泗南江电站首部枢纽工程施工技术

发表时间:2021/1/13   来源:《科学与技术》2020年第27期   作者:李庆国
[导读] 泗南江水电站大坝左岸1#崩塌堆积体[1]与河床冲积层的利用
        李庆国
        中国水利水电第十四工程局有限公司土木事业部

        [摘要]  泗南江水电站大坝左岸1#崩塌堆积体[1]与河床冲积层的利用,大大节约了工程量,累积减少工程直接投资约1200万元,节省工期约六个月。大坝填筑料开采、大坝填筑及挤压边墙施工工艺、基础灌浆、面板止水保护及混凝土施工、导流洞封堵等施工技术的应用确保了质量和工期,取得了较好的经济效益。水库自2007年10月底蓄水至今,经历了汛期的考验。监测资料成果分析表明,大坝运行正常,渗水量最大4.2升/s;坝体最大沉降量74cm,占坝高的0.64%,1#崩塌堆积体范围坝体变形正常,无明显突变。多方面论证结果表明泗南江水电站面板堆石坝设计\施工是安全、合理、经济的。

        主题词:崩塌堆积体  挤压边墙  止水保护  坝料开采  新技术应用

1  工程概况
1.1地理位置
        泗南江水电站位于云南省思茅地区墨江哈尼族自治县那哈乡、坝溜乡和泗南江乡境内。以发电为主,采用跨流域、混合式开发,工程等级为Ⅱ等大(2)型工程,主要建筑物设计等级:拦河坝为面板堆石坝为1级;溢洪洞、电站进水口、泄洪冲沙(兼放空)洞为2级;次要建筑物为3级;临时性建筑物为4级。
        水库正常蓄水位为900.0m,相应库容为2.46×108m3;死水位为860.0m,相应库容为0.45×108m3,调节库容为2.01×108m3,调节特性为年调节(库容系数0.15)。电站总装机容量为201MW,保证出力56.3MW,年发电量9.08×108kW·h,年利用小时数4575h。
2工程特点、难点及施工技术
2.1工程设计的难点及先进性
        工程枢纽区坝址两岸地形较完整,为横向谷,岩石软硬相间出现,均一性相对较差,有F12、F13、F14三条较大规模的断层分布,坝基下部风化较浅、上部风化较深,两坝肩岸坡均分布有崩塌堆积体,工程地质条件较为复杂。河床冲积层厚3~6m,两岸覆盖层厚度多在3~7m间。
        1)1#崩塌堆积体作为大坝基础的适应性研究:1#崩塌堆积体主要位于左岸坝轴线下游,分布范围大,自河床起分布高差约220m,为崩积混坡积物,厚度多在20m~30m间,自然状态下处于稳定状态,开挖边坡稳定性差。若考虑1#崩塌堆积体全部挖除,开挖后左岸坝肩边坡高约350m,存在潜在不安全因素,且投资增加较高。因此大埋深的堆积体作为百米级高坝坝基的适应性研究,成为较关键的技术问题。为查明崩塌堆积体的工程特性,除现场进行的比重、界限含水率、颗粒级配分析试验及相对密度试验,另外加补了室内三轴强度试验、现场的载荷试验及载荷试验试后颗粒级配分析试验,分析其承载及变形能力、透水性及渗透稳定性。根据分析研究成果,确定1#崩塌堆积体经处理后可以作为堆石体基础,主要处理措施为:清除表层3~5m架空及相对不密实层,减少坝基沉降;在建基面上设置反滤保护层,确保崩塌体不受渗透水影响,避免崩塌体浸水后可能发生的湿化、滑移,确保崩塌体的渗透稳定。增设坝体下游侧1#崩塌堆积体范围的排水设施,保证水库蓄水后堆积体内浸润线不抬高,不恶化坝坡稳定条件。根据坝坡稳定分析成果,适当调整坝坡以确保坝坡稳定。
        2)河床冲积层的利用研究:河床冲积层主要为漂石、卵、砾石夹砂、砂质土,厚度较小,多在3~6m间,具有一定承载能力,可以利用。趾板下游侧60m范围内坝基河床冲积层要求全部挖除,其余的河床冲积层要求清除表层1~2m的粉细沙层,并作压实处理。坝轴线上游侧河床段预留冲积层均采用垫层料与过渡料进行渗流反滤保护。
