錦屏一級水電站大壩導流底孔封堵設計

唐 虎，胡 筱，張 敬

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級水電站大壩導流底孔封堵設計

唐 虎，胡 筱，張 敬

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

根據錦屏一級水電站大壩導流底孔布置、溫控及混凝土參數等特性，進行臨時導流底孔的封堵設計。本文扼要介紹洞身混凝土封堵段設計、洞身混凝土止水設計、溫控設計、灌漿設計及封堵混凝土配合比設計，對類似工程導流底孔封堵有一定的參考意義。

導流；底孔；封堵；止水；灌漿

0 前 言

錦屏一級水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內，工程裝機容量3 600 MW，保證出力1 086 MW，多年平均年發電量166.2億KW· h，年利用小時數4 616 h。樞紐建筑物主要由混凝土雙曲拱壩、壩身4個表孔＋5個深孔＋2個放空底孔與壩后水墊塘、右岸1條有壓接無壓泄洪洞及右岸中部廠房等組成。大壩壩高305 m，水庫正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，正常蓄水位以下庫容77.6億m3，調節庫容49.1億m3，屬年調節水庫。

1 概 述

錦屏一級水電站中、后期導流由導流底孔、放空底孔、放空深孔、泄洪洞和提前發電機組單獨或聯合泄流、渡汛。根據壩體接縫灌漿的進度，結合中、后期導流調洪成果，考慮到閘門的工作水頭與運行水頭，設計布置為5孔導流底孔（5 m×9 m－寬×高），導流底孔進口高程1 700 m。

根據施工進度，左右岸導流洞于2012年10月下閘，左岸導流洞堵頭于2013年3月底澆筑完成，右岸導流洞堵頭于2013年5月澆筑完成。根據壩體接縫灌漿進程，充分利用汛期水量，確定1～5號導流底孔進口閘門下閘時間分別為：1號孔2013年9月16日下閘，2號孔2013年9月17日下閘，3號孔2013年9月15日下閘，4號孔2013年9月18日下閘，5號孔2013年9月15日下閘。導流底孔下閘后，由放空底孔泄流，滿足區間的環保生態流量要求。現正進行導流底孔堵頭的混凝土澆筑施工。

導流底孔封堵主要分為洞身混凝土封堵段設計、洞身混凝土止水設計、溫控設計、灌漿設計及封堵混凝土配合比設計等。

2 洞身混凝土封堵段設計

2.1 封堵段長

5個導流底孔孔身段的長度，最短為53.63 m，最長為61.17 m。孔身封堵段分A段（進口段）、B段（中間段）和C段（出口段）。進口段長L1＝20 m，出口段長L3＝19.97 m，中間段長L2：1號孔14.52 m、2號孔13.66 m、3號孔14.11 m、4號孔16.00 m、5號孔21.20 m（見圖1）。

圖1 導流底孔封堵結構示意

為保證封堵段混凝土與原壩體混凝土良好的聯結性，對導流底孔孔周混凝土采用風砂槍沖毛；底板按2 m間排距埋設Φ28、L＝2.5 m插筋，插筋進入老混凝土1.0 m。

2.2 封堵段與封堵閘門

封堵體A段上游面除兩側預留排水通道外，其余部位均緊靠封堵閘門進行頂門澆筑，對在高水頭作用下的封堵閘門起到一定支撐作用。

2.3 施工期排水方式

導流底孔下閘后，為合理引流閘門滲水，在距平板封堵閘門底坎下游0.6 m處布置1道長5 m、高1.5 m、厚0.6 m的截水墻。將2根DN200鋼管穿過截水墻。鋼管進口中心距底板45 cm，距側墻100 cm。隨著上游水位的上升，平板封堵門門楣處水壓增大，滲漏量可能增加，則沿封堵門立鋼模板將滲水引至截水墻內，通過排水鋼管排出倉外。安裝時，排水管按20∶1的坡比引至C段終端下游1m處以確保封堵混凝土在無水條件下施工。

