某高拱壩補強加固設計與施工

文／廖聰梅 徐 耀 王黎陽

一、工程概況

我國某高拱壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂高程653m，壩底高程555m，最大壩高95m，壩頂寬度5m，拱冠梁底寬22m，壩頂中心線弧長299.56m。大壩共設置了4條橫縫，采用通縫布置，分縫間距約60m。2013年3月大壩開始碾壓施工，2015年5月澆筑完成。在大壩澆筑過程中及澆筑完成后，檢查發現在不同高程處大壩混凝土存在封拱溫度未達到設計封拱溫度、抗壓強度未達到設計標準等質量問題。針對上述問題，有關專題研究結果表明，由于封拱溫度提高，溫度應力較大，局部區域混凝土強度降低，特別是兩岸壩肩部位局部應力超標，壩體應力不滿足規范要求，因此大壩需進行補強加固。

二、補強加固設計方案

補強加固設計方案為在大壩下游面左右岸自底部高程向上一定范圍內修建補強體，見圖1與圖2。下游河床部位貼角到高程568m，頂寬1.2m，按1∶1順坡向基礎延伸。兩岸壩肩貼角到高程612m。補強體混凝土強度等級為C20，按原壩體#2、#3橫縫（延伸）位置進行分縫。補強體與原壩體接觸面進行鑿毛處理并布置插筋（Φ25mm@1.0 m×1.0m），插筋長2.25m，錨入原壩體1.2m。補強體混凝土冷卻至穩定溫度后，視接觸面張開情況，通過打孔的方法進行接觸灌漿，鉆孔間距為2m×2m?？紤]到補強體基礎圍巖受卸荷和溶蝕影響，以Ⅳ類巖體為主，除固結灌漿（3m×3m，孔深5～8m）外，補強體上設1500kN預應力錨索，間距約5m，以保證補強體與壩體形成可靠的整體。為滿足接縫灌漿和控制補強體溫度的要求，在補強體內布設了蛇形冷卻水管，距混凝土表面0.75～1.5m，并埋設溫度計。

三、補強加固施工

2015年10月開始補強體基礎清挖，同時對局部地質缺陷進行加固處理，至11月補強體基礎清挖基本完成。補強體建基面巖體質量類別以Ⅳ類為主，巖體質量總體滿足設計要求。針對建基面局部存在巖溶、溶蝕裂隙及Ⅴ類巖體，采取了清除及掏槽處理，對溶蝕寬縫和局部破碎及風化較深的部位采取布設Φ25mm@20cm×20cm鋼筋網完全覆蓋處理，對局部巖體較差部位采取了加密固結灌漿處理措施。

2015年11月開始澆筑補強體混凝土，2016年1月補強體混凝土澆筑完成。補強體混凝土施工時，兩岸高程590m以上采用溜槽方式入倉；兩岸高程590m以下與河床段采用泵送方式入倉。采用人工平倉、振搗?；炷翝仓瓿伞⒊跄蟛扇⑺烷L流水方式進行養護。針對補強體混凝土施工，采取的溫控措施主要包括：①優化配合比設計，減少單位混凝土水泥用量；②對骨料、膠凝材料罐體采取遮陽防曬措施，夜間或清晨低溫時段倒運原材料，盡可能降低原材料溫度；③采用制冷水拌制混凝土，夜間低溫時段進行混凝土澆筑；④在補強體混凝土內部埋設冷卻水管，自混凝土澆筑開始進行冷卻通水。在補強體混凝土施工過程中，檢查結果表明，混凝土抗壓強度以及澆筑溫度均滿足設計要求。

圖1 大壩補強體示意圖

補強體與原壩體接觸面進行鑿毛處理并布置插筋。2015年11月底對補強體河床段和左右壩肩下部（高程571m以下）插筋的施工質量進行了無損檢測，結果表明，抽檢所有插筋的實際長度均滿足設計要求，但有少數插筋的注漿飽滿度不滿足設計要求。為此，按照規范要求采取了補打插筋的處理措施，最終滿足設計要求。2015年12月底對補強體左右壩肩上部（高程571～612m）插筋的施工質量進行了無損檢測，結果表明，抽檢所有插筋的實際長度以及注漿飽滿度均滿足設計要求。

補強體上設1500kN預應力錨索，共25根，每根由10股鋼絞線組成無粘結錨索。其中左、右岸坡及河床部位分別布置了一個錨索測力計。錨索造孔采用專用錨索鉆機施工，人工編索、下索，全孔一次加壓注漿。待混凝土齡期、錨索漿液齡期和混凝土溫度達到設計要求后進行張拉。從錨索的造孔、編索、注漿、張拉和72小時后的應力損失情況綜合分析，錨索施工質量滿足設計要求。

圖2 大壩補強體平切圖（單位：m）

2015年11月底開始固結灌漿施工，2015年12月完成河床段的固結灌漿施工，2016年1月完成兩岸岸坡段的固結灌漿施工。固結灌漿按照分序加密原則布孔，采用風動鉆機造孔，灌漿采用全孔一次灌注法施工，封孔采用全孔灌漿封孔法。固結灌漿造孔時，對孔位控制點、孔深、孔斜等進行嚴格控制。固結灌漿施工完成后，壓水檢查結果表明，補強體固結灌漿質量良好，施工質量合格。

在補強體混凝土達到設計齡期且溫度均達到設計要求后進行了接縫灌漿施工。對補強體混凝土進行通水降溫后，發現混凝土接縫張開度幾乎為零；對預埋的接縫灌漿管進行預灌性壓水試驗時，縫面基本不進水。根據補強體接縫縫面灌不進漿的情況，決定沿補強體鉆一排孔進一步驗證縫面的張開度且作為灌漿孔再進行灌漿。鉆孔完成后進行了壓水試驗和灌漿施工，壓水試驗的注入率為0.2～0.7L/min，表明大壩與補強體混凝土縫面進水量均小于1L/min，縫面沒有張開，補強體與原大壩混凝土結合良好。

綜上所述，補強體開挖處理后的基礎滿足設計要求，混凝土施工質量及固結灌漿滿足規范和設計要求，施工質量合格。預應力錨索及接縫灌漿施工工藝合理，質量滿足設計要求，施工質量合格。

四、結 語

為解決該高拱壩混凝土強度降低及封拱溫度超設計要求帶來的壩體應力超標等問題，采取了對原壩體下游面兩拱肩槽進行混凝土貼角回填補強的處理措施，補強體的施工質量總體滿足規范和設計要求。補強加固后，對大壩的壩體應力和安全度進行了復核，結果表明補強體增大了壩體整體剛度，改善了壩體應力分布，雖然壩體上游靠近壩踵部位仍有局部范圍拉應力超標，但范圍十分有限，壓應力滿足規范要求，大壩安全總體上可以滿足要求。