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中國(guó)已建成的最高壩-二灘雙曲拱壩
摘要：本文就二灘雙曲拱壩的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)特點(diǎn)，從拱壩體形設(shè)計(jì)、應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)、壩肩穩(wěn)定分析、泄洪消能布置、壩基處理和滲流控制、壩體混凝土設(shè)計(jì)、拱壩施工等方面作了比較全面的扼要介紹，同時(shí)也介紹了蓄水后拱壩安全監(jiān)測(cè)的主要成果和拱壩工作性態(tài)的基本分析。
關(guān)鍵詞：二灘水電站 雙曲拱壩 設(shè)計(jì) 施工 安全監(jiān)測(cè)
二灘水電站位于中國(guó)四川省西南攀枝花市境內(nèi)的雅礱江下游、距雅礱江與金沙江的交匯口33km，是雅礱江干流上規(guī)劃建設(shè)的21座梯級(jí)電站中的第一座。
二灘水電站是一座以發(fā)電為主的大型水力發(fā)電樞紐。水庫(kù)控制流域面積11.64萬(wàn)km2，正常蓄水位1200.0m，發(fā)電最低運(yùn)行水位1155.0m，總庫(kù)容58.0億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容33.7億m3，屬季調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站內(nèi)裝6臺(tái)550MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3300MW，多年平均發(fā)電量170億kW·h，保證出力1000MW，是中國(guó)20世紀(jì)末建成投產(chǎn)的最大水電站。樞紐主要建筑物有混凝土雙曲拱壩、左岸引水發(fā)電地下廠房系統(tǒng)、右岸兩條泄洪洞等，雙曲拱壩最大壩高240.0m，為中國(guó)已建成的最高壩。
二灘水電站1991年9月14日開工，1993年11月大江截流，1998年8月18日第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)，11月第二臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，1999年4月拱壩工程基本完工，其余4臺(tái)機(jī)組在1999年內(nèi)投產(chǎn)。二灘水電站自工程正式開工歷時(shí)8年零3個(gè)月全部建成投產(chǎn)。
1 壩址地形地質(zhì)條件
二灘水電站壩址兩岸谷坡陡峻、臨江坡高300m～400m，左岸谷坡坡度25°～45°、右岸谷坡30°～45°，呈大致對(duì)稱的“V”型河谷。河床枯期水位1011m～1012m，水面寬80m～100m，河床覆蓋層厚20m～28m.樞紐區(qū)基巖由二迭系玄武巖和后期侵入的正長(zhǎng)巖以及因侵入活動(dòng)形成的變質(zhì)玄武巖組成，均為高強(qiáng)度的巖漿巖、濕抗壓強(qiáng)度在170～210MPa之間。壩區(qū)巖體完整性較好，構(gòu)造破壞微弱，斷層不發(fā)育，無(wú)大的構(gòu)造斷裂及順河斷裂，小斷層僅4條，延伸不長(zhǎng)、以中高傾角與河床正交或斜交，破碎帶寬0.1m～0.6m，結(jié)構(gòu)緊密。此外，右壩肩中部存在一條因熱液蝕變和構(gòu)造綜合作用形成的綠泥石——陽(yáng)起石化玄武巖軟弱巖帶，帶寬10m左右。壩址屬較高地應(yīng)力區(qū)，河床下部左岸高程954m至976m部位，實(shí)測(cè)最大應(yīng)力50.0～65.9MPa，高程1040m附近18.8～38.4MPa.壩區(qū)巖石抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化作用主要沿結(jié)構(gòu)面進(jìn)行和擴(kuò)展，總體風(fēng)化微弱。拱壩建基面主要為弱偏微風(fēng)化或微風(fēng)化至新鮮的正長(zhǎng)巖、變質(zhì)玄武巖、微粒隱晶玄武巖和細(xì)粒杏仁狀玄武巖，巖體多為塊狀至整體結(jié)構(gòu)、局部為鑲嵌至碎裂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面閉合。
壩基水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單、無(wú)集中涌水和滲水，基礎(chǔ)巖體滲透性微弱、具有隨深度增加而減弱的垂直分布特征，但不均一，相對(duì)不透水層的埋深變化較大。
樞紐處在川滇南北向構(gòu)造帶的中段西部相結(jié)穩(wěn)定的共和斷塊上，斷塊內(nèi)不存在發(fā)震構(gòu)造，歷史上無(wú)強(qiáng)震記載、壩址區(qū)地震基本裂度為Ⅶ度。拱壩及樞紐主要建筑物按Ⅷ度設(shè)防。
2 拱壩體形
二灘雙拱壩最大壩高240m、拱冠頂部厚度11m，拱冠梁底部厚度55.74m，拱端最大厚度58。51m，拱圈最大中心角91.5°，拱頂弧長(zhǎng)774.69m.
二灘拱壩體形為拋物線形雙曲拱壩。平面上拱端曲率較小而趨扁平化，加大拱推力與岸坡的夾角、有利壩肩穩(wěn)定，同時(shí)通過(guò)調(diào)整拱圈的曲率和拱厚使應(yīng)力更趨均勻合理。由于壩址河床兩岸地形并不完全對(duì)稱，左半拱和右半拱采用不同的曲率半徑，頂拱中心線曲線半徑在349.19m～981.15m范圍�？v向曲率是考慮施工期獨(dú)立懸臂壩塊高度按允許產(chǎn)生的自重拉應(yīng)力1.5MPa來(lái)控制，適當(dāng)加大縱向曲率并保持壩面的連續(xù)性而使壩體獲得較好的應(yīng)力分布。相應(yīng)的上游壩面最大倒懸度為0.18.
