胶凝砂石料坝在山区河谷地带筑坝的施工方法

孔祥郃

（丽江市宁蒗县水务局，云南 宁蒗 674300）

0 引言

水库工程建设对当地居民日常生产生活和经济发展都有十分重要的促进作用，在水库建设中，筑坝是一个十分重要的环节，其施工质量在很大程度上决定了整个水库的质量，需要引起相关人员的高度重视，施工人员要根据水库工程实际情况和要求选择适宜的筑坝技术。目前，胶凝砂石料坝以其各项优势特点在水库工程中得到广泛应用。

1 水库概况

上库脚水库总库容198.85万m3，主要功能为水库下游生活供水及农田灌溉，兼顾下游生态环境保护的用水需求。拟建上库脚水库位于丽江市宁蒗县翠玉乡阿海村境内，坝址位于上库脚村旁的中村河上，坝址高程约2175 m，工程枢纽区地理坐标为东经100°33′33″～100°37′05″，北纬27°22′20″～27°29′42″，中村河属金沙江左岸一级支流，发源于流域东部的翠依乡药山（海拔4231 m），中村河全长19.9 km，河道平均坡降88.7‰，流域面积115 km2，流域东邻雅砻江右岸一级支流宁蒗河，南、北分别靠金沙江一级支流香园河、翠玉河，西接金沙江流域呈长条形，流域大致呈由东向西向金沙江河谷倾斜，主河道呈东西走向分布于金沙江左岸，主河道在妥良祁汇入金沙江阿海电站库区。工程规模为小（一）型Ⅳ等蓄水工程，主要建筑物等别为Ⅳ等，级别为4级，次要建筑物和渠道建筑物级别为5级，水库拦河坝为胶凝砂砾石坝，设计洪水标准为30年一遇（P=3.3%），校核洪水标准为200年一遇（P=0.5%），水库枢纽区泄水建筑物消能防冲洪水标准为20年一遇（P=5%）。水库总库容为198.85万m3，正常蓄水位为2210.43 m，相应库容为178.20万m3，兴利库容为124.65万m3，死库容为53.55万m3，该工程是一座以农田灌溉为主，兼顾周边农村饮水的水利工程。

2 区域地质概况

区内地形地貌受地质构造控制，河流、山脉走向以北东-南西向为主，水库流域内地势西高东低，河流总体流向由东-西汇入金沙江。区内最高点为水库东偏南部的药山（海拔4231 m），最低点为金沙江汇入口，高程1468 m，起伏高差达2763 m。区内地形地貌复杂，山高坡陡，河流纵横交错，水系发育地形切割强烈，河流与山脉相间，河谷多为“V”形，河谷狭窄，两岸谷坡陡峻，属深切割构造剥蚀中高山地貌。库区流域内物理地质现象总体较发育，主要表现为河床淤积、岩体风化、河流侵蚀、小型坍滑等。区内岩体风化强烈，岩石破碎。除周边灰岩区有弱风化基岩分布外，大多数地段岩层出露以全、强风化为主。水库工程枢纽区以发育小型坍塌体为主，规模均小于1.0万m3。区内出露地层主要以条带状古生界全系为主，另有华力西期的岩浆侵入及新生界第四系（Q4）、元古界震旦系（Z）地层。

3 胶凝砂砾石坝

胶凝砂砾石筑坝技术是近几年国际上应用的一种新兴筑坝技术，其主要特点在于利用胶凝材料与砂砾石来筑坝，利用高效率机械设备进行施工，不仅施工速度快，而且能节省投资，保证施工安全[1]。相较于传统筑造坝，胶凝砂砾石坝有独特的优势，能扩大坝型的选取范围，放宽筑坝条件，使筑坝技术体系更为丰富[2]。通过良好的技术选择与组合，在大坝施工中可充分利用现有筑坝材料，避免大量弃料，并减少大坝施工对环境造成的影响。从筑坝材料角度讲，在胶凝砂砾当中只需要掺入很少的胶凝材料，以水泥为例，其掺加量为80 kg/m3左右，因水泥用量很少，所以不会产生太大的温度应力[3]。相较于面板堆石坝，在胶凝材料作用下，砂砾石实际抗剪强度比碾压堆石体高很多，这样能减小坝体的横断面，配合比材料用量如表1所示。相较于混凝土重力坝，该坝的施工工艺较为简单，有很高的机械化水平，效率高且自动化程度很高，能缩短工期并降低成本。因砂砾石在胶凝材料作用下可形成一个完整的整体，即便孔隙当中的颗粒会被渗透水带走，但坝体并不会出现明显的沉降，坝体渗透变形较小，透水性很强，排水通畅，有良好渗透稳定性。胶凝砂砾石有很好的强度与抗冲刷能力，通过对坝面的有效防护，即可实现坝顶过水。该坝还有很好的抗震性能，对很多地基类型都有良好适用性。从施工的角度讲，因坝体断面大于重力坝，所有坝体只需要依靠剪切摩阻力就能达到稳定要求，降低了对层面处理提出的要求，使施工程序更为简单和可行。

