堆石自密實混凝土重力壩施工技術的研究

唐波

（仁懷市水務局，貴州 遵義 564500）

0 引言

堆石自密實混凝土施工技術，簡單來說，便是將大粒徑的塊石放入倉，之后，從堆石體表面澆筑專用混凝土，借助混凝土高流動性、高穿透性的特點，利用自重填充堆石空隙，形成滿足規格要求的大體積混凝土。此類施工技術的優勢在于施工便捷、綜合單價較低、易于現場控制、有助于縮短施工周期。

1 工程概況

工程由遵義市水務局批準建設，水庫總庫容為153 萬m3，屬于小（一）型水利工程。工程主要任務是保障仁懷市茅臺鎮上坪村、椿樹村以及元木巖村生活用水和工業用水，切實解決項目所在區域水徑流年際變化較大，年內分配不均勻，供水水源工程建設滯后等問題。水庫年供水量219 萬m3/a，其中，人飲供水36.4 萬m3/a，釀酒工業供水182.6 萬m3/a。工程主要建設內容包括輸水工程、水庫樞紐工程以及排污工程，工程涉及的主要建筑物，包括擋水建筑物、泄洪建筑物、輸水建筑物等，工程總工期為30 個月，概算總投資為21772 萬元。

2 堆石自密實混凝土重力壩施工技術的應用要點

2.1 工程布置

首先，要完成水庫樞紐布置，水庫大壩位于仁懷市石壩河，壩型為堆石混凝土重力壩，對于大壩來說，壩頂高程為568m，最大壩高為57m，壩頂總長228m。對于溢洪道來說，需要在大壩壩頂中段設置泄洪表孔，采用開敞式設閘泄洪方式，閘門規格為5m×4m，采用平板鋼閘門。至于取水放空建筑物，則設置在溢流壩右側，以壩內埋管的布置方式為主，出口設偏心半球閥。從放水管出口閘閥室處分水，引至一級提水泵站。在進行管線布置時，要遵循取直、少占地的原則。

其次，要完成輸水工程布置，該地區的人飲供水較為分散，主要由河西水廠、部分提水工程供水，因此供水水源與水質難以得到有效保障。在工程布置時，需要充分結合左右岸的大堰設置狀況，建立水廠以及一級泵站，采用分級提水的方式完成供水。而在泵站布置時，則要充分依照地形地質條件，考慮場地平整以及就近原則，充分利用土地資源，修建施工臨時道路，建設跨河交通橋。將泵房外尺寸確定為27m×18m，地面高程520m，泵房內布置7 臺水泵。

最后，要進行排污系統的布置，根據現場實際勘察結果，將受污染的泉水引出庫外，在實施專項處理后排放至下游河道。排污管進口端需要新建引水池，設置攔污柵。并要求污水處理廠，污水處理規模可達1 萬m3/d，使污水納污管道鋪設至壩址下游，在現有污水處理廠基礎上實施擴建，增設污水處理器。根據安全標準做好水質監測、水源保護。

2.2 擋水建筑物

大壩主體采用C9015 一級配堆石混凝土，上游面設置厚0.5m 的自密實混凝土防滲面板，河床基礎設置1m 厚的二級配C2820 混凝土墊層。并將石料廠設置在庫尾左岸后側，與鄉村公路連接。根據實際調查顯示，本工程的最大壩高在57m，大壩基建面主要依照壩高以及巖體風化狀況，確定高程大小。并結合規范要求，將壩基放置在弱風化基巖中上部，需要在布置時滿足大壩抗滑穩定要求。在實現逆向邊坡開挖時，采取順層開挖的形式，河床開挖深度控制在12～15m，對兩壩肩永久巖石質邊坡實施噴錨支護，如圖1 所示，保持錨桿兩腳鉛直，孔深3m，以梅花型布設為主，框格內植草護坡。然后需要實施基礎固結灌漿，解決壩基巖體存在的壓縮變形問題，改善巖體強度，增強地基整體性，避免壩基力分布不均勻。灌漿施工需要嚴格遵循現行的操作章程以及設計要求，本著逐漸加密的原則，自上而下分段循環實施。并在灌漿開始前實施簡易壓水，結合壓水成果，指導灌漿施工。同時，還要做好大壩的設計計算，確定壩頂高程、大壩抗滑穩定性、大壩應力，包括荷載、靜水壓力、揚壓力、浪壓力、動水壓力，根據持久狀況以及偶然狀況設計荷載組合形式。

