。一叠 謦。ｊ 水利水电施工 ２０１４・第１期 总第１４２期 水布垭面板堆石坝施工技术与应用 林 ｌＩ钢 廖光荣／（中国葛洲坝集团公司新疆工程局） 【摘要】水布垭面板堆石坝是目前世界上最高的面板坝，在其施工过程中注重新技术的开发与应用，研究坝 体填筑工艺以减小沉降；从原材料、浇筑时段研究面板防裂技术；应用新设备解决上游坡面防护施工；开发新 设备解决铜止水整体成型技术；采取坝基强夯技术减小基础处理量；新工艺、新设备应用于基础灌浆。以上关 键技术的应用可供同类工程施工参考。 【关键词】面板堆石坝 坝体混凝土基础处理 垫层区（１Ｉ Ａ）、过渡 、主堆石区、次堆石 和＿卜游堆 １ 工程概况 １．１枢纽介绍 水布垭水利枢纽Ｉ：程位于长江在湖北省的第二大支 流清江中游巴尔县水布垭镇，上距恩施市１１７ｋｉｎ，下距 隔河岩水利枢纽９２ｋｍ，足清江梯级开发的龙头枢纽。水 石 （见图１），大坝填筑量１５６８万ｍ。。。混凝 叫板为 小等厚结构，厚度为３（）～１ ｌＯｃｍ（Ｂ一０．３ｍ斗０．００３５Ｈ）， 受压区面板宽１ ６ｍ，受拉 宽８ｍ，山板总山积１ ３．８８万 ｍ。。河床部位的面板布置单层双向钢筋；靠近周边缝的 面板均布置双层双向钢筋。周边缝枉高程３４５ｍ以Ｆ采川 底、中、顶 道止水；高 ３４５ｍ以Ｌ 底、顶两道ｌ卜 库正常蓄水位４００ｍ，相应库容４３亿 ，装机容量１８４ 万ｋｗ。主要建筑物包括混凝土面板堆石坝、左岸河岸式 溢洪道、右岸地下式电站和放空洲等。 水；面板垂直缝设底、顶两道』卜水；底 和Ｌ｝Ｊ部的ｌ 水 结构为铜Ｉ卜水，顶部表面『卜水勾高分子 填料 １．２面板堆石坝 水布垭大坝日前是世界上最高的面板堆石坝，坝顶 高程４Ｏ【ｊ．ＯＯｍ，坝轴线长６７０ｍ，最大坝高２３３ｍ，坝顶宽 度ｌ２ｍ。火坝上游坝坡１：１．４，下游平均坝坡ｌ：１．４。 ２施工经过 水布垭主体＿ｒ程于２００２印１Ｏ川进行截流，山板堆 坝于２００３午２川开始填筑施１ ；２００７年３ Ｊ｛ 板混凝 土浇筑结束，４月开始蓄水，７月酋‘ 机绀发电。 坝体填筑分为６个填筑区，从上游到下游分别为盖重区、 图１ 水布垭大坝典型剖面示意图 ・ １０ ・ ３主要施工关键技术 ３．１ 坝体填筑施工技术 水布垭面板堆石坝填筑施工过程中，通过一系列的 现场生产性试验，针对坝料级配控制、碾压配套施工机 具、碾压施工参数、坝料加水方式等方面的研究，形成 了坝料开采与加工、碾压设备优选、碾压参数控制、加 水方式等施工技术。 ３ １．１坝料级配的控制 坝料的压实性与级配的关系密切，级配良好的坝料 经压实后可以获得较高的变形模量和较高的抗剪强度。 针对水布垭面板堆石坝坝料的级配要求，通过一系列爆 破试验，取得了不同地质条件各种坝料的爆破开采参数， 使坝体填筑料级配达到理想状态，为提高坝体碾压的密 实度打下了基础。 ３ １．２振动碾的优选 国内外的资料充分证明，大吨位碾压机具是提高堆 石体密实度的关键因素之一。水布垭面板堆石坝现场生 产性碾压试验中，比较了１８ｔ英格索兰自行式振动碾、 ２０ｔ陕西中大牵引式振动碾、２５ｔ中联重科自行式振动碾、 ２５ｔ自行式宝马振动碾等不同型号、不同吨位振动碾的压 实效果。