壩體設(shè)置三層孔口：7個(gè)表孔、6個(gè)中孔和4個(gè)放水底孔。為滿足大壩監(jiān)測(cè)、灌漿、排水、交通等要求，在壩內(nèi)沿高程設(shè)置了基礎(chǔ)廊道，上、下檢查廊道和交通廊道共4層廊道。
拱壩共分39個(gè)壩段，不設(shè)縱縫，壩體混凝土通倉(cāng)澆筑。
3 拱壩控制應(yīng)力與壩肩穩(wěn)定分析
二灘拱壩壩體混凝土分成A、B、C三區(qū)，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度分別為35MPa、30MPa、25MPa，設(shè)計(jì)齡期為180d.壩體應(yīng)力分析按拱梁分載法，壩基變形特性采用伏格特地基模型。
蓄水前對(duì)大壩的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算�；竞奢d組合工況下，上游面最大主壓應(yīng)力6.66MPa，發(fā)生在1205m高程拱冠；最大主拉應(yīng)力0.99MPa，發(fā)生在1130m高程右拱端。下游面最大主壓應(yīng)力8.82MPa，發(fā)生在1010m高程左拱端，最大主拉應(yīng)力0.15MPa，發(fā)生在980m高程拱冠附近。
在采用拱梁分載法進(jìn)行壩體應(yīng)力計(jì)算時(shí)，還進(jìn)行了有限元地基取代伏格特地基的壩體應(yīng)力計(jì)算和模擬施工過(guò)程的分析計(jì)算、有限元一等效應(yīng)力法的應(yīng)力分析以及三維非線性有限元分格和結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)等。
二灘拱壩壩基巖體巖性堅(jiān)硬，多屬塊狀和鑲嵌結(jié)構(gòu)。壩肩穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，用敏感性浮值分析來(lái)判別穩(wěn)定條件和影響失穩(wěn)的主要因素。穩(wěn)定分析的荷載主要考慮拱推力(含壩體自重)、巖體自重與滲透壓力等，滲透壓力按不考慮防滲排水作用時(shí)最大可能值的100%、50%、33%、25%四級(jí)浮動(dòng)。
各種分析方法成果均表明，滲透壓力對(duì)拱座穩(wěn)定的影響相當(dāng)顯著，對(duì)底滑面作用更突出，當(dāng)滲透壓力由最大可能值降至50%時(shí)，安全系數(shù)成倍增加。加強(qiáng)和做好排水措施至關(guān)重要。
此外，在壩肩穩(wěn)定分析中，還用三維有限元分析巖體內(nèi)的點(diǎn)抗剪安全度進(jìn)行校核，并分別用脆性破壞和塑性破壞巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)壩肩的穩(wěn)定條件。
4 壩基處理和滲流控制
二灘拱壩壩基巖石條件較好，在滿足拱壩結(jié)構(gòu)應(yīng)力和壩肩穩(wěn)定的條件下，按不同部位分別對(duì)待，保留了部分經(jīng)灌漿處理后可作為壩基的弱風(fēng)化中段巖體。左岸拱座水平嵌深22m～50m、平均32.6m；右岸拱座水平嵌深26～59m、平均39.1m.對(duì)壩基中存在的部分軟弱(破裂)巖石(面積約占10%)和斷層破碎帶按不同深度開挖(局部槽挖)后用混凝土進(jìn)行置換。置換開挖的深度一般5m～6m，綠泥石——陽(yáng)起石化玄武巖軟弱帶置換深度達(dá)15m.此外，由于壩基開挖爆破松動(dòng)和開挖面暴露時(shí)間較長(zhǎng)而引起巖體松馳的影響，對(duì)壩基進(jìn)行了全面固結(jié)灌漿處理。
壩基固結(jié)灌漿共13.7萬(wàn)m，按不同部位的巖體質(zhì)量和壩踵、壩趾、防滲帷幕線等不同要求，分為三個(gè)常規(guī)灌漿區(qū)和三個(gè)特殊灌漿區(qū)。常規(guī)灌漿區(qū)布孔間排距3m×3m，孔深8m～18m，灌漿壓力0.4～1.5MPa，使用525＃普通硅酸鹽水泥；特殊灌漿區(qū)布孔間排距1.5m×1.5m，孔深13m×25m，其Ⅰ、Ⅱ序孔用525＃普通硅酸鹽水泥，灌漿壓力分別為0.7～1.5MPa和1.0～2.0MPa，Ⅲ序孔用比表面積6900～8300cm2/g的超細(xì)水泥漿液，灌漿壓力1.5～3.5MPa.固結(jié)灌漿施工中，采用了無(wú)蓋重灌漿和有蓋重引管灌漿兩種方式。有蓋重引管灌漿是從灌漿孔預(yù)埋1英寸的水平灌漿鋼管引至壩基外，待混凝土澆筑一定厚度后施灌。有蓋重高壓引管灌漿的目的是為了保證吃漿量低的部位和無(wú)壓灌漿后，表層0～5m不滿足要求部位的灌漿效果。引管灌漿壓力2～4MPa，最高達(dá)4.5MPa.
