膠凝砂石料壩在山區河谷地帶筑壩的施工方法

孔祥郃

（麗江市寧蒗縣水務局，云南 寧蒗 674300）

0 引言

水庫工程建設對當地居民日常生產生活和經濟發展都有十分重要的促進作用，在水庫建設中，筑壩是一個十分重要的環節，其施工質量在很大程度上決定了整個水庫的質量，需要引起相關人員的高度重視，施工人員要根據水庫工程實際情況和要求選擇適宜的筑壩技術。目前，膠凝砂石料壩以其各項優勢特點在水庫工程中得到廣泛應用。

1 水庫概況

上庫腳水庫總庫容198.85萬m3，主要功能為水庫下游生活供水及農田灌溉，兼顧下游生態環境保護的用水需求。擬建上庫腳水庫位于麗江市寧蒗縣翠玉鄉阿海村境內，壩址位于上庫腳村旁的中村河上，壩址高程約2175 m，工程樞紐區地理坐標為東經100°33′33″～100°37′05″，北緯27°22′20″～27°29′42″，中村河屬金沙江左岸一級支流，發源于流域東部的翠依鄉藥山（海拔4231 m），中村河全長19.9 km，河道平均坡降88.7‰，流域面積115 km2，流域東鄰雅礱江右岸一級支流寧蒗河，南、北分別靠金沙江一級支流香園河、翠玉河，西接金沙江流域呈長條形，流域大致呈由東向西向金沙江河谷傾斜，主河道呈東西走向分布于金沙江左岸，主河道在妥良祁匯入金沙江阿海電站庫區。工程規模為小（一）型Ⅳ等蓄水工程，主要建筑物等別為Ⅳ等，級別為4級，次要建筑物和渠道建筑物級別為5級，水庫攔河壩為膠凝砂礫石壩，設計洪水標準為30年一遇（P=3.3%），校核洪水標準為200年一遇（P=0.5%），水庫樞紐區泄水建筑物消能防沖洪水標準為20年一遇（P=5%）。水庫總庫容為198.85萬m3，正常蓄水位為2210.43 m，相應庫容為178.20萬m3，興利庫容為124.65萬m3，死庫容為53.55萬m3，該工程是一座以農田灌溉為主，兼顧周邊農村飲水的水利工程。

2 區域地質概況

區內地形地貌受地質構造控制，河流、山脈走向以北東-南西向為主，水庫流域內地勢西高東低，河流總體流向由東-西匯入金沙江。區內最高點為水庫東偏南部的藥山（海拔4231 m），最低點為金沙江匯入口，高程1468 m，起伏高差達2763 m。區內地形地貌復雜，山高坡陡，河流縱橫交錯，水系發育地形切割強烈，河流與山脈相間，河谷多為“V”形，河谷狹窄，兩岸谷坡陡峻，屬深切割構造剝蝕中高山地貌。庫區流域內物理地質現象總體較發育，主要表現為河床淤積、巖體風化、河流侵蝕、小型坍滑等。區內巖體風化強烈，巖石破碎。除周邊灰巖區有弱風化基巖分布外，大多數地段巖層出露以全、強風化為主。水庫工程樞紐區以發育小型坍塌體為主，規模均小于1.0萬m3。區內出露地層主要以條帶狀古生界全系為主，另有華力西期的巖漿侵入及新生界第四系（Q4）、元古界震旦系（Z）地層。

3 膠凝砂礫石壩

膠凝砂礫石筑壩技術是近幾年國際上應用的一種新興筑壩技術，其主要特點在于利用膠凝材料與砂礫石來筑壩，利用高效率機械設備進行施工，不僅施工速度快，而且能節省投資，保證施工安全[1]。相較于傳統筑造壩，膠凝砂礫石壩有獨特的優勢，能擴大壩型的選取范圍，放寬筑壩條件，使筑壩技術體系更為豐富[2]。通過良好的技術選擇與組合，在大壩施工中可充分利用現有筑壩材料，避免大量棄料，并減少大壩施工對環境造成的影響。從筑壩材料角度講，在膠凝砂礫當中只需要摻入很少的膠凝材料，以水泥為例，其摻加量為80 kg/m3左右，因水泥用量很少，所以不會產生太大的溫度應力[3]。相較于面板堆石壩，在膠凝材料作用下，砂礫石實際抗剪強度比碾壓堆石體高很多，這樣能減小壩體的橫斷面，配合比材料用量如表1所示。相較于混凝土重力壩，該壩的施工工藝較為簡單，有很高的機械化水平，效率高且自動化程度很高，能縮短工期并降低成本。因砂礫石在膠凝材料作用下可形成一個完整的整體，即便孔隙當中的顆粒會被滲透水帶走，但壩體并不會出現明顯的沉降，壩體滲透變形較小，透水性很強，排水通暢，有良好滲透穩定性。膠凝砂礫石有很好的強度與抗沖刷能力，通過對壩面的有效防護，即可實現壩頂過水。該壩還有很好的抗震性能，對很多地基類型都有良好適用性。從施工的角度講，因壩體斷面大于重力壩，所有壩體只需要依靠剪切摩阻力就能達到穩定要求，降低了對層面處理提出的要求，使施工程序更為簡單和可行。