2.4 封堵混凝土施工

導流底孔封堵混凝土澆筑前，對導流底孔孔周混凝土缺陷、裂縫等進行全面檢查和處理，并對孔壁混凝土表面、封堵體施工縫面進行清洗和鑿毛處理；混凝土澆筑采用平鋪法施工，澆筑保持連續，鋪料均勻，振搗密實；封堵體頂部預埋回填灌漿管路，澆筑完成4d后進行回填灌漿；封堵體A段頂部反弧段采取埋設通向導流底孔通氣孔的措施確保混凝土填筑密實。

封堵混凝土前一澆筑塊澆筑結束到另一相鄰澆筑塊澆筑開始時的間歇時間應不小于72 h。混凝土澆筑應保持連續性，澆筑混凝土允許間隙時間應滿足5～8 d。泵送混凝土養護時間應不少于28 d，在養護期28 d以后，仍需采取適當措施進行表面保護。

封堵混凝土的上層混凝土層澆筑前，應對下層混凝土的施工縫面進行沖毛或鑿毛處理。垂直施工縫面、水平施工縫面（指前一層的混凝土表面因已凝固，無法與新澆層凝結在一起）應用高壓水槍（不小于60 MPa）將表面沖毛（100%露砂）。

3 封堵混凝土設計

（1）混凝土強度。導流底孔封堵時，相應的壩前水位約1 840 m，屆時拱壩承受設計總水推力的75%，導流底孔混凝土堵頭的主要功能是阻水及承擔封堵施工時水位增量荷載引起的壩體應力，按照不低于相應部位壩體混凝土C35（85%保證率）的強度的要求，封堵混凝土可采用C35（85%保證率）。

（2）混凝土設計齡期。從堵頭施工工期分析，封堵施工期間由封堵閘門擋水，2013年11月份具備堵頭混凝土施工條件，堵頭段在2014年3～5月開始承擔庫水位作用荷載，有效施工時段約7個月，扣除混凝土澆筑直線工期3個月，混凝土的齡期可達90～120 d。

綜合考慮水庫蓄水計劃和堵頭施工時段，為充分利用混凝土后期強度，減小水泥用量及水化熱溫升，封堵混凝土采用90 d設計齡期。

（3）混凝土自生體積變形。混凝土自生體積變形為膨脹，不能抵消降溫收縮量，不能簡化溫度控制措施，但可提高堵頭混凝土的抗裂安全系數，更為重要的是，如在接觸灌漿后有一定膨脹，則能確保封堵混凝土與孔壁結合緊密，所以采用具有延遲膨脹性能的微膨脹混凝土是必要的。結合現場試驗成果，對自生體積變形分別按90 d齡期和180 d齡期提出了20×10－6～40×10－6和40×10－6～80×10－6的控制指標要求。

（4）混凝土級配。考慮導流底孔混凝土施工條件、施工工藝、施工設備性能等具體條件的限制，導流底孔封堵采用二級配混凝土。

（5）粉煤灰摻量。封堵混凝土采用具有潛在堿活性的砂巖骨料，二級配混凝土膠凝材料用量大、總堿量較高，長期處于高壓水環境，具備堿活性反應的三個要素。考慮堵頭在壩體所處的特殊部位，以及不具有檢修條件的情況，為有效抑制堿活性反應，粉煤灰摻量宜不低于30%。

（6）外加劑。通過對硫鋁酸鈣、MgO多種組合情況下自生體積變形成果反映的變形曲線的規律分析，并考慮到兩種材料的工程應用經驗方面的差異，選擇具有穩定延遲膨脹性能的MgO作為封堵混凝土膨脹劑，推薦摻量5%。

導流底孔封堵混凝土性能指標見表1。

表1 導流底孔封堵混凝土性能指標

4 封堵混凝土止水設計

封堵混凝土在3個封堵段共設4道環形銅片止水（止水片采用W形紫銅止水片，長46 mm，厚1.5 mm）。第一道止水位于進口段A段，導流底孔通氣孔的上游端處；第二道止水位于A封堵段末距末端0.5 m處；第三道止水位于B封堵段末距末端0.5 m處；第四道止水位于距C封堵段末距末端0.5 m處（見圖2）。

