高坝洲碾压混凝土大坝廊道设置研究

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

简介： 本文通过分析碾压砼大坝廊道布置原则、布置方式以及碾压砼大坝坝内廊道结构型式与施工方案的优化，提出了高坝洲水电站二期碾压砼大坝廊道结构型式的最佳选择。
关键字：碾压砼 大坝廊道布置 高坝洲二期碾压砼大坝廊道布置

1 碾压混凝土大坝廊道布置原则

　　为了灌浆、排水、监测、交通和运行维护需要，碾压混凝土大坝一般都要设置廊道。对常态混凝土大坝来说，布置廊道是很简单的事，但对碾压混凝土大坝开设廊道却制约了工程的施工进度，发挥不了碾压砼快速施工的特点。为了减少施工干扰，增大施工仓面，碾压混凝土大坝布置廊道要遵循以下原则:

　　1）.尽量做到不设或少设，对没有灌浆要求并低于50m高的碾压混凝土大坝最好不设廊道；

　　2）.力争做到一个廊道多种用途；

　　3）.尽可能不设倾斜的廊道；

　　4）.廊道断面设计尽量做到最小。

2 碾压混凝土大坝廊道布置方式

碾压混凝土大坝廊道布置大约有如下四种方式，见下图：

　　（1）A型廊道布置方式是在坝踵上游坝基基岩内开一齿槽，回填常态混凝土，在其中设置基础廊道，此回填坝体与坝踵可用可靠止水措施柔性连接。

　　这种廊道布置方式的优点有：①减少了碾压混凝土的施工干扰；②减小了坝基扬压力；③改善了坝踵处应力状态。

这种廊道布置也存在如下缺点：①增加了大坝工程量；②由于盖重小，对高压帷幕灌浆还需采取一定的措施，因此这种廊道布置方式不适用于有高压帷幕灌浆的碾压混凝土大坝。

　　（2）B型廊道布置方式是将基础廊道设置在坝踵外伸部份，这种布置方式对增加坝体稳定十分有利。但同样也存在增加了坝体工程量特别是常态混凝土的工程量，由于盖重小，也不适用于有高压帷幕灌浆的碾压混凝土大坝的缺点。

　　（3）C型廊道布置方式是将基础廊道设置在坝踵齿墙内。这种布置方式可减少施工干扰和增加大坝的抗滑稳定，但这种布置方式也有明显缺点：即增加了大坝开挖和混凝土浇筑的工程量，增长了施工工期，对有工期要求的碾压混凝土大坝不一定适用。

　　（4）D型廊道布置是将基础廊道布置在大坝坝体内，这种廊道布置方式优点是大坝工程量不需增加，布置比较简单，缺点是减小了碾压混凝土的施工仓面，干扰了碾压混凝土的施工，因此对有工期要求的碾压混凝土大坝要采取相应的工程措施和施工方法后采用。

　　以上四种廊道布置方式各有其优缺点，一个碾压混凝土大坝，究竟采用哪种型式的廊道布置方式，要根据具体的情况而定。不过，国内外许多碾压混凝土大坝象常态混凝土大坝一样，仍采取D型廊道型式，即将基础廊道布置在大坝坝体内。为减少对碾压混凝土的施工干扰，主要对廊道结构型式和施工方法进行优化。

3 碾压混凝土大坝坝体内廊道结构型式与施工方法的优化

　　碾压混凝土大坝坝体内廊道结构型式有很多，但主要型式有三种，即现浇廊道、柳溪坝式廊道和预制廊道。一个工程究竟采用哪种廊道型式，与该工程总的施工组织和总的施工要求密切相关，不同的工程，不同的要求，廊道结构型式就不一样。

　　3.1 现浇廊道结构型式

　　现浇廊道结构型式一般适用于“金包银”式的碾压混凝土大坝，即碾压混凝土外面都用常态混凝土包住，廊道设在常态混凝土中，不影响碾压混凝土的施工。由于“金包银”式碾压混凝土大坝施工比较复杂，而且现浇混凝土施工进度赶不上碾压混凝土，随着人们对碾压混凝土认识的深入和发展，近十年来，“金包银”式碾压混凝土大坝方案已不再被采用，取而代之的是采用全断面碾压混凝土结构型式。由于采用全断面碾压混凝土结构型式，现浇廊道在廊道高程区域将碾压混凝土施工仓面分成若干小仓面，再加上钢筋绑扎，使碾压混凝土入仓和铺碾变得十分困难。另外，廊道以上的碾压混凝土因要等待常态混凝土龄期而不得不推迟几个星期铺碾。因此现浇廊道方法尽管经验成熟，但在全断面碾压混凝土大坝采用很不适宜。

　　3.2 柳溪坝式廊道型式

　　柳溪坝式廊道型式是在美国柳溪碾压混凝土大坝探索发展起来的，故名叫柳溪坝式廊道型式。柳溪坝廊道原理是在填料浇筑层碾压完成后，用反铲挖除廊道部位的碾压混凝土，回填无胶凝材料的骨料，待工程铺碾到一定高程或完工后，再挖除回填骨料，形成廊道。用这种方法，不影响碾压混凝土大仓面铺碾，因此特别适用于全断面碾压混凝土大坝，如澳大利亚的柯普菲尔德碾压混凝土大坝也采用了这种廊道施工方法。但柳溪坝式廊道因要在大坝碾压混凝土上升到一定高度后挖除廊道骨料，廊道提供很迟，因此，该廊道不适用于廊道内有繁重施工任务的碾压混凝土大坝。