        3)委托南京水利科学研究院采用三维非线性有限元法对泗南江水电站混凝土面板堆石坝在静力情况下的应力变形特性进行了数值计算,研究了施工期、蓄水期情况下坝体的静力应力变形特性,重点研究了混凝土面板的应力变形特性和面板周边缝、垂直缝的位移,以及坝料和崩塌堆积体的主要计算参数对坝体特别是防渗体系应力变形特性的影响。此外,使用非线性强度指标,采用简化Bishop条分法,分析了坝坡在各种工况下的抗滑稳定性。
        4)面板防裂设计[2]:面板设垂直缝,其间距根据坝体变形及施工条件定为12m,共28条。借鉴纳兰水电站设计经验,面板采用双层双向配筋,每向配筋率为0.3~0.4%,并在周边缝的面板一侧配置局部附加抗挤压钢筋,垂直缝两侧采用上、下层钢筋对弯替代抗挤压钢筋。
        5)止水设计:为改善混凝土浇筑条件,取消周边缝传统设计的中部PVC止水,改为缝顶塑性填料止水,为确保防渗效果,另在防渗盖片上部增加一道粉煤灰止水。张性缝及压性缝均改为缝顶塑性填料止水。底部止水仍采用铜片止水。穿孔镀锌铁皮保护罩改为不锈钢材料,以增强耐久性。
2.2工程施工的难点、特点及施工技术
        面板堆石坝填筑工程量大、工期紧、填筑强度高、填筑工艺要求严、上坝施工道路布置较为困难;河床坝基存在裂隙、溶隙及F13断层,基础处理工程量较大,技术复杂,施工难度较大,是大坝施工的重点和关键线路。施工中通过合理安排施工程序,积极采用先进的施工技术和编排周密的施工进度,紧紧围绕大坝这一关键线路和重点、难点工程,针对截流、大坝基础处理和填筑、面板混凝土浇筑等重点和难点项目,优化施工技术方案,合理配置人力、机械设备资源,全面展开施工,确保了施工的顺利进行和合同工期的实现。
        1)左岸高边坡综合治理
        左岸坝轴线上游趾板及坝肩开挖边坡最大高度达180m,其中在EL865~950m高程分布有强卸荷岩体,覆盖层厚度相对较大、岩体风化强烈,强风化下限水平深度达16~22m (对应的垂直埋深为15~20m);卸荷强烈,强卸荷带水平深度达25~32m,受F14断层影响,岩层挤压明显、节理裂隙较发育,岩体完整性差。左岸坝轴线上游趾板及坝肩边坡属高边坡开挖,如何确保开挖边坡稳定是施工的一大难点和特点,针对左岸边坡地质条件和强卸荷岩体分布特征,采取削坡减载、加强排水、深层锚固、加强监测等综合治理措施,将整个左岸坝肩边坡分五个区加固,各区处理措施如下:
        (1)965.00m以上边坡,出露岩体以全风化及其上覆层为主,受地形条件限制开挖坡比1:1.15,支护措施为9.0m长φ25锚杆系统布置,设混凝土压坡梁,梁间挂网喷混凝土封闭。每台边坡马道上设2.0m矮挡墙压坡脚,3φ32锚筋桩锁口。马道上方1.0m处设一排15.0m深排水孔。
        (2)EL965.00~935.00m边坡,出露岩体以强风化为主,设计坡比1:1.35,支护措施为3.0m长φ25锚杆系统布置,挂网喷混凝土封闭。并设置混凝土贴坡挡墙支护。边坡EL937.00m、EL947.00m高程各设置一排1000KN级预应力锚索。马道上设3φ32锚筋桩锁口,马道上方1.0m处设一排15.0m长深排水孔。EL.935.00m高程布置一条排水洞以加强上部边坡排水。
        (3)EL935.00~905.00m边坡,出露岩体以卸荷的强、弱风化为主,节理、裂隙发育,设计坡比1:1.0。支护措施为4.5m、9.0m长φ25锚杆系统交错布置,挂网喷混凝土封闭。边坡上共设置5排1000KN级预应力锚索,结合网格梁布置。905.00m高程布置一条排水洞以加强上部边坡排水。
        (4)EL905.00~870.00m边坡,出露岩体以卸荷的弱风化为主,该段属水位变幅区,设计坡比1:1.0。支护措施为4.5m、9.0m长φ25锚杆系统交错布置,贴坡混凝土封闭。边坡上共设置7排1000KN级预应力锚索。
