堆石自密实混凝土重力坝施工技术的研究

唐波

（仁怀市水务局，贵州 遵义 564500）

0 引言

堆石自密实混凝土施工技术，简单来说，便是将大粒径的块石放入仓，之后，从堆石体表面浇筑专用混凝土，借助混凝土高流动性、高穿透性的特点，利用自重填充堆石空隙，形成满足规格要求的大体积混凝土。此类施工技术的优势在于施工便捷、综合单价较低、易于现场控制、有助于缩短施工周期。

1 工程概况

工程由遵义市水务局批准建设，水库总库容为153 万m3，属于小（一）型水利工程。工程主要任务是保障仁怀市茅台镇上坪村、椿树村以及元木岩村生活用水和工业用水，切实解决项目所在区域水径流年际变化较大，年内分配不均匀，供水水源工程建设滞后等问题。水库年供水量219 万m3/a，其中，人饮供水36.4 万m3/a，酿酒工业供水182.6 万m3/a。工程主要建设内容包括输水工程、水库枢纽工程以及排污工程，工程涉及的主要建筑物，包括挡水建筑物、泄洪建筑物、输水建筑物等，工程总工期为30 个月，概算总投资为21772 万元。

2 堆石自密实混凝土重力坝施工技术的应用要点

2.1 工程布置

首先，要完成水库枢纽布置，水库大坝位于仁怀市石坝河，坝型为堆石混凝土重力坝，对于大坝来说，坝顶高程为568m，最大坝高为57m，坝顶总长228m。对于溢洪道来说，需要在大坝坝顶中段设置泄洪表孔，采用开敞式设闸泄洪方式，闸门规格为5m×4m，采用平板钢闸门。至于取水放空建筑物，则设置在溢流坝右侧，以坝内埋管的布置方式为主，出口设偏心半球阀。从放水管出口闸阀室处分水，引至一级提水泵站。在进行管线布置时，要遵循取直、少占地的原则。

其次，要完成输水工程布置，该地区的人饮供水较为分散，主要由河西水厂、部分提水工程供水，因此供水水源与水质难以得到有效保障。在工程布置时，需要充分结合左右岸的大堰设置状况，建立水厂以及一级泵站，采用分级提水的方式完成供水。而在泵站布置时，则要充分依照地形地质条件，考虑场地平整以及就近原则，充分利用土地资源，修建施工临时道路，建设跨河交通桥。将泵房外尺寸确定为27m×18m，地面高程520m，泵房内布置7 台水泵。

最后，要进行排污系统的布置，根据现场实际勘察结果，将受污染的泉水引出库外，在实施专项处理后排放至下游河道。排污管进口端需要新建引水池，设置拦污栅。并要求污水处理厂，污水处理规模可达1 万m3/d，使污水纳污管道铺设至坝址下游，在现有污水处理厂基础上实施扩建，增设污水处理器。根据安全标准做好水质监测、水源保护。

2.2 挡水建筑物

大坝主体采用C9015 一级配堆石混凝土，上游面设置厚0.5m 的自密实混凝土防渗面板，河床基础设置1m 厚的二级配C2820 混凝土垫层。并将石料厂设置在库尾左岸后侧，与乡村公路连接。根据实际调查显示，本工程的最大坝高在57m，大坝基建面主要依照坝高以及岩体风化状况，确定高程大小。并结合规范要求，将坝基放置在弱风化基岩中上部，需要在布置时满足大坝抗滑稳定要求。在实现逆向边坡开挖时，采取顺层开挖的形式，河床开挖深度控制在12～15m，对两坝肩永久岩石质边坡实施喷锚支护，如图1 所示，保持锚杆两脚铅直，孔深3m，以梅花型布设为主，框格内植草护坡。然后需要实施基础固结灌浆，解决坝基岩体存在的压缩变形问题，改善岩体强度，增强地基整体性，避免坝基力分布不均匀。灌浆施工需要严格遵循现行的操作章程以及设计要求，本着逐渐加密的原则，自上而下分段循环实施。并在灌浆开始前实施简易压水，结合压水成果，指导灌浆施工。同时，还要做好大坝的设计计算，确定坝顶高程、大坝抗滑稳定性、大坝应力，包括荷载、静水压力、扬压力、浪压力、动水压力，根据持久状况以及偶然状况设计荷载组合形式。