固結(jié)灌漿檢查標(biāo)準(zhǔn)除壓水試驗(yàn)呂榮值外，還用聲波檢查，并以聲波檢查值為主，其標(biāo)準(zhǔn)為：正長(zhǎng)巖Vp≥4500m/s；玄武巖Vp≥5000m/s；表層5m局部范圍Vp≥4000m/s.滿足高拱壩對(duì)基礎(chǔ)的力學(xué)及變形性能要求。
二灘壩基水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，基巖透水性微弱，滲流控制按“防排結(jié)合、以排為主”的原則布置。在拱壩壩基和下游二道壩基礎(chǔ)各設(shè)置一道防滲帷幕。拱壩帷幕中心線近似平行壩軸線，左岸深入拱座山體然后折向上游與地下廠房防滲帷幕連成一體，右岸從壩頭折向上游與泄洪洞進(jìn)口防滲帷幕相接。
拱壩基礎(chǔ)排水系統(tǒng)由兩道排水幕、壩內(nèi)集中井和深井泵房組成。第一道排水幕在防滲帷幕中心線下游約15m處、沿左、右壩肩不同高程各設(shè)置4條排水平硐與壩內(nèi)集水廊道、集水井相接，排出的水由深井泵房集中抽排。第二道排水幕位于壩趾貼角處，排水進(jìn)入下游水墊塘。除此而外，壩后抗力體的排水平洞和水墊塘排水廊道、排水暗溝和二道壩的排水，通過(guò)水墊塘深井泵房集中抽排。
5 泄洪消能建筑物
二灘工程設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為1000年，洪峰流量20600m3/s，校核洪水重現(xiàn)期5000年，洪峰流量23900m3/s.為了適應(yīng)高水頭、大流量、泄洪頻率和狹窄河段的特點(diǎn)，二灘工程的泄洪布置采用壩身7個(gè)表孔、6個(gè)中孔和右岸兩條泄洪洞共三套泄洪設(shè)施組合的方案。三套泄洪設(shè)施可以多種運(yùn)行方式組合，互* 鉤浜捅贛茫?榛羈煽俊Ｈ?仔購(gòu)檣枋┑男沽魅牒擁閶睪*道縱向分開，且出流末端采用不同的消能工、擴(kuò)散水流減小沖刷。表、中孔聯(lián)合泄洪，其水舌上下碰撞消能、充分摻和分散水流。
壩身孔口布置在拱壩中間河床壩段。7個(gè)表孔沿壩頂呈徑向布置，每孔尺寸11m×11.5m(寬×高)，設(shè)弧形閘門控制水流。表孔中間閘墩首部寬11m、尾部寬2m，孔口呈擴(kuò)散狀，兩邊墩為不擴(kuò)散的直線型，以防水流擴(kuò)散沖擊岸坡，出口采用大差動(dòng)俯角跌坎加分流齒坎的消能形式、單號(hào)孔跌坎堰面俯角30°，雙號(hào)孔俯角20°，中間5孔每孔設(shè)置兩個(gè)緊靠閘墩的分流齒坎，兩個(gè)邊孔只靠邊墩各設(shè)一個(gè)分流齒坎。通過(guò)大差動(dòng)跌坎加分流齒坎，出口水流縱、橫向充分?jǐn)U散，大大減小了對(duì)水墊塘的沖擊動(dòng)壓。水工模型試驗(yàn)表明，沖擊動(dòng)壓比不設(shè)齒坎的情況要減小80%以上。7個(gè)表孔在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)泄量為6300m3/s，校核洪水位時(shí)泄量達(dá)9800m3/s.
6個(gè)中孔布置在表孔閘墩的下部，為上翹型壓力短管，出口采用挑流，出口斷面尺寸6m×5m(寬×高)，出口底部高程1120m～1122m，弧門工作水頭80m.為避免徑向布置水流集中的影響并使水流縱向分散，6個(gè)中孔分為對(duì)稱的三組(1＃和6＃、2＃和5＃、3＃和4＃)，其上挑角分別為10°、17°和30°，平面上分別向兩岸偏轉(zhuǎn)1°、2°和3°。中孔全長(zhǎng)均用鋼襯。6個(gè)中孔在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)泄量6260m3/s，校核洪水位時(shí)泄量6450m3/s。
壩后消能防沖建筑物包括水墊塘和二道壩及二道壩下游護(hù)坦。水墊塘長(zhǎng)300m，復(fù)式梯形斷面，底寬40m.水墊塘末端的二道壩為混凝土重力壩，溢流段寬100m，頂部高程1012m、最大壩高35m、壩內(nèi)下游側(cè)設(shè)灌漿廊道和排水廊道。
兩條泄洪洞呈直線平行布置在右岸，兩洞中心距40m，系短進(jìn)水口龍?zhí)ь^明流隧洞，斷面尺寸為13m×13.5m(寬×高)的園拱直墻式，長(zhǎng)度分別為882.5m和1253.2m，進(jìn)口底板高程1163m，洞身縱坡分別為7.9%和7%，出口底高程1040m，泄洪落差160m，出口采用挑流消能。設(shè)計(jì)泄洪能力2×3700m3/s，校核洪水時(shí)泄量達(dá)2×3800m3/s，最大流速為45m/s.除采用高強(qiáng)硅粉混凝土襯護(hù)外，分別在兩條泄洪洞中設(shè)置5道和7道摻氣設(shè)施，摻氣設(shè)施采用帶U型槽的挑坎。出口水流經(jīng)挑坎擴(kuò)散后落入下游河床。
6 拱壩施工