表1 配合比材料用量

4 施工方法

擋水大壩壩型為膠凝砂礫石壩，砂礫石料就地取用庫區堆積的砂卵礫石料，上游面采用C25 W6防滲面板澆筑，厚1.2 m；下游面采用混凝土C20 W4面板澆筑，厚1.0 m。塊石料、砂礫石料均在庫盆內開采，混凝土粗細骨料利用一部分壩基開挖料加工，剩下的部分到韭菜坪砂石料場中采購。導流度汛方案為分期圍堰法分期導流、壩頂度汛方案。

大壩壩頂長166.7 m，最大壩高48.90 m，壩頂高程2212.90 m，壩頂上游側設距壩頂1.1 m高的L型防浪墻，下游設欄桿，防浪墻與上游面板連為一體，防浪墻墻頂高程2214.0 m，壩頂采用C15素混凝土路面，壩頂凈寬6.0 m。結合本工程實際，壩體材料分為7個區，Ⅰ區為下游2175.00 m以上壩體外部表面C20混凝土，厚1.0 m；Ⅱ區為上游防滲層，厚1.2 m；Ⅲ區為下游2175.00 m以下壩體外部表面C25混凝土，厚1.0 m；Ⅳ區為集水廊道及消力池墊層混凝土；Ⅴ區為壩體底部富漿膠凝砂礫石；Ⅵ區為壩體內部膠凝砂礫石；Ⅶ區為溢流表孔表層混凝土，厚40 cm。壩基防滲以透水率q≤5 Lu為相對隔水邊界，防滲體底界按進入相對隔水層5 m控制，兩岸帷幕線端點為正常蓄水位線與地下水位線交點，防滲帷幕軸線長262.22 m，灌漿總進尺9130.10 m。

溢流表孔：結合大壩布置情況，泄水建筑物布置于河床壩段，由溢流表孔泄流，由進口段、泄槽段、消力池組成。溢流表孔考慮壩上交通，共設4孔，每孔凈寬5 m，邊墩及中墩考慮側收縮影響，頂部采用圓弧形翼墻，底板水平布置，進水及跌水均采用修圓弧形連接。溢流表孔總長（斜長）70.7 m，控制段選用單孔5.0 m寬矩形斷面，底板高程2209.43 m，不設閘門，堰頂高程為2210.43 m堰型采用WES實用堰。進口段內外邊墻為重力式C25鋼筋混凝土墻體，與非溢流壩體連接；中墩布置于溢流面板上，與面板連接，中墩厚度為0.667 m，高度2.47 m，采用C25鋼筋混凝土澆筑。根據調洪成果，溢流表孔最大下泄流量為157.32 m3/s。消能段采用底流消能方式，邊墻高4.4 m，底板高程2161.00 m。

導流輸水埋管：導流輸水埋管埋設于壩內，進口管底高程為2173.25 m，出口高程為2171.25 m，導流埋管采用φ800鋼管，壁厚10 mm，外包50~100 cm厚的C20混凝土。輸水埋管與導流埋管于埋管0+28.87 m處以龍抬頭方式采用岔管連接，后段作為輸水管使用。取水主管至閘閥房后進行分水。

4.1 導流埋管

導流埋管施工需在將壩體填筑到2172.25 m的高程以后進行，并在埋管的外側澆筑一層強度等級為C20的混凝土進行包管，其厚度按照50 cm控制。此外，埋管施工一般和壩體施工呈交叉狀態進行[4]。

4.2 膠凝砂礫石壩施工

4.2.1 砂礫石料開挖

對大壩邊坡進行開挖施工前，應先將河道壩軸線以上的砂礫石可用部分開采到下部進行堆放，石料的開采需使用挖掘機進行挖裝，采用自卸汽車進行運輸，完成開采后，需堆放在壩軸線以下的料場中。

