淺談砌石單曲拱壩改建的技術要點

方 翔

（三明市水利水電工程有限公司,福建 三明 365000）

1 工程概述

砂坪水庫位于三明市三元區陳大鎮砂蕉村砂坪自然村丁后嶺下游,所在河流砂蕉溪為臺溪一級支流。水庫壩址以上控制流域面積為13.6 km2。水庫正常蓄水位349.3 m,相應庫容9.41萬m3。該水庫始建于1987年8月,1988年2月建成并投入運行。目前主要功能是為三元區小蕉工業園區供水廠提供原水水源。

砂坪水庫大壩改建工程是梅列區小蕉片區第二供水工程項目杉板坑引調水工程及砂坪水庫清淤改造工程中的重要分部工程。工程于2021年10月1日開工,2023年3月12日完工,2023年3月15日通過分部工程驗收,結論合格。

本項目建設單位為三明市瑞云新區建設發展有限公司,設計單位為福建水院科技服務有限責任公司。監理單位為三明市水利水電工程有限公司,施工單位為廈門安能建設有限公司,質量監督單位是三明市三元區水利工程質量技術站。

2 大壩改建前工程布置

大壩為砌石單曲拱壩,壩頂弧長40.7 m,頂寬1.2 m,壩頂高程351.3 m,最大壩高10.3 m；壩體上下游面為M10水泥砂漿砌方整塊石,壩腹為C15混凝土砌塊石；溢流堰布置在壩頂中央,堰頂高程349.3 m,溢流壩段弧長20.0 m；放水管道布置在大壩右側,采用DN400鑄鐵管壩內埋管,下游面閘閥控制。

沙坪水庫上游部分流域,由于多年來人為活動、項目建設無序開發、水保設施遭受破壞,加重了流域內水土流失現象,庫內泥沙淤積嚴重,泥沙淤積擠占了興利庫容5.88萬m3和死庫容1.5萬m3,共計達7.38萬m3,占總庫容的78.4%,水庫淤積嚴重。此處,大壩壩基滲水、排泥管道堵塞、閘閥銹蝕破損等問題,嚴重影響到大壩正常運行,并危及水庫下游工農業生產和城鎮居民的生活安全。

3 大壩改建的主要內容

（1）拆除溢流壩段346.7 m高程以上和非溢流壩段351.3 m高程以上的舊壩體及溢流面、工作橋。

（2）在大壩下游側采用C15埋石混凝土培厚加高,壩頂寬度由1.2 m擴至3.5 m；壩頂高程由351.3 m上升到352.0 m。培厚壩基布設固結灌漿孔和帷幕灌漿孔進行固結、帷幕灌漿。

（3）溢流堰頂增設3扇擋水閘,孔口尺寸3.5 m×3.0 m（寬×高）,排水閘采用螺桿啟閉機控制。溢洪道總寬15.5 m,采用挑流消能,下游面增設鋼筋混凝土護坦。

（4）大壩左、右岸增設C15埋石混凝土重力墩,平面尺寸3.0 m×3.5 m；左岸增設DN600生態流量管；右岸增設1扇排砂閘,孔口尺寸2.3 m×2.2 m（寬×高）,螺桿啟閉機控制閘門。

（5）壩頂恢復工作橋,增設二層鋼筋混凝土框架結構啟閉房。

4 拱壩培厚、加高改建應掌握的技術要點

4.1 舊壩體拆除不得影響及破壞大壩壩體的整體性

壩體拆除部分包括大壩鋼筋混凝土、塊石漿砌體,并拆除大壩左下側埋置的生態流量管,并擴寬大壩右下側沖砂閘孔,其尺寸為3.0 m×3.0 m的方孔,拆除總量約100.0 m3。在拆除過程中為了不影響和破壞壩體的整體性。動工拆除前應根據大壩體型單薄、拱壩受力特征,制定安全合理的施工方案,采取人工拆除為主,用小型電、風鎬等拆除工具,從上游面往下游面水平逐層破拆的施工方案,較好地完成了破拆,達到了不破壞未拆除壩體整體性的設計要求,為大壩補強改建作好準備。

4.2 大壩培厚段基礎處理,不得擾動原拱壩壩體基礎

按照設計要求,大壩培厚段基礎開挖底高程與原壩體基礎底高程持平,基底地質為弱風化變質石英砂巖,基礎處理包括基礎土、石方開挖,局部破碎帶挖除并用C15混凝土回填,C15混凝土墊層,固結灌漿和帷幕灌漿。

大壩基礎開挖采用先岸坡后河床,左、右岸對稱,自上而下的施工方法,并遵循大壩基礎開挖施工的有關技術規范要求,采用200 反鏟挖掘機開挖基礎,基底按設計高程預留0.2 m～0.3 m厚的保護層,保護層應采用人工方式挖除,以避免造成基礎面破損。基礎開挖達到設計要求并進行驗收合格后,方可采用C15混凝土進行墊層封閉。

壩基灌漿包括固結和帷幕灌漿。固結灌漿采用1臺100型潛孔鉆成孔,孔徑91 mm,鉆頭采用合金鋼鉆頭,漿液采用LJ-1.0型立式150 L雙桶攪漿機攪拌,灌漿則采用1臺ZMB-6型雙缸雙液活塞式注漿泵進行循環灌漿。在灌漿前,先將灌漿孔按排序逐孔編號,遵循排序逐漸加密的原則,同時,漿液水灰比按設計規范要求,從稀到濃依次進行。為確保不擾動原拱壩壩體基礎,固結灌漿壓力采用0.3 MPa～0.5 MPa,在最大壓力0.5 MPa,吸漿量小于1 L/min時繼續30 min即結束灌漿,并采用導管注漿法封孔。