        (5)870.00m以下边坡,出露岩体以弱风化为主,设计坡比1:0.75。支护措施为4.5m、9.0m长φ25锚杆系统交错布置,贴坡混凝土封闭至850.00m高程,以下采用挂网喷混凝土封闭。上述(2)、(3)、(4)区为左岸边坡治理的关键部位。施工中制定切实可行的技术措施,开挖前做好截、排水措施,采取自上而下、分台阶进行的开挖方法,土方和强风化岩体采用反铲直接进行开挖,石方开挖采用手风钻小药量进行爆破,支护紧随开挖工作面进行,边坡开挖完成先素喷5cm厚混凝土封闭后进行下一级边坡开挖,后续的锚喷支护及时跟进,为加快支护进度,施工中专门配置一台液压潜孔钻,随开挖高程下降及时进行锚杆造孔。锚索型式采用无粘结型,张拉段和锚固段注浆合并成一次施作,简化了施工程序,从而加快了锚索施工进度。随着施工的进展及时地完成边坡监测设施,并加强监测,及时反馈信息以指导施工,确保边坡稳定及安全。
        通过采取上述一系列的工程处理措施,使得左岸坝肩边坡在整个施工过程中没发生任何塌方现象,促进了工程进度。目前,边坡锚索测力计、表面变形观测墩、多点位移计和测斜孔监测资料表明,该边坡处于稳定状态,说明左岸坝肩边坡采取的工程处理措施是合理可行的。
        2)大坝基坑抽排水
泗南江流域暴雨强度较大,多年平均降雨量为1710mm。坝址区降雨量大,地下水丰富,基坑排水是施工中的一大难点。
        上游截流戗堤合龙闭气后,需首先排除基坑积水、渗水和汛期强降雨水。由于左右岸边坡汇水面积较大,而河床趾板基坑建基面较低,加上基坑渗水、趾板灌浆用水量大,因而需设置经常性排水措施,针对本工程的特点,施工期共设置4个抽水泵站,总抽排水能力约为700 m3/h,满足了大坝施工进度要求。
        3)左岸1#崩塌堆积体处理[3]
        1#崩塌堆积体主要位于左岸坝轴线下游,分布范围大,自河床起分布高差约220m,为崩积混坡积物,厚度多在20~30m间,自然状态下处于稳定状态,开挖边坡稳定性差。经设计多方面、深层次的分析研究,确定1#崩塌堆积体经处理后可作为堆石体基础,从而避免了高边坡施工,加快了工程进度,且降低了工程投资。
        采取的处理措施为:(1)清除崩塌堆积体表层3~5m架空及相对不密实层,减少坝基沉降;
        (2)在建基面上设置反滤保护层(1m厚垫层料和2m厚过渡料),确保崩塌体不受渗透水影响;
        (3)增设坝体下游侧1#崩塌堆积体范围的排水设施,保证水库蓄水后堆积体内浸润线不抬高,不恶化坝坡稳定条件;
        (4)870m高程以下后坝坡放缓至1:1.7,确保坝坡稳定并对1#崩塌堆积体形成部分反压,从而确保其自身的稳定;
        (5)施工期布置的左岸高、中、低线上坝公路均由1#崩塌堆积体通过,在各条道路内边坡设置贴坡浆砌石挡墙,挡墙结合公路内侧排水沟布置,并在挡墙墙身留排水沟,确保施工安全。
        通过上述措施,1#崩塌堆积体自开始施工至今未发生任何塌方现象,且监测资料表明其变形不大,大坝运行正常。
        4)趾板基础处理
        趾板基础岩性主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩互层夹细砂岩、泥岩,受坝址两岸F12、F13、F14三条较大规模的断层的影响,结构面多挤压,顺层挤压错动较发育。为确保趾板基础按设计要求置于坚硬、不冲蚀和可灌浆的基岩上,施工中采取如下施工措施:
        (1)趾板边坡开挖至建基面后,在建基面上素喷5cm厚混凝土将其封闭,防止混凝土浇筑前基础继续风化;
        (2)混凝土基础的夹层和断层带的软岩或粘土均挖除,按设计要求清至弱风化基岩下限,断层及软弱夹层均采用人工深挖、掏挖、凿槽处理,断层及软弱夹层深挖成槽,凿槽深度为夹层宽度的2倍,深挖及槽挖部份与结构混凝土一起浇筑,后期通过灌浆而形成幕体。
        5)上坝料开采[4]
        工程上坝料场位于泗南江左岸坝轴线下游约1.9km处,为一相对突出的小山头,三面临空,北侧及北东侧为泗南江,直接临河,西侧为岩子脚大箐,北东侧、北侧及西侧地形陡峻,自然坡度多在35°~50°,部分地段为陡崖。料场开采规化和施工道路布置是施工中的一大难点和特点。