圖2 銅片止水示意

為加快封堵施工進度，簡化施工程序，提高止水效果，止水片在導流底孔施工時已預埋在壩體混凝土中，采用36a型槽鋼進行保護，槽鋼內部填充砂保護。在封堵混凝土施工前，割除止水的保護槽鋼進行其矯形操作，清除外露止水片表面粘貼的防火石棉保護層操作時應慎重，避免破壞止水片。邊墻和頂部止水片應焊接成為整體，嚴格檢查焊接質量，避免出現漏點、孔洞；混凝土澆筑過程中應重點保護。

導流底孔封堵門下閘后，對各導流底孔進行了全面檢查，特別是對各孔各道止水進行了詳細檢查。3號導流底孔由于運行時間較長，保護上游第一道預埋止水的鋼板局部損壞，導致止水相應的破壞，集中在導流底孔底板部位及邊墻底部約4 m高范圍，總計約13 m。除此以外的止水基本完好，將止水扳正后即可澆筑混凝土，極大的提高了工效，縮短了施工時間，相對以往刻槽埋設的方式更是增強了止水效果。

5 溫控設計

混凝土澆筑溫度按不超過12℃控制，最高溫度按不超過34℃控制；進行混凝土接觸、接縫灌漿時封堵體溫度冷卻至目標溫度12℃，要求采用預埋冷卻水管進行分期通水冷卻。

一期冷卻的目標溫度為23～24℃，冷卻持續時間不少于21 d，降溫速率不超過0.6℃／d；中期冷卻目標溫度17℃，降溫速率不超過0.3℃／d，冷卻持續時間不少于42 d；當A、B段封堵體混凝土中期冷卻至18℃后進行中期控溫，在中期控溫完成后及C段封堵體混凝土齡期達到63 d時，方可進行二期冷卻降溫，二期冷卻的目標溫度為12℃，要求降溫階段日降溫速率≤0.3℃／d。

混凝土內預埋的冷卻水管采用內徑28.00 mm，外徑32.00 mm的HDPE塑料管。冷卻水管垂直層間距為1.5 m，水平間距為1.0 m，冷卻水管支管采用蛇形布置，支管布置垂直于導流底孔軸線方向。冷卻水管分段方式和封堵體施工分段一致。

6 灌漿設計

導流底孔封堵體灌漿包括回填灌漿（封堵段頂部）、接觸灌漿（封堵段混凝土除底板外與原導流底孔兩側邊墻和頂板之間的接觸面）及接縫灌漿（封堵段之間的垂直施工縫面）。

6.1 回填灌漿

回填灌漿按照“先澆先回填”的順序進行，各段封堵混凝土澆筑完成4 d后即可進行。采用預埋管灌漿方式，灌漿壓力為0.5～0.6 MPa（以排氣孔壓力表為準）。

用于灌漿的水泥強度等級為42.5級中熱硅酸鹽水泥，其水泥細度要求通過80 μm方孔篩，其篩余量不大于3%。

在封堵混凝土澆筑前，預埋灌漿管路（Φ50鋼管）系統，包括A、B路進漿管，A、B路回漿管、排氣管，并引至每段封堵段外。為保證灌漿質量，宜采取“段段清”的方法，即封堵一段并等待回填灌漿完成后再進行下一段封堵混凝土施工。圖3為導流底孔各封堵段回填灌漿典型縱剖面，圖4為各封堵段回填灌漿典型橫剖面。

在進、回漿管上每隔3 m設置出漿孔眼，并在孔眼上焊接出漿管，管出口切45°剖口，深入預先鉆出的灌漿孔（Φ10）中，灌漿孔伸入導流底孔孔壁混凝土25 cm，在封堵混凝土內長度不小于15 cm。剖口采用薄塑料膜封口。

