碾压混凝土重力坝在石步河水库重力坝工程项目中的应用研究

仵 蕾

碾压混凝土重力坝在石步河水库重力坝工程项目中的应用研究

仵 蕾

碾压混凝土是20世纪70年代初期在美国、日本、巴西等国发展起来的新兴筑坝技术，近年来我国坝工界对此高度重视，建成了多座具有领先水平的碾压混凝土坝。该项目结合碾压混凝土坝的结构设计与施工方法展开科技攻关，成功实施了碾压混凝土筑坝新技术。解决了原常态混凝土在拌和、运输、摊铺等整个施工过程中重点、难点的控制问题，并总结出一套在相似山区区域因地制宜的碾压混凝土坝筑坝新技术。

一、项目区基本概况

1.工程概况

石步河水库位于河南省桐柏县城西北，唐河支流三夹河上游石步河上。坝址位于程湾乡邓河村中石步河自然村，水库控制流域面积335km2，主河道长41.58km，河道平均比降0.0042。坝址上游支流有韩家河、姚河及栗子园河，河流流向大致由南而北。

2.工程规模及建筑物等别

石步河控制流域面积335km2，水库总库容2892万m3，是一座以防洪、供水为主，兼顾农业灌溉、旅游开发及水产养殖等综合利用的中型水利枢纽工程。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252－2000），挡水建筑物工程等别为Ⅲ等，永久性挡水和泄水建筑物设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇。根据中国技术监督局2001年发布的《中国地震烈度区划图》，该区动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为6度。

二、项目研究内容

碾压混凝土重力坝方案的研究始于2010年5月。起初，着重研究的是大坝采用碾压混凝土的技术可能性和经济合理性。后根据坝址地形、地质、建筑材料及施工、管理、运行等特点，对碾压混凝土重力坝、浆砌石重力坝两种方案进行比选。对各坝型分别拟定最优断面，进行稳定分析，结构设计。在满足功能要求前提下，按照泄洪安全、结构简单、施工方便，选定坝型为碾压混凝土重力坝。

项目在研究大坝碾压混凝土的技术可靠性和经济合理性基础上，在实际工程施工中调整枢纽布置，改进坝体结构设计，使供配电系统与泄水建筑物分离。使其碾压混凝土大坝施工的部位相对集中，为大规模采用碾压混凝土施工创造了条件。

三、该项目研究的创造性、先进性

该工程进一步研究了坝型方案布置、大坝体型优化、采用碾压混凝土筑坝新技术。不仅可以节省工程量，且大大提高了施工速度、降低了工程造价。

1.坝型方案布置

起初，着重研究的是大坝采用碾压混凝土的技术可能性和经济合理性。在原常态混凝土坝的坝体布置和坝体断面不变的情况下，用碾压混凝土代替内部常态混凝土，上下游均用常态混凝土包裹，碾压混凝土的高度控制在22m、20m或16m等范围内，建基面上是很厚的常态混凝土垫层。分析结果认为，水库重力坝采用碾压混凝土是完全可行和经济的，坝体碾压混凝土量越多，施工速度越快，经济效益越显著，但按上述指导思想设计的碾压混凝土坝在胶凝材料用量、总投资和工期上，与常态混凝土重力坝差别不大，因此，在实际工程施工中建议调整枢纽布置，改进坝体断面或坝体结构设计，使其适应于碾压混凝土大仓面快速施工的要求。原常态混凝土重力坝的总体布置是河床坝段布置泄水建筑物，水库供配电系统及供电自控室厂房布置在河床溢流坝后，由于河床坝段泄水孔口与供电系统重叠，坝体孔洞密集，施工干扰大，后期度汛存在一定风险，不适应碾压混凝土筑坝的要求，使大规模采用碾压混凝土受到限制。因此，要调整枢纽布置，其原则是简化坝体结构，使供配电系统与泄水建筑物分离，并使大坝采用碾压混凝土的部位相对集中。在对枢纽布置方案进行大量比较研究的基础上，根据专家意见，最终审定在左岸岸旁。该方案无坝后厂房，坝体结构简单，施工干扰小，最符合大坝采用碾压混凝土的坝体布置要求，从而为大规模采用碾压混凝土创造了条件，整个工程可提前工期10个月。

