錦屏一級(jí)水電站大壩導(dǎo)流底孔封堵設(shè)計(jì)

唐 虎，胡 筱，張 敬

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

錦屏一級(jí)水電站大壩導(dǎo)流底孔封堵設(shè)計(jì)

唐 虎，胡 筱，張 敬

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

根據(jù)錦屏一級(jí)水電站大壩導(dǎo)流底孔布置、溫控及混凝土參數(shù)等特性，進(jìn)行臨時(shí)導(dǎo)流底孔的封堵設(shè)計(jì)。本文扼要介紹洞身混凝土封堵段設(shè)計(jì)、洞身混凝土止水設(shè)計(jì)、溫控設(shè)計(jì)、灌漿設(shè)計(jì)及封堵混凝土配合比設(shè)計(jì)，對(duì)類似工程導(dǎo)流底孔封堵有一定的參考意義。

導(dǎo)流；底孔；封堵；止水；灌漿

0 前 言

錦屏一級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，工程裝機(jī)容量3 600 MW，保證出力1 086 MW，多年平均年發(fā)電量166.2億KW· h，年利用小時(shí)數(shù)4 616 h。樞紐建筑物主要由混凝土雙曲拱壩、壩身4個(gè)表孔＋5個(gè)深孔＋2個(gè)放空底孔與壩后水墊塘、右岸1條有壓接無(wú)壓泄洪洞及右岸中部廠房等組成。大壩壩高305 m，水庫(kù)正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，正常蓄水位以下庫(kù)容77.6億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容49.1億m3，屬年調(diào)節(jié)水庫(kù)。

1 概 述

錦屏一級(jí)水電站中、后期導(dǎo)流由導(dǎo)流底孔、放空底孔、放空深孔、泄洪洞和提前發(fā)電機(jī)組單獨(dú)或聯(lián)合泄流、渡汛。根據(jù)壩體接縫灌漿的進(jìn)度，結(jié)合中、后期導(dǎo)流調(diào)洪成果，考慮到閘門的工作水頭與運(yùn)行水頭，設(shè)計(jì)布置為5孔導(dǎo)流底孔（5 m×9 m－寬×高），導(dǎo)流底孔進(jìn)口高程1 700 m。

根據(jù)施工進(jìn)度，左右岸導(dǎo)流洞于2012年10月下閘，左岸導(dǎo)流洞堵頭于2013年3月底澆筑完成，右岸導(dǎo)流洞堵頭于2013年5月澆筑完成。根據(jù)壩體接縫灌漿進(jìn)程，充分利用汛期水量，確定1～5號(hào)導(dǎo)流底孔進(jìn)口閘門下閘時(shí)間分別為：1號(hào)孔2013年9月16日下閘，2號(hào)孔2013年9月17日下閘，3號(hào)孔2013年9月15日下閘，4號(hào)孔2013年9月18日下閘，5號(hào)孔2013年9月15日下閘。導(dǎo)流底孔下閘后，由放空底孔泄流，滿足區(qū)間的環(huán)保生態(tài)流量要求?，F(xiàn)正進(jìn)行導(dǎo)流底孔堵頭的混凝土澆筑施工。

導(dǎo)流底孔封堵主要分為洞身混凝土封堵段設(shè)計(jì)、洞身混凝土止水設(shè)計(jì)、溫控設(shè)計(jì)、灌漿設(shè)計(jì)及封堵混凝土配合比設(shè)計(jì)等。

2 洞身混凝土封堵段設(shè)計(jì)

2.1 封堵段長(zhǎng)

5個(gè)導(dǎo)流底孔孔身段的長(zhǎng)度，最短為53.63 m，最長(zhǎng)為61.17 m。孔身封堵段分A段（進(jìn)口段）、B段（中間段）和C段（出口段）。進(jìn)口段長(zhǎng)L1＝20 m，出口段長(zhǎng)L3＝19.97 m，中間段長(zhǎng)L2：1號(hào)孔14.52 m、2號(hào)孔13.66 m、3號(hào)孔14.11 m、4號(hào)孔16.00 m、5號(hào)孔21.20 m（見(jiàn)圖1）。

