碾压混凝土大坝基坑度汛的坝基设计优化及坝体施工方案优化.pdf

2 0 1 1年第 3期 碾压混凝土大坝基坑度汛的坝基设计 优化及坝体施工方案优化 陈振华 ，郑蜀闽2，华荣孙 ，徐孝模 ( 1 中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 福州3 5 0 0 0 3 ； 2 福建省水利水电勘测设计研 究院，福建 福州3 5 0 0 0 1 ) 摘要：福建洪口水电站工程中，根据地质揭露情况，将坝基优化抬高，采用挖掘机协助入仓浇 筑河床填塘混凝土，实现了快速施工；广西那比水电站工程中，将低于上游土石围堰顶高程的 大坝坝体分成上下游两部分 ，抢浇上游坝体部分 ，是碾压混凝土大坝基坑赶 工度 汛的一种新尝 试。该文介绍上述两项优化具体实践及相应分析，供大坝基坑快速施工度汛参考。 关键词 ：大坝基坑；快速施工；坝基 ；坝体 中图分类号 ： T V 6 4 2 2 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 2 3 0 1 1 ( 2 0 1 1 ) O 3 0 0 2 1 0 3 1 概述 水利水电工程特别是碾压混凝土大坝施工中， 基坑施工任务紧，度汛安全或坝体脱离强约束区的 压力大，但目前因前期各种因素造成工程滞后、度 汛形势紧张的情况越来越多见。除加大资源投 入缩 短作业循环时间外，坝基设计优化及坝体施工方案 优化是赶工度汛的两个重要途径。 福建洪口水电站工程中，根据地质揭露情况， 将坝基优化抬高，减少了坝基开挖工作量 ，收到了 事半功倍的作用，对河床填塘和纵向廊道上游等汽 车无法直接人仓的部位 ，采用挖 掘机协助人仓 ，大 大提高了人仓速度。广西那 比水 电站工程 中，基坑 上游采用土石围堰 ，在汛期存在洪水漫顶垮堰风 险 的情况下， ， 将低于土石围堰顶高程的大坝坝体分成 上下游两部分，抢浇上游坝体部分，是碾压混凝土 大坝基坑赶工度汛的一种新尝试。 2 洪口水电站坝基优化抬高实践 2 1 坝基优化抬高实施背景 洪12 1 水电站碾压混凝土大坝坝高 1 3 0 m，底高 程为 E L 3 8 ，坝顶高程为 E L 1 6 8 ，大坝最大底宽 1 0 3 1T I 。当年工程进度计划为 1 月底完成坝基开挖， 2月 收稿日期：2 0 1 1 0 5 0 5 开浇坝基填塘混凝土，3月中旬开始碾压混凝土施 工， 5月底需浇筑到 E L 5 9 ，大坝停浇度汛。一枯碾 压混凝土升程 2 1 m，共计约 6万 In ，工期十分 紧迫 。 施工中，根据地质开挖揭露情况，参建单位共 同研究，尽可能对河床坝基进行挖潜，优化抬高坝 基 ，减少坝基 开挖工作量 ，缩短开挖工期 ，尽早 开 始坝基混凝土浇筑。 2 2 坝基优化抬高区域、高度 坝基优化抬高的原则是在保证坝基承载能力的 前提下， 综合考虑填塘混凝土分层分块施工需要， 寻找合适的坝基优化抬高区域、高度，方便填塘混 凝土的快速施工，尽快形成碾压混凝土工作面。 经研究确定，坝下 2 5 n l 以上的坝基仍开挖至 E L 3 8 ，坝下 2 8 m以下的坝基开挖至 E L 4 0 ，抬高 2 m，坝下 2 5 i n至坝下 2 8 I n间以斜坡过渡。坝基抬 高后，E L 4 0水平面的坝体宽度仍为 1 0 3 m，大坝抗 滑稳定裕度增大。 原设计的河床段坝基填塘混凝土厚 1 1 5 IT I ， 为大体积混凝土防裂常规要求厚度。坝基优化抬高 后，坝基上下游高差 2 n l ，将坝基下游段 ( 宽 7 5 in )的填塘混凝土厚度优化为 1 m， 坝 基上游段 ( 宽 2 8 m)填塘混凝土厚度优化为 3 m，上游深挖 部位的宽度跟一个坝块长度2 5 In 大致相等，既有利 21 2 0 1 1年第 3期 于防裂，又满足上游树立3 m 3 m组合钢模板快速 浇筑填塘混凝土的需要 ，不会分层过多。 2 3 纵横灌浆廊道周边快速碾压施工 本工程于 E L 3 9 5设有横向廊道和上游纵向廊 道，E L 3 9 5 上游纵向廊道与两侧岸坡间隙均约为 2 m。填塘混凝土顶高程从 E L 3 9 5改到 E L 4 1 后，纵 向廊道与两侧岸坡间隙均约为 3 5 m，自卸车仍无 法直接开至纵向廊道上游部位卸料。