碾壓混凝土大壩設計與運行要點分析

□婁吉寧（安順市水利局）

0 引言

隨著時代的發展進步，大壩設計技術和觀念都發生了很大的變化，碾壓混凝土大壩設計是大壩設計的一種特殊情況，設計本身比較復雜，涉及的范圍也比較廣泛，因此，設計時必須結合工程的實際情況，并積極引入新的技術方法，保證大壩設計質量。

1 碾壓混凝土大壩設計與運行工程概況

本文結合工程實際情況對碾壓混凝土大壩設計與運行情況進行分析，某電站位置位于貴州省境內，屬于高寒地區，根據相關資料的統計顯示，該地區每一年的平均降水量大概為2284mm，并且會在每年4月份河流水盛時期，到了冬季，下雨天氣與下雪天氣大約占據著整個季節的30%，冬季的平均氣溫在10～15℃之間，溫度最低的時候達到零下3℃。該水庫年發電量是1323kW.h。電站裝機為3×1000kW。大壩所在區域的地質條件比較簡單，所在地區為花崗巖。

2 碾壓混凝土壩設計

通過設計前的調查和觀測，可以確定本工程碾壓混凝土材料性能和可能遇到的難點。工作人員結合工程實際情況確定大壩使用全斷面碾壓混凝土設計方法。具體來說，工程的壩體結構設計呈現出以下特點：

2.1 全斷面碾壓

總結過去的經驗和實踐，在防滲層施工中使用普通的混凝土會給工程帶來很大的阻礙，具體來說，主要有以下幾點：第一，上游存在的施工縫會給下游施工造成很大影響，導致下游施工無法正常施工;第二，如果使用兩種混凝土，在交界處很容易出現裂縫，主要是由于兩種混凝土材質無法很好地融合。因此，設計人員決定采用全斷面碾壓。確定了設計方案后，工作人員需要找到可以使用普通混凝土的部位。為了縮短工期，減少工程量，工作人員在擋水壩下游壩面等位置使用了混凝土構件，方便后期施工。

2.2 壩體內部混凝土的標號分區

壩體內部混凝土可以分為兩個區，具體來說，壩體的上游采用的是二級配碾壓混凝土，其設計強度為R180200，抗滲標號是S6。壩身采用的是三種連續級配的石子直接拌制的碾壓混凝土，其設計強度是R180100，抗滲標號是S2。二種連續級配的石子直接拌制的碾壓混凝土與三種連續級配的石子直接拌制的碾壓混凝土的齡期均確定為180d，最大限度地利用混凝土的后期強度，進而大大地節省水泥的用量，同時還能夠有效減少與水化合時所產生的熱量。在基礎墊層所采用都是混凝土拌和物坍落度為10～100mm 的混凝土。厚度確定為1.50m，該混凝土的設計強度標號是R90150，壩身與壩基排水的縱向通道的四周也都統一采用這種混凝土，設計強度與抗滲標號分別為R90150、S6。

2.3 富膠凝材料碾壓混凝土防滲

壩體上游壩面是一項復雜的工程，對材料的要求較高，一般可以采用二級配富膠凝材料，同時要保證混凝土材料的抗滲性能，保證防滲效果，提高工程質量。

2.4 寬橫縫間距

寬橫縫間距的確定比較困難，需要考慮的因素有以下幾點：混凝土水泥比例、混凝土攪拌附近的溫度以及變化情況。碾壓混凝土制作比較復雜，專業性較強，因此，一般采用機械加工的方法，這樣才能夠保證制作質量符合工程要求。壩基是碾壓混凝土大壩設計中的重點，也是難點之一，本工程壩基比較堅硬，因此，地質相對穩定，工作人員采用了較寬的橫縫間距。

2.5 壩基抽排降壓措施

壩基抽排降壓是碾壓混凝土大壩設計中的重要組成部分，需要注意的問題有很多，攔河壩在工作時應該首先弄清下游尾水的深度，以保證壩體的穩定性。通過對工程壩基附近情況的調查，工作人員決定采取壩基抽排降壓的方法提高壩基處理質量。

