富漿RCC技術(shù)在美國(guó)迪普克里克壩的應(yīng)用

［美國(guó)］ T.菲茨杰拉德

迪普克里克壩位于美國(guó)北卡羅萊納州，為防洪與城市供水的綜合利用工程。該工程由美國(guó)農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局、亞德金縣、亞德金縣水土保持局，以及北卡羅萊州環(huán)境資源部下屬水土保持部門(mén)資助。施納貝爾工程公司為該工程提供了規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工服務(wù)。

迪普克里克壩設(shè)計(jì)理念是利用右側(cè)山谷(面向下游)的埋深較淺的基巖布置一座高23 m、長(zhǎng)230 m的RCC重力壩(含溢流壩)。山谷左側(cè)是埋深較深且分布不穩(wěn)定的風(fēng)化巖石。為了節(jié)約成本、有效利用當(dāng)?shù)夭牧虾偷乩憝h(huán)境，將部分壩段設(shè)計(jì)成土壩，并一直向右岸延伸240 m，與RCC有效結(jié)合。特別值得指出的是，它是美國(guó)首次將富漿RCC作為防滲帷幕材料的項(xiàng)目。

美國(guó)大壩協(xié)會(huì)(USSD)每年評(píng)選一個(gè)優(yōu)秀項(xiàng)目，旨在介紹大壩設(shè)計(jì)和施工方面的先進(jìn)技術(shù)。迪普克里克壩被USSD授予“2013年優(yōu)秀建筑工程獎(jiǎng)”，項(xiàng)目的倡導(dǎo)者和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)享有該榮譽(yù)。該項(xiàng)目合理利用場(chǎng)地資源，有效解決了制約項(xiàng)目的各種因素，降低了投資成本，同時(shí)兼顧了美學(xué)、環(huán)保理念，具有創(chuàng)新性，展示了團(tuán)隊(duì)強(qiáng)大的靈活設(shè)計(jì)和科學(xué)施工的能力，因而最終獲獎(jiǎng)。

1 建壩方案

項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初，曾考慮了多種方案，包括富漿RCC方案和土壩方案。原始構(gòu)想是修建土石壩主體，并在左岸修建寬120 m的輔助溢洪道。但在實(shí)地勘測(cè)期間，發(fā)現(xiàn)左壩肩溢洪道部分施工存在問(wèn)題，因?yàn)橐诠爬瞎惯z址內(nèi)進(jìn)行大量的石方開(kāi)挖。要求泄洪能力強(qiáng)及埋深較淺的基巖讓RCC壩成為最佳方案。為了利用河谷右岸良好的基巖與巖面，增強(qiáng)欠穩(wěn)定巖石的穩(wěn)定性，最終選擇RCC壩和土壩組合的方案。

2 RCC設(shè)計(jì)

兩種材料的組合壩，其中RCC部分設(shè)計(jì)有泄洪道，且能與土壩段良好地結(jié)合，在預(yù)期荷載下保持穩(wěn)定。大壩上游面為垂直面，下游面為坡比1∶0.8的階梯面。除了溢洪道頂過(guò)渡部分外，每級(jí)臺(tái)階高91 cm。RCC拌和料由石料(粒徑3.8～5 mm)、基層骨料(3.8 cm～細(xì)料)和人工砂(5 mm～細(xì)料)以35%:35%:30%的大致均等比例組成。每組份膠凝材料中水泥和F類(lèi)粉煤灰(低鈣粉煤灰)含量都為68 kg，并摻加減水劑、緩凝劑。大壩按18 m間距設(shè)置橫縫。

施納貝爾團(tuán)隊(duì)考慮過(guò)3種RCC護(hù)面方案，即模制RCC護(hù)面、常規(guī)混凝土護(hù)面和富漿RCC護(hù)面。結(jié)合施工、防滲、耐久性、投資及美學(xué)等因素，最終選擇富漿RCC護(hù)面方案。

3 土壩段設(shè)計(jì)

上下游坡均為1∶3，壩中設(shè)置心墻，上、下游壩坡上設(shè)置馬道。壩基需清除沖積層，直到出露性狀較好的原狀土體。防滲措施包括垂直排水管，心墻，壩體背水坡土體和坡腳導(dǎo)滲溝。最關(guān)鍵的是土壩要包住RCC壩，重疊部分長(zhǎng)度為4.9 m，并保護(hù)好這一重要的結(jié)合部位。由于該項(xiàng)目承擔(dān)著重大的防洪功能，土壩正常超高大于11 m，因此滲徑也相應(yīng)地增加而延長(zhǎng)。由于采用了富漿RCC，使得包住RCC部分的土壩能更好地壓實(shí)，形成連續(xù)致密的接觸面。