表1 配合比材料用量

4 施工方法

挡水大坝坝型为胶凝砂砾石坝，砂砾石料就地取用库区堆积的砂卵砾石料，上游面采用C25 W6防渗面板浇筑，厚1.2 m；下游面采用混凝土C20 W4面板浇筑，厚1.0 m。块石料、砂砾石料均在库盆内开采，混凝土粗细骨料利用一部分坝基开挖料加工，剩下的部分到韭菜坪砂石料场中采购。导流度汛方案为分期围堰法分期导流、坝顶度汛方案。

大坝坝顶长166.7 m，最大坝高48.90 m，坝顶高程2212.90 m，坝顶上游侧设距坝顶1.1 m高的L型防浪墙，下游设栏杆，防浪墙与上游面板连为一体，防浪墙墙顶高程2214.0 m，坝顶采用C15素混凝土路面，坝顶净宽6.0 m。结合本工程实际，坝体材料分为7个区，Ⅰ区为下游2175.00 m以上坝体外部表面C20混凝土，厚1.0 m；Ⅱ区为上游防渗层，厚1.2 m；Ⅲ区为下游2175.00 m以下坝体外部表面C25混凝土，厚1.0 m；Ⅳ区为集水廊道及消力池垫层混凝土；Ⅴ区为坝体底部富浆胶凝砂砾石；Ⅵ区为坝体内部胶凝砂砾石；Ⅶ区为溢流表孔表层混凝土，厚40 cm。坝基防渗以透水率q≤5 Lu为相对隔水边界，防渗体底界按进入相对隔水层5 m控制，两岸帷幕线端点为正常蓄水位线与地下水位线交点，防渗帷幕轴线长262.22 m，灌浆总进尺9130.10 m。

溢流表孔：结合大坝布置情况，泄水建筑物布置于河床坝段，由溢流表孔泄流，由进口段、泄槽段、消力池组成。溢流表孔考虑坝上交通，共设4孔，每孔净宽5 m，边墩及中墩考虑侧收缩影响，顶部采用圆弧形翼墙，底板水平布置，进水及跌水均采用修圆弧形连接。溢流表孔总长（斜长）70.7 m，控制段选用单孔5.0 m宽矩形断面，底板高程2209.43 m，不设闸门，堰顶高程为2210.43 m堰型采用WES实用堰。进口段内外边墙为重力式C25钢筋混凝土墙体，与非溢流坝体连接；中墩布置于溢流面板上，与面板连接，中墩厚度为0.667 m，高度2.47 m，采用C25钢筋混凝土浇筑。根据调洪成果，溢流表孔最大下泄流量为157.32 m3/s。消能段采用底流消能方式，边墙高4.4 m，底板高程2161.00 m。

导流输水埋管：导流输水埋管埋设于坝内，进口管底高程为2173.25 m，出口高程为2171.25 m，导流埋管采用φ800钢管，壁厚10 mm，外包50~100 cm厚的C20混凝土。输水埋管与导流埋管于埋管0+28.87 m处以龙抬头方式采用岔管连接，后段作为输水管使用。取水主管至闸阀房后进行分水。

4.1 导流埋管

导流埋管施工需在将坝体填筑到2172.25 m的高程以后进行，并在埋管的外侧浇筑一层强度等级为C20的混凝土进行包管，其厚度按照50 cm控制。此外，埋管施工一般和坝体施工呈交叉状态进行[4]。

4.2 胶凝砂砾石坝施工

4.2.1 砂砾石料开挖

对大坝边坡进行开挖施工前，应先将河道坝轴线以上的砂砾石可用部分开采到下部进行堆放，石料的开采需使用挖掘机进行挖装，采用自卸汽车进行运输，完成开采后，需堆放在坝轴线以下的料场中。