二灘工程施工導(dǎo)流采用河床圍堰、兩岸隧洞導(dǎo)流的方式、導(dǎo)流建筑物按重現(xiàn)期30年的洪水13500m3/s設(shè)計(jì)，左、右岸各設(shè)一條導(dǎo)流洞，長(zhǎng)度分別為1089m和1167m，斷面為園拱直墻型，寬17.5m、高23m上、下游圍堰為土石圍堰，填筑高度分別為56m和30m，圍堰基礎(chǔ)防滲采用高壓旋噴灌漿，基坑內(nèi)基本無(wú)滲水。壩基開挖采用梯段爆破，邊坡系統(tǒng)噴錨、邊開挖邊支護(hù)。兩岸邊坡和右岸部分壩基用予裂爆破，其余壩基均用予留保護(hù)層的方法施工。拱壩混凝土施工的全過(guò)程采用計(jì)算機(jī)模擬程序進(jìn)行監(jiān)控，保證了施工計(jì)劃的實(shí)施。
6.1 混凝土原材料和配合比 水泥采用攀枝花市渡口水泥廠生產(chǎn)的525＃硅酸鹽大壩水泥，28d膠砂抗壓強(qiáng)度平均達(dá)59.39MPa；7d水化熱259.19KJ/kg.粉煤灰采用攀枝花市河門口熱電廠生產(chǎn)的粉煤灰，外加劑為國(guó)產(chǎn)ZB-1萘系高效減水劑和AEA202引氣劑。骨料是正長(zhǎng)巖，質(zhì)地堅(jiān)固、新鮮、粒型好、質(zhì)量穩(wěn)定，砂子細(xì)度模數(shù)平均2.85(2。58/3.17)，石粉(＜0.074mm)含量平均4.3%，砂子含水率平均6.25%(3.7%/8.8%).
為保證混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性和滿足施工和易性及溫控的要求，對(duì)拱壩各分區(qū)混凝土的配合比主要參數(shù)作了嚴(yán)格規(guī)定，見(jiàn)表1。
表1 混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度及配合比主要參數(shù)
注：大壩全級(jí)配混凝土試件為45cm立方體，濕篩后試件為20cm立方體；有錨索間墩和大梁混凝土齡期為90d，全級(jí)配試件為30cm立方體。
拱壩A、B、C各分區(qū)混凝土均用四級(jí)配(最大骨料粒徑152mm)，A區(qū)主要用于靠基礎(chǔ)部位的強(qiáng)約束區(qū)和孔口周圍，占混凝土總量的22.4%；B區(qū)用于壩體中部，占62.6%；C區(qū)用于壩上部左右兩邊，占15.0%.壩體混凝土不分內(nèi)外，不設(shè)縱縫。實(shí)施施工使用的混凝土配合比見(jiàn)表2，抽樣試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.
表2 混凝土施工配合比
表3 混凝土抽樣試驗(yàn)結(jié)果
注：錨索墩梁混凝土齡期為90d；抗壓強(qiáng)度合格率100%、保證率99%；混凝土絕熱溫升值＜27℃；混凝土具有20με左右的微膨脹性能。
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論文出處(作者):
6.2 人工砂石骨料生產(chǎn) 根據(jù)混凝土高峰生產(chǎn)強(qiáng)度，骨料加工設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1000t/h，主要由予初碎、初碎和閉路式二、三、四次破碎篩分車間和粗、細(xì)砂處理塔以及細(xì)砂棒磨車間、后篩分樓及相應(yīng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)等設(shè)施組成，設(shè)備先進(jìn)配套。
正長(zhǎng)巖料場(chǎng)位于左壩肩上游約600m的金龍溝下游側(cè)，高程1330～1555m，儲(chǔ)量約470萬(wàn)m3。骨料加工廠因地制宜、布置在石料場(chǎng)下部臨河山坡1320m～1300m高程，近200m長(zhǎng)，總寬約50m～60m的三個(gè)近乎平行的臺(tái)階上，包括二次破碎后的閉路生產(chǎn)系統(tǒng)和成品儲(chǔ)料豎井。該區(qū)域與石料場(chǎng)之間最大高差250m，開挖石料沿金龍溝滾落至集料平臺(tái)、進(jìn)入40m深的進(jìn)料豎井、經(jīng)顎式予初碎機(jī)破碎成粒徑＜450mm的料(生產(chǎn)能力1200t/h)，洞內(nèi)皮帶機(jī)運(yùn)至洞口1320m高程的旋回式初碎機(jī)、破碎成粒徑＜250mm的半成品料(生產(chǎn)能力1000t/h)，儲(chǔ)存于1.5萬(wàn)m3的人工推料場(chǎng)。半成品料進(jìn)入閉路式生產(chǎn)系統(tǒng)，經(jīng)二碎、三碎和四碎、分別生產(chǎn)出粒徑≤152mm以下各級(jí)骨料，經(jīng)沖洗篩分后、粗骨料按4.8mm/19mm、19mm/38mm、38mm/76mm、76mm/152mm分成四級(jí)，細(xì)骨料分粗砂(1.2mm/4.8mm)和細(xì)砂(0.074mm/1.2mm)兩級(jí)，部分細(xì)砂由棒磨機(jī)生產(chǎn)補(bǔ)充。各級(jí)成品骨料分別儲(chǔ)存于10個(gè)不同直徑(D＝7m～15m)、不同深度(52m～67m)的儲(chǔ)料豎井中，總儲(chǔ)量10萬(wàn)t、可供混凝土高峰生產(chǎn)6天左右。