碾壓混凝土重力壩在石步河水庫重力壩工程項目中的應用研究

仵 蕾

碾壓混凝土重力壩在石步河水庫重力壩工程項目中的應用研究

仵 蕾

碾壓混凝土是20世紀70年代初期在美國、日本、巴西等國發展起來的新興筑壩技術，近年來我國壩工界對此高度重視，建成了多座具有領先水平的碾壓混凝土壩。該項目結合碾壓混凝土壩的結構設計與施工方法展開科技攻關，成功實施了碾壓混凝土筑壩新技術。解決了原常態混凝土在拌和、運輸、攤鋪等整個施工過程中重點、難點的控制問題，并總結出一套在相似山區區域因地制宜的碾壓混凝土壩筑壩新技術。

一、項目區基本概況

1.工程概況

石步河水庫位于河南省桐柏縣城西北，唐河支流三夾河上游石步河上。壩址位于程灣鄉鄧河村中石步河自然村，水庫控制流域面積335km2，主河道長41.58km，河道平均比降0.0042。壩址上游支流有韓家河、姚河及栗子園河，河流流向大致由南而北。

2.工程規模及建筑物等別

石步河控制流域面積335km2，水庫總庫容2892萬m3，是一座以防洪、供水為主，兼顧農業灌溉、旅游開發及水產養殖等綜合利用的中型水利樞紐工程。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252－2000），擋水建筑物工程等別為Ⅲ等，永久性擋水和泄水建筑物設計洪水標準為50年一遇，校核洪水標準為1000年一遇。根據中國技術監督局2001年發布的《中國地震烈度區劃圖》，該區動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為6度。

二、項目研究內容

碾壓混凝土重力壩方案的研究始于2010年5月。起初，著重研究的是大壩采用碾壓混凝土的技術可能性和經濟合理性。后根據壩址地形、地質、建筑材料及施工、管理、運行等特點，對碾壓混凝土重力壩、漿砌石重力壩兩種方案進行比選。對各壩型分別擬定最優斷面，進行穩定分析，結構設計。在滿足功能要求前提下，按照泄洪安全、結構簡單、施工方便，選定壩型為碾壓混凝土重力壩。

項目在研究大壩碾壓混凝土的技術可靠性和經濟合理性基礎上，在實際工程施工中調整樞紐布置，改進壩體結構設計，使供配電系統與泄水建筑物分離。使其碾壓混凝土大壩施工的部位相對集中，為大規模采用碾壓混凝土施工創造了條件。

三、該項目研究的創造性、先進性

該工程進一步研究了壩型方案布置、大壩體型優化、采用碾壓混凝土筑壩新技術。不僅可以節省工程量，且大大提高了施工速度、降低了工程造價。

1.壩型方案布置

起初，著重研究的是大壩采用碾壓混凝土的技術可能性和經濟合理性。在原常態混凝土壩的壩體布置和壩體斷面不變的情況下，用碾壓混凝土代替內部常態混凝土，上下游均用常態混凝土包裹，碾壓混凝土的高度控制在22m、20m或16m等范圍內，建基面上是很厚的常態混凝土墊層。分析結果認為，水庫重力壩采用碾壓混凝土是完全可行和經濟的，壩體碾壓混凝土量越多，施工速度越快，經濟效益越顯著，但按上述指導思想設計的碾壓混凝土壩在膠凝材料用量、總投資和工期上，與常態混凝土重力壩差別不大，因此，在實際工程施工中建議調整樞紐布置，改進壩體斷面或壩體結構設計，使其適應于碾壓混凝土大倉面快速施工的要求。原常態混凝土重力壩的總體布置是河床壩段布置泄水建筑物，水庫供配電系統及供電自控室廠房布置在河床溢流壩后，由于河床壩段泄水孔口與供電系統重疊，壩體孔洞密集，施工干擾大，后期度汛存在一定風險，不適應碾壓混凝土筑壩的要求，使大規模采用碾壓混凝土受到限制。因此，要調整樞紐布置，其原則是簡化壩體結構，使供配電系統與泄水建筑物分離，并使大壩采用碾壓混凝土的部位相對集中。在對樞紐布置方案進行大量比較研究的基礎上，根據專家意見，最終審定在左岸岸旁。該方案無壩后廠房，壩體結構簡單，施工干擾小，最符合大壩采用碾壓混凝土的壩體布置要求，從而為大規模采用碾壓混凝土創造了條件，整個工程可提前工期10個月。

