高壩洲碾壓混凝土大壩廊道設(shè)置研究

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簡介： 本文通過分析碾壓砼大壩廊道布置原則、布置方式以及碾壓砼大壩壩內(nèi)廊道結(jié)構(gòu)型式與施工方案的優(yōu)化，提出了高壩洲水電站二期碾壓砼大壩廊道結(jié)構(gòu)型式的最佳選擇。
關(guān)鍵字：碾壓砼 大壩廊道布置 高壩洲二期碾壓砼大壩廊道布置

1 碾壓混凝土大壩廊道布置原則

　　為了灌漿、排水、監(jiān)測、交通和運行維護需要，碾壓混凝土大壩一般都要設(shè)置廊道。對常態(tài)混凝土大壩來說，布置廊道是很簡單的事，但對碾壓混凝土大壩開設(shè)廊道卻制約了工程的施工進度，發(fā)揮不了碾壓砼快速施工的特點。為了減少施工干擾，增大施工倉面，碾壓混凝土大壩布置廊道要遵循以下原則:

　　1）.盡量做到不設(shè)或少設(shè)，對沒有灌漿要求并低于50m高的碾壓混凝土大壩最好不設(shè)廊道；

　　2）.力爭做到一個廊道多種用途；

　　3）.盡可能不設(shè)傾斜的廊道；

　　4）.廊道斷面設(shè)計盡量做到最小。

2 碾壓混凝土大壩廊道布置方式

碾壓混凝土大壩廊道布置大約有如下四種方式，見下圖：

　　（1）A型廊道布置方式是在壩踵上游壩基基巖內(nèi)開一齒槽，回填常態(tài)混凝土，在其中設(shè)置基礎(chǔ)廊道，此回填壩體與壩踵可用可靠止水措施柔性連接。

　　這種廊道布置方式的優(yōu)點有：①減少了碾壓混凝土的施工干擾；②減小了壩基揚壓力；③改善了壩踵處應(yīng)力狀態(tài)。

這種廊道布置也存在如下缺點：①增加了大壩工程量；②由于蓋重小，對高壓帷幕灌漿還需采取一定的措施，因此這種廊道布置方式不適用于有高壓帷幕灌漿的碾壓混凝土大壩。

　　（2）B型廊道布置方式是將基礎(chǔ)廊道設(shè)置在壩踵外伸部份，這種布置方式對增加壩體穩(wěn)定十分有利。但同樣也存在增加了壩體工程量特別是常態(tài)混凝土的工程量，由于蓋重小，也不適用于有高壓帷幕灌漿的碾壓混凝土大壩的缺點。

　　（3）C型廊道布置方式是將基礎(chǔ)廊道設(shè)置在壩踵齒墻內(nèi)。這種布置方式可減少施工干擾和增加大壩的抗滑穩(wěn)定，但這種布置方式也有明顯缺點：即增加了大壩開挖和混凝土澆筑的工程量，增長了施工工期，對有工期要求的碾壓混凝土大壩不一定適用。

　?。?）D型廊道布置是將基礎(chǔ)廊道布置在大壩壩體內(nèi)，這種廊道布置方式優(yōu)點是大壩工程量不需增加，布置比較簡單，缺點是減小了碾壓混凝土的施工倉面，干擾了碾壓混凝土的施工，因此對有工期要求的碾壓混凝土大壩要采取相應(yīng)的工程措施和施工方法后采用。

　　以上四種廊道布置方式各有其優(yōu)缺點，一個碾壓混凝土大壩，究竟采用哪種型式的廊道布置方式，要根據(jù)具體的情況而定。不過，國內(nèi)外許多碾壓混凝土大壩象常態(tài)混凝土大壩一樣，仍采取D型廊道型式，即將基礎(chǔ)廊道布置在大壩壩體內(nèi)。為減少對碾壓混凝土的施工干擾，主要對廊道結(jié)構(gòu)型式和施工方法進行優(yōu)化。

3 碾壓混凝土大壩壩體內(nèi)廊道結(jié)構(gòu)型式與施工方法的優(yōu)化

　　碾壓混凝土大壩壩體內(nèi)廊道結(jié)構(gòu)型式有很多，但主要型式有三種，即現(xiàn)澆廊道、柳溪壩式廊道和預(yù)制廊道。一個工程究竟采用哪種廊道型式，與該工程總的施工組織和總的施工要求密切相關(guān)，不同的工程，不同的要求，廊道結(jié)構(gòu)型式就不一樣。

