浯溪口碾壓混凝土重力壩混凝土分區設計及施工

秦根泉，蔣水華，溫勇兵

浯溪口碾壓混凝土重力壩混凝土分區設計及施工

秦根泉1，蔣水華2，溫勇兵2

（1.江西省水利規劃設計研究院，江西南昌 330029；2.南昌大學建筑工程學院，江西南昌330031）

對浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩混凝土分區設計方案、施工階段遇到的難題及其處理措施進行了總結和研究，結果表明該工程混凝土壩分區設計與施工方案大大減少了混凝土膠凝材料用量，提高了施工機械化程度，加快了施工進度，同時降低了工程造價，在保證工程質量安全的同時取得了較明顯的經濟效益，可為類似工程混凝土分區設計與施工提供參考。

碾壓混凝土重力壩；混凝土分區；配合比；浯溪口水利樞紐

0　引言

據不完全統計，目前碾壓混凝土重力壩（RCC）在國內外迅速發展［1-11］，世界上20多個國家已經修建了200多座RCC壩，分布在寒帶、熱帶的各種氣候環境之中。其中第1座RCC壩是美國1982年建成的壩高52 m的Willow Creek重力壩，在建的最高的碾壓混凝土重力壩為中國龍灘大壩［5-6］，第一期最大壩高為192 m，后期壩高為216.5 m，碾壓混凝土量約為750萬m3。

碾壓混凝土重力壩大壩斷面設計一般參照常態混凝土重力壩斷面進行，壩體斷面應滿足擋水和壩體整體穩定要求。因混凝土的強度和防滲性能較好，重力壩體形斷面尺寸主要由壩體整體穩定控制，所以壩體斷面一般較大，造成壩體內部筑壩材料的強度、防滲性不能充分利用。另外，由于碾壓混凝土壩體各部位的工作條件不同，對混凝土強度、抗滲、抗凍等要求也不相同，基于以上原因，同時為了節約和合理使用膠凝材料，節省投資，優化大壩性能，通常根據壩體各部位的功能要求，針對壩體不同部位采用不同設計指標等級的混凝土，將壩體按不同部位和不同工作條件進行合理分區。目前碾壓混凝土壩混凝土分區問題已得到了許多學者的重視［7-10］，但關于碾壓混凝土壩混凝土分區施工階段所遇到的難題及其有效的解決方案卻少見報道。本文主要依托江西省浯溪口水利樞紐工程，重點論述該工程碾壓混凝土重力壩混凝土分區設計方案、混凝土配合比、施工階段遇到的難題及其解決措施，以期為其他工程提供參考。

1　工程概況

浯溪口水利樞紐工程［2，13，14］是歷史名城“瓷都”景德鎮市城市防洪工程的重要組成部分，為二等大（2）型工程。水庫正常蓄水位56.00 m，死水位45.00 m，防洪限制水位 50.00 m，設計洪水位62.30 m，校核洪水位 64.30 m。水庫總庫容為4.747億m3，調節庫容1.33億m3，電站總裝機容量32 MW。樞紐總體布置沿軸線從左至右依次為：左岸碾壓混凝土非溢流壩段（長163.72 m）、表孔溢流壩段（5孔、長78.00 m）、低孔溢流壩段（6孔、長108.00 m）、廠房壩段（2臺大機組、1臺小機組，長43.10 m）、右岸碾壓混凝土非溢流壩段（含安裝間壩段，長105.80 m），壩軸線長度498.62 m。碾壓混凝土重力壩壩頂高程65.50 m，最大壩高46.80 m，壩頂寬8.0m（含2.1 m寬的牛腿），上游壩面上部采用垂直坡面，下部采用1∶0.2的斜坡，斜坡高度為10 m；下游壩面59.63 m高程以上垂直，59.63 m高程以下坡度為1∶0.75。為提高重力壩的整體抗滑穩定性，在大壩上游壩踵處設一個深為2.70 m的齒槽，在齒槽內部布置帷幕灌漿排水廊道，廊道斷面尺寸為2.5 m×3.5 m（寬×高）。

2　混凝土分區設計方案

壩體混凝土各分區的設計指標等級根據工程區的氣候條件和大壩擋水高度確定。浯溪口水利樞紐工程位于亞熱帶濕潤季風氣候區，壩高屬中壩，碾壓混凝土重力壩混凝土分區設計方案為：