2.施工工藝簡單，施工速度快，節約工程投資

在該水庫混凝土重力壩工程施工中，通過采用仿真試驗，結合各種新技術和新方法不斷創新來提高應力的分布狀況，確保工程的施工質量。此次碾壓混凝土壩是一種新的筑壩技術，與過去普通混凝土壩施工有所不同的是：在施工中不是采用振搗密實的方式進行施工，而是采用薄層攤鋪，逐層碾壓和逐層上升填筑的特點進行施工，將普通混凝土壩結構與材料和土壩施工方法結合起來，并針對兩者之中存在的優勢進行綜合選用，經過合理地選擇與改進，從而形成了一種新的筑壩技術。

（1）在施工工藝方法上

在混凝土拌合時如按常規方法施工，原常態混凝土經拌合站拌合設備拌制好后，由混凝土罐車運輸至施工場地，經卸料斗卸入挖掘機內，再進行入倉，最后進行人工平倉處理，工序復雜耗時。在混凝土澆筑時如采用常規混凝土澆筑的方法，需采取分層澆筑進行施工，每層厚度控制在30～50cm，倉面面積300～500m2。振搗器插入點間距控制在40～50cm，振搗時采用快插慢拔的方法進行振搗，每次振搗均需下降至下層混凝土，確保混凝土的結合，同時要嚴格按照規定振搗，避免造成過振及漏振。對于模板周邊的止水位置需要振搗到位，振搗的同時安排專人進行看倉，避免止水位置出現偏差。整個澆筑工序施工過程中需嚴格控制振搗器插入混凝土的深度即垂直插入下層5cm，有次序，無漏振；且嚴格控制振搗時間及混凝土的初凝時間，鋪料間歇時間需符合要求，無初凝現象，以免出現蜂窩、麻面等。為節約工時及提高混凝土澆筑強度，突破常規混凝土澆筑方式，結合實際該工程創新后碾壓混凝土壩通過現場實驗采用通倉薄層鋪筑，每層鋪筑厚（30～70cm，有些可達 100cm），碾壓混凝土入倉后，挖掘機平倉，振動碾碾壓；可連續快速澆筑。倉面面積可達1000～3000m2，氣溫較高時達 2000m2。大大提高了混凝土澆筑效率。

（2）在混凝土運輸時

如按常規混凝土壩施工在運輸時，通常用的運輸手段有自卸汽車、深槽皮帶機、傾斜升降機等，一般使用自卸汽車運送碾壓混凝土時，在入倉前必須沖洗輪胎，以防雜質帶入倉面，工作程序復雜，耗用工時；為了簡化常態混凝土壩的運輸復雜程序、節約工時，提高混凝土強度，該次碾壓混凝土壩在混凝土運輸時用塔帶機輸送系統，用固定式纜車、斜坡道卷揚機及皮帶運輸機方便快捷的運輸手段，可直接從拌和樓將混凝土運至倉面。可進行流水化、大面積連續澆筑，大大提高了混凝土的施工強度。

（3）在使用材料用量上

一般普通混凝土壩中壩體體積大，耗用水泥多，單方水泥用量約為180～280kg/m3，該工程壩體采用碾壓混凝土澆筑，每立方米碾壓混凝土的水泥用量為50～90kg/m3，節省水泥用量44%且各項物理力學性能均能滿足工程要求，降低了單位體積和水泥用量，不僅涉及工程造價，更重要的是可以減少水化熱溫升，降低施工期溫度應力，簡化溫度措施。

四、社會經濟效益

該工程優化壩型方案布置后，減少了廠壩施工的干擾，有利于碾壓混凝土壩的快速施工，節約總工時3.25萬個、減少水泥用量425t、節約模板320m2，使整個工程工期提前10個月，節約人民幣1千萬元以上。

碾壓混凝土壩施工工藝的技術創新，在提高施工速度和降低工程造價方面起到了不容忽視的作用，建議該工程在相似山區區域推廣使用■

（作者單位：河南省南陽市桐柏縣水利局 474750）