　　3.1 現(xiàn)澆廊道結(jié)構(gòu)型式

　　現(xiàn)澆廊道結(jié)構(gòu)型式一般適用于“金包銀”式的碾壓混凝土大壩，即碾壓混凝土外面都用常態(tài)混凝土包住，廊道設(shè)在常態(tài)混凝土中，不影響碾壓混凝土的施工。由于“金包銀”式碾壓混凝土大壩施工比較復(fù)雜，而且現(xiàn)澆混凝土施工進度趕不上碾壓混凝土，隨著人們對碾壓混凝土認識的深入和發(fā)展，近十年來，“金包銀”式碾壓混凝土大壩方案已不再被采用，取而代之的是采用全斷面碾壓混凝土結(jié)構(gòu)型式。由于采用全斷面碾壓混凝土結(jié)構(gòu)型式，現(xiàn)澆廊道在廊道高程區(qū)域?qū)⒛雺夯炷潦┕}面分成若干小倉面，再加上鋼筋綁扎，使碾壓混凝土入倉和鋪碾變得十分困難。另外，廊道以上的碾壓混凝土因要等待常態(tài)混凝土齡期而不得不推遲幾個星期鋪碾。因此現(xiàn)澆廊道方法盡管經(jīng)驗成熟，但在全斷面碾壓混凝土大壩采用很不適宜。

　　3.2 柳溪壩式廊道型式

　　柳溪壩式廊道型式是在美國柳溪碾壓混凝土大壩探索發(fā)展起來的，故名叫柳溪壩式廊道型式。柳溪壩廊道原理是在填料澆筑層碾壓完成后，用反鏟挖除廊道部位的碾壓混凝土，回填無膠凝材料的骨料，待工程鋪碾到一定高程或完工后，再挖除回填骨料，形成廊道。用這種方法，不影響碾壓混凝土大倉面鋪碾，因此特別適用于全斷面碾壓混凝土大壩，如澳大利亞的柯普菲爾德碾壓混凝土大壩也采用了這種廊道施工方法。但柳溪壩式廊道因要在大壩碾壓混凝土上升到一定高度后挖除廊道骨料，廊道提供很遲，因此，該廊道不適用于廊道內(nèi)有繁重施工任務(wù)的碾壓混凝土大壩。

　　3.3 預(yù)制廊道型式

　　預(yù)制廊道型式有很成熟的施工經(jīng)驗，施工也很簡單，即場外預(yù)制，倉內(nèi)吊裝，但預(yù)制廊道方法象現(xiàn)澆廊道一樣在廊道高程范圍內(nèi)也影響了碾壓混凝土大壩的施工進度，另外采取預(yù)制廊道不很經(jīng)濟，所以作為工程的業(yè)主都不愿意采用這種結(jié)構(gòu)型式的廊道。但是，如果廊道施工任務(wù)很重，大壩施工進度要求也比較緊迫，那么采用預(yù)制廊道型式就是最佳的選擇。

4 高壩洲碾壓混凝土大壩廊道設(shè)置

　　4.1 大壩廊道布置方式

　　高壩洲碾壓混凝土大壩基礎(chǔ)為強透水性灰?guī)r，帷幕灌漿任務(wù)重，壓力大，因此采用了在壩體內(nèi)設(shè)置廊道的布置方案，見圖。

　　4.2 工程總體工期分析

　　高壩洲水電站要求二期碾壓混凝土大壩在一個枯水期內(nèi)完成截流、圍堰施工、基坑開挖、碾壓混凝土澆筑、大壩固結(jié)灌漿和河床壩段主排帷幕灌漿等工序施工，施工工期十分緊張，施工工序一環(huán)套一環(huán)，環(huán)環(huán)相扣，據(jù)統(tǒng)計，在國內(nèi)已建工程中象高壩洲二期工程這樣緊湊的工序尚無先例。鑒于任何一道工序卡關(guān)，都將導(dǎo)致二期工程不能滿足度汛要求，出現(xiàn)無法挽回的損失，因此對每一道施工工序都不可忽視，其中廊道結(jié)構(gòu)型式的選擇就是不容忽視的問題之一。

　　4.3 二期碾壓混凝土大壩河床壩段上主排帷幕灌漿施工條件

　　高壩洲水電站樞紐建筑物基礎(chǔ)為溶蝕性的白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖，透水性極不均勻，為降低壩基揚壓力，削減基礎(chǔ)滲漏量及防止壩基軟弱剪切帶與斷層的滲透破壞，在擋水建筑物上游側(cè)基礎(chǔ)設(shè)置了防滲帷幕。