2.施工工艺简单，施工速度快，节约工程投资

在该水库混凝土重力坝工程施工中，通过采用仿真试验，结合各种新技术和新方法不断创新来提高应力的分布状况，确保工程的施工质量。此次碾压混凝土坝是一种新的筑坝技术，与过去普通混凝土坝施工有所不同的是：在施工中不是采用振捣密实的方式进行施工，而是采用薄层摊铺，逐层碾压和逐层上升填筑的特点进行施工，将普通混凝土坝结构与材料和土坝施工方法结合起来，并针对两者之中存在的优势进行综合选用，经过合理地选择与改进，从而形成了一种新的筑坝技术。

（1）在施工工艺方法上

在混凝土拌合时如按常规方法施工，原常态混凝土经拌合站拌合设备拌制好后，由混凝土罐车运输至施工场地，经卸料斗卸入挖掘机内，再进行入仓，最后进行人工平仓处理，工序复杂耗时。在混凝土浇筑时如采用常规混凝土浇筑的方法，需采取分层浇筑进行施工，每层厚度控制在30～50cm，仓面面积300～500m2。振捣器插入点间距控制在40～50cm，振捣时采用快插慢拔的方法进行振捣，每次振捣均需下降至下层混凝土，确保混凝土的结合，同时要严格按照规定振捣，避免造成过振及漏振。对于模板周边的止水位置需要振捣到位，振捣的同时安排专人进行看仓，避免止水位置出现偏差。整个浇筑工序施工过程中需严格控制振捣器插入混凝土的深度即垂直插入下层5cm，有次序，无漏振；且严格控制振捣时间及混凝土的初凝时间，铺料间歇时间需符合要求，无初凝现象，以免出现蜂窝、麻面等。为节约工时及提高混凝土浇筑强度，突破常规混凝土浇筑方式，结合实际该工程创新后碾压混凝土坝通过现场实验采用通仓薄层铺筑，每层铺筑厚（30～70cm，有些可达 100cm），碾压混凝土入仓后，挖掘机平仓，振动碾碾压；可连续快速浇筑。仓面面积可达1000～3000m2，气温较高时达 2000m2。大大提高了混凝土浇筑效率。

（2）在混凝土运输时

如按常规混凝土坝施工在运输时，通常用的运输手段有自卸汽车、深槽皮带机、倾斜升降机等，一般使用自卸汽车运送碾压混凝土时，在入仓前必须冲洗轮胎，以防杂质带入仓面，工作程序复杂，耗用工时；为了简化常态混凝土坝的运输复杂程序、节约工时，提高混凝土强度，该次碾压混凝土坝在混凝土运输时用塔带机输送系统，用固定式缆车、斜坡道卷扬机及皮带运输机方便快捷的运输手段，可直接从拌和楼将混凝土运至仓面。可进行流水化、大面积连续浇筑，大大提高了混凝土的施工强度。

（3）在使用材料用量上

一般普通混凝土坝中坝体体积大，耗用水泥多，单方水泥用量约为180～280kg/m3，该工程坝体采用碾压混凝土浇筑，每立方米碾压混凝土的水泥用量为50～90kg/m3，节省水泥用量44%且各项物理力学性能均能满足工程要求，降低了单位体积和水泥用量，不仅涉及工程造价，更重要的是可以减少水化热温升，降低施工期温度应力，简化温度措施。

四、社会经济效益

该工程优化坝型方案布置后，减少了厂坝施工的干扰，有利于碾压混凝土坝的快速施工，节约总工时3.25万个、减少水泥用量425t、节约模板320m2，使整个工程工期提前10个月，节约人民币1千万元以上。

碾压混凝土坝施工工艺的技术创新，在提高施工速度和降低工程造价方面起到了不容忽视的作用，建议该工程在相似山区区域推广使用■

（作者单位：河南省南阳市桐柏县水利局 474750）