图1 喷锚支护

2.3 泄水建筑物

对于泄水建筑物来说，首先要完成溢洪道的布置，将泄洪建筑物布置在大坝中段右岸，采用闸控制的开敞式表孔泄洪。该方法既有助于泄洪水归槽原河道，也能帮助坝基分层的充分使用，防止消力池基础位于岩层分界线。最终将溢流堰段设计为净宽15m，堰型为WES 实用堰，孔宽5m。堰顶需设置规格为5m×4m 的平板工作钢闸门。至于泄槽段，则要采用与非溢流坝段下游坝面同等坡比的布置形式，泄槽段底宽为20m，总长为65m。而消力池则采用底流消能的方式，每11m 设置横缝，纵向中部设置纵缝。缝内采用铜片止水，消力池出口与新建的交通桥段两岸，都要使用重力式挡墙护岸。之后要实现泄水建筑物的水力计算，确定堰面曲线，计算泄流能力，泄流水面线效能。并及时清除下游河岸覆盖层，回填大块石。结合实际情况，调整溢洪道结构，对于泄槽段使用直墙式设计结构，对于消力池段以及出水渠段，则使用重力式结构[1]。

由于本次工程大坝属于堆石混凝土重力坝，且溢洪道泄槽段更多的以下凹式完成布置，因此，无须考虑溢洪道边墙的稳定计算，只需考虑消力池以及护岸挡墙抗滑稳定计算即可，具体数据如表1 所示。

表1 消力池以及护岸挡墙抗滑稳定计算

根据表1 可知，消力池以及护岸挡墙抗倾覆安全以及抗滑稳定性均符合规范要求。此外在设计过程中还要注意石坝河水库不负责上下游的防洪任务，在洪水调度方面，主要目标放在保护大坝安全上。因此也无须设置防洪高水位，更多采用坝顶表孔闸控制溢流的形式，确保当库水位高于起吊水位高程时，洪水会经闸门控制后下泄。若来流量超过相应时段最大泄流能力，则水库水位会出现一定幅度的上涨，直至来流量与下泄流量一致。

2.4 取水、放空建筑物

取水放空建筑物需要设置在大坝右段，主要组成结构包括取水闸井以及压力管道，在设置时需要充分结合地形地质条件，采用井桶式结构。根据进水口运行条件，调整进口底板高程，使库水降至死水附近时，仍可确保取水流量符合安全标准。其中取水闸井的组成包括喇叭口与闸室段，需要沿水流方向设置拦污栅、事故检修闸门。在进口处采用顶面收缩的喇叭形，使用C25 钢筋混凝土浇筑，对于启闭机室，则要布置卷扬机以及电动葫芦，在事故检修闸门后设置通气孔。

取水放空建筑物的水力计算主要包括泄流能力、最小淹没深度、放空时间、通气孔面积、压力管道结构等。采用堪入坝体形式，将堪深设置为2m，出口闸阀室基础与坝体有序连接，同样使用C25 钢筋混凝土结构，完成启闭机室平台机排架的设置，在断面尺寸的设置上，充分结合结构力学法，根据受力状况实施内力计算，并结合钢筋混凝土结构完成配筋作业[2]。

此外，在取水管的设计上，需要优先选好相应管材，遵循取直、少开挖、少占地的原则，进口中线高程设置为538m，在平面或竖向转弯处设置镇墩。镇墩基础要位于基岩上，但要注意由于该段覆盖层相对较厚，因此设置难度较高，需要在回填碾压操作后，设置在公路基础上。之后确定管道流量以及管径大小，并计算各类管径取水管流速及总水头损失结果，如表2 所示。

表2 各类管径取水管流速及总水头损失结果

2.5 输水建筑物

本次工程水资源分配采用分级提水的方式，向需水区完成供水作业。左岸提水方案如下：左岸永流上水池位于桃竹湾，底板高程为650m，需要根据上水池布置状况，完成二级泵站的设计。尽可能靠近永流水厂，以便管理，降低工程占地，节约管道投资。对于工业用水来说，则可利用管道下放至永流大堰，借助重力输水供应椿树村酿酒工业。而右岸的提水方案则确定为：东风上水池位于袁半坡，构建东风水厂，设置二级泵站，上水管长为670m，工业用水借助管道下放至东风大堰。同样利用重力输水供应上坪村酿酒工业。

