白鶴灘水電站壩基柱狀節理玄武巖快速支護錨墩頭細石混凝土施工方法

田海洋

中國水利水電第四工程局有限公司，云南昆明 650000

1 工程概況

白鶴灘攔河壩采用橢圓線型混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834m，最大壩高289m，左岸壩頂高程834m以下主要出露二疊系上統峨眉山組玄武巖，第四系松散堆積物主要分布于緩坡臺地上。壩址區地質構造主要表現為原生構造、褶皺構造、斷裂構造（包括斷層、層間錯動、層內錯動、裂隙等）等形式。左岸拱肩槽邊坡主要由玄武巖構成，可分別歸類為巖質超高邊坡、塊狀結構邊坡，玄武巖中發育緩傾角錯動帶，具層狀邊坡的特征，且為斜順向坡。

左岸壩基高程660～600m為柱狀節理玄武巖，為控制左岸柱狀節理玄武巖壩基卸荷松弛及錯動帶剪切變形，設計進一步研究確定壩基高程650～600m預留5m保護層，并增加錨索錨固，左岸壩基高程650～630m施工程序：壩基開挖至保護層頂面—巖石蓋重固結灌漿—保護層開挖—壩基錨索施工—利用固結灌漿孔下砂漿錨桿。

壩基高程620～600m范圍保護層開挖程序：壩基錨索施工與下梯段保護層開挖、梯段前沿開挖循環下降，梯段高度為5m，要求開挖一層、錨固一層，保護層前沿與保護層開挖高差不大于5m。

根據設計藍圖，基坑壩基高程600～580m建基面布置有錨索，用于錨固壩基LS331錯動帶，同時根據設計施工技術要求，高程600～580m柱狀節理玄武巖壩基開挖程序同高程620～600m保護層開挖，本梯段壩基錨索施工與下梯段保護層開挖、梯段前沿開挖循環下降，梯段高度為5m，要求開挖一層、錨固一層，保護層前沿與保護層開挖高差不大于5m。

柱狀節理玄武巖在高圍壓狀態下力學參數較高，開挖后改變了原始的應力狀態，巖體將向臨空方向松弛；研究表明，壩基開挖后，松弛厚度可達2～3m，力學指標也有所降低，因此，柱狀節理玄武巖在開挖后，巖體松弛是拱壩的主要工程地質問題之一，在開挖完成后如何對建基面快速錨固、支護，有效防止建基面卸荷松弛，也成為建基面開挖過程中的難題之一。

2 工程特點

在左岸壩肩槽開挖至630m高程時，根據建基面開挖的設計技術要求，柱狀節理玄武巖開挖后應進行快速錨索支護，上個梯段的錨索全部支護完成后才允許下個梯段開挖爆破，以防止建基面錯動變形和卸荷松弛。

建基面630m高程以下錨索工程量大，使用普通混凝土對進行預應力錨索錨墩頭澆筑，受錨墩頭混凝土強度發展緩慢、齡期較長以及相鄰部位爆破影響等原因，直接影響預應力錨索張拉施工進度，無法滿足壩肩槽快速開挖施工的要求。

為解決壩肩槽錨索施工與開挖之間的關系，保證建基面開挖及預應力錨索張拉施工質量，在總結原有施工經驗的基礎上，應用新型KD-18高強灌漿材料，進行了高強支座砂漿拌制細石混凝土試驗，KD-18高強灌漿材料具有以下優點：