4 大壩施工

2008年10月，項(xiàng)目中標(biāo)，價(jià)格在1680萬(wàn)美元到2250萬(wàn)美元之間。主承包商分別和兩大分包間，即ASI建筑公司和萊恩地質(zhì)工程公司合作承擔(dān)混凝土和灌漿工程施工。主承包商提出了一個(gè)計(jì)劃，加快施工導(dǎo)流，在5個(gè)月時(shí)間內(nèi)(12月到次年4月)完成RCC壩基開(kāi)挖、清基及灌漿等工作。如果這些前期工作能夠盡快完成，RCC澆筑即可在春季末進(jìn)行。夏季時(shí)進(jìn)行土壩段填筑，整個(gè)工程就可提前順利完工。

要進(jìn)行施工導(dǎo)流，必須先建好RCC壩段。按10 a的洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)流需要建一個(gè)寬12 m、長(zhǎng)800 m、深3 m的導(dǎo)流渠，以減小水流沖刷。

巖石表層和表土覆蓋層情況與預(yù)測(cè)相符。開(kāi)挖先使用大型設(shè)備，再使用小型裝備，最后的基礎(chǔ)面用人工和高壓水槍沖洗。不規(guī)則凹凸部位用混凝土充填，然后再進(jìn)行找平混凝土施工，為RCC澆筑提供作業(yè)面。RCC在2009年5月開(kāi)始澆筑。兩周后因溫度較高而停澆。這時(shí)承包商只得進(jìn)行消力池尾檻、側(cè)墻、消力戽等部位的鋼筋混凝土施工。RCC在2009年9月重新開(kāi)始澆筑，但僅限在夜間環(huán)境溫度低時(shí)進(jìn)行。承包商將骨料遮蓋堆放，并采用冷卻措施對(duì)骨料進(jìn)行冷卻。

10月份溫度降低，開(kāi)始兩班制(每班10 h)日夜?jié)仓CC。連續(xù)澆筑減少了裂縫和冷縫的產(chǎn)生。12月，在澆筑工作進(jìn)行了65 d后，RCC澆至壩頂，累計(jì)澆筑方量為39000 m3。富漿RCC澆筑進(jìn)展較順。

在RCC澆筑的同時(shí)，進(jìn)行了RCC壩段和導(dǎo)流渠之間的土壩段基礎(chǔ)開(kāi)挖，也進(jìn)行了部分坡腳導(dǎo)滲滲溝、豎向排水管和排水口的施工。承包商計(jì)劃在RCC壩段上升的同時(shí)進(jìn)行分區(qū)土壩段的施工。隨著RCC澆筑的推進(jìn)，承包商將采用直徑1.5 m的主泄洪管道，改變導(dǎo)流路線進(jìn)行導(dǎo)流。原導(dǎo)流渠拆除，在此進(jìn)行土壩段施工。

天氣原因大大影響了土壩段施工。11月的暴雨使已建土壩段超飽和，料場(chǎng)的土料含水量大大增加。11月至元月份持續(xù)降雨，較低的氣溫和較短的日照，不能使其在下一場(chǎng)大雨來(lái)臨之前變干。1月下旬，暴雨持續(xù)6 h降雨量達(dá)到80 mm。土壩段被淹沒(méi)，沖走了大約12000 m3填土。

2月迎來(lái)了干爽但更加寒冷的天氣。施工人員晝夜不停地更換豎井排水管，修復(fù)受損的壩體，加高土壩至安全高度。

晝夜不停施工還要防止土壩表面凍結(jié)，避免徒勞的施工。2010年4月土壩段竣工。

5 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

20世紀(jì)60年代開(kāi)始就提出興建迪普克里克大壩。它的成功建設(shè)在防洪和供水方面造福了亞德金河周邊居民。工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)為將來(lái)類(lèi)似的工程提供了重要借鑒。

(1)富漿RCC規(guī)范的施工，要依靠承包商嚴(yán)格的質(zhì)量控制和持續(xù)的監(jiān)管。

(2)混凝土壩與土壩的重疊部位的施工非常重要。如果處理不當(dāng)，剛性與柔性材料在整個(gè)壩高的連接部位會(huì)出現(xiàn)很大的隱患。因此，在土壩與RCC壩的重疊部位，土壩段采用大量最優(yōu)含水量的黏性土包裹住RCC壩，并在重疊部位控制滲流，允許有一定的塑性沉降。

(3)兩種不同材料的組合壩，通常需要若干有不同專(zhuān)長(zhǎng)的承包商來(lái)籌劃一系列的相關(guān)工作。對(duì)于迪普克里克壩，則是一個(gè)土方工程承包商，一個(gè)RCC分包商和一個(gè)灌漿分包商組成的團(tuán)隊(duì)。綜合規(guī)劃的成功制定及其貫徹執(zhí)行，可便于工作的有序開(kāi)展，并最大限度地加強(qiáng)各承包商間的合作。