纵向增强体心墙土石坝在抽水蓄能电站中的运用

纵向增强体心墙土石坝在抽水蓄能电站中的运用

钟磊,张同晓,成奇,王寿忆,陈波,夏辉,惠旭

中建八局西南建设工程有限公司，四川成都 610000

摘要：为满足我国抽水蓄能电站的发展，在总结传统筑坝技术的优缺点及经验的基础上，提出在抽水蓄能电站运用的一种新坝型-纵向增强体心墙土石坝，该坝型具有防渗、受力、抵抗变形的作用。

关键词：抽水蓄能   纵向增强体心墙土石坝   导墙

0引言

随着国家经济发展、“双碳”目标[1]及抽水蓄能电站技术的成熟运用，我国将大力发展抽水蓄能电站。《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035年）》明确到2025年我国抽水蓄能电站装机容量达到6200万KW。抽水蓄能电站的建成运行将极大的解决我国电力分布不均、调峰难、污染大、成本高等问题，促进清洁能源发展，实现电网调峰填谷和“双碳”目标。

1抽水蓄能电站筑坝技术

自1968年河北岗南建成第一座抽水蓄能电站至今，我国抽水蓄能电站在规划、设计、建设、运营方面积累了成熟先进的技术和经验，其中筑坝技术属世界领先地位。抽水蓄能电站的建设内容主要包括：上水库、下水库、输水系统、开关站、厂房、机电金属结构等建筑物,其中上水库、下水库的大坝作为挡水建筑物是抽水蓄能电站的基础，目前抽水蓄能电站筑坝技术通常采用混凝土坝、土石坝等传统筑坝技术。

表1-1  我国抽水蓄能电站大坝情况表

  2纵向增强体心墙土石坝

纵向增强体心墙土石坝是在土石坝中采用地下连续墙施工方式浇筑钢筋混凝土刚性增强体，该增强体通过先在钢桁架内预埋灌浆钢管后进行固结灌浆和帷幕灌浆，最后达到集防渗和受力为一体的刚性结构体，该结构体具有承担防渗、受力、抵抗变形的作用。

根据《四川省纵向增强体心墙土石坝技术规程》，纵向增强体心墙土石坝技术适用于四川省行政区域内坝高70m及以下土石坝的新建和除险加固。增强体平行坝轴线上游侧，并垂直沿坝高等厚布置，为钢筋混凝土结构，混凝土强度不宜低于C25，抗渗等级不宜低于W6，增强体通过体内预埋的灌浆管进行帷幕灌浆形成整体的防渗体系。

图1-1  纵向增强体心墙土石坝典型剖面图

3纵向增强体心墙土石坝施工工艺技术

3.1  施工工艺

纵向增强体心墙土石坝整体按“先筑坝、后做墙、再灌浆”的施工顺序施工，筑坝高度达到增强体施工平台，满足施工机械及工艺和高程要求后，按照如下施工工艺施工：

图1-2  施工工艺流程图

3.2  施工准备

新建土石坝坝体填筑至墙体施工平台后3至4个月，待坝体沉降基本稳定后进行增强体施工；除险加固土石坝，需对坝体开挖至墙体施工平台。施工准备主要工作内容包括施工场地平整、导墙测量放线、修建泥浆池及钢筋制作厂。

3.3  导墙施工

在纵向增强体成槽前，先进行导墙的施工，导墙具有为成槽机械提供成槽导向、储存泥浆防止槽孔坍塌，作为施工时水平与垂直的测量基准的功能。导墙的施工质量直接影响纵向增强体的施工质量。

导墙中心与纵向增强体中心线应重叠，导墙采用“┓┏”型现浇钢筋砼,导墙顶部高出地面20cm, 导墙宽度大于纵向增强体宽度5~15cm，模板拆除后，应沿纵向每隔2m设置上下2道支撑以防导墙受压变形，导墙施工完成后进行回填。