（1）壩頂附近設為I分區，該區由于工作面較為狹窄，電氣、監測埋件多，并設有外挑牛腿，不利于卸料、平倉及碾壓等施工作業，因此采用二級配C9020常態混凝土，防滲等級為 W6，抗凍等級為F50。

（2）上、下游防滲區設為II分區，混凝土采用二級配R90200碾壓混凝土，防滲等級為W6，抗凍等級為F50。防滲區混凝土厚度根據SL 319—2005《混凝土重力壩設計規范》［15］要求，設計取值按壩前水頭的1/30～1/15，且最小厚度滿足施工要求確定。本工程防滲區混凝土厚度要求不小于2.5 m，上游面下部1∶0.2的斜坡段厚度隨斜坡逐漸加厚。這樣分區的優點是混凝土分區線恰好為一條垂直線，便于施工定位，而且壩內基礎廊道的上游面防滲混凝土厚度隨著擋水高度的增加而加厚，有利于廊道防滲。

（3）壩體內部混凝土設為III分區，該分區是壩體斷面填充的主要部分，占壩體斷面面積的比例達到55%，混凝土強度和防滲要求相對較低，內部鋼筋、埋件少，因在斷面中間部位，向外散熱慢，是大壩溫控的重要部位。根據該分區的特點，混凝土設計指標降低一個等級，采用三級配R90150的碾壓混凝土，防滲等級為W4。

（4）大壩基礎防滲層設為IV分區，為方便基礎找平和快速進行碾壓混凝土施工，大壩基礎平段墊層采用二級配C9020常態混凝土，斜坡段采用變態混凝土，分區線設在基礎廊道底部，為一條水平線，因壩踵處設有齒槽，基礎混凝土厚度為1.3～3.0 m，斜坡段變態混凝土厚度為0.5 m，該區混凝土防滲等級為W6，抗凍等級為F50。

（5）最后，為了保證壩體混凝土的外觀質量和防滲效果，壩體上、下游防滲區混凝土外側壩面設為V分區，采用厚度為0.5 m的R90200變態混凝土，防滲等級為W6，抗凍等級為F50，同時在大壩橫縫止水處加大變態混凝土的范圍，使止水在變態混凝土區，以避免碾壓施工對止水造成破壞。

3　碾壓混凝土現場配合比和效益分析

碾壓混凝土現場配合比的選擇是確保大壩施工質量和工程耐久性的一項十分重要的工作［11］。通過現場碾壓試驗得到的混凝土現場配合比如表1所示。

表1　各分區混凝土配合比kg/m3

獲得各分區混凝土的配合比后，可對各分區混凝土的效益指標（包括單價和各項指標如水泥、粉煤灰、膠凝材料用量、粉煤灰摻量、用水量和水膠比）進行分析比較，各分區混凝土單位體積（m3）配合比參數及單價如表2所示。

表2　各分區每立方米混凝土配合比參數及單價

由表2可知：

（1）各分區所需的碾壓混凝土膠凝材料用量均大于150 kg/m3，位于高膠凝材料配合比范圍，依據此方案配出的碾壓混凝土工作度VC值較小，適于在高溫季節施工，有利于碾壓密實，混凝土防滲性好，缺點是混凝土發熱量相對偏大，需加強混凝土入倉澆筑溫度控制和后期養護。

（2）混凝土絕對溫升增量與膠凝材料用量成正比，R90200碾壓混凝土與強度等級相近的C9020常態混凝土比較，碾壓混凝土水泥用量較常態混凝土用量減少約125 kg/m3，占常態混凝土水泥用量的55.8%；內部R90150碾壓混凝土與外側防滲碾壓混凝土R90200比較，水泥用量減少約28kg/m3，占R90200混凝土水泥用量的28.3%。可見采用碾壓混凝土工藝并對混凝土進行分區后可大大減少壩體內部溫升值，進而簡化溫控措施。

（3）碾壓混凝土施工機械化程度高，施工速度快，配合比更經濟，經綜合單價分析，R90200碾壓混凝土比C9020常態混凝土單價降低121.76元/m3，內部 R90150碾壓混凝土比外側防滲碾壓混凝土R90200單價降低16.58元/m3，本工程碾壓混凝土工程量為13.80萬m3，采用碾壓混凝土工藝并分區筑壩可節省工程投資約1 680.29萬元，在保證工程質量安全的同時取得了較明顯的經濟效益。