　　3.3 预制廊道型式

　　预制廊道型式有很成熟的施工经验，施工也很简单，即场外预制，仓内吊装，但预制廊道方法象现浇廊道一样在廊道高程范围内也影响了碾压混凝土大坝的施工进度，另外采取预制廊道不很经济，所以作为工程的业主都不愿意采用这种结构型式的廊道。但是，如果廊道施工任务很重，大坝施工进度要求也比较紧迫，那么采用预制廊道型式就是最佳的选择。

4 高坝洲碾压混凝土大坝廊道设置

　　4.1 大坝廊道布置方式

　　高坝洲碾压混凝土大坝基础为强透水性灰岩，帷幕灌浆任务重，压力大，因此采用了在坝体内设置廊道的布置方案，见图。

　　4.2 工程总体工期分析

　　高坝洲水电站要求二期碾压混凝土大坝在一个枯水期内完成截流、围堰施工、基坑开挖、碾压混凝土浇筑、大坝固结灌浆和河床坝段主排帷幕灌浆等工序施工，施工工期十分紧张，施工工序一环套一环，环环相扣，据统计，在国内已建工程中象高坝洲二期工程这样紧凑的工序尚无先例。鉴于任何一道工序卡关，都将导致二期工程不能满足度汛要求，出现无法挽回的损失，因此对每一道施工工序都不可忽视，其中廊道结构型式的选择就是不容忽视的问题之一。

　　4.3 二期碾压混凝土大坝河床坝段上主排帷幕灌浆施工条件

　　高坝洲水电站枢纽建筑物基础为溶蚀性的白云质灰岩和灰质白云岩，透水性极不均匀，为降低坝基扬压力，削减基础渗漏量及防止坝基软弱剪切带与断层的渗透破坏，在挡水建筑物上游侧基础设置了防渗帷幕。

　　按照高坝洲水电站施工网络计划的要求，二期大坝河床坝段上主排帷幕必须在汛前（即6月初）完成，否则，大坝的抗滑稳定和边缘正应力就不能满足规范要求，而上主排帷幕灌浆的施工要受控于以下四个条件：

　　（1）大坝基础廊道部分坝段固结灌浆必须在上主排帷幕灌浆施工前全部完成，而固结灌浆必须在廊道顶拱形成后才能开始。

　　（2）混凝土盖重至少要达到20m，才可进行上主排帷幕灌浆的施工。

　　（3）上主排帷幕灌浆施工至少需要一个月的工期。

　　（4）1999年6月初，上主排帷幕灌浆必须全部完成。

　　4.4 二期碾压混凝土浇筑与基础廊道灌浆施工工期分析

　　高坝洲水电站二期大坝上游侧设有基础廊道，廊道底高程37m，廊道尺寸3.0×3.5m（见图）。帷幕灌浆施工和部分坝段固结灌浆施工都要在廊道内进行，按照二期大坝河床坝段上主排帷幕灌浆受控的四个条件和施工网络计划的要求，二期大坝混凝土浇筑与基础廊道的施工工期如下：

　　1）二期大坝混凝土施工工期

　　二期大坝垫层混凝土在1999年2月20日开始浇筑（以下工期均指1999年），浇筑垫层混凝土至高程35.5m（包括完成大部分坝基固结灌浆），约需一个月的工期，于3月20日完成。垫层混凝土浇筑完成后开始进行碾压混凝土的浇筑，碾压混凝土摊铺层厚33cm左右，每层碾压6~8遍，要求6~8小时完成一个施工循环，另外，按散热要求，碾压混凝土必须采用分层浇筑的方式，根据施工单位所采用的doka模板的参数，每升程厚2.4m，停歇2.5~5天后，再进行下一升程的施工。据此计算，平均每升程至少需要5天的施工工期，从高程35.5m浇至高程57m（廊道底高程37m，混凝土盖重20m则需浇至高程57m才能进行上主排帷幕灌浆的施工），需一个半月的工期，则到5月5日才能完成高程57m以下碾压混凝土的浇筑，而帷幕灌浆施工要求5月初开工，恰好满足要求，这就要求廊道施工不能占直线工期。

　　2）廊道内灌浆施工工期

　　按照上述二期大坝混凝土施工工期的分析，浇至廊道顶高程约在4月5日，廊道形成后进行部分坝段固结灌浆施工(含施工准备期)约需25天工期，帷幕灌浆施工准备约需5天工期，则在5月初可具备帷幕灌浆施工条件，也正好满足二期大坝河床坝段上主排帷幕灌浆施工工期的要求，这样就要求廊道形成后，廊道内不得进行其他工序的施工。

　　4.5 廊道结构型式的探讨

　　高坝洲水电站二期碾压混凝土大坝基础结构型式，如采用设计提出的现浇混凝土方案，由于立模、钢筋绑扎、混凝土浇筑等施工环节和层间间歇期的要求，完成廊道施工至少需要40天工期，那么，二期工程施工工期将向后推迟40天，则不能满足工程度汛要求；如果采用柳溪坝式廊道的方式，虽有利于碾压混凝土大仓面施工，但由于柳溪坝式廊道要在铺碾到廊道顶部一定高程后才能挖除廊道内骨料，约需两个月时间，则二期河床坝段上主排帷幕灌浆的施工相应推迟两个月时间，也不能满足工程渡汛的要求；如采用预制廊道结构型式，虽不利于碾压混凝土大仓面作业，但预制廊道不占廊道内项目施工的直线工期，能满足施工网络计划的要求，所以预制廊道结构型式应是高坝洲水电站二期大坝廊道结构型式的最佳选择。