浆可延后进行 ， 这样能为 坝体温度的降低和缝面张开提供更充足的时间 ， 有利于 提高接触灌浆的施工质量 。 止浆体的平面布置图( 见图 6 ) ， 图中帷幕灌浆 区中 2道纵 向止浆体的间距在满足帷幕施工 、 止浆体施工同 时采用紧凑布置 ， 在本文中， 纵 向止浆体间距采用 F= 3 2 4 0 0 0 m m， 帷幕灌浆孔中线距下游侧止浆体的间距为 G = 6 0 0 8 0 0 m m。大坝坝体混凝 土覆盖基 岩厚度大 于 2 m时即可进行帷幕灌浆施工 ， 使其在接触灌浆前进行 施工。接触灌浆 区内按照规范要求布设接触灌浆管路 系统， 可根据坝体温度和缝面张开度的情况适时安排施 工 ， 一般安排在距水库蓄水前最近的低温季节。 l ll 1 o 接触灌浆 ， 、 蓬 ： ( 。 o ( _ _ _ 艘 触灌浆区 l o 一 ， l lI、 l 7 _ - 、 l 。 l 、 I l G 下游厕止浆体 图 6新止浆体 布置示意 4工程应用与评价 坝基处理对于大坝的稳定与安全具有重要意义 ， 本 文提出一种新的混凝土止浆体结构及其布置方法 ， 该方 法采用遇水膨胀橡胶代替金属止浆片， 使得止浆体结构 施工难度降低 、 止水止浆质量提高 ； 在平面布置上增设 1 道纵 向止浆体 ， 使得 帷幕灌浆 区和接 触灌浆 区相隔 离 ， 这一布置形式改变了需先进行接触灌浆后帷幕灌浆 的工序要求。 该新技术在云南红河马堵山水 电工程得 到成功应 用 ， 该工程为云南红河干流上第十个梯级水 电站 ， 坝型 为碾压混凝土重力坝， 坝高为 1 0 7 5 m， 为云南省重点工 程 。由于采用了该新技术 ， 使得帷幕施工工期提前 了 6 个月 ， 且施工质量优良， 创新技术得到建设各方的认可 ， 为工程最终提前半年投产发电奠定 了坚实基础。实践 证 明， 采用该技术对缩短坝基处理直线工期意 义重大 ， 对于百米级高坝缩短 3 6个月的施工工期是可以的。 参考文献 ： 1 D T 5 1 4 82 0 0 1 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 S 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 o 1 2 S 3 1 9 2 0 0 5混凝土重力坝设计规范 S 北京 ： 中国水 利水 电出版社 ， 2 0 0 5 ( 本文责任编辑马克俊)