成品粗細(xì)骨料經(jīng)儲(chǔ)料豎井下的地下輸料廊道用皮帶機(jī)(寬2m、長(zhǎng)280m)運(yùn)送到拌和樓頂部進(jìn)行二次篩分和脫水，然后分別送入拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)(在輸料廊道內(nèi)同時(shí)進(jìn)行預(yù)冷).該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：①?gòu)氖祥_采、破碎加工到骨料儲(chǔ)存運(yùn)輸、沿陡坡從上到下成臺(tái)階布置，利用地下洞運(yùn)輸、儲(chǔ)存和予冷骨料，不僅解決了垂直運(yùn)輸問(wèn)題、大大節(jié)省了運(yùn)輸時(shí)間，而且減少了骨料予冷的難度、減少了資源消耗，且人工砂石料的含水量也比較穩(wěn)定。②采用五級(jí)破碎和閉路生產(chǎn)工藝、提高了生產(chǎn)效率，且易于調(diào)節(jié)各級(jí)骨料的生產(chǎn)；砂子分粗細(xì)兩級(jí)，更有利于控制級(jí)配、細(xì)度模數(shù)和含水率。骨料加工廠的實(shí)際生產(chǎn)能力達(dá)日平均生產(chǎn)18000t各種粒徑的成品骨料，可供8000m3混凝土用量，保證混凝土連續(xù)均衡生產(chǎn)。
6.3 混凝土拌和、運(yùn)輸及澆筑 兩座拌和樓布設(shè)在左壩肩上游約50m、高程1205m、8＃公路內(nèi)側(cè)擴(kuò)大的平臺(tái)上，每座拌和樓裝4臺(tái)4.5m3自落式拌和機(jī)，四級(jí)配混凝土每拌一次約需3min，二座拌和樓理論生產(chǎn)能力為720m3/h、利用系數(shù)0.65，每月可生產(chǎn)28萬(wàn)m3混凝土，用于拱壩和其它主體建筑物。
混凝土運(yùn)輸距離30m～50m，5～6部側(cè)卸式罐車(9m3)運(yùn)料、再由輻射式纜機(jī)吊運(yùn)到倉(cāng)面，從吊運(yùn)入倉(cāng)到返回一個(gè)循環(huán)時(shí)間約5min，每臺(tái)纜機(jī)平均生產(chǎn)能力108m3/h.三臺(tái)輻射式纜機(jī)承擔(dān)大壩混凝土運(yùn)輸和輔助工作，每臺(tái)纜機(jī)吊重30t，跨度1275m，右岸為固定端，左岸移動(dòng)端可沿扇型軌道(長(zhǎng)332m)爬坡15°行走，除右岸38＃和39＃壩段外，三臺(tái)纜機(jī)可覆蓋所有的大壩混凝土澆筑倉(cāng)面。38＃和39＃壩段的澆筑，仍由纜機(jī)將混凝土吊運(yùn)到37＃壩段，再用Rotec皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到倉(cāng)面。
拱壩共分39個(gè)壩段，每個(gè)壩段寬約20m，通倉(cāng)澆筑，澆筑塊最大面積1200m2(20m×60m)，每塊澆筑高度3m，共1980塊。河床最高壩段有80塊。大壩模板為定型鋼支架懸臂模板、可調(diào)節(jié)前俯后仰，調(diào)節(jié)最大角度分別為32°和20°，面板為21mm厚的膠合板，模板尺寸用3.6m×3.15m及其它尺寸。模縫采用球面鍵槽模板，面板為鋼板沖壓成直徑80cm、深15cm的球面、球面間距20cm，然后固定在上述模板的面板上。這種模板可減少橫縫接縫灌漿的阻力、且抗剪作用均勻、拆裝方便。一般情況下，一個(gè)澆筑塊由2臺(tái)纜機(jī)供料，配2臺(tái)平倉(cāng)機(jī)、2臺(tái)振搗臺(tái)車(每臺(tái)帶有8個(gè)直徑152mm長(zhǎng)600mm的插入式振搗棒、間距80cm，每30s可完成約3m3混凝土的搗固)，另配5～6個(gè)不同規(guī)格的手持式振搗棒、用于臺(tái)車難于到達(dá)的部位。混凝土澆筑鋪層厚度50cm，每層澆筑歷時(shí)＜3小時(shí)，并及時(shí)覆蓋上一層混凝土，每塊分6層澆筑。收倉(cāng)12h后噴水養(yǎng)護(hù)，初凝后終凝前用低壓水(壓力＜1巴)沖洗水平施工縫表面、去除乳皮，上塊混凝土澆筑前用高壓水(壓力為400巴)沖洗。壩塊拆模后，混凝土側(cè)面掛多孔水管，由上至下噴淋養(yǎng)護(hù)。每個(gè)壩塊混凝土澆筑、首先在下層水平施工縫面上鋪上稱之為接觸層的混凝土，然后在其上澆筑原級(jí)配混凝土。接觸層混凝土用一、二級(jí)配混凝土鋪墊，相應(yīng)厚度為10cm.對(duì)于基巖面則是先澆一層50cm厚的二級(jí)配混凝土、然后在其上澆筑四級(jí)配混凝土。
二灘拱壩混凝土一共415萬(wàn)m3，從1995年2月23日開始澆筑至1998年8月底完成壩體澆筑，歷時(shí)42個(gè)月，平均月澆筑強(qiáng)度10萬(wàn)m3，高峰期曾連續(xù)9個(gè)月澆筑13.3萬(wàn)m3，其中5個(gè)月過(guò)15萬(wàn)m3，最高月澆筑達(dá)16.5萬(wàn)m3、年澆筑量155.2萬(wàn)m3。