（1）KD-18高強灌漿材料是一種高性能聚合物改性的水泥基灌漿材料。

（2）采用了多種有機和無機添加劑，具有很好的施工性能。

（3）能夠自動流平，凝固后早期強度發展快，具有早強、高強、無收縮等特點。

（4）在工地直接加水攪拌即可使用，施工方便、快捷。

（5）流動性好，保持時間長具有很好的粘聚性，不分層離析、不泌水。

（6）具有微膨脹性能，硬化后結構致密，不收縮開裂，具有較好的耐磨性和韌性。

使用KD-18高強灌漿材料拌制細石混凝土試驗，以縮短建基面預應力錨索的施工周期，加快施工進度，滿足建基面快速開挖支護的施工質量、進度要求。

3 施工方法及工藝

3.1 試驗場地選擇

本次試驗部位選取在左岸大壩建基面645～640m高程MS-34#預應力錨索錨墩頭為本次試驗的錨墩頭。

3.2 施工設備及材料

試驗開戰前應提前準備以下施工資源：

（1）鐵鍬、電子臺秤、鐵皮、抹子、海綿、皮桶、Φ30振搗棒。

（2）KD-18高強灌漿材料、5～10mm碎石、水，本次細石混凝土現場試驗采用人工拌制（大批量施工時采用SJD-60型強制式單臥軸混凝土攪拌機進行拌制）。

3.3 配合比選擇

在依照原有施工經驗基礎上，選定錨墩頭澆筑使用細石混凝土的施工配合比具體如表1所示。

表1 混凝土的施工配合比（kg）

3.4 施工工藝流程

施工工藝流程：基礎巖面清理—安裝模板—按配合比稱量拌制—倉內清理—澆筑細石混凝土—混凝土試件制作—養護。

（1）基礎巖面清理。清除錨墩頭施工范圍內的松散巖石、軟弱夾層、水泥薄膜及垃圾，并將基礎巖面沖洗干凈，確保不留殘渣、碎屑。

（2）安裝模板。按照錨墩頭設計要求體型，使用木模板立模。

（3）按配合比稱量、拌制。按照上述配合比稱取KD-18高強灌漿材料、5～10mm碎石、水，采用人工拌制的方式充分攪拌均勻，5～10mm碎石在拌制前需清洗干凈且要保持干燥。

（4）倉內清理。在澆筑細石混凝土前應將倉內殘留積水清理干凈。

（5）澆筑細石混凝土。澆筑過程中使用Φ30振搗棒進行振搗，嚴格控制振搗時間，應避免振搗過度而出現振搗性離析的情況，以保證澆筑密實。

（6）試件制作。細石混凝土在現場拌制完成后，由試驗人員在現場隨機進行取樣，制作標準試塊，檢測其材料性能指標。

（7）養護。細石混凝土澆筑完成后及時跟進養護。

3.5 注意事項

（1）混凝土工程施工前做好施工組織安排，包括施工現場布置、勞動力組織、材料準備，事先清理干凈細石混凝土拌制場地，高溫季節需進行遮陽防護措施，大風季節設置圍擋。

（2）對現場攪拌設備、振搗資源進行試運轉，檢查現場所需資源是否滿足施工需求。

（3）細石混凝土初凝時間較短，所拌料30min內必須施工完畢。

（4）細石混凝土粘聚性很強，人工拌和不易攪拌均勻，少量施工可由人工快速拌制完成，大批量施工應使用機械強制拌和。

（5）在現場拌制過程中，應嚴格按要求控制加水量，以免造成漿液和骨料離析。

（6）應提前根據需要澆筑的錨墩頭數量對細石混凝土使用量進行合理的計算，避免過多拌制，造成浪費。

（7）澆筑開始后，應緊湊、連續地進行，確保振搗密實，嚴禁中途停工。

3.6 現場拌制試驗結果

本次現場拌制試驗過程采用人工拌制，混凝土試件在現場取樣成型3組，齡期分別為24、48、96h，經抗壓強度檢測，試件小時強度詳見表2所示。

表2 試件小時強度

3.7 室內復核試驗結果

在現場試驗完成后，試驗室按上述配合比又進行了室內拌合試驗，將KD-18高強灌漿材料拌制加水量控制在0.14～0.16∶1之間，本次室內拌制按照0.16∶1進行試拌。拌合物各項性能指標詳見表3所示。

表3 拌合物各項性能指標

4 結語

在經過現場拌制和室內復核試驗后，試驗結果顯示采用KD-18高強灌漿材料拌制的細石混凝土24h抗壓強度已達到42MPa以上，滿足了建基面預應力錨索張拉對錨墩頭強度的要求，若采用常態混凝土，澆筑完成后等強齡期需要7d，采用KD-18高強灌漿材料拌制的細石混凝土澆筑預應力錨索錨墩頭后，建基面每個梯段開挖爆破施工工期可節約6d，保證了建基面開挖快速支護施工的質量和進度要求。