土石壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻及混凝土重力壩段的聯(lián)接技術(shù)

張生琴, 陳學(xué)永, 馮前磊

(中國葛洲壩集團(tuán)建設(shè)工程有限公司，云南 昆明 650217)

1 概述

國內(nèi)外水電站多修建于峽谷開闊地帶，大壩兩岸多為岸坡結(jié)構(gòu)，此類峽谷開闊地帶岸坡部位可依托地形修建混凝土心墻土石壩[1]，一端聯(lián)接混凝土重力壩，另一端聯(lián)接岸坡邊坡。對于此類混凝土心墻土石壩的施工，可在進(jìn)行岸坡段壩肩砂卵礫石開挖時，采用逐層剝離的方式保留完整的造孔防滲墻[2]，后續(xù)在造孔防滲墻的基礎(chǔ)上明澆混凝土心墻，在現(xiàn)澆混凝土心墻和造孔防滲墻之間設(shè)置聯(lián)接接頭[3]。同時,在混凝土心墻土石壩與混凝土重力壩之間設(shè)置“凹”型聯(lián)接接頭，可以有效的避免土石壩與重力壩施工質(zhì)量、進(jìn)度等各方面問題。

2 壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻的聯(lián)接

2.1 聯(lián)接方法

1) 首先岸坡段壩肩砂卵礫石進(jìn)行開挖時，采用逐層剝離的方式，保留完整的造孔防滲墻。造孔防滲墻穿過砂卵礫石層，深入基巖1 m，防滲墻外伸長度超過一定的距離，增大壩體端頭繞滲滲徑。

2) 然后在進(jìn)行原造孔防滲墻上部明澆混凝土心墻，新澆混凝土防滲心墻以原造孔防滲墻為基礎(chǔ)進(jìn)行加高澆筑。心墻底部與造孔防滲墻接觸面設(shè)置成“凹”型包裹狀，即現(xiàn)澆混凝土心墻包裹造孔防滲墻，防滲墻接頭形式詳見圖1所示。為滿足造孔防滲墻與后澆防滲墻的可靠聯(lián)接，需對造孔澆筑防滲墻聯(lián)接部位進(jìn)行部分鑿除，鑿除原則為造孔防滲墻外觀破碎、有裂紋的端頭部分，鑿除0.5～1 m的范圍，直至出露新鮮的混凝土表面。鑿除墻體施工不得采用大型設(shè)備及爆破拆除，防止對防滲墻形成破壞，采用人工持風(fēng)鎬或電鎬逐步鑿除。

圖1 防滲墻接頭聯(lián)接布置示意

3) 在造孔防滲墻頂部先澆筑止水帽，埋設(shè)紫銅止水片，后澆筑倒“凹”型的混凝土心墻，反扣入造孔防滲墻，在止水聯(lián)接部位接縫處涂刷5 mm瀝青，形成第1道防滲線。為加強(qiáng)后澆防滲墻施工澆筑層面的防滲，在澆筑層面布置鍍鋅鐵皮止水鍍鋅鐵片止水布置于防滲墻中心線，其兩端與防滲墻接頭部位上游側(cè)銅止水進(jìn)行焊接。對于間歇期大于28 d的澆筑層，除層面布置鍍鋅鐵片止水外，接縫迎水面需布置柔性止水措施，形成第2道防滲線。即在迎水面新老混凝土的接縫處采用填塞GB柔性填料+GB三復(fù)合橡膠板蓋片封閉+扁鋼+膨脹螺栓固定的柔性止水措施，造孔澆筑防滲墻接頭止水具體布置形式如圖2所示。止水裝置施工過程中需嚴(yán)格控制橡膠棒的安裝質(zhì)量，橡膠棒安裝前用清水或丙酮將安裝基面清理干凈，且清洗前對基面貼合不實處采用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨；橡膠棒貼緊止水蓋帽與防滲心墻之間的縫隙并固定牢固，以防止防滲油膏滲入兩者之間的縫隙；在豎向復(fù)合橡膠板蓋片外增設(shè)1層鍍鋅鐵片作為保護(hù)層，在鐵片與橡膠蓋片之間填入細(xì)沙作柔性填充材料，以防止在填筑過程中對橡膠止水蓋片造成沖擊破壞。