已澆筑混凝土鉆孔檢查，A區(qū)混凝土芯樣180d抗壓強(qiáng)度為54.6MPa， 28d劈拉強(qiáng)度2.97MPa，28d芯樣波速＞4500m/s，鉆孔壓水呂榮值一般為零；齡期為284～452天的244個(gè)芯樣，其平均抗壓強(qiáng)度60.06MPa、劈拉強(qiáng)度6.2MPa，容重2597kg/m3.B區(qū)混凝土齡期為124～267天的217個(gè)芯樣，平均抗壓強(qiáng)度55.8MPa，劈拉強(qiáng)度4.13MPa，容重2589kg/m3，芯樣滲透系靈敏K＝0.957×10-10，抗?jié)B指標(biāo)＜S15.C區(qū)混凝土兩個(gè)鉆孔的檢查結(jié)果為：齡期337～376天，芯樣抗壓強(qiáng)度57.6MPa，劈拉強(qiáng)度4.17MPa，壓水試驗(yàn)呂榮值0.30。
鉆孔檢查還表明，水平施工縫接觸層的粘結(jié)性能良好，芯樣結(jié)合層面有80%沒(méi)有斷開，芯樣波速為其相應(yīng)孔壁平均波速的94.89%，接觸層壓水試驗(yàn)的呂榮值絕大部分為零(僅一個(gè)側(cè)點(diǎn)達(dá)1.28).室內(nèi)抗剪試驗(yàn)結(jié)果，接觸層抗剪強(qiáng)度與本體混凝土抗剪強(qiáng)度比值＞98%.混凝土與基巖的結(jié)合性能也是相當(dāng)良好的。
已建成的二灘雙曲拱壩體型控制良好，經(jīng)36730個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)計(jì)算分析，拱壩體形中誤差為±22.4mm，平均偏差±18.22mm，表面規(guī)整平順，滿足設(shè)計(jì)要求。
6.4 混凝土溫控措施 二灘拱壩采用中熱大壩水泥并摻30%的優(yōu)質(zhì)煤灰，不僅可降低水泥用量，且實(shí)測(cè)資料表明，比不摻粉煤灰的混凝土絕熱溫升降低7～8℃。施工中生產(chǎn)低溫混凝土、嚴(yán)格控制入倉(cāng)澆筑溫度和澆筑間隔時(shí)間以及壩塊的后冷和養(yǎng)護(hù)都是防止和減少壩體混凝土裂縫的主要溫控措施。
二灘拱壩經(jīng)分析論證后將壩體分為約束區(qū)(Ⅱ區(qū))和非約束區(qū)(Ⅰ區(qū))實(shí)施溫控，所謂約束區(qū)是指距基巖t/4或距老混凝土(齡期達(dá)14d及以上者)t/8以內(nèi)的區(qū)域，這里t是大壩在基巖處或老混凝土處的徑向厚度、即澆筑塊長(zhǎng)度。要求約束區(qū)入倉(cāng)澆筑溫度≤10℃，允許最高溫升到28℃，非約束區(qū)入倉(cāng)溫度≤12℃，其中非關(guān)鍵部位(如C區(qū)混凝土)≤14℃，允許最高溫升到34℃～36℃。
為滿足混凝土入倉(cāng)溫度的要求，控制出機(jī)口混凝土溫度8.5℃～9℃，為此，首先對(duì)骨料予冷、然后加冷水(3℃～5℃)及冰屑拌和混凝土。骨料予冷是在長(zhǎng)280m的輸料廊道皮帶機(jī)上、用4℃冷水不斷噴淋浸泡，可將25℃的骨料冷卻至6℃左右，然后經(jīng)二次篩分脫水后進(jìn)入拌和摟儲(chǔ)料倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)通4℃～5℃的冷氣保溫；砂子在廊道內(nèi)用冷氣風(fēng)冷至15℃左右。夏季高溫時(shí)(38℃)、照樣生產(chǎn)低溫混凝土(8℃～9℃)，不過(guò)拌和時(shí)幾乎全用冰屑。通常情況下加冰量為總用水量的40%.設(shè)兩座制冰樓，各裝8臺(tái)生產(chǎn)能力1t/h的制冰機(jī)，總計(jì)生產(chǎn)能力16t/h.每座制冰樓設(shè)100m3的冰庫(kù)，滿足全年生產(chǎn)低混凝土。
混凝土后冷采用埋設(shè)PE塑料冷卻水管(外徑32mm，內(nèi)徑28mm)替代原設(shè)計(jì)采用的鋼管(外徑25mm，壁厚1.5mm～1.8mm)，PE管鋪設(shè)方便、接頭少、易修復(fù)。主管與分管并聯(lián)，主管供水壓力0.7MPa、流量100L/min，保證每根分管壓力0.35MPa、流量20L/min.后冷分一期冷卻和二期冷卻，一期冷卻主要是降低水化熱溫升，起削峰作用，控制最高溫升。冷卻水溫13℃～15℃，控制冷卻速率不超過(guò)1℃/d，將壩塊溫度降至22℃。二期冷卻是將壩塊溫度從22℃降至接縫灌漿溫度(14℃～16℃)，冷卻水溫6℃～8℃。二期冷卻需考慮混凝土強(qiáng)度發(fā)展情況，防止約束區(qū)連續(xù)冷卻太快。
二灘拱壩分塊澆筑的層間間隔時(shí)間要求3～14d，超過(guò)14d的下層混凝土作老混凝土對(duì)待，實(shí)際間隔時(shí)間一般為7d左右，此時(shí)混凝土溫度處于回降時(shí)段。此外，針對(duì)二灘壩區(qū)干燥多風(fēng)、日照強(qiáng)烈、日溫差大及降雨集中的特點(diǎn)，要求加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)和倉(cāng)面保護(hù)，拆模后噴淋濕養(yǎng)護(hù)不少于28d.