圖1 導(dǎo)流底孔封堵結(jié)構(gòu)示意

為保證封堵段混凝土與原壩體混凝土良好的聯(lián)結(jié)性，對(duì)導(dǎo)流底孔孔周混凝土采用風(fēng)砂槍沖毛；底板按2 m間排距埋設(shè)Φ28、L＝2.5 m插筋，插筋進(jìn)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(cè)預(yù)留排水通道外，其余部位均緊靠封堵閘門進(jìn)行頂門澆筑，對(duì)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(dǎo)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(zhǎng)5 m、高1.5 m、厚0.6 m的截水墻。將2根DN200鋼管穿過(guò)截水墻。鋼管進(jìn)口中心距底板45 cm，距側(cè)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(nèi)，通過(guò)排水鋼管排出倉(cāng)外。安裝時(shí)，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(wú)水條件下施工。

2.4 封堵混凝土施工

導(dǎo)流底孔封堵混凝土澆筑前，對(duì)導(dǎo)流底孔孔周混凝土缺陷、裂縫等進(jìn)行全面檢查和處理，并對(duì)孔壁混凝土表面、封堵體施工縫面進(jìn)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(xù)，鋪料均勻，振搗密實(shí)；封堵體頂部預(yù)埋回填灌漿管路，澆筑完成4d后進(jìn)行回填灌漿；封堵體A段頂部反弧段采取埋設(shè)通向?qū)Я鞯卓淄饪椎拇胧┐_?；炷撂钪軐?shí)。

封堵混凝土前一澆筑塊澆筑結(jié)束到另一相鄰澆筑塊澆筑開始時(shí)的間歇時(shí)間應(yīng)不小于72 h?；炷翝仓?yīng)保持連續(xù)性，澆筑混凝土允許間隙時(shí)間應(yīng)滿足5～8 d。泵送混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)不少于28 d，在養(yǎng)護(hù)期28 d以后，仍需采取適當(dāng)措施進(jìn)行表面保護(hù)。

封堵混凝土的上層混凝土層澆筑前，應(yīng)對(duì)下層混凝土的施工縫面進(jìn)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(wú)法與新澆層凝結(jié)在一起）應(yīng)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(shè)計(jì)

（1）混凝土強(qiáng)度。導(dǎo)流底孔封堵時(shí)，相應(yīng)的壩前水位約1 840 m，屆時(shí)拱壩承受設(shè)計(jì)總水推力的75%，導(dǎo)流底孔混凝土堵頭的主要功能是阻水及承擔(dān)封堵施工時(shí)水位增量荷載引起的壩體應(yīng)力，按照不低于相應(yīng)部位壩體混凝土C35（85%保證率）的強(qiáng)度的要求，封堵混凝土可采用C35（85%保證率）。

（2）混凝土設(shè)計(jì)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(dān)庫(kù)水位作用荷載，有效施工時(shí)段約7個(gè)月，扣除混凝土澆筑直線工期3個(gè)月，混凝土的齡期可達(dá)90～120 d。

綜合考慮水庫(kù)蓄水計(jì)劃和堵頭施工時(shí)段，為充分利用混凝土后期強(qiáng)度，減小水泥用量及水化熱溫升，封堵混凝土采用90 d設(shè)計(jì)齡期。

（3）混凝土自生體積變形?；炷磷陨w積變形為膨脹，不能抵消降溫收縮量，不能簡(jiǎn)化溫度控制措施，但可提高堵頭混凝土的抗裂安全系數(shù)，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(jié)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(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，對(duì)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(biāo)要求。

（4）混凝土級(jí)配。考慮導(dǎo)流底孔混凝土施工條件、施工工藝、施工設(shè)備性能等具體條件的限制，導(dǎo)流底孔封堵采用二級(jí)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(jí)配混凝土膠凝材料用量大、總堿量較高，長(zhǎng)期處于高壓水環(huán)境，具備堿活性反應(yīng)的三個(gè)要素?？紤]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(yīng)，粉煤灰摻量宜不低于30%。