圖2 防滲墻迎水面接頭柔性止水布置示意

4) 止水基座混凝土與原造孔防滲墻之間的基面在表面鑿毛、并進(jìn)行錨筋施工后開始基座混凝土澆筑，待止水基座混凝土達(dá)到80%強(qiáng)度以后，在聯(lián)接部位涂刷5 mm厚瀝青[4]；再進(jìn)行防滲墻的澆筑施工。現(xiàn)澆混凝土心墻設(shè)置成“凹”狀，槽深不小于80 cm，扣過50 cm的止水支座，并與造孔防滲墻搭接不少于30 cm。現(xiàn)澆防滲墻為鋼筋混凝土墻體，混凝土分層澆筑，單層高度不超過3 m。混凝土拌制時應(yīng)嚴(yán)格控制骨料粒徑，防止骨料過大造成澆筑填充不密實等問題[5]。澆筑時混凝土自由傾落高度不得超過1.0 m，混凝土澆筑應(yīng)分段分層連續(xù)進(jìn)行，在鋼筋密集區(qū)振搗時，不得觸及鋼筋和模板。表面振動器的移動間距，應(yīng)保證振動器的平板覆蓋已振實部分的邊緣。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)經(jīng)常觀察模板、鋼筋、預(yù)留孔洞、預(yù)埋件和插筋等有無移動、變形或堵塞情況，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即處理，并應(yīng)在已澆筑的混凝土初凝前休整完好。澆筑混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，如必須間歇，其間歇時間應(yīng)盡量縮短，并應(yīng)在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。嚴(yán)禁混凝土1次下料過厚，振搗不實或漏漿，模板有縫隙使水泥漿流失。

2.2 優(yōu)點

1) 在岸坡段壩肩砂卵礫石開挖時保留完整的造孔防滲墻，充分的利用了峽谷開闊地區(qū)地形岸坡部位無法開挖出堅硬的巖石基礎(chǔ)特點，同時減除了后續(xù)施工過程中的大量工程量，縮減了項目投資成本。

2) 通過造孔防滲墻與上部明澆防滲心墻間的“凹”型接頭，將后澆倒扣入造孔防滲墻內(nèi)，使得先后施工的兩種結(jié)構(gòu)有效進(jìn)行聯(lián)接，保證了防滲接頭質(zhì)量。同時通過布置鍍鋅鐵片止水、柔性止水等方式更加確保防滲效果。

3 壩體混凝土心墻與混凝土重力壩段的聯(lián)接

3.1 聯(lián)接方法

1) 混凝土心墻土石壩一端聯(lián)接混凝土重力壩，混凝土重力壩先行施工，在防滲軸線處預(yù)留出“凹”型接頭，接頭處設(shè)置兩道紫銅止水，止水下部接至基巖的止水坑內(nèi)，上部延伸至壩頂[8]。

2) 混凝土防滲墻為鋼筋混凝土墻體，與混凝土重力壩聯(lián)接采用“凸”型接頭，防滲墻插入重力壩內(nèi)1 m，聯(lián)接縫為結(jié)構(gòu)縫，縫寬為5 cm，縫內(nèi)填充嵌縫油膏，形成第1道防滲線。在接頭的上游面5 m范圍內(nèi)，回填防滲土料，形成第2道防滲線。現(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接接頭布置形式見圖3～4所示。

3) 在接頭的上游面5 m范圍內(nèi)，回填防滲土料，回填的防滲土料要求最大粒徑不大于150 mm，<5 mm粒徑的顆粒含量應(yīng)大于50%，<0.005 mm的顆粒含量應(yīng)大于5%。壓實后的滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10-5cm/s。防滲土料填筑厚度按30 cm 1層(試驗確定參數(shù))進(jìn)行控制，采用小型打夯機(jī)具夯實。

圖3 現(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接平面布置形式

圖4 現(xiàn)澆混凝土心墻與重力壩聯(lián)接接頭布置形式

4) 在防滲土料回填過程中應(yīng)同步進(jìn)行砂卵礫石填筑施工。為確保兩側(cè)回填對混凝土心墻產(chǎn)生的側(cè)壓力基本一致，土石壩心墻兩側(cè)土石方填筑應(yīng)該對稱同步上升[6]，從取料源頭開始，嚴(yán)格控制粒徑大于50 cm的骨料嚴(yán)禁進(jìn)入填筑區(qū)域，土石方填筑應(yīng)嚴(yán)格按照80 cm厚度(試驗確定參數(shù))進(jìn)行分層填筑。填筑骨料粒徑按不大于30 cm控制，采用靜碾或小型打夯機(jī)具夯實，啥卵礫石料填筑區(qū)域嚴(yán)禁震動碾壓，以避免對薄壁混凝土心墻產(chǎn)生影響。填筑接頭區(qū)域應(yīng)形成不陡于1:3的接頭坡比，防止粗骨料集中，及時清除滾落至坡底的孤石和斜坡面集中的石塊[7]；填筑碾壓時確保碾壓次數(shù)及土石方含水率達(dá)到設(shè)計要求。