開灌水灰比為1∶1，用以潤滑管道及測試吸漿量，后變換為0.5∶1或0.6∶1水泥漿。

圖3 回填灌漿典型縱剖面

圖4 回填灌漿典型橫剖面

6.2 接觸灌漿

進行接觸灌漿之前，灌漿區封堵混凝土齡期達到90d，且溫度冷卻至目標溫度12℃。

用于接觸灌漿的水泥強度等級為42.5級中熱

圖5 邊墻接觸灌漿A系統布置

6.3 接縫灌漿

進行接縫灌漿之前，施工縫兩側封堵混凝土齡期達到90 d，且溫度冷卻至目標溫度12℃，前后段的接觸灌漿已完成。

用于接縫灌漿的水泥強度等級為42.5級中熱硅酸鹽水泥，當接縫灌漿張開度大于1 mm時，其水泥細度要求通過80 μm方孔篩，其篩余量不大于3%；當接縫灌漿張開度小于1 mm時，采用42.5級中熱硅酸鹽水泥進行磨細，要求Dmax＜40 μm，或采用具有更好灌注效果的其它材料。硅酸鹽水泥，其水泥細度要求通過80 μm方孔篩，其篩余量≤3%；用于接觸灌漿的細水泥采用42.5級中熱硅酸鹽水泥進行磨細，要求Dmax＜40 μm。

為保證邊墻接觸灌漿施工質量，接觸灌漿采用垂直布置的重復灌漿A系統（垂直灌漿管間距2 m，出漿節點間距2 m，下部設置進漿管、回漿管，上部設進、回排氣管，排氣管保護膜為牛皮紙）（見圖5）和升漿槽接觸灌漿B系統（即下部布置進漿槽和進、回漿管，上部布置排氣槽和進、回排氣管，升漿管間距2 m，升漿管與上部排氣槽間隔30 cm）（見圖6）。升漿槽與垂直布置重復灌漿管間隔布置。升漿槽接觸灌漿系統進漿槽與排氣槽均布置于重復灌漿系統的外側。接觸灌漿時先采用升漿槽接觸灌漿系統進行灌漿，同時為避免其灌漿導致重復灌漿系統管路堵塞，對重復灌漿系統管路進行通水平壓（之后再進行清水沖洗）。

接觸灌漿采用單一水灰比0.35∶1。灌漿壓力為0.35～0.5 MPa。對A段封堵體進行接觸灌漿時，適當控制灌漿壓力，采取措施保證灌漿密實。同一區段的接觸灌漿應按先兩邊墻后頂板的順序進行。最大灌漿壓力時的縫面最大增開度不大于0.5 mm。

圖6 邊墻接觸灌漿B系統布置

預埋灌漿系統埋設于封堵混凝土先澆段，預埋灌漿管路和部件：包括進漿管（兼作排氣管）、回漿管（兼作排氣管）、出漿盒、橡膠止水帶、止漿片。預埋管采用PVC管，進漿管、回漿管采用內徑為Φ1″；排氣管內徑為Φ2″；進漿管、回漿管間隔一定距離，鉆Φ16的圓孔，在圓孔上纏單層膠帶。引管出口外露段采用鍍鋅鐵管。圖7為封堵體接縫鍵槽橫剖面圖。

接縫灌漿采用單一水灰比為0.5∶1。灌漿壓力為0.35～0.5 MPa，縫面增開度不大于0.5 mm。

圖7 封堵體接縫鍵槽橫剖面

7 結束語

導流底孔下閘后，為防止因閘門止水失效進而周邊漏水或門槽處淤積物可能對封堵混凝土澆筑施工造成影響，應根據現場情況制定妥善的防漏、排水及回填措施，確保封堵混凝土在無水條件下施工。封堵體施工條件復雜，作好各項安全風險應對方案，對導流底孔下游出口部位，應做好相應的安全防護措施，保證施工人員及機械安全。

為便于溫度控制、溫度監測及灌漿需求，要求對各封堵段應埋設的溫度計、測縫計數量應不小于3支，埋設位置應滿足觀測評價需要，也可結合永久監測進行。在混凝土澆筑過程中，應至少每4 h測量一次混凝土卸料時的溫度、混凝土的澆筑溫度和氣溫。

TV551.13

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1003－9805（2015）01－0001－04

2013－07－04

唐 虎（1980－），男，四川南充人，高級工程師，從事水工結構設計、研究工作。