若纵向廊道上 游部位改为常态混凝土或机拌变态混凝土 ，并利用 汽车吊吊运人仓，因为横、纵向廊道两侧需均衡进 料，则纵向廊道上游部位的浇筑速度将严重滞后于 纵向廊道下游部位的碾压施工速度，对纵向廊道模 板支承结构不利。 由于 E L 4 1 层 面纵 向廊道离 两侧岸坡 间隙距离 均约为 3 5 m，为此 ，采用 “自卸车在纵 向廊道左 右岸两端间隙处卸料、反铲挖掘机在上游转料、湿 地平仓机在上游平仓、振动碾进出碾压”的施工方 法，恰能满足纵向廊道上游 E L 4 1 碾压混凝土的施 工需要，实现了通仓快速碾压施工。 2 4 河床段坝基填塘混凝土快速施工 河床段坝基填塘混凝土宽约 3 1 5 m，长 1 0 3 m， 按大体积混凝土防裂要求，需分成长宽基本在2 5 m 内的浇筑块进行浇筑。浇筑块多，坝基填塘混凝土 工作量大，工期紧，缺乏通仓布料的垂直吊运条件， 若全部采用人工推胶轮车人仓，将延误碾压混凝土 开碾 。经研究 ，决定优先 采用反铲挖掘机转料、平 仓、浇筑 的方法。 经优化后，河床段坝基填塘混凝土从左至右分 为2个坝段，总计约 1 0个仓位，每个仓位长和宽大 致都约为2 5 m。坝下 2 8 m以下的 8 个仓位采用 5 t 自 卸车人仓，反铲挖掘机转料、平仓 ，浇筑。坝下 2 8 m以上的坝基填塘混凝土，为更好保证施工质 量，防止反铲挖掘机转料、平仓过程中可能出现的 漏振、欠振、扰动、过振等现象，采用 自卸车运料、 吊机吊卧罐送人储料斗、人工搭平台推胶轮车入仓， 分两层、每层各高 1 5 m浇筑。 为加快工期，并方便 5 t 自卸车通行，在河床 坝基开挖通过初步验 收后 ，自下游修 筑人仓便道 ， 从上游逐块进行坝基清基验收及混凝土准备工作验 仓 ，浇一块 ，退挖一块 。 反铲挖掘机冲洗干净后入仓。由于岩石基础不 2 2 平多坑，自卸车需倒退至人仓 口卸料，完成反铲挖 掘机回转半径内的混凝土平仓并振捣后 ，反铲挖 掘 机转场 ，自卸车驶上新浇混凝土面 ，进到反铲挖掘 机新的回转半径 内卸料 。 由于 8个仓位的长宽相对反铲挖掘机 回转半径 而言不是太大，反铲挖掘机只需转场两三次即可。 由于反铲挖掘机浇筑速度快 ，可在人仓 口等 自卸车 行进路线上、卸料转运处等被扰动部位的混凝土初 凝前 ，将其挖除到另一部位重新振捣密实 。 采用反铲挖掘机转料浇筑混凝土的质量控制关 键如下 ：采用反铲挖掘机平仓 ，车辆人仓前冲洗轮 胎，防止污染；合理安排浇筑推进方向和顺序，防 止初凝；定点卸料、转料，减少扰动；反铲挖掘机 落料高度控制在 2 m左右，防止分离；有序振捣， 防止漏振、欠振 、过振 。 河床段坝基填塘 混凝土共 计约 5 0 0 0 m ，经估 算，采用反铲挖掘机转料平仓比采用人工推胶轮车 入仓，可节省工期 1 5 天。反铲挖掘机平仓快速施工 方法还应用在洪 口水电站大坝岸坡坝段等部位的窄 仓先浇坝块 的常态 变态混凝土、溢流坝段反弧段抗 冲磨层的基础常态混凝土、溢流堰顶前部抗冲磨层 的基础常态混凝土、大坝腰部 E L 1 3 2的上游侧无汽 车进料通道的纵向廊道上游侧变态混凝土的浇筑中。 总体而言，施工进度快，混凝土分离少，特别是上 游面的变态混凝土，因其粘性好，分离更少。 3 那比水电站坝体分块施工优化实践 3 1 分块施工优化 实施背景 那比水电站碾压混凝土大坝坝高6 8 5 m，底高 程为 E L 2 9 0 ，填塘混凝土厚 0 8 m，坝顶高程为 E L 3 5 8 5 ，坝顶宽 1 0 m，上游 面下部 4 0 m高坡 比 1 ： 0 1 5 ，下游面坡 比 1 ： 0 7 5 ，大坝最大底 宽 5 8 m。 基坑上游采用土石围堰 ，顶高程为 E L 3 1 0 ，挡水标 准为枯水期5年一遇洪水。工程进度计划为2 0 1 0 年 3 月开始坝基开挖 ，3 月下旬开浇坝基填塘混凝土， 4月下旬开始碾压混凝土施工，汛期继续浇筑。坝 体 E L 3 1 0以下碾压混凝土升程 2 0 m，共计约 4万 m ，6月底汛期前难以全面碾压达到 E L 3 1 0 。 