试验数据表明： （１）１８ｔ振动碾和２５ｔ振动碾的压实干密度值均能达 到设计指标要求。 （２）２０ｔ牵引式振动碾的压实效果略好于２５ｔ自行式 振动碾。 （３）宝马２５ｔ自行式振动碾的压实效果明显好于中联 重科２５ｔ自行式振动碾。 因此，在考虑高坝对大吨位振动碾的需要和振动碾 对筑坝材料的适应性（即灰岩料所具有的脆性大、易于 破碎的特性）的基础上，结合填筑强度、层厚、性能稳 定性等因素，最终选用性能最佳的宝马２５ｔ自行式振 动碾。 ３．１ ３铺料厚度和碾压遍数的控制 （１）铺料厚度：铺料层厚的控制是保证碾压质量的关 键之一。铺料前，根据各种填料的设计铺料厚度，在填 筑区左右两侧坡面上，用油漆或白灰标注回填层的等高 线。铺料时，前进方向用移动高度标志杆来控制推土机 平料厚度（每个填筑单元设可移动标志２～３个）。推土 机平料时，刀片从料堆一侧最底处开始逐步向另一侧前 方推料，并保持平整。 （２）碾压遍数：通过ＧＰＳ高精度实时过程监控系 统的应用，真正实现了对坝体填筑进行实时性、连续 性和自动化控制，并具有较高的精度和良好的可视化 界面。在确保坝体填料碾压遍数的同时，极大程度地 降低了现场施工人员和监理人员的劳动强度，提高了 施工效率。 ｉ石 工程ｌ ３ １．４洒水量和洒水方式 在水布垭面板坝施工中，采用“坝外加水站加水为 主、坝内洒水车补水为辅”相结合的方式，这种洒水方 式不仅使坝料在运输至坝面前得到浸润，而且减少了坝 面的洒水作业强度，加快了填筑施工进度。 ３．２面板混凝土抗裂技术 ３．２．１优化混凝土配合比 （１）胶凝材料：水布垭面板混凝土采用Ｐ．Ｏ．４２．５ 级中热硅酸盐水泥，水泥熟料中ＭｇＯ含量３．５ ～ ５．０ ，以保证混凝土具有微膨胀性能。混凝土中掺加 ２Ｏ 的Ｉ级粉煤灰，代替部分水泥作为胶凝材料，可 使混凝土的用水量比不掺粉煤灰的混凝土减少４～ ９ｋｇ／ｍ。，从而减少了混凝土的干缩，避免和减少出现 干缩裂缝。 （２）外加剂：选用意大利马贝公司生产的ＳＲ３羧酸 类缓凝高效减水剂和上海麦斯特公司生产的ＡＩＲ２０２引气 剂。通过掺加高效减水剂降低了水胶比，提高了混凝土 的强度和耐久性。从现场施工情况看，掺加外加剂后的 面板混凝土在较小坍落度时具有较好的流动性和和易性， 溜槽下料方便，混凝土坍落度、含气量、初凝和终凝时 间等均满足设计要求。 （３）聚丙烯腈纤维：聚丙烯腈纤维作为混凝土的次加 筋材料，可在一定程度上抑制混凝土早期的塑性裂缝和 干缩裂缝，提高混凝土的韧性及抗冲击性能，改善混凝 土的抗冻性、抗渗性等耐久性能。对比试验研究发现， 在面板混凝土中掺加聚丙烯腈纤维，混凝土早期的轴拉 强度和极限拉伸值略有提高，混凝土的初裂强度和抗折 强度提高约１Ｏ ，等效抗折强度提高２７５ ，混凝土的 韧度值有明显的提高，这说明掺聚丙烯腈纤维可防止混 凝土早期裂缝的产生和扩展。 聚丙烯腈纤维具有比较好的亲水性，在水中能分散 均匀；掺加时不会在空气中随处飘浮（这两点远优于聚 乙烯纤维）。混凝土加入聚丙烯腈纤维后，拌和时间比一 般混凝土拌和时间延长１５～３０ｓ，坍落度有一定的损失， 振捣时问需延长２０ｓ。 从水布垭面板混凝土浇筑情况看，掺加聚丙烯腈纤 维的混凝土，采用强制式拌和机拌和７５～９Ｏｓ，纤维就能 均匀分散到混凝土中，肉眼即可分辨，且不影响混凝土 的振捣和抹面。 ３．２．２新型防渗涂层 面板混凝土完成后，为防止表面产生微裂缝形成微 通道，在已成型的面板混凝土表面涂刷一层水泥基防护 剂——帕斯卡渗透结晶型材料。 帕斯卡渗透结晶型材料涂刷于面板混凝土表面后， 材料中活性成分向混凝土内部渗透，产生结晶体，填充 混凝土孑Ｌ隙，形成一道致密的防水层，从而显著提高混 凝土抗渗性、抗冻融、抗碳化等性能，并自动修复混凝 土微裂缝。 水利水电施工２０１４・第１期总第１４２期 ３ ２．３混凝土浇筑时段选择 水布垭大坝匾『板混凝土分 期施 ，均选择低温季 节浇筑，避开高温季节施工。第一期浇筑时间为２００５年 １月～３月，第二期浇筑时间为２００６年１月～３月，第■ 期浇筑时间为２００７年１月～３门。 每期面板混凝土浇筑，均住坝体上游Ⅸ停Ｊ卜填筑３ 个』ｊ之后进行；间隔时间达到３个川以上，保证ｒ坝体 前Ⅸ的自然沉降。在面板混凝土浇筑前，尽量保证坝休 沉降变形率趋于平缓、微小，这是减少高面板坝裂缝的 重要举措。 ３．３挤压边墙施工技术 相比堆彳了坝上游护坡施工传统工艺，水布垭面 板堆石坝引进ｒ挤压边墙施Ｔ技术。该技术是借鉴 挤压滑模原理创造ｆｌ｛来的，１ ９ ９ ９年率先在巴两埃塔 【ｆ【『板堆 坝中使．【＋ｊ并收得成功，罔内存青海公伯 峡、湖北芭蕉河等Ｔ程中相继使用。挤 边墙技术 要点盘Ｉ】下： ３ ３．１施工配合比 挤 式边墙施工技术在我同应刚以来，很多＿厂程对 边墙混凝土进行ｒ大量试验研究工作，积累了较丰富的 验。存水布垭之前，边墙混凝土的主要成分为水泥、 水、砂、骨料。住水布垭工程实践中，采，Ｌｆｊ小 料（Ｉ『 ＡＡ）代替ｌｒ砂和骨料。小 料足一种混合料，为 层料 滤去粒径大于４０ｍｍ的颗粒后的级配料。这样做，挤压 边墙的性质、性能更接近于 层料，具有低强度、低弹 模、半透水等特点，从而达到与 层料更加适应、更加 同步变形的目的。 ３ ３．２边墙挤压机 边墙挤压机是专ｒＪ研制的边墙混凝土成 机械。在 水布 大坝施一ｒ中，将挤瓜机成型腔设计成前大后小 （柑差５ｍｍ）的倒喇叭Ｌ１状，以利于提高边墙混凝上的密 实度。 ３．４紫铜片整体成型技术 针埘铜Ｉ卜水加工传统工艺，水布垭丁程科技工作组 率先绀织技术攻关，对已有Ｔ稗使用的紫铜片压制成型 机进行系统分析、总结，进行技术改进，大大降低了施 工人员劳动强度，提高丁Ｔ作效率，节约ｒ原材料，保 证ｒ施二厂质量。技术改进内容主要包括： （１）改进成 机理。将原来紫铜片通过 斤顶挤压成 型改为滚轮乐制成型，避免了紫铜片在加１：过稗中 挤 而拉仲变薄的 题。 （２）增加滚轮的组数，减少每组滚轮的压缩比， 避免一次滚轮 制过大，造成整体扭曲变彤和侧翼的 变形。 （３）模具通用性。根据没计对紫铜片的不同尺寸要求 设计出可以替换的不同加工模具，满足各种 号和尺寸 的要求，这样紫针ｎ］片成型机只用加Ｔ一套机架可以加Ｔ Ｆ 、Ｑ 和ｗ型等多种 号紫铜片。 ・ １２ ・ （４）异型接头（如Ｆ 、Ｉ 、＋ ）整体冲门；成 型。面板与趾板、面板与防浪墙等所有周边缝接合部位 的铜止水接头，采用整体冲压成型技术加工异 接义， 保证ｌ『Ｉ卜水接 的整体性、完整性，避免出现接缝、裂 隙等薄弱环节。 ３．５采用强夯技术加固基础覆盖层 水布垭面板堆石坝坝基砂卵石保 ．采取强夯处理。 保留 位于坝轴线匕游１３５ｍ至下游１ ９０ｍ地嗣，强夯面 积１３ １ ７９ｍ ．厚度一般为７．Ｏ～１１．８ｍ。…此减少牲础歼 挖量１３万ｍ。 ，既节约ｒ丁期，义 ｒ施工进度。监测 数据表明，覆盖层施工期累积沉降变形值 坝体施 总沉降的４ 左右；在坝基表层４～５ｍ ¨；Ｉ内，承载能 力由３００ｋＰａ提高到６００ｋＰａ以上；砂卵子 层ｆ密度 ２．１２ｇ／ｃｍ 提高到２．２６ｇ／ｃｍ ；渗透系数也有・定 度降 低，创造了堆石坝砂卯石覆盖层基嵇１Ｉ进行强夯处理的成 功案例。 ３．６趾板基础防渗灌浆技术 ３ ６ １薄趾板基础高压力灌浆 水布垭面板堆 坝坝 地质条件较 ，属灰岩地 ， 坝基岩溶及构造发育强烈 多被泥质物允填。解决洲、 缝内泥质充填物灌浆成幕的防渗稳定悱和耐久 的火键 在于提高灌浆压力，只有通过高压灌浆， 能对泥质允 填物起到劈裂穿插和包裹挤密的作川．这佯形成的幕体 防渗性能才能满足长期运行的要求。 根据现场地质条件和没汁要求，进行ｒ大规模的 灌浆试验，试验采取小同的布孔形式和灌浆办法，模 拟趾板条件下的帷幕灌浆。试验结果表ＩＪＩ】：趾饭牲础 灌浆布孔采川“均布同结｝帷幕” ‘式．能够 效提 高趾板浅层灌浆压力，从而增强趾板浅 防渗幕体的 抗渗能力。 实际施Ｉ 中，同结灌浆接触段灌浆 力达硎Ｊ， ０．５ＭＰａ，防渗帷幕灌浆接触段压力达到ｒ １．５Ｍｔ ａ，满 足撼础防渗要求。 ３ ６．２灌浆抬动自动化报警装置 水布垭大坝趾板厚仅０．６～１．２ｍ，灌浆过 中趾板 抬动变形问题突出。为确保趾板灌浆升 过程『＿ｆｌ岩 或 趾板不产生抬动变形破坏，必须加强趾板灌浆过程 Ｉｌ的 抬动变形监控Ｔ作。而传统的人工观测抬动变形力‘式， 存住效率低、反应慢等缺陷。为ｒ解决这一灌浆技术难 题，适应灌浆 艺 断发展的需要，满足 础处理Ｉ 巾抬动变形测控精度高、响应快的要求，成功研制ｒ智 能化抬动变形测控记录仪。 抬动变形测控记录仪是一种 抬动变彤观测智 能化报警装置，它采刚ｌｒ先进的智能化传感技术及 片 机技术，对所观测对象的抬动值进行Ｋ时问连续测量、 采集、分析和记录、打印，片通过设定ｊ 、下控制限值 埘超限值进行声光报警。该仪器具有以Ｆ功能优 ｔ ： （下转第ｌ５页） Ｉ程 排专职质检人员对各种料源进行质量控制，不合格的料 绝对不能上坝。同时填筑面安排质检人员控制碾压施工 参数，严格按照碾压试验确定的施工参数进行施工。所 表２ 设计要求填筑施工检验项目与抽样次数 部位 检验项目 取样试验次数 石渣料 孔隙率、颗分 １次／２万～５万ｍ０ 有的试验检测均南业主委托的第三方试验室进行，试验 人员按照设计要求的石渣料压实检测项目和取样次数进 行取样检测。设计要求检测项目和取样频率见表２。现场 试验检测主要采用挖坑灌水法。 ４．２质量检测结果 经统计库底石渣取样试验检测结果汇总见表３。平均 颗粒级配曲线结果见表４。 表３ 干密度（ｇ／ｃｍ３） 取样组数 库底石渣料现场检测试验成果汇总表 孔隙率（ ） 不均匀系数ｃ．． 