6.5 接縫灌漿 二灘拱壩分39個(gè)壩段，接縫灌漿按高程分為19個(gè)灌區(qū)，共計(jì)需灌422條縫。接縫灌漿溫度要求：有孔口的壩段(17～24壩段)在高程1145m以上16℃，以下14℃；其余壩段高程1061m以上16℃，以下14℃。接縫縫面為球面鍵槽，灌漿方式采用予留水平灌漿槽和預(yù)埋連接在灌漿槽上的進(jìn)、回漿管的面出漿方式。漿液采用水灰比為0.45:1的單一配比濃漿，加0.25%的ZB-1高效減水劑，漿液2h析水率(2～3)%、Marsh Funnel粘度值37s～39s，可灌性較好，結(jié)石強(qiáng)度高(28d抗壓強(qiáng)度36～37MPa)。灌漿控制標(biāo)準(zhǔn)為：出漿口壓力≤0.35MPa或縫的增開度≤0.5mm，出漿濃度與進(jìn)漿濃度一致且縫面不再吸漿后、壓力維持30min即可結(jié)束。
考慮到二灘大壩混凝土早期已具有足夠的強(qiáng)度且自身體積變形具有一定的微膨脹特性，接縫灌漿一般按2個(gè)月控制，實(shí)際施工各縫兩側(cè)混凝土的齡期最小55d，最大663d，接縫灌漿全年施灌。二灘拱壩接縫灌漿的實(shí)測(cè)溫度在14℃區(qū)域平均溫度12.3℃，16℃區(qū)域平均溫度14.7℃，平均超冷1.7℃～1.3℃。接縫張開度最小0.7mm、最大4.39mm、平均1.85mm，18灌區(qū)因在水庫(kù)已蓄水后設(shè)施受水庫(kù)蓄水影響，接縫張開度較小、平均0.21mm.水泥灌入量平均單耗為18.96kg/m2，平均每毫米張開度單耗為10.25kg/m2·mm.
灌漿后，經(jīng)鉆孔(騎縫及跨縫)檢查結(jié)果，回收芯樣中有56.5%含縫芯樣完全膠結(jié)在一起，漿液在縫內(nèi)的充填率達(dá)99%以上，結(jié)石厚度0.6mm～3.44mm，壓水試驗(yàn)呂榮值基本為零，僅個(gè)別值達(dá)0.59.孔內(nèi)聲波測(cè)試值在4200m/s以上，含縫方向與不含縫方向基本一致。
7 安全監(jiān)測(cè)及拱壩工作性態(tài)
根據(jù)二灘拱壩和地基特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)拱壩變形與基礎(chǔ)滲流情況，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、橫縫開度、上、下游水位、地震反應(yīng)等其它觀測(cè)項(xiàng)目。
電站自1998年5月1日下閘蓄水已經(jīng)歷了1998年和1999年兩個(gè)汛期的水位升降。1998年水庫(kù)最高蓄水位至1183.70m，1999年汛期，最高蓄水位已達(dá)到1199.5m，接近大壩設(shè)計(jì)正常高水位。采集的大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)分析，大壩及樞紐建筑物運(yùn)行正常。
7.1 壩體及壩基變位監(jiān)測(cè) 壩體及壩基變形監(jiān)測(cè)，是分析和掌握大壩工作狀戊最為重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。二灘監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)采用垂線、大地測(cè)量、多點(diǎn)位移計(jì)、引張線/伸縮儀等方法對(duì)大壩及基礎(chǔ)的水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
大壩正倒垂線系統(tǒng)主要布置在4＃、11＃、21＃、33＃和37＃壩段。為加強(qiáng)壩基變位監(jiān)測(cè)，19＃和23＃壩段980m高程各布置一條長(zhǎng)度80m的倒垂線；21＃壩段980m高程布置倒垂線組(同一部位布置兩條長(zhǎng)度不同的倒垂線)，用以監(jiān)測(cè)壩基深部變形。正垂線懸掛點(diǎn)與壩頂觀測(cè)墩及平面監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)整體，進(jìn)行水平位移的監(jiān)測(cè)。
大地測(cè)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)分永久監(jiān)測(cè)網(wǎng)和臨時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)兩套系統(tǒng)。永久平面基準(zhǔn)網(wǎng)共計(jì)10點(diǎn)，62個(gè)方面，37條邊，按Ⅰ等三角測(cè)量技術(shù)實(shí)施。臨時(shí)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)是為了滿足拱壩初期蓄水的需要，其基準(zhǔn)網(wǎng)經(jīng)修正從8點(diǎn)變?yōu)?點(diǎn)構(gòu)成，共觀測(cè)24個(gè)方向，12條邊。