4　混凝土分區施工難題及解決措施

大壩混凝土分區設計雖然考慮了施工工藝的需要，但施工階段仍需進行充分的施工組織設計，保證按混凝土分區設計方案進行施工。如果因施工條件限制難以滿足設計要求時，應對原設計方案進行分析論證，并作必要的優化調整，提出相應的解決方案。浯溪口工程在碾壓混凝土施工階段遇到的主要難題及其解決方案如下。

（1）碾壓混凝土高峰施工時段因工期要求被安排在5月～9月高溫季節，因此需更加重視碾壓混凝土的溫度控制［16］。根據溫控分析計算成果，要求碾壓混凝土內外溫差不能超過20℃，混凝土澆筑溫度不能超過28℃。為達到溫控設計要求，在混凝土施工時采取了以下措施：①開啟制冷系統，對拌和水和骨料進行預冷，并嚴格控制混凝土在路上的運送時間，保證混凝土澆筑溫度不超過28℃；②施工盡量避開一天的高溫時段，選在傍晚至次日凌晨進行；③在施工倉面噴霧形成小氣候，降低倉面溫度；④碾壓混凝土在攤鋪碾壓完畢后，在下一層澆筑之前，層面保持每天24 h的濕潤，最后頂層碾壓混凝土的養護時間應不少于14 d；⑤在典型代表壩段埋設溫度計，形成溫度監測網，跟蹤監測壩體內部溫度變化趨勢，在低溫期覆蓋保溫，控制混凝土內外溫差在安全范圍以內。

（2）通常為滿足碾壓機械設備入倉要求，需在入倉口處預留一缺口作為入倉通道，在碾壓施工完成后，預留缺口采用常態混凝土封堵。因此，在入倉口附近有一部分混凝土不能按設計混凝土分區方案施工，且混凝土澆筑質量不易保證。針對這種情況，在施工時對封堵入倉口的常態混凝土拌和用水摻冰，降低混凝土的澆筑溫度，減少常態混凝土凝固發熱量對大壩內部溫度場的影響；同時，在碾壓施工過程中，對通道范圍已施工碾壓混凝土采取墊護、補碾等保護加強措施，避免因機械車輛在上面通行、調頭造成對混凝土的反復擠壓，破壞混凝土的內部膠結結構，降低混凝土的強度。

（3）根據大壩設計斷面，壩基帷幕灌漿廊道布置在上游防滲混凝土的下游側，防滲混凝土厚度約為3 m。由于廊道的分隔影響，造成廊道上游碾壓混凝土工作面狹小，無法進行碾壓施工。因不同高程的廊道采用斜坡式連接，這種問題在水平廊道段受影響的倉面最多，在斜坡廊道段只有局部倉面受影響。施工時廊道上游改為常態混凝土澆筑，當施工到廊道頂部以上1 m高度時，再和壩體內部混凝土并倉進行碾壓混凝土施工。對廊道上游澆筑的常態混凝土采取同樣的拌和水摻冰措施，降低混凝土的澆筑溫度2～3℃，以抵消后期常態混凝土硬化時高出碾壓混凝土的發熱量。

（4）施工倉面采用懸臂式大鋼模，鋼模高度為3 m，該模板安裝拆卸容易，模板安裝精度有保證，但下游斜坡壩面受斜向懸出模板的影響，擴大了無法進行碾壓施工的倉面范圍。該范圍后來改用變態混凝土施工，如此提高了工程造價，增加了混凝土的溫控壓力。可考慮用滑模施工、通過背水坡采用預制混凝土塊作為模板或者采用小鋼模，降低模板高度的方法進行緩解。