曲率系数Ｃ 最大值 最小值 平均值 标准差 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 平均值 ｌ８４ ２．３２ ２．１５ ２．２Ｏ Ｏ．０３ １９．９ １３．８ １８．４ １３Ｏ．８ １Ｏ．１ ３５．６ ７．６ １ ２．１ 从以上数据统计分析表中可以看出各项检测指标满 足设计要求。 表４ 粒径（ｒａｍ） 小于某粒径百 ８００ １ＯＯ ６００ ９５．库底石渣料平均颗粒级配曲线统计结果 ４００ ２００ １Ｏ０ ６０ ４０ ２Ｏ １Ｏ ５ ２ １ Ｏ．５ ０．０７５ 分数（ ） ８ ９４．９ ８３．７ ６５．６ ５２．０ ４２．７ ２９．９ ２１．８ ｌ４．６ ８．４ ７．０ ４．７ １．５ ５．３调整强风化石渣料级配 ５施工过程中采取的技术措施 ５．１ 充分利用库岸开挖的强风化料措施 从表４可以看出，库岸开挖的强风化料粒径偏细， 但是级配连续，属于良好级配。为了保证库岸开挖的强 风化料充分利用，设计采取的技术措施是在库底石渣料 与主坝堆石体之间设置了１．６ｍ宽的反滤料和５ｍ宽的过 渡料，结合部位加强碾压。 由于强风化石渣料强度偏低，碾压后破碎率较高， 从表４可以看出碾压后最大粒径为６００ｒａｍ。为了提高粒 径，施工过程中采用了以下措施： （１）控制爆破参数，采用，＇ＪｑＬ径钻孔，加大孔间排 距，减少装药量，尽量采用较深的孔进行松动爆破，最 后经统计炸药单耗为０．２３ｋｇ／ｍ。。 （２）采用立面开采的方式，爆破掌子面上下粗细料混 合装车。 ５．２严格控制好洒水量 经碾压试验，石渣料的洒水量为５ ，采取在填筑 （３）采用后退法与进占法相结合的卸料方式。 ６结束语 溧阳抽水蓄能电站上水库为了充分利用库岸的开挖 强风化石渣料，施工过程中采取了一些技术措施，从质 量检测结果来看，全部满足设计要求，取得了较好的效 面布置洒水管和水车配合进行洒水的方式，专人负责控 制好洒水量。洒水量偏多石渣料会出现弹簧和光面的现 象，石渣料碾压后出现弹簧的部位进行挖除换填处理， 碾压后的表层出现光面的部位采用推土机进行刨毛 处理。 果，降低了工程成本，其他类似工程可以参考借鉴。 （上接第１ ２页） （１）与常规人工抬动观测相比，具有反应快、测量精 度高、工效高、资料成果清晰、直观等特点。 沉降量：施工期累计最大沉降量为２１４１ｍｍ，为坝高的 ０．９２ ；至２００８年１２月底累计最大沉降量达到 ２４９４ｍｍ，为坝高的１．Ｏ７ 。渗流量：坝后量水堰平均渗 流量３０．５Ｌ／ｓ，最大渗流量４０Ｉ ／ｓ。 （２）可通过设定上、下控制限值对抬动变形超限值进 行声光报警，并可对抬动变形过程实时曲线进行打印。 （３）测量精度高，量程大（可达１３００／￣ｍ），功能全且 性能稳定，除可用于监测大坝基础灌浆过程中基岩、盖 重混凝土的抬动变形，也可用于混凝土裂缝灌浆处理、 大坝接缝灌浆的位移观测。 ５结束语 水布垭面板堆石坝作为目前世界上最高的面板堆 石坝，在施工过程中依托现场进行新技术的开发与应 ４运行情况 根据监测资料，水布垭面板堆石坝运行正常。坝体 用，实现了质量、进度和投资有效控制，取得了显著 的经济效益和社会效益，相关技术可供同类型大坝施 工借鉴。 ・ １５・