臨時(shí)變形基準(zhǔn)網(wǎng)建立了15個(gè)水平變位測(cè)點(diǎn)，11個(gè)測(cè)點(diǎn)在拱壩下游壩面，分布于13�！�30＃壩段1040.25m～1169.25m高程范圍內(nèi)，其余兩對(duì)4個(gè)谷幅監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布置在1050.0m高程壩后貼角及壩后抗力體。
在5＃、13＃、21＃、29＃、33＃和36＃壩段基礎(chǔ)廊道內(nèi)，布置安裝了6支6測(cè)點(diǎn)弦式多點(diǎn)位移計(jì)，是對(duì)壩基及基礎(chǔ)下主要結(jié)構(gòu)帶進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在右岸1040m高程排水平洞內(nèi)(ADR3)布置7個(gè)引張線測(cè)點(diǎn)(EX1～EX7)，用于監(jiān)測(cè)右岸壩肩抗力體順河向水平位移，同時(shí)引張線測(cè)點(diǎn)位置布置8個(gè)伸縮儀測(cè)點(diǎn)(SS1～SS8)，用于監(jiān)測(cè)壩肩橫河向水平位移。在EX7/SS7測(cè)點(diǎn)位置布置有倒垂線測(cè)點(diǎn)，因此可利用該點(diǎn)作為觀測(cè)的相對(duì)工作基點(diǎn)，以計(jì)算引張線/伸縮儀位移量。
從初期蓄水開始，大壩與壩基的水平變形隨著水位和氣溫度變化的總體規(guī)律合理，實(shí)測(cè)的變形在預(yù)先確定的理論分析模型分析結(jié)果范圍之內(nèi)，大壩工作狀態(tài)是在設(shè)計(jì)控制的正常運(yùn)行狀態(tài)。
壩基沉陷變化主要依據(jù)大地測(cè)量、靜力水準(zhǔn)、多點(diǎn)變位計(jì)、基礎(chǔ)測(cè)縫計(jì)等儀表量測(cè)。監(jiān)測(cè)目的是為了分析壩踵是否有被拉裂情況，以及大壩沿建基面是否存在滑移錯(cuò)動(dòng)。也為了分析庫(kù)盆沉降變化對(duì)大壩變形的影響。
通過(guò)施工過(guò)程和蓄水位的基礎(chǔ)測(cè)縫計(jì)數(shù)據(jù)資料表明，壩趾、壩踵基從觸面上開合變化，與施工澆筑過(guò)程、蓄水期的水位變化以及壩體溫度變化密切相關(guān)，特別與水位變化密切相關(guān)。岸邊壩段壩踵蓄水位雖有微小的拉伸變形，但拉伸變形仍小于施工期的壓縮量，屬于卸載過(guò)程的彈性回彈變形，總體上是沉降，沒(méi)有相互滑動(dòng)和錯(cuò)動(dòng)。河床部位的壩段，蓄水后壩踵均產(chǎn)生大于初期壓縮的拉伸變形，表明河床壩段壩踵有微小的拉裂，從滲流監(jiān)測(cè)分析，裂縫開展長(zhǎng)度很短，且穩(wěn)定。
7.2 基礎(chǔ)滲流場(chǎng)分析 壩基范圍共設(shè)22個(gè)滲壓測(cè)點(diǎn)，沿壩基縱向布置成三排，第一排設(shè)置在防滲帷幕之后，共5個(gè)測(cè)點(diǎn)，目的在于檢驗(yàn)防滲帷幕效果；第二排滲壓測(cè)點(diǎn)布置在壩基排水區(qū)，共12個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)壩基排水對(duì)降低滲壓的作用；第三排滲壓測(cè)點(diǎn)位于壩趾附近共五個(gè)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)壩基、壩后及水墊塘排水對(duì)壩基滲壓的綜合影響。
蓄水后的監(jiān)測(cè)表明壩肩及壩基實(shí)際滲壓值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)的滲壓假定，防滲帷幕和各種排水措施，均達(dá)到和超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)想效果。
壩體和壩基滲流量按1999年汛后10月庫(kù)水位在正常高水位附近的測(cè)值，壩體可收集到的滲水量約80.25ml/s，壩基灌漿廊道和排水廊道的滲水量19215.31ml/s，水墊塘、二道壩區(qū)域的繞壩滲流量6894ml/s，總計(jì)為26.2l/s.總體滲流量小于設(shè)計(jì)值。
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