（5）壩段橫縫按碾壓混凝土重力壩要求設置，橫縫間距為25 m，該值大于混凝土重力壩的規范要求。因施工工藝的要求在碾壓混凝土壩體內部的一些區域需采用常態混凝土澆筑。常態混凝土硬化過程收縮變形大，新澆層混凝土因受到底部約束，收縮時受拉容易產生橫向裂縫。本工程在施工時采取以下措施解決這個問題：①對已出現的裂縫進行化學灌漿處理，并保證裂縫灌漿后能達到設計強度和防滲要求；②對混凝土配合比進行優化，在中間區域采用三級配混凝土，減少混凝土的硬化收縮；③在每層澆筑倉面的壩段中間1/3范圍布置抗裂鋼筋網，抗裂鋼筋采用12@200×200，并規定每層澆筑混凝土厚度不能小于1 m。布設抗裂鋼筋網后，壩頂澆筑常態混凝土未再出現裂縫。

5　結論

（1）浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土重力壩所采取的混凝土分區設計方案功能分區清晰、尺寸要求合理，具有典型的代表性。對混凝土進行合理分區后大大減少了混凝土膠凝材料用量，減輕了混凝土溫控壓力，發揮了碾壓混凝土施工機械化程度高、施工速度快的優勢，混凝土分區后獲得了較顯著的經濟效益和工期效益。

（2）浯溪口水利樞紐工程碾壓混凝土壩施工克服了工期安排等外在條件帶來的困難，因施工技術原因對大壩混凝土分區方案造成的改變，對其影響后果和程度進行了認真分析，并提出了有效的應對措施，在保證工程質量安全的同時，使工期目標得以實現。目前，碾壓混凝土施工項目基本完成，對工程實踐過程暴露出的問題所做的一些有益探索可供今后類似工程參考。

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（責任編輯焦雪梅）

清水江白市水電站樞紐工程通過專項驗收

2015年12月24日，受貴州省發展和改革委員會委托，水電水利規劃設計總院組織有關單位對清水江白市水電站樞紐工程開展專項驗收工作。會議聽取了關于樞紐工程建設及初期生產運行情況、樞紐工程設計情況、樞紐工程竣工安全鑒定主要結論的匯報，以及驗收專家組關于樞紐工程專項驗收專家組意見的匯報。與會委員、專家和代表審閱了工程驗收資料，并就樞紐工程專項驗收條件和存在問題進行了研究和討論，會議形成了《清水江白市水電站樞紐工程專項驗收鑒定書》。驗收委員會同意清水江白市水電站工程通過樞紐工程專項驗收。

白市水電站位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣白市鎮，是沅水干流上游河段清水江河段三板溪～ 洪江河段的第三個梯級。工程任務以發電為主，兼顧航運。水庫正常蓄水位300m，控制汛期水庫運行水位296m，死水位294m，總庫容6.87億m3，具有季調節性能。電站總裝機容量420MW，保證出力90MW，設計多年平均發電量12.36億kW·h，年利用小時2943h。樞紐工程主要由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發電建筑物及通航建筑物等組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高68m，壩頂高程304.50m，壩頂長512m。泄水建筑物為6孔壩頂開敞式泄洪表孔，孔口尺寸17m×19m（寬×高）。引水建筑物主要包括電站進水口、壓力管道等； 發電廠房為壩后式。電站以2回500kV一級電壓等級送出，一回接入距本站約35km的艷山紅開關站，另一回接入距本站約72km 的三板溪水電站。

（水電水利規劃設計總院）

Concrete Partition Design and Construction for RCC Gravity Dam of Wuxikou Hydro-junction Project

QIN Genquan1，JIANG Shuihua2，WEN Yongbing2
（1.Jiangxi Provincial Water Conservancy Planning and Design Institute，Nanchang 330029，Jiangxi，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Nanchang University，Nanchang 330031，Jiangxi，China）

The design scheme of concrete partition，and the problems encountered in construction stage and corresponding treatment measures for the RCC gravity dam of Wuxikou Hydro-junction Project are systematically addressed.The results indicate that the adopted concrete partition design and construction schemes can greatly reduce the usage amount of cementitious materials，improve the degree of mechanization construction，accelerate construction progress and reduce project cost.The economic benefit is very obvious while ensuring project quality and safety.The practices can provide references for concrete partition design and construction in similar projects.

roller compacted concrete gravity dam；concrete partition；mix proportion；Wuxikou Hydro-junction Project

TV642.2（256）

B

0559-9342（2016）02-0060-04

2015-09-07

江西省水利科技計劃項目（KT201533）

秦根泉（1977—），男，江西南昌人，高級工程師，碩士，主要從事水工設計與項目管理方面的工作.