圖1 噴錨支護

2.3 泄水建筑物

對于泄水建筑物來說，首先要完成溢洪道的布置，將泄洪建筑物布置在大壩中段右岸，采用閘控制的開敞式表孔泄洪。該方法既有助于泄洪水歸槽原河道，也能幫助壩基分層的充分使用，防止消力池基礎位于巖層分界線。最終將溢流堰段設計為凈寬15m，堰型為WES 實用堰，孔寬5m。堰頂需設置規格為5m×4m 的平板工作鋼閘門。至于泄槽段，則要采用與非溢流壩段下游壩面同等坡比的布置形式，泄槽段底寬為20m，總長為65m。而消力池則采用底流消能的方式，每11m 設置橫縫，縱向中部設置縱縫。縫內采用銅片止水，消力池出口與新建的交通橋段兩岸，都要使用重力式擋墻護岸。之后要實現泄水建筑物的水力計算，確定堰面曲線，計算泄流能力，泄流水面線效能。并及時清除下游河岸覆蓋層，回填大塊石。結合實際情況，調整溢洪道結構，對于泄槽段使用直墻式設計結構，對于消力池段以及出水渠段，則使用重力式結構[1]。

由于本次工程大壩屬于堆石混凝土重力壩，且溢洪道泄槽段更多的以下凹式完成布置，因此，無須考慮溢洪道邊墻的穩定計算，只需考慮消力池以及護岸擋墻抗滑穩定計算即可，具體數據如表1 所示。

表1 消力池以及護岸擋墻抗滑穩定計算

根據表1 可知，消力池以及護岸擋墻抗傾覆安全以及抗滑穩定性均符合規范要求。此外在設計過程中還要注意石壩河水庫不負責上下游的防洪任務，在洪水調度方面，主要目標放在保護大壩安全上。因此也無須設置防洪高水位，更多采用壩頂表孔閘控制溢流的形式，確保當庫水位高于起吊水位高程時，洪水會經閘門控制后下泄。若來流量超過相應時段最大泄流能力，則水庫水位會出現一定幅度的上漲，直至來流量與下泄流量一致。

2.4 取水、放空建筑物

取水放空建筑物需要設置在大壩右段，主要組成結構包括取水閘井以及壓力管道，在設置時需要充分結合地形地質條件，采用井桶式結構。根據進水口運行條件，調整進口底板高程，使庫水降至死水附近時，仍可確保取水流量符合安全標準。其中取水閘井的組成包括喇叭口與閘室段，需要沿水流方向設置攔污柵、事故檢修閘門。在進口處采用頂面收縮的喇叭形，使用C25 鋼筋混凝土澆筑，對于啟閉機室，則要布置卷揚機以及電動葫蘆，在事故檢修閘門后設置通氣孔。

取水放空建筑物的水力計算主要包括泄流能力、最小淹沒深度、放空時間、通氣孔面積、壓力管道結構等。采用堪入壩體形式，將堪深設置為2m，出口閘閥室基礎與壩體有序連接，同樣使用C25 鋼筋混凝土結構，完成啟閉機室平臺機排架的設置，在斷面尺寸的設置上，充分結合結構力學法，根據受力狀況實施內力計算，并結合鋼筋混凝土結構完成配筋作業[2]。

此外，在取水管的設計上，需要優先選好相應管材，遵循取直、少開挖、少占地的原則，進口中線高程設置為538m，在平面或豎向轉彎處設置鎮墩。鎮墩基礎要位于基巖上，但要注意由于該段覆蓋層相對較厚，因此設置難度較高，需要在回填碾壓操作后，設置在公路基礎上。之后確定管道流量以及管徑大小，并計算各類管徑取水管流速及總水頭損失結果，如表2 所示。

表2 各類管徑取水管流速及總水頭損失結果

2.5 輸水建筑物

本次工程水資源分配采用分級提水的方式，向需水區完成供水作業。左岸提水方案如下：左岸永流上水池位于桃竹灣，底板高程為650m，需要根據上水池布置狀況，完成二級泵站的設計。盡可能靠近永流水廠，以便管理，降低工程占地，節約管道投資。對于工業用水來說，則可利用管道下放至永流大堰，借助重力輸水供應椿樹村釀酒工業。而右岸的提水方案則確定為：東風上水池位于袁半坡，構建東風水廠，設置二級泵站，上水管長為670m，工業用水借助管道下放至東風大堰。同樣利用重力輸水供應上坪村釀酒工業。