        针对料场的具体情况,施工阶段进行了两项优化:一是新增石老虎山交通隧洞,将进场公路绕料场段改由石老虎山交通隧洞通行,避开料场开挖与进场公路通行的施工干扰,提高料场爆破的效率,同时为料场施工道路布置带来方便;二是鉴于进场公路靠山体侧开挖支护情况以及F14断层的影响,将公路向山体侧增开二号石料场,合格料填筑在次堆石区,作为上坝料的补充,避开F14断层对料场边坡的不利影响,同时可提高终采高程,降低底部施工道路布置的难度。
        施工道路及开采规划:受料场地形限制,所有施工道路只能依托原进场公路布置。进场公路在料场处高程940m,料场顶部高程1017m。940m以上料场开采:依靠料场下游侧修筑一条施工便道SL1,全长350m到达料场985m高程,对于985m高程以上剥离开采,修建一条坡度较陡、仅供施工机械至山顶的便道,将料场剥离至1000m高程平台;940m~865m高程料场开采:自进场公路上下游修筑低线施工道路与料场连接,形成闭合回路,空车自交通隧洞至料场下游进入,重车自上游通道直接运往大坝。
        泗南江水电站堆石坝料场三面临空,另一面山体陡峻,上部开采面积狭小、节理裂隙发育,施工中采取多循环爆破、优化装结构等方法,在减少爆破料下江和降低大块率等方面因地制宜地采取了严格的控制措施,满足了大坝填筑要求。
        6)大坝填筑[5]
        坝址区河流呈近EW流向,河谷呈“V”型谷,两岸地形较为狭窄,大坝填筑分二期进行,月平均填筑强度16.9万m3,最大填筑强度19.5万m3,坝体填筑总量260万m3。大坝填筑存在施工道路布置难、施工强度高、工期紧等特点,施工中采取了如下的措施:
        (1)施工道路布置
石老虎山石料场位于泗南江左岸坝轴线下游,由于右岸河谷较为狭窄,无法在右岸布置上坝道路,为此在左岸分别布置高线、中线、低线三条上坝道路,高程分别为905m、850m、810m,并设置支线将高、中线公路及中、低公路连通,形成了上坝公路系统,满足了坝体填筑强度运输要求。
        (2)增设石老虎山交通隧洞
左岸进场及上坝高线公路绕石老虎山石料场通行,为改善料场开采期间对外交通的畅通和交通安全,增加了一条长330m的交通隧洞,隧洞进出口均位于进场高线公路上,与原有的对外公路形成闭合的环向通道,大大加快了施工进度。
        (3)增设集渣平台
前期进场公路的修建将石老虎山料场分割成两半,为解决料场开采与道路运输之间的干扰,将进场公路路基内侧向山体扩挖,形成长129m,宽30m的集渣平台,扩挖有用料前期用于上游围堰填筑,后期用作大坝次堆石料填筑。
        泗南江大坝填筑除采取上述措施,还重视坝体填筑质量控制[6],施工中合理安排施工程序,优化资源配置,成立由质安、测量和试验人员组成的质控小组,从料源质量、坝基处理、填筑施工参数、填筑工序、加水量、岸坡结合部处理等方面加强质量控制,成功应用了挤压式边墙技术,使得大坝一期填筑提前7天完成,二期填筑提前20天完成,为面板选择有利的浇筑时段创造了条件。自2007年10月底水库开始蓄水至今监测资料成果分析表明,大坝运行正常,蓄水期间渗水量很小(约4.2升/s);坝体最大沉降量74cm,占坝高的0.64%,多方面论证表明,坝体施工质量控制是成功的。
        7)挤压边墙施工
泗南江流域属南亚热带季风气候,流域内暴雨强度大,多年平均降雨量达1710mm,设计在泗南江水电站混凝土面板堆石坝迎水面垫层料坡面中采用目前应用广泛的挤压边墙混凝土技术,以保护垫层料迎水面坡面不受雨水冲刷而影响施工进度和填筑质量,其做法是在垫层料上游迎水面坡面预先浇筑一低强度(设计控制强度5MPa)、低弹模、半透水性和零坍落度的干硬性混凝土墙,每层墙高与垫层料每层压实层厚相同。