图1-3  导墙剖面图

3.4  成槽施工

1.成槽准备，施工前根据地质条件、成槽厚度、深度选择成槽机械，编制成槽的施工顺序，主要为Ⅰ序、Ⅱ序跳槽施工，如图1-4。

图1-4  成槽顺序示意图

2.测量复核槽段位置，成槽机械就位开孔。

3.注入泥浆，成槽过程中边开挖边注浆，槽内泥浆液面始终控制在导墙顶面以下30cm。当泥浆漏失时，及时补浆。漏失量较大时，立即调整浆液浓度或加入膨润土。

4.成槽，在单幅槽段内成槽采用先两侧后中间的间隔法施工。成槽垂直精度不得低于0.4%，掘进速度应控制在4.5m/h左右。

5.接头处理，接头处采用偏心吊刷进行刷壁。施工中保证钢刷面与接头面紧密接触从而达到清刷效果，确保接头处无黏土附着。

6.成槽质量检验，成槽完成后及时进行成槽质量检查，采用重锤法或超声波探测仪对成槽的垂直度、宽度、深度进行检测。每幅均采用3点检测，判定成槽质量情况。

3.5  吊装钢筋笼及接头管

1．钢筋笼按施工图纸在加工厂提前制作，钢筋笼制作时在制作台上按分段对齐的方式制作，每段钢筋笼分节长度6-8m，并按施工图纸预埋帷幕灌浆管、监测管等预埋管件，钢筋笼（桁架）与预埋灌浆管在平台上制作时要保证对齐。

2．接头管的插入深度与槽底平齐，钢筋笼下放时检查钢筋笼边缘与槽段分幅线的尺寸偏差(±20mm以内)，钢筋笼下放后必须检查第一道水平筋的标高（±50mm）及预埋灌浆钢管的垂直度，若有偏差及时调整。

3．接头管安放，接头管的中心线与增强体分幅线重合并插入基底50cm以下，对上口进行限位，箱体背后采用碎石袋、沙袋回填，防止浇筑时发生砼绕流。

3.6  混凝土浇筑

1．砼导管下设前应进行密封性试验。导管底部距槽底距离不大于30cm。槽孔口设置盖板进行封闭。

2．砼浇筑过程应连续，两套导管同时下料，浇筑前应在导管内放置隔水球，第一罐料应准确计算，保证导管封底50cm以上。

3．浇筑过程中，确保砼面均匀上升，速度不小于2m/h，砼面高差小于50cm。每30min测量砼面的标高和导管的埋深，绘制浇筑指示图，确保导管埋入砼2~6m，严禁把导管底端提出砼面。砼终浇高程应高于设计高程50cm。

3.7  帷幕灌浆及灌浆管封堵

通过预埋灌浆钢管进行坝基帷幕灌浆造孔、注浆，注浆采用自上而下或者自下而上分段进行，结合纵向增强体形成防渗帷幕。灌浆压力参照设计要求经现场试验确定，一般最大灌浆压力可取2~3Mpa。帷幕灌浆质量检查方法采用压水试验法，并结合检查孔取芯进行综合评定。按灌后基岩的透水率控制。对2级坝或中低坝透水率控制应不超过5Lu，3级及以下的坝控制透水率应在5—10Lu之间。

灌浆管封堵是增强体施工的最后一道工序。封堵作业从下向上进行，封堵采用标号不低于增强体砼标号的细石混凝土，其最大粒径不大于0.2d（d为钢管内径），防止管内混凝土出现空隙、孔洞。 

4案例分析

方田坝水库[3]位于四川省巴中市通江县境内，坝轴线长365. 00m，最大坝高41.50m，坝型为C25 刚性混凝土纵向增强体心墙土石坝。

大坝先进行整体填筑施工，后成槽施工增强体 (宽 6m)。在泥浆固壁工艺下挖槽、吊装钢筋笼、浇筑混凝土心墙形成一整体坝内防渗墙，然后通过槽孔混凝土中已预埋的灌浆钢管进行帷幕灌浆使坝基岩体与混凝土增强体形成整体的防渗封闭体系。

工程从2017年3月填筑坝壳料，6月22日开始浇筑增强体混凝土，2018年 3月完工。目前运行正常，没有出现渗漏情况，坝体经各种孔压仪、应力应变仪和其他监测仪器显示各种工作状态正常。

5结语

纵向增强体心墙土石坝在充分发挥土石坝的优势基础上，更具有防渗、受力、抵抗变形的功能，减少了土石坝渗漏、管涌等风险；先筑坝、后做墙、再灌浆可节约施工工期、节约工程成本，证明其适用于抽水蓄能电站筑坝。

[1] 任海波,余波,王奎等.“双碳”背景下抽水蓄能电站的发展与展望[J].内蒙古电力技术,2022,40(3):25-30.

[2] 梁军. 纵向增强体土石坝的设计原理与方法[J].河海大学学报(自然科学版)，2018，46(2):128-133．

[3] 梁军,张建海,赵元弘等. 纵向增强体土石坝设计理论在方田坝水库中的应用[J].河海大学学报(自然科学版)，2019，47(4):345-351．