帷幕灌漿在固結灌漿完成后進行,孔距2.0 m,在溢流壩段單排防滲帷幕,孔深達到相對隔水層以下3.0 m,根據先導孔確定。灌漿順序和漿液比按設計規范要求進行。

在固結灌漿和帷幕灌漿施工過程中,現場技術員巡視檢查拱壩上下游面是否溢漿,漏漿和未拆除壩體墊層的變化情況,確保在加壓灌漿時不擾動原壩體基礎,通過灌漿加強大壩基礎整體性和剛度。

大壩基礎開挖后,即進行左、右岸重力墩C15埋石混凝土施工,待固結、帷幕灌漿檢查驗收合格后即進行壩體C15埋石混凝土培厚施工。

4.3 拱壩培厚施工,必須確保新舊壩體緊密結合,形成整體

在拱壩培厚施工前,應認真組織技術人員,熟悉設計方案,與設計人員溝通,了解和掌握設計理念和設計前置條件；并向施工人員進行技術交底、明確拱壩培厚新、舊壩體形成整體性的關鍵技術要點,在施工過程中,工作人員采取了新、舊壩體接觸面處理、錨桿連接和接觸灌漿等關鍵技術要點,以確保拱壩培厚新、舊壩體形成整體性的目標。同時,還需要進行技術交底,明確以上要點,以保證施工的效果。

4.3.1 原舊壩體接觸面處理

對于培厚部位的舊壩體壩面,先鑿除漿砌塊石體的勾縫水泥砂漿,鑿除深度2 cm,同時清除壩面的雜質,然后用高壓水槍沖洗干凈。

4.3.2 水泥砂漿錨桿連接新、舊壩體

采用氣腿式鉆機按設計要求間距1.0 m×1.0 m進行鉆孔,孔深0.5 m,錨桿采用Φ22螺紋鋼筋、L=1.5 m,水泥砂漿采用M20,待水泥砂漿凝結后,進行壩體C15埋石混凝土培厚。施工時注意毛塊石和模板、混凝土入倉不得碰觸預埋的錨桿。

4.3.3 接觸灌漿以加強新舊壩體的結合

當大壩培厚施工至設計高程,即溢流壩段346.7 m,非溢流壩段351.7 m后,即可進行接觸灌漿。接觸灌漿采用100型潛孔鉆按設計要求孔距3.0 m進行鉆孔,孔深鉆入基巖面1.0 m,在C15埋石混凝土強度達到設計值的70%后即可進行鉆孔,灌漿漿液比按施工規范要求進行。

在接觸灌漿施工過程中,注漿時要檢查壩上游面和培厚段下游面的漿液冒漿情況,發現冒漿時應采用棉花堵塞,灌漿壓力必須達到0.3 MPa和新舊壩體接觸縫漿液的飽和度,加強新舊壩體的緊密結合,形成整體。

4.4 應控制溢流壩表面施工的技術要點

當壩體培厚形成整體后,進行溢流壩面施工。溢流壩面采用C30 鋼筋混凝土澆筑。為防止溢流壩面與培厚壩面形成水平面通縫產生滲漏,經設計方同意,在溢流壩面鋼筋安裝前,采用Φ22 L=1.5 m錨桿垂直壩面進行布設,間距2.0 m×2.0 m,深入培厚壩體1.0 m,在C30 混凝土澆筑前,采用M10水泥砂漿作為膠結層,形成整體,并確保不會發生水平通縫而引起滲漏。目前水庫下閘蓄水后,經檢查,此法適用可行。

4.5 庫內清淤應確保庫周山體的穩定性

砂坪水庫歷經30多年的運行,庫內淤積量已達到庫容的78.4%,嚴重影響水庫的正常運行,清淤迫在眉睫。水庫庫內清淤必須注意不要對庫周岸坡穩定性造成影響。

在庫內清淤時,根據設計的清淤范圍進行庫周放樣測量,明確具體清淤范圍和岸坡開挖坡比；將岸坡底邊定位清淤開挖上邊線,為確保岸坡穩定,盡量沿原始岸坡,從水庫末端往大壩逐層開挖,確保水庫周邊山體的安全穩定。

5 結語

砂坪水庫改建工程于2021年10月1日開工,2023年3月12日完工驗收,并下閘蓄水,未見質量缺陷的問題。綜上所述,砌石單曲拱壩改造應掌握的新、舊壩體接觸面處理、錨桿連接和接觸灌漿三大技術要點是保證改造施工的質量關鍵,對砼或砌石拱壩、重力壩的施工改造均可借鑒。社會在進步,水利事業在發展,一批大、中型水利工程陸續開工建設,為人民的生活質量、農田灌溉、工業發展起到決定性作用；但地處偏僻山區的二十世紀七八十年代建設的小型水利工程也急需改建、擴建,發揮應有的作用。本文闡述的改造施工技術要點也可為奮斗在水利事業一線的專業技術人員起到拋磚引玉的參考價值。