        根据本工程特点,通过借鉴同类工程取得的成功经验,在挤压式边墙混凝土施工前进行了大量的室内配合比研究试验,并会同厂家、设计、监理和业主进行坝外现场模拟试验,再按现场模拟试验中的试验资料进行混凝土配合比的优化调整,同时起到挤压边墙机的操作培训和获得了在施工过程中应控制好的关键环节,为现场施工做了充分准备,使这一技术在泗南江水电站建设中得到了成功应用,解决了多雨地区上游坝坡的防护问题,克服了以往工程垫层料超填的不足,简化了坡面修整、斜坡碾压、坡面防护等施工程序,边墙与坝体填筑同步上升,有效地防止了坝体填筑期间雨水对坝坡的冲刷,不但节省了修补费用,而且大大加快了坝体填筑施工进度。
        8)面板混凝土施工
        混凝土工程量大,大量材料需人工搬运到工作面,气候变化对面板浇筑影响较大,滑模制作安装要求高,是施工的特点。施工工艺复杂,技术要求高,特别是对外加剂、混凝土半成品、止水安装及各工序施工质量对面板是否产生裂缝影响较大明显,是施工的一大难点和重点。
        (1)混凝土施工配合比
        项目部试验室根据设计和规范要求,结合现场施工情况,进行了大量的室内复核试验,特别是对胶凝材料用量、外加剂厂家及产品选择、微纤维厂家及产品选择在局中心试验室的指导下做了大量室内试验,最终确定了一期面板混凝土施工配合比。
    外加剂采用双掺,使用江苏博特新材料有限公司生产JM-Ⅱ型高效减水剂和JM-2000型引气剂;粉煤灰为云南恒威实业有限公司生产的Ⅰ、Ⅱ级灰;微纤维为四川中大新型建材有限公司生产聚丙烯纤维。
        (2)面板浇筑前期工作
        浇筑前需完成的工作:挤压边墙坡面盈亏检查及处理、周边缝铜止水钢保护罩拆除、周边缝沥青砂砖基础开挖及制安、垂直缝砂浆垫层下部挤压边墙处理及回填、挤压边墙混凝土表面乳化沥青喷涂、卷扬机压重块施工和机架制安、无轨滑模制作等。
        (3)面板监测仪器埋设
        大坝面板布置有大量监测仪器,在面板施工过程中同时进行监测仪器的埋设。
        (4)滑模安装
        大坝面板混凝土采用一套无轨式滑模浇筑,滑模总长14.3m,自重约5.0t。
        滑模采用16t汽车吊吊至面板待浇筑块相应的平台部位,然后再由两台10t卷扬机溜放至浇筑位置,并在卷扬机前安装一个动滑轮,作为卷扬机收起钢丝绳滑动的滑动支架。
        (5)施工内容
        周边缝底部止水和缝间沥青木板施工;沥青砂砖预制及施工;挤压边墙混凝土表面乳化沥青喷涂施工;垂直缝底部止水和缝间沥青木板施工;钢筋制安;侧模和堵头模安装;滑模就位和安装溜槽;监测仪器埋设;砼浇筑和养护。
        (6)施工质量控制
        对面板施工各工序边施工边检查,以存在问题及时进行处理;拌合楼根据试验配料单进行配料,试验室进行机口检测,混凝土入仓前,现场由试验人员进行入仓前检测,严格控制坍落度;浇筑过程中质检员踪班进行检查控制,浇筑结束后按措施要求进行养护。
        9)表层接缝止水[7]施工
        泗南江水电站面板堆石坝表层止水设计包括坝顶缝、周边缝及张(压)性垂直缝,各种类型止水设计均自成一体,形成各自完善的封闭系统,止水设计中取消了周边缝传统设计的中部PVC止水,从而改善了混凝土浇筑条件,将其改为缝顶塑性填料止水,为确保防渗效果,并在防渗盖片上部增加一道粉煤灰止水;张性缝及压性缝均改为缝顶塑性填料止水。底部止水仍采用铜片止水。传统镀锌铁皮保护罩改为不锈钢材料,以增强耐久性。施工前由止水厂家对止水施工进行了技术咨询和现场施工指导,施工中按既定的工艺进行,采取的工艺可靠,方法简便,易于被施工人员接受,并采取了一些方法加强细部的处理,如PVC棒的对接、一期面板顶部止水防护等,这些方法在施工过程中被证明是可靠可行的,对确保止水的施工质量创造了条件。
        10)基础灌浆处理