由于上游土石 围堰 为非 过水 围堰 ，若洪水来临 前坝体低于土石围堰顶高程，或扒低土石围堰，汛 期将存在洪水漫顶风险，对下游厂房工地有重大危 2 0 1 1 年第 3期 险，如果垮堰，则汛后坝面清理工作量更大。为此， 参建单位共同研究，决定将 E L 3 1 0以下的大坝坝体 分成上下游两部分 ， 抢浇上游坝体部分计约 2万 m 3 到 E L 3 1 0 ，挡住土石围堰，防止围堰溃决，并保证 厂房安全。切块方式如图 1 所示 。 图 1 那 比水 电站 E 3 1 O以下坝体切块 施工示意图 3 2 坝体分块施工方案简介 上游坝体部分顶高程 E L 3 1 0 ，碾压混凝土底高 程 E 1 2 9 0 8 ，顶宽 1 1 5 IT 1 ，上游面坡比 1 ： 0 1 5 ，下 游面坡 比 l ： 0 7 5 ，底宽 2 9 5 m，下游面布置成台 阶，每级台阶高 3 m，并布置插筋，以加强与下游 坝体部分的结合。大坝上游灌浆排水廊道原设计在 E L 2 9 3 ，为通仓碾压，优化到 E L 3 1 2 。 E L 3 1 0以下坝体碾压混凝土采用汽车从下游入 仓。上游坝体部分高 2 0 n l ，从 2 0 1 0年 4月下旬开 碾，6 月底完成。下游坝体部分从 7月上旬开碾，8 月中旬完成。大 坝于 2 0 1 0年 1 2月底 封堵 导流洞 ， 一 期蓄水至 E L 3 2 7 。大坝主体可望在于 2 0 1 1 年5月 完工 ，蓄水至设计高程 。 从一期蓄水情况看，大坝下游仅 E L 3 0 5 层面略 有湿润现象，其余部分表面干燥无渗漏。 3 3 坝体分块施工方案可行性分析 坝体分块并抢浇上游坝体部分施工方案，在常 态混凝土大坝福建安砂水电站大坝中曾经应用，但 应用在碾压混凝土大坝中基本上没有，主要原因估 计是碾压混凝土通仓浇筑更有利于每个碾压混凝土 薄层形成一个单拱。当前除那 比水电站外，仅贵州 沙沱水电站大坝在其后局部应用了类似施工方案， 但上游坝体部分 的下游面 台阶不布置插筋。美 国南 加利福尼亚圣文森特大坝，原为 1 9 4 3 年建成的坝高 6 7 n l 的常态混凝土大坝，2 0 0 7年计划采用碾压混凝 土加高至坝高 1 0 3 m，新老混凝土间也只计划采用 变态混凝土过渡 。 因上层盖重限制，只有在每仓碾压混凝土都是 超薄层浇筑时，下层的水平裂缝才可能向上层的上 游发展。正常状态下，即使出现沿新老混凝土的可 渗漏缝隙，碾压混凝土蠕变和二次水化也可闭合此 类缝隙。 那比水电站 E L 3 1 1 5以下的下游坝体部分宽 2 9 5 m， 与顶宽6 n l 的洪口水电站大坝类比，占计 算宽度 5 4 ；坝体最大截面积 1 9 6 5 m ，扣除因上 游坝体部分可能开裂的部位的坝体最大截面积 4 8 5 m ，仍有截面积 1 4 8 0 In ，占7 8 ；碾压混凝土设 计强度为 1 8 0 d达 1 5 MP a ，f 可达 1 1 ，c 可达 1 5 M P a 。即使存在接近贯穿的可渗漏缝隙，完整坝体 在坝基面的投影宽度 5 2 m，类似上游面铅直的碾压 混凝土大坝，应力不是太大，坝体下游断面的坝基 层面也可以折算为全断面 f 为 0 8 、c 为 O 8 M P a ， 对坝高 7 0 in的大坝是可以接受的。 4 结语 坝基设计优化抬高及坝体切块并抢浇上游坝体 部分的施工方案优化都是具备条件下的情非得己的 选择，相信对于急需赶工度汛的基坑施工项目，该 方案仍有积极的参考作用。但采用该方案时应进行 谨慎的分析验算，防止应力超标。挖掘机平仓转运 混凝土虽只在少数水电站的局部施工中尝试过，施 工方法仍属非主流，但对设备、道路配备受限条件 下的碾压混凝土大坝基础填塘混凝土突破水平布料 的瓶颈具备方便快捷的优势，不失为一种水平运输 手段不足或暂时不足条件下的非主流、非常规的快 速施工方法 。 作者简介：陈振 华( 1 9 7 1一) ，男，福建莆田 人，高级工程师，从事水利水电施工工作；郑蜀闽 ( 1 9 7 2 一) ，男，福建福鼎人，高级工程师，从事水 利水电设计工作；华荣孙( 1 9 6 8一) ，男，福建浦城 人，高级工程师，从事水利水电施工工作；徐孝模 ( 1 9 5 6 一) ，男，福建古田人，高级工程师，从事水 利水 电施工工作。 2 3