5) 預(yù)留的5 cm寬混凝土結(jié)構(gòu)縫，在縫內(nèi)充填嵌縫油膏[8]，可采用先留縫后充填，或先充填成縫的施工方法。可采取泡沫板填充以及使油膏硬化為固態(tài)模塊兩種方法預(yù)留出混凝土結(jié)構(gòu)縫。

① 泡沫板填充：在混凝土澆筑前，模板安裝完成后利用5 cm厚泡沫板填充嵌縫，待混凝土澆筑完成后，采用鋼釬或鉆桿將填充泡沫板打碎，利用高壓風(fēng)將泡沫吹出縫內(nèi)，然后再進(jìn)行嵌縫油膏的填充。

② 油膏硬化為固態(tài)模塊：使用木板材料制作為長寬高固定的模塊，將油膏倒入模塊使其在低溫狀態(tài)下硬化為固定尺寸的塊狀油膏，取出后放入混凝土結(jié)構(gòu)縫內(nèi)再進(jìn)行混凝土的澆筑。

6) 為解決傳統(tǒng)止水失效導(dǎo)致漏水的問題，在兩道止水間設(shè)置預(yù)留孔，作為防滲堵漏排水及灌漿的預(yù)留通道。

常規(guī)的水工混凝土澆筑，在結(jié)構(gòu)縫上設(shè)置止水帶，形成防滲作用，一旦止水存在質(zhì)量缺陷，發(fā)生滲漏時難以對止水進(jìn)行修補(bǔ)或無法對滲水進(jìn)行集中引排。混凝土重力壩與心墻聯(lián)接部位亦存在此問題，因此，在相鄰壩段止水間進(jìn)行了預(yù)留孔的施工。在兩道止水帶之間的結(jié)構(gòu)縫處設(shè)置圓鋼管，混凝土澆筑初凝后，提升拔出圓鋼管，形成排水孔；排水孔通過預(yù)埋排水管將排水孔與廊道連通。排水孔設(shè)置在兩道止水帶的中間，并橫跨結(jié)構(gòu)縫。隨著止水帶布置，排水孔可以垂直布置到壩頂，也可以水平布置，施工過程中要確保排水孔的連通。排水孔通過排水管引入廊道內(nèi)，不僅可用于集中引排兩道止水帶之間的少量滲水，還可通過滲水量的變化判斷止水設(shè)施的有效性。施工完成后的排水孔作為大壩運行期內(nèi)止水設(shè)施有效性的觀測孔，既可以集中引排因大壩止水質(zhì)量缺陷而引起的滲水，也可以因大壩止水失效而發(fā)生大量滲水時作為灌漿孔對兩道止水帶之間進(jìn)行灌漿封堵[9]，從而有效防止大壩止水發(fā)生滲漏。此種大壩止水防滲漏施工方法，實現(xiàn)了在止水施工時，因發(fā)生質(zhì)量缺陷，出現(xiàn)滲漏情況，且在大壩蓄水后很難對止水質(zhì)量缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，對少量的滲水進(jìn)行集中引排。對大量的滲水，此排水孔作為灌漿孔對止水進(jìn)行灌漿修補(bǔ)。該方法施工投入低、操作亦簡單、質(zhì)量更有保證、施工效率高。

3.2 優(yōu)點

1) 通過“凹”型接頭，重力壩將接頭部位完全包裹于壩體內(nèi)，確保了接頭處的防滲效果。同時重力壩可以先行施工，較好避免了兩種壩型因結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致的工序交叉問題。

2) 混凝土心墻上下游部位的回填砂卵礫石料及防滲土料利用基礎(chǔ)開挖時的骨料，在確保施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上有效減少項目成本。

3) 在兩道止水間設(shè)置預(yù)留孔，可觀測滲水量的變化情況，判別止水設(shè)施的有效性，當(dāng)滲水量變大，止水設(shè)施失效時，也可作為灌漿止水的有效通道，解決了傳統(tǒng)止水失效導(dǎo)致止水難以防滲的問題。

4 結(jié)語

混凝土心墻土石壩已成為目前水電項目中廣泛采用的壩型，土石壩的防滲效果是檢驗其最終施工質(zhì)量的最重要因素。本文通過對土石壩體混凝土心墻與壩基混凝土防滲墻、土石壩與混凝土重力壩段的聯(lián)接方法及各自效果分析，研究一種適用于峽谷開闊地帶水電站項目中混凝土心墻土石壩的施工方法，該施工方法較傳統(tǒng)方法從成本控制、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度方面均取得了較好的效果，可以為類似壩型水電站施工提供參考。