（6）外加劑。通過(guò)對(duì)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(guī)律分析，并考慮到兩種材料的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)方面的差異，選擇具有穩(wěn)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(dǎo)流底孔封堵混凝土性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)流底孔封堵混凝土性能指標(biāo)

4 封堵混凝土止水設(shè)計(jì)

封堵混凝土在3個(gè)封堵段共設(shè)4道環(huán)形銅片止水（止水片采用W形紫銅止水片，長(zhǎng)46 mm，厚1.5 mm）。第一道止水位于進(jìn)口段A段，導(dǎo)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(jiàn)圖2）。

圖2 銅片止水示意

為加快封堵施工進(jìn)度，簡(jiǎn)化施工程序，提高止水效果，止水片在導(dǎo)流底孔施工時(shí)已預(yù)埋在壩體混凝土中，采用36a型槽鋼進(jìn)行保護(hù)，槽鋼內(nèi)部填充砂保護(hù)。在封堵混凝土施工前，割除止水的保護(hù)槽鋼進(jìn)行其矯形操作，清除外露止水片表面粘貼的防火石棉保護(hù)層操作時(shí)應(yīng)慎重，避免破壞止水片。邊墻和頂部止水片應(yīng)焊接成為整體，嚴(yán)格檢查焊接質(zhì)量，避免出現(xiàn)漏點(diǎn)、孔洞；混凝土澆筑過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)。

導(dǎo)流底孔封堵門下閘后，對(duì)各導(dǎo)流底孔進(jìn)行了全面檢查，特別是對(duì)各孔各道止水進(jìn)行了詳細(xì)檢查。3號(hào)導(dǎo)流底孔由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，保護(hù)上游第一道預(yù)埋止水的鋼板局部損壞，導(dǎo)致止水相應(yīng)的破壞，集中在導(dǎo)流底孔底板部位及邊墻底部約4 m高范圍，總計(jì)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(shí)間，相對(duì)以往刻槽埋設(shè)的方式更是增強(qiáng)了止水效果。

5 溫控設(shè)計(jì)

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

一期冷卻的目標(biāo)溫度為23～24℃，冷卻持續(xù)時(shí)間不少于21 d，降溫速率不超過(guò)0.6℃／d；中期冷卻目標(biāo)溫度17℃，降溫速率不超過(guò)0.3℃／d，冷卻持續(xù)時(shí)間不少于42 d；當(dāng)A、B段封堵體混凝土中期冷卻至18℃后進(jìn)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(dá)到63 d時(shí)，方可進(jìn)行二期冷卻降溫，二期冷卻的目標(biāo)溫度為12℃，要求降溫階段日降溫速率≤0.3℃／d。

混凝土內(nèi)預(yù)埋的冷卻水管采用內(nèi)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(dǎo)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(shè)計(jì)

導(dǎo)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(dǎo)流底孔兩側(cè)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(jìn)行，各段封堵混凝土澆筑完成4 d后即可進(jìn)行。采用預(yù)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(zhǔn)）。

用于灌漿的水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥，其水泥細(xì)度要求通過(guò)80 μm方孔篩，其篩余量不大于3%。

在封堵混凝土澆筑前，預(yù)埋灌漿管路（Φ50鋼管）系統(tǒng)，包括A、B路進(jìn)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(zhì)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(jìn)行下一段封堵混凝土施工。圖3為導(dǎo)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(jìn)、回漿管上每隔3 m設(shè)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(yù)先鉆出的灌漿孔（Φ10）中，灌漿孔伸入導(dǎo)流底孔孔壁混凝土25 cm，在封堵混凝土內(nèi)長(zhǎng)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(rùn)滑管道及測(cè)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(jìn)行接觸灌漿之前，灌漿區(qū)封堵混凝土齡期達(dá)到90d，且溫度冷卻至目標(biāo)溫度12℃。