4.2.2 土石方開挖

壩基開挖可分成左右兩部分，即岸坡開挖與河床基坑開挖。在河道截流之前，對正常水位上方的岸坡進行開挖，完成截流以后，對河床基礎范圍內的沖積層進行開挖[5]。

土方開挖主要使用挖掘機進行，按照從上到下的順序分層開挖，挖掘機挖出的土方使用自卸車出渣，及時運輸到棄渣場進行堆放。

對于壩坡石方的開挖施工，應結合周邊孔預裂爆破、深孔微差控制爆破和淺眼微差控制爆破等方法，從上到下分層進行，每層的開挖高度按照10~15 m控制，即將到達基巖表面時進行保護性開挖。對于壩基的風化巖，需采用風鉆進行鉆孔爆破。石渣的裝車與運輸需先使用推土機進行集料，然后采用裝載機進行裝車，由自卸汽車進行運輸，開挖產生的材料除可以在填筑施工中使用的部分，其他材料應及時運輸到棄渣場堆放，不可在現場長時間堆放[6]。

4.2.3 壩體填筑

（1）壩基施工。壩基為富漿膠凝砂礫石墊層，其厚度為1.5 m，將壩基清理干凈以后，在拌和站對墊層材料進行均勻拌制，然后采用自卸汽車將其運輸上壩，采用推土機進行平料，鋪料的厚度按照每層25 cm控制，共鋪3層。

（2）常態混凝土施工。混凝土采用JS750型拌和機進行生產拌制，拌和完成后采用自卸汽車將混凝土運輸裝入吊罐中，再通過上壩道路運輸到澆筑現場，在澆筑現場使用起重機吊運入倉，在入倉的同時還應使用插入式振搗棒進行均勻振搗，使混凝土達到密實。

（3）膠凝砂礫石施工。膠凝砂礫石需要在拌和站中連續攪拌制成，然后采用自卸汽車將其運輸上壩，用推土機平料，鋪料的厚度為每層25 cm，共鋪3層，完成鋪料后，開始碾壓，具體的碾壓遍數要根據相關試驗結果確定，通常需要碾壓8遍，其中2遍為靜壓，另外6遍為振壓，對于邊角處，應使用手扶式振動碾來碾壓。在層間面上要鋪設水泥砂漿，其厚度按15 mm控制。水泥砂漿要用攪拌機進行拌和，采用專門的運輸車運輸，運輸到場后直接卸到澆筑面上，最后用裝載機和人工進行攤鋪。

（4）固結灌漿與帷幕灌漿。固結灌漿需按照從下往上的順序進行，要在墊層施工結束且強度滿足設計要求后進行。淺孔固結灌漿可采用手風鉆進行鉆孔，而深孔固結灌漿需采用地質鉆機進行鉆孔，灌漿使用終壓灌漿機進行。灌漿可以不分段，整孔一次性澆筑完畢。帷幕灌漿施工需在壩體廊道中進行，使用地質鉆機鉆孔，灌漿使用中壓灌漿泵進行，分成三次按照從上到下的順序分段進行。

（5）面板施工。面板澆筑系在筑壩的同時進行，采用組合鋼模跳塊澆筑，每個條塊的寬度為12 m，在坡面上采用人工進行鋼筋綁扎，混凝土利用生產系統進行生產，完成生產后采用自卸汽車運輸到位，然后采用溜槽入倉，最后由人工進行攤鋪和振搗。

4.2.4 金屬結構安裝

對金屬結構的安裝需要以土建工程進度安全為依據，在工程施工進度當中適當交叉，尤其是管道工程的金屬結構，要以工程進度為依據進行適當的安排。

4.2.5 灌區工程施工

灌區工程具有戰線較長和強度較低的特點，開挖施工以土方開挖為主，部分段落需要進行爆破開挖。棄料采用挖掘機裝車，然后由自卸車運輸到指定地點堆放。砂、石料采用自卸車運輸到施工點的附近，短距離運輸由人工使用手推車實現。漿砌石的砌筑采用人工方式進行，輔以必要的常規機械設備，如拌和與振搗，砂漿與混凝土熟料都采用手推車進行運輸。

5 結語

綜上所述，膠凝砂礫石壩是一種新興的筑壩技術措施，這項技術在該水庫工程中實現了成功應用，取得了良好的應用效果，這種施工方法值得同類型水庫工程參考，進而為這種筑壩技術的廣泛應用奠定良好基礎，使其發揮出應有的作用。