　　按照高壩洲水電站施工網(wǎng)絡(luò)計劃的要求，二期大壩河床壩段上主排帷幕必須在汛前（即6月初）完成，否則，大壩的抗滑穩(wěn)定和邊緣正應(yīng)力就不能滿足規(guī)范要求，而上主排帷幕灌漿的施工要受控于以下四個條件：

　　（1）大壩基礎(chǔ)廊道部分壩段固結(jié)灌漿必須在上主排帷幕灌漿施工前全部完成，而固結(jié)灌漿必須在廊道頂拱形成后才能開始。

　?。?）混凝土蓋重至少要達到20m，才可進行上主排帷幕灌漿的施工。

　?。?）上主排帷幕灌漿施工至少需要一個月的工期。

　?。?）1999年6月初，上主排帷幕灌漿必須全部完成。

　　4.4 二期碾壓混凝土澆筑與基礎(chǔ)廊道灌漿施工工期分析

　　高壩洲水電站二期大壩上游側(cè)設(shè)有基礎(chǔ)廊道，廊道底高程37m，廊道尺寸3.0×3.5m（見圖）。帷幕灌漿施工和部分壩段固結(jié)灌漿施工都要在廊道內(nèi)進行，按照二期大壩河床壩段上主排帷幕灌漿受控的四個條件和施工網(wǎng)絡(luò)計劃的要求，二期大壩混凝土澆筑與基礎(chǔ)廊道的施工工期如下：

　　1）二期大壩混凝土施工工期

　　二期大壩墊層混凝土在1999年2月20日開始澆筑（以下工期均指1999年），澆筑墊層混凝土至高程35.5m（包括完成大部分壩基固結(jié)灌漿），約需一個月的工期，于3月20日完成。墊層混凝土澆筑完成后開始進行碾壓混凝土的澆筑，碾壓混凝土攤鋪層厚33cm左右，每層碾壓6~8遍，要求6~8小時完成一個施工循環(huán)，另外，按散熱要求，碾壓混凝土必須采用分層澆筑的方式，根據(jù)施工單位所采用的doka模板的參數(shù)，每升程厚2.4m，停歇2.5~5天后，再進行下一升程的施工。據(jù)此計算，平均每升程至少需要5天的施工工期，從高程35.5m澆至高程57m（廊道底高程37m，混凝土蓋重20m則需澆至高程57m才能進行上主排帷幕灌漿的施工），需一個半月的工期，則到5月5日才能完成高程57m以下碾壓混凝土的澆筑，而帷幕灌漿施工要求5月初開工，恰好滿足要求，這就要求廊道施工不能占直線工期。

　　2）廊道內(nèi)灌漿施工工期

　　按照上述二期大壩混凝土施工工期的分析，澆至廊道頂高程約在4月5日，廊道形成后進行部分壩段固結(jié)灌漿施工(含施工準(zhǔn)備期)約需25天工期，帷幕灌漿施工準(zhǔn)備約需5天工期，則在5月初可具備帷幕灌漿施工條件，也正好滿足二期大壩河床壩段上主排帷幕灌漿施工工期的要求，這樣就要求廊道形成后，廊道內(nèi)不得進行其他工序的施工。

　　4.5 廊道結(jié)構(gòu)型式的探討

　　高壩洲水電站二期碾壓混凝土大壩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，如采用設(shè)計提出的現(xiàn)澆混凝土方案，由于立模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等施工環(huán)節(jié)和層間間歇期的要求，完成廊道施工至少需要40天工期，那么，二期工程施工工期將向后推遲40天，則不能滿足工程度汛要求；如果采用柳溪壩式廊道的方式，雖有利于碾壓混凝土大倉面施工，但由于柳溪壩式廊道要在鋪碾到廊道頂部一定高程后才能挖除廊道內(nèi)骨料，約需兩個月時間，則二期河床壩段上主排帷幕灌漿的施工相應(yīng)推遲兩個月時間，也不能滿足工程渡汛的要求；如采用預(yù)制廊道結(jié)構(gòu)型式，雖不利于碾壓混凝土大倉面作業(yè)，但預(yù)制廊道不占廊道內(nèi)項目施工的直線工期，能滿足施工網(wǎng)絡(luò)計劃的要求，所以預(yù)制廊道結(jié)構(gòu)型式應(yīng)是高壩洲水電站二期大壩廊道結(jié)構(gòu)型式的最佳選擇。