        大坝基础处理大坝帷幕灌浆28122.06m、固结灌浆6924.0m,基础处理工程量较大。工程处于灰、灰紫、紫灰、紫红、青灰色岩屑石英砂岩、含砾岩屑砂岩、砾岩、岩屑砂岩,与泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩相间出现,呈现多个沉积韵律且岩性相变较大,岩石性质、厚度差别较大,基岩地质条件复杂,且大坝趾板部位存在断裂构造发育,以扭性和压扭性断层为主,小断层发育。右岸趾板帷幕有产状为N75°~90°E,NW∠63°~90°,宽的左行平移断层F13,破碎带宽度0.3~1.5m,断层带由碎裂岩、片状岩、断层泥、糜棱岩组成;以及发育f1,f7两个小断层,渗透量较大,为强透水层,吸浆量大,处理难度较大,特别是一枯施工中基础处理任务重,与大坝填筑施工干扰大,工期紧,强度高,是大坝施工的首要重点;在施工中:首先精心组织,精心施工,合理调配资源,其次在坝体设置两道安全防护,使灌浆与坝体填筑施工同时作业,连续钻灌,达到均衡生产,确保灌浆质量。对F13断层这一重点和难点,采取的处理措施是:一选取F13破碎带作为灌浆试验区,通过试验取得灌浆可靠技术参数及施工工艺,为破碎带灌浆处理全面展开及优化灌浆工作打下一个良好的基础。二是按灌浆规范[8]先固结、后帷幕的施工原则施灌。钻灌施工步骤为:第一步对固结孔先钻灌坝基上、下游边排,从上下游往中间挤压;第二步边排固结孔灌完后,再灌靠帷幕线上下游各两排固结孔;第三步帷幕灌浆和固结灌浆平行作业,固结灌浆从上下游往中间灌,帷幕灌浆先下游、后上游排施灌。三是做好灌前压水试验,以进一步了解F13破碎带岩石的水文地质条件,便于有针对性的采取灌浆处理措施。四是分段灌浆,自上而下、孔内循环灌浆方法。五是在钻灌过程中,设变形观测孔、加设百分表进行砼盖板抬动变形观测,注意被灌地段的变化,防止生产过大的变形,造成砼趾板抬动。对砼趾板与基岩的接触带灌浆采取的措施是:一防止接触带的绕渗和上扬力,严格控制灌浆段长度为第一段2.0m,第二段为3.0 m;第三段为5.0m,以下各段当吸浆量小或特殊情况下可适当缩短或加长,但不得大于8.0m。二是保证接触段及其下一段灌浆合格率为100%;三是使用P?O 42.5普通硅酸盐水泥以增强可灌性;四是严格按设计规定的灌浆压力,加强监测趾板混凝土的抬动变形,控制变形在设计允许的范围;四是对下浆量较大的地段和裂隙发育的地段采取加密。通过采取以上控制措施,大坝固结灌浆检查孔压水试验共进行77段,合格77段,合格率100%,单元优良率100%;帷幕灌浆检查孔压水试验共进行554段,合格554段,合格率100%,单元优良率100%;从量水堰渗流观测成果表明,在雨季情况下,最大渗流量4.2L/s,蓄水期出水流量与库水位变化基本一致,表明大坝总体施工质量较好。
        11)边坡锚索施工
电站进水口进口边坡竖直开挖高度为85m,开挖坡比在1:0.75~1:0.5之间,岩体为全~强风化,岩性为中厚层石英砂岩和泥质砂岩,岩石较破碎,节理裂隙发育,主要发育NE及NW方向的两组节理,局部发育10~30cm破碎带,岩体呈破裂—镶嵌状结构,充填土黄色破碎物,遇水稳定性差。设计在885~905m高程布置三排800KN锚索、905~920m高程布置二排1000KN锚索加固边坡。
左岸坝肩边坡竖直开挖高度为180m,由于在865~950m高程分布有强卸荷岩体,其处于南北向构造带内,地质构造复杂,褶皱、断裂构造发育,卸荷裂隙的产状和发育深度主要受节理、地形控制明显;覆盖层厚度相对较大、岩体风化强烈,强风化下限水平深度达16~22m;卸荷强烈,强卸荷带水平深度达25~32m,受F13和F14断层影响,岩层挤压明显、节理裂隙很发育,开挖边坡的稳定性差。设计在870m高程以上共布置14排222根1000KN锚索加固边坡。
        在泗南江水电站边坡锚索施工中,由于地质条件复杂,大部份锚索均处于构造风化带内,在钻孔过程中,有地质工程师跟踪,以钻进速度及岩粉推测孔内地质状况,确保内锚固段达到微风化或新鲜岩石。若钻孔深度已达到设计图纸所示深度,而内锚固段仍处于强风化带或断层等软弱夹层,则继续钻进延长孔深,直至内锚固段地质状况满足设计要求。同时受地质条件的影响,锚索造孔非常困难,在施工中,经多次研究,不断总结摸索,最后确定采用水泥固壁灌浆24小时后重扫孔,成功解决了复杂地段锚索成孔技术问题。在施工中除上述措施外,还重点控制编索制束、安装、注浆、张拉等工序,每道工序均经监理工程师验收后才进入下道工序施工,并使用无粘结预应力锚索施工,胶结锚固段灌浆与封孔灌浆合并作一次施灌,简化了施工工艺,加快了施工进度,为边坡稳定起到了至关重要的作用。锚索测力计监测资料显示,监测锚索应力值变化平稳,边坡处于稳定状态。