用于接觸灌漿的水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)中熱

圖5 邊墻接觸灌漿A系統(tǒng)布置

6.3 接縫灌漿

進(jìn)行接縫灌漿之前，施工縫兩側(cè)封堵混凝土齡期達(dá)到90 d，且溫度冷卻至目標(biāo)溫度12℃，前后段的接觸灌漿已完成。

用于接縫灌漿的水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥，當(dāng)接縫灌漿張開度大于1 mm時(shí)，其水泥細(xì)度要求通過(guò)80 μm方孔篩，其篩余量不大于3%；當(dāng)接縫灌漿張開度小于1 mm時(shí)，采用42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥進(jìn)行磨細(xì)，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(xì)度要求通過(guò)80 μm方孔篩，其篩余量≤3%；用于接觸灌漿的細(xì)水泥采用42.5級(jí)中熱硅酸鹽水泥進(jìn)行磨細(xì)，要求Dmax＜40 μm。

為保證邊墻接觸灌漿施工質(zhì)量，接觸灌漿采用垂直布置的重復(fù)灌漿A系統(tǒng)（垂直灌漿管間距2 m，出漿節(jié)點(diǎn)間距2 m，下部設(shè)置進(jìn)漿管、回漿管，上部設(shè)進(jìn)、回排氣管，排氣管保護(hù)膜為牛皮紙）（見(jiàn)圖5）和升漿槽接觸灌漿B系統(tǒng)（即下部布置進(jìn)漿槽和進(jìn)、回漿管，上部布置排氣槽和進(jìn)、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(jiàn)圖6）。升漿槽與垂直布置重復(fù)灌漿管間隔布置。升漿槽接觸灌漿系統(tǒng)進(jìn)漿槽與排氣槽均布置于重復(fù)灌漿系統(tǒng)的外側(cè)。接觸灌漿時(shí)先采用升漿槽接觸灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿，同時(shí)為避免其灌漿導(dǎo)致重復(fù)灌漿系統(tǒng)管路堵塞，對(duì)重復(fù)灌漿系統(tǒng)管路進(jìn)行通水平壓（之后再進(jìn)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(duì)A段封堵體進(jìn)行接觸灌漿時(shí)，適當(dāng)控制灌漿壓力，采取措施保證灌漿密實(shí)。同一區(qū)段的接觸灌漿應(yīng)按先兩邊墻后頂板的順序進(jìn)行。最大灌漿壓力時(shí)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(tǒng)布置

預(yù)埋灌漿系統(tǒng)埋設(shè)于封堵混凝土先澆段，預(yù)埋灌漿管路和部件：包括進(jìn)漿管（兼作排氣管）、回漿管（兼作排氣管）、出漿盒、橡膠止水帶、止?jié){片。預(yù)埋管采用PVC管，進(jìn)漿管、回漿管采用內(nèi)徑為Φ1″；排氣管內(nèi)徑為Φ2″；進(jìn)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(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)流底孔下閘后，為防止因閘門止水失效進(jìn)而周邊漏水或門槽處淤積物可能對(duì)封堵混凝土澆筑施工造成影響，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)水條件下施工。封堵體施工條件復(fù)雜，作好各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案，對(duì)導(dǎo)流底孔下游出口部位，應(yīng)做好相應(yīng)的安全防護(hù)措施，保證施工人員及機(jī)械安全。

為便于溫度控制、溫度監(jiān)測(cè)及灌漿需求，要求對(duì)各封堵段應(yīng)埋設(shè)的溫度計(jì)、測(cè)縫計(jì)數(shù)量應(yīng)不小于3支，埋設(shè)位置應(yīng)滿足觀測(cè)評(píng)價(jià)需要，也可結(jié)合永久監(jiān)測(cè)進(jìn)行。在混凝土澆筑過(guò)程中，應(yīng)至少每4 h測(cè)量一次混凝土卸料時(shí)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(jí)工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、研究工作。