4.2.2 土石方开挖

坝基开挖可分成左右两部分，即岸坡开挖与河床基坑开挖。在河道截流之前，对正常水位上方的岸坡进行开挖，完成截流以后，对河床基础范围内的冲积层进行开挖[5]。

土方开挖主要使用挖掘机进行，按照从上到下的顺序分层开挖，挖掘机挖出的土方使用自卸车出渣，及时运输到弃渣场进行堆放。

对于坝坡石方的开挖施工，应结合周边孔预裂爆破、深孔微差控制爆破和浅眼微差控制爆破等方法，从上到下分层进行，每层的开挖高度按照10~15 m控制，即将到达基岩表面时进行保护性开挖。对于坝基的风化岩，需采用风钻进行钻孔爆破。石渣的装车与运输需先使用推土机进行集料，然后采用装载机进行装车，由自卸汽车进行运输，开挖产生的材料除可以在填筑施工中使用的部分，其他材料应及时运输到弃渣场堆放，不可在现场长时间堆放[6]。

4.2.3 坝体填筑

（1）坝基施工。坝基为富浆胶凝砂砾石垫层，其厚度为1.5 m，将坝基清理干净以后，在拌和站对垫层材料进行均匀拌制，然后采用自卸汽车将其运输上坝，采用推土机进行平料，铺料的厚度按照每层25 cm控制，共铺3层。

（2）常态混凝土施工。混凝土采用JS750型拌和机进行生产拌制，拌和完成后采用自卸汽车将混凝土运输装入吊罐中，再通过上坝道路运输到浇筑现场，在浇筑现场使用起重机吊运入仓，在入仓的同时还应使用插入式振捣棒进行均匀振捣，使混凝土达到密实。

（3）胶凝砂砾石施工。胶凝砂砾石需要在拌和站中连续搅拌制成，然后采用自卸汽车将其运输上坝，用推土机平料，铺料的厚度为每层25 cm，共铺3层，完成铺料后，开始碾压，具体的碾压遍数要根据相关试验结果确定，通常需要碾压8遍，其中2遍为静压，另外6遍为振压，对于边角处，应使用手扶式振动碾来碾压。在层间面上要铺设水泥砂浆，其厚度按15 mm控制。水泥砂浆要用搅拌机进行拌和，采用专门的运输车运输，运输到场后直接卸到浇筑面上，最后用装载机和人工进行摊铺。

（4）固结灌浆与帷幕灌浆。固结灌浆需按照从下往上的顺序进行，要在垫层施工结束且强度满足设计要求后进行。浅孔固结灌浆可采用手风钻进行钻孔，而深孔固结灌浆需采用地质钻机进行钻孔，灌浆使用终压灌浆机进行。灌浆可以不分段，整孔一次性浇筑完毕。帷幕灌浆施工需在坝体廊道中进行，使用地质钻机钻孔，灌浆使用中压灌浆泵进行，分成三次按照从上到下的顺序分段进行。

（5）面板施工。面板浇筑系在筑坝的同时进行，采用组合钢模跳块浇筑，每个条块的宽度为12 m，在坡面上采用人工进行钢筋绑扎，混凝土利用生产系统进行生产，完成生产后采用自卸汽车运输到位，然后采用溜槽入仓，最后由人工进行摊铺和振捣。

4.2.4 金属结构安装

对金属结构的安装需要以土建工程进度安全为依据，在工程施工进度当中适当交叉，尤其是管道工程的金属结构，要以工程进度为依据进行适当的安排。

4.2.5 灌区工程施工

灌区工程具有战线较长和强度较低的特点，开挖施工以土方开挖为主，部分段落需要进行爆破开挖。弃料采用挖掘机装车，然后由自卸车运输到指定地点堆放。砂、石料采用自卸车运输到施工点的附近，短距离运输由人工使用手推车实现。浆砌石的砌筑采用人工方式进行，辅以必要的常规机械设备，如拌和与振捣，砂浆与混凝土熟料都采用手推车进行运输。

5 结语

综上所述，胶凝砂砾石坝是一种新兴的筑坝技术措施，这项技术在该水库工程中实现了成功应用，取得了良好的应用效果，这种施工方法值得同类型水库工程参考，进而为这种筑坝技术的广泛应用奠定良好基础，使其发挥出应有的作用。