        12)电站进水塔
        电站进水塔体型结构较复杂,塔身高,工程量大,施工技术难度较大,安全问题突出,是施工中的一大特点。进水口塔身体型较复杂,异形模板的选择和安装是砼施工的重点。
引水隧洞电站进水塔采用岸塔式,塔顶高程为905m,塔高55m,其塔顶由交通桥与905m公路相连接。由拦污栅塔、进口事故检修闸室等组成,进水塔共设两道进水口,进水口设二道拦污栅,中部设一2m宽中墩,两道进水口汇入一道事故检修闸门。
        主要措施及方法:底部采用钢管搭设脚手架,以后每上升10米设埋一排工字钢,脚手架搭设于工字钢钢上;根据进水塔不同的部位分别采用定型组合钢模板、多卡模板、定型组合钢木模板等不同型式的模板进行施工,以确保混凝土外观成型质量。
        13)导流洞封堵施工
        导流洞埋深较大,已超过大坝防渗帷幕的下限,故导流洞堵头布置不受帷幕灌浆的影响。考虑与导流洞同溢洪洞的结合部位相协调,导流洞堵头布置于导0+245.987~导0+265.987m。
        堵头体型按照楔形体断面设计。在前期导流隧洞工程施工中堵头段已按楔形体断面进行开挖并对底板进行了混凝土衬砌。
        为了保证堵头段的整体稳定性,同时对堵头段及堵头上游5.0m,下游14.5m洞段进行全断面固结灌浆,深度5~10m。为了满足灌浆施工要求,堵头后半段设灌浆廊道,断面尺寸为3.5m×4m方圆形断面,廊道长12m。堵头段最大断面为11.7m×13.1m。混凝土设计为C20微膨胀混凝土。
        结合隧洞施工情况,为提高边顶拱堵头与原混凝土之间的抗剪强度,封堵前需对原混凝土和喷射混凝土进行凿毛处理。
        导流洞下闸后,导流洞封堵就成为制约溢洪洞龙抬段施工的关键线路,导流洞封堵施工难度大,技术要求高,工序多且工艺复杂。
        (1)工程基本情况
        导流洞堵头段长20m,并设置12m长13.5m×4m圆方形断面灌浆廊道进行回填和固结灌浆。导流洞堵头段采用C20微膨胀二级配混凝土,设计混凝土2100m3,设计抗渗等级为W8。砼分5层进行浇筑,在最上、最下二层砼浇筑层设一层冷却水管,其余三层均设两层冷却水管,共8层。封堵及回填、回结灌浆完成后进行堵头下游段回填C15混凝土(3000m3)浇筑。
        (2)施工准备工作
        为确保施工质量和工期。项目部组织技术、质量、试验及观测人员,认真分析,制定切实可行的施工组织措施,并进行技术交底,提前完成各种原材料的采购和试验工作。
        (3)堵头段施工
        导流洞下闸后按项目部施工计划,立即凿除顶拱及边墙原挂网喷混凝土层,同时在堵头与围岩、堵头与原衬砌混凝土之间设置插筋来加强界面间的粘结力。
         在堵头段上游设置挡水坎,并预埋二排Φ325mm排水管及闸阀。
         堵头段埋设测缝计、渗压计、温度计共31支。相配套的电缆、集线箱、弦式数据采集仪、观测站等,在浇筑前按设计埋设并回定好。预埋蛇形冷却水管,通天然河水进行降温冷却。冷却水管采用外径32mm,内径28mm的HPDE(高密度聚乙烯)塑料管。冷却水管的进出口在灌浆廊道外与供水系统相连,每圈蛇形管内通水流量不低于1.2m3/h,冷却水流方向24h调换一次。自砼下料开始通天然河水进行一期冷却15天,最后一层混凝土一期冷却结束后,整个堵头通河水进行二期冷却至设计砼温度。
        堵头最后一仓混凝土浇筑前,由人工将闸阀关闭,然后进行最后一仓堵头混凝土浇筑施工。待堵头段回填灌浆施工时,再进行排水管管内回填灌浆施工。导流洞封堵工程经检查,无渗水现象,温度计、渗压计、测缝计观测结果表明,测值无异常现象。