在泵站設置時要注意，場地要盡可能開闊，充分結合場地平整原則，借助大壩開挖石渣料平整至高程，作為泵站廠房運行的地面高程，并搭配水泵機組，出水管，將庫水引至永流上水池。對于石壩和水庫泵房來說，共涉及左右岸一級泵房，左岸二級泵房以及右岸三級泵房，共3 座泵房。需要充分結合地形以及輸水管道要，求確定泵房、主廠房地面高程。結合地質狀況以及泵房結構，開挖至基巖，要求基礎超深部分采用C15 毛石混凝土回填，并將開挖坡比與覆蓋層依照1∶1 的比例實施施工作業[3]。

此外，對于上水管，需要依照左右岸布置的原則，與泵站接觸后，借助進廠交通橋跨越石壩和下游河床，途經左岸岸坡、永流上水池，輸水至二級泵站。材料以鋼管為主，要求泵站能夠起到將水提升至上水池的作用，根據泵站設計、揚程、投資等因素確認上水管水頭損失量。隨后需要進行管道鋪設，以連續管座形式為主，鋪設碎石墊作為基礎，采用M7.5 漿砌石鋪設檢修梯步，其余架空段則應采用支墩形式，使用C20 混凝土完成連續管座的澆筑，規格控制在710m×250mm。在轉彎處設置混凝土正蹲，并在管道凹下底部設置空閥以及自動排氣閥。閥門型號規格如表3 所示。

表3 閥門規格型號統計

2.6 邊坡工程

邊坡的分布范圍需要根據工程總體布置確認為庫岸邊坡，充分遵循相關設計標準，確認邊坡工程級別，做好邊坡破壞造成的影響論證。最終將大壩河水庫確認為小型水庫，工程級別為4 級，其他永久性次要建筑物依照5 級建筑物設計。

首先，要做好邊坡的穩定分析。從區域性構造角度來看，不存在水庫誘發構造地震的可能。庫區岸坡更多以碎屑巖為主，存在大量斜向坡，雖淺表層出現節理裂隙發育的問題，但庫區內邊坡較為穩定。站在物理地質角度來看，庫區邊坡存在巖體風化、崩塌等問題，受裂隙切割影響，產生卸荷帶，發育于庫區出露的陡崖段，容易對下方行人與車輛產生安全威脅。因此，要加強施工期的變形監測，若發現異常狀況，需要第一時間進行處理。對于大壩開挖邊坡來說，前部覆蓋層與基巖強風化破碎巖體的穩定性較差，需要進行臨時支護處理。并規范人員的操作行為，提高人員的專業水平，形成良好的安全意識，認識到人員作業施工質量，將直接決定工程的建設狀況。

其次，要做好邊坡的處理設計。對于庫岸邊坡來說，應保證邊坡穩定，需要對公路以下堆砌體表層松散部分，實施清除作業，沿公路內側完成拓寬處理。利用削坡減載的方式，設置排水溝，強化坡面排水，采用小型貨車完成石料的運輸，要求車輛盡可能靠內側行駛。采用表面觀測光學測量法，完成觀測作業。邊坡監測表面監測點共計11 個，其中岸區邊坡4 個，大壩區7 個，對于樞紐區的邊坡支護設計來說，要采用C20 混凝土框格，將斷面規格控制為0.3m×0.3m。框格內植草護坡，若表層墻風化破碎巖體穩定性不達標，則要選擇適合的開挖方式，實施放坡之后，將管道開挖棄渣合理堆放與回填。對地表水以實施引流作業。若邊坡段開挖后，穩定性大幅度降低，則要使用噴錨支護[4]。

3 結語

綜上所述，以貴州省仁懷市石壩河水庫工程作為研究對象，闡述其堆石自密實混凝土重力壩施工技術的應用路徑，提出擋水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物、放空建筑物、輸水建筑物的布置設計措施，以及邊坡工程的建設方法，該工程充分發揮自密實對實混凝土造價低廉、溫控效果良好的優勢，確保重力壩施工獲取極佳的經濟效益與社會效益。