3 碾壓混凝土大壩壩基處理

3.1 壩基開挖和固結灌漿

壩基開挖和固結灌漿是碾壓混凝土大壩壩基處理的重要組成部分，碾壓混凝土是不分縱橫也不分壩段的薄層連續澆筑，在實際的施工階段，壩塊的高長比非常大。需要注意的是，壩體混凝土彈模以及基巖彈模的比值在很大程度上影響著基礎對壩體的約束力，正常情況下，如果壩體混凝土彈模和基巖彈模比較大，則約束力反而越小。然而，相對來說，提高混凝土的彈模會十分有限。所以，對于基巖來說，最為關鍵的就是要確保達到壩基應力的基本要求，對于彈模值則沒有太高的要求。綜合上文的論述，壩基需要將表層2～3m 的強風化層挖除，此外，對大壩整體的穩定性以及抗滑性造成影響的第二巖組同樣需要挖除。之所以對壩基進行固結灌漿處理，是為了能夠促進基巖的均勻性以及完整性的不斷提高。

3.2 壩基防滲與排水

本區域的基巖相對而言條件比較好，滲流基本上不會對基巖造成影響。所以，為了使得揚壓力盡可能降低，壩基通過利用封閉式抽排水設施。無論是對于壩基的上游還是下游都需要進行防滲帷幕與排水孔的設置。需要注意的是，壩基的滲透效果都是比較弱，上游防滲帷幕幕體需要伸入基巖50m，而下游的防滲帷幕所伸入的長度相對低一些，通常情況下，要求伸入基巖30m。上游的排水孔深設置為30m，而下游的排水孔深設置為20m。為了能夠保證壩基揚壓力控制在規范的范圍以內，必須要定時的進行抽排，并進行專門的備用電源以及報警系統的設置。

4 碾壓混凝土大壩運行要點

4.1 碾壓混凝土堵漏灌漿

大壩在正常蓄水以后，經過長期的觀察發現，在364～367m高程之間的滲漏現象十分嚴重，特別是在這個高程范圍之內的廊道兩頭位置，已經呈現出了非常明顯的噴射狀的滲漏，在水庫內部的水資源為渾濁狀態的時候，所滲透處理的水反而是清澈的。因此，相關人員專門展開了研究，通過調閱相關資料與施工記錄，最終所得出的結論是：這種滲漏出現的主要原因是由于碾壓混凝土層間結合不緊密而導致的。因此，所采取的補救措施是在二級配區利用100 型鉆機鉆出一個孔洞，進而再進行灌漿處理，所鉆孔洞的孔徑是90cm，孔距是3m。灌漿壓力設置為1.50kg/cm2，本著就近取材的原則，所采用的水泥為水庫所在地的425#普通硅酸鹽水泥。在灌漿的過程當中發現，壩面上游明顯有漿液流出，但是在廊道的內測卻沒有發生這種現象，在灌漿施工完成之后，漏水現象得到了很大程度地緩解，為了能夠有效地改善大壩的漏水問題，在深孔灌漿以后，還需要再一次地進行灌漿處理，在經過了兩次灌漿處理以后，滲漏問題得到有效控制。

4.2 碾壓混凝土強度

對大壩碾壓混凝土進行鉆孔聲波測試與取樣試驗，一共需要鉆兩個空，鉆進孔深為40m，合計進尺81.12m，取碾壓混凝土6 件兩組，常態混凝土3 件一組，以此組織抗壓試驗。最終試驗結果顯示，碾壓混凝土的質量比較好，已經達到設計的相關要求，在大壩右側的ZK01 號鉆孔，對碾壓混凝土總結：巖芯采取比較完整，然而巖芯非常容易從層間結合的位置斷裂開，部分結合的地方固結作用較差，在大壩溢流壩段的ZK02 號鉆孔。對碾壓混凝土的表述：從整體角度來看，碾壓混凝土的質量比較好，巖芯也非常完整，然而巖芯非常容易從層間結合的位置出現斷裂，部分地段比較差。另外，在局部地方，還發現存在著蜂窩狀的孔洞，這些孔洞的大小基本上都在1～4mm。通過取樣試驗可以得出一個結論：碾壓混凝土的強度平均值盡管遠遠高于常態混凝土，然而其在各個部位依然存在著較大的差異。

5 結語

碾壓混凝土大壩設計包含多個方面的內容，要保證設計質量必須在國家規范的基礎上結合工程實際開展設計工作，只有這樣才能夠保證大壩能夠正常運行。

[1]馬君壽.新安江水電站的勘測和設計[A].中國水電100年（1910-2010）[C]，2010.

[2]馬文麗，李姝昱，顧昊.李家峽拱壩應力監測資料模型分析[A].中國原水論壇專輯[C]，2010.

[3]劉少松，王麗敏.清河水庫除險加固工程綜合自動化系統設計[A].水與水技術（第3 輯）[C]，2013.