        14)隧洞开挖
        本工程引水隧洞洞身后段引0+170.000~引0+203.016m穿过F14断层,泄洪冲沙兼放空洞出口60m洞身为V类围岩,围岩软弱夹层、节理裂隙发育,岩石风化破碎严重,大部分属IV、V类围岩,开挖过程中自稳能力很差,成洞困难,安全威协大,特别是溢洪洞与导流隧洞结合改造段二期开挖高差大。也是施工中的一个难点。
        洞身开挖首先采用“新奥法”的原理组织开挖和支护作业,洞口明挖段和洞身地质不良段认真做好超前锚杆支护,采取合理的开挖支护程序。按照“短进尺、小药量、弱爆破、少扰动、及早喷锚强支护的原则。短台阶开挖,每排炮强调喷、锚、网、格构梁、钢支撑等及时强支护,快速封闭成洞围岩,确保围岩稳定。其次加强围岩监测,及时反馈围岩状态信息,以指导开挖作业。第三,加强洞内围岩排水,减少地下水对围岩稳定及施工的不利影响。通过采取以上措施:三个隧洞工程保质、保量按期完成。
3施工中应用的新技术、新材料、新工艺
        1)面板坝上游垫层料坡面采用挤压式边墙混凝土作保护,这一新技术替代传统工艺中垫层料的超填、削坡、修整、碾压、坡面防护等工艺,加快了施工进度,施工质量得到了保证和提高。
        2)面板布置了SDTK脱空仪(用于面板砼监测),安装在挤压式边墙砼与面板砼上,对面板砼再不同工况下进行有效监控,有效监测面板脱空现象。
        3)面板表层接缝止水采用杭州国电水利水电工程有限公司生产的新型止水材料:纳米2型——SR塑性止水材料;周边缝和垂直缝同时填充有SR塑性止水填料和粉煤灰,外包不锈钢保护罩,采用不锈钢扁钢和膨胀螺栓固定。
        4)大坝趾板铜止水采用钢罩进行保护,有效地以解决过去木模型保护造成损坏现象。
        5)大坝防浪墙、泄洪冲沙兼放空洞启闭机室采用镜面混凝土施工工艺,该技术是在清水砼基础上发展起来的一种新技术,是指成型后的砼构筑物(框架、柱、梁、板)表面平整光滑,砼表面无气孔、蜂窝现象,达到镜面装饰效果。模板选用15mm厚维萨模板,正面粘贴1mm厚PVC板做为面板组成。
        6)采用先进的碾压设备(德国生产的BW-219DH振动平碾和HCD70B快速振夯动夯)对坝体填筑料进行碾压及边角地带进行夯实,有效地保证了填筑施工质量和进度。
        7)采用止浆袋解决了左岸边坡破碎岩石情况下锚索内锚段注浆渗漏难点,一次注浆成功率100%。
        结语:  泗南江水电站首部枢纽于2007年10月底开始蓄水至今,水位已多次达到正常蓄水位,并经历了汛期的考验。监测资料成果分析表明,大坝运行正常,泄洪冲沙兼放空洞、发电引水洞、溢洪洞经过13年运行无异常现象,说明工程施工质量控制是成功的。
        
参考文献:
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[3]  刘建生,刘立贵,惠世前.泗南江水电站面板坝左岸强卸荷岩体塌滑处理[J].云南水力发电,2006, (03) 52-54
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[6]  侯堂平,刘立贵.泗南江水电站面板堆石坝填筑质量控制[J].云南水力发电,2009, v.25;No.109(02) 48-51
[7]  刘建生,赵洪明,赵胜荣,等.泗南江水电站面板坝接缝表层止水技术与应用[J].云南水力发电,2009,v.25;No.108(01) 62-64+81
[8]  DLT-5418-2001《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》[S]

李庆国(1962年-),云南宣威市人,高级工程师,从事水利水电工程管理。
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