在泵站设置时要注意，场地要尽可能开阔，充分结合场地平整原则，借助大坝开挖石渣料平整至高程，作为泵站厂房运行的地面高程，并搭配水泵机组，出水管，将库水引至永流上水池。对于石坝和水库泵房来说，共涉及左右岸一级泵房，左岸二级泵房以及右岸三级泵房，共3 座泵房。需要充分结合地形以及输水管道要，求确定泵房、主厂房地面高程。结合地质状况以及泵房结构，开挖至基岩，要求基础超深部分采用C15 毛石混凝土回填，并将开挖坡比与覆盖层依照1∶1 的比例实施施工作业[3]。

此外，对于上水管，需要依照左右岸布置的原则，与泵站接触后，借助进厂交通桥跨越石坝和下游河床，途经左岸岸坡、永流上水池，输水至二级泵站。材料以钢管为主，要求泵站能够起到将水提升至上水池的作用，根据泵站设计、扬程、投资等因素确认上水管水头损失量。随后需要进行管道铺设，以连续管座形式为主，铺设碎石垫作为基础，采用M7.5 浆砌石铺设检修梯步，其余架空段则应采用支墩形式，使用C20 混凝土完成连续管座的浇筑，规格控制在710m×250mm。在转弯处设置混凝土正蹲，并在管道凹下底部设置空阀以及自动排气阀。阀门型号规格如表3 所示。

表3 阀门规格型号统计

2.6 边坡工程

边坡的分布范围需要根据工程总体布置确认为库岸边坡，充分遵循相关设计标准，确认边坡工程级别，做好边坡破坏造成的影响论证。最终将大坝河水库确认为小型水库，工程级别为4 级，其他永久性次要建筑物依照5 级建筑物设计。

首先，要做好边坡的稳定分析。从区域性构造角度来看，不存在水库诱发构造地震的可能。库区岸坡更多以碎屑岩为主，存在大量斜向坡，虽浅表层出现节理裂隙发育的问题，但库区内边坡较为稳定。站在物理地质角度来看，库区边坡存在岩体风化、崩塌等问题，受裂隙切割影响，产生卸荷带，发育于库区出露的陡崖段，容易对下方行人与车辆产生安全威胁。因此，要加强施工期的变形监测，若发现异常状况，需要第一时间进行处理。对于大坝开挖边坡来说，前部覆盖层与基岩强风化破碎岩体的稳定性较差，需要进行临时支护处理。并规范人员的操作行为，提高人员的专业水平，形成良好的安全意识，认识到人员作业施工质量，将直接决定工程的建设状况。

其次，要做好边坡的处理设计。对于库岸边坡来说，应保证边坡稳定，需要对公路以下堆砌体表层松散部分，实施清除作业，沿公路内侧完成拓宽处理。利用削坡减载的方式，设置排水沟，强化坡面排水，采用小型货车完成石料的运输，要求车辆尽可能靠内侧行驶。采用表面观测光学测量法，完成观测作业。边坡监测表面监测点共计11 个，其中岸区边坡4 个，大坝区7 个，对于枢纽区的边坡支护设计来说，要采用C20 混凝土框格，将断面规格控制为0.3m×0.3m。框格内植草护坡，若表层墙风化破碎岩体稳定性不达标，则要选择适合的开挖方式，实施放坡之后，将管道开挖弃渣合理堆放与回填。对地表水以实施引流作业。若边坡段开挖后，稳定性大幅度降低，则要使用喷锚支护[4]。

3 结语

综上所述，以贵州省仁怀市石坝河水库工程作为研究对象，阐述其堆石自密实混凝土重力坝施工技术的应用路径，提出挡水建筑物、泄水建筑物、取水建筑物、放空建筑物、输水建筑物的布置设计措施，以及边坡工程的建设方法，该工程充分发挥自密实对实混凝土造价低廉、温控效果良好的优势，确保重力坝施工获取极佳的经济效益与社会效益。