关于高拱坝施工难点及施工技术的分析

关于高拱坝施工难点及施工技术的分析

Analysis on The Difficulties and Construction Technology of High Arch Dam Construction ■ 厉旭龙1胡二伟2■ Li Xulong Hu Erwei

[摘 要] 笔者从高拱坝施工的独特性入手阐析了相关施工技术中存在的难题，针对这些难题总结出温控防裂的处理方案。

[关键词]技术难点高拱坝温控防裂

[Abstract] From the uniqueness of high arch damconstruction, the author analyzes the problems thatexist in the related construction technology, and then puts forward some tempera- ture control and crack prevention measures for these challen- ges.

[Keywords]technical difficulties, high arch dam, temperat ure control and crack prevention

建设高拱坝时需要满足一定的条件，尤其在坝址的选择上应当注意选那些地形地质状况良好的、河谷狭窄且对称的，在坝肩坝基强度足够且完好的坝址可以建筑高拱坝。高拱坝有许多突出的有点，如超强抗震能力、负载容量大、坝身泄量大能较好的配合其他施工工程、基本无干扰、节省坝体混凝土等。高拱坝竞争日益激烈，特别是这几年高拱坝领域的突破性技术使之成为水利枢纽的代表。

一、 高拱坝施工特点及难点

(1) 高拱坝附近的山坡陡度过大，难以施工且在开挖土石方面存在很大困难；通常高拱坝位于高地应力地区，被挖除出来的基岩会出现明显的变形；高拱坝选址标准高，在地质状态繁杂地段处置困难。

(2) 高拱坝坝型有很多种：对数螺线、统一二次曲线、椭圆、一般由抛物线、双曲线或其他曲度不要的拱圈坝，这些坝型主要都是曲状，这也加大额施工中对坝体形状的管控，因为尺寸的不断变换。

(3) 高拱坝陡峭的地形给浇筑混凝土设备分布带来难度；由于拱坝仓位忽略了纵缝而扩大了仓面，加大了入仓强度，大仓面混凝土高强度快速浇筑技术问题有浮出水面。

(4) 另一个需要攻克的技术难题就是在解决高拱坝快速挡水蓄洪中的高升层施工；

(5) 裂缝在高拱坝坝体中时常发生，这是其受力要求和外界温度共同作用时容易引起的，温控防裂技术亟待更新；

(6) 在拱坝施工中还要克服的另一问题就是使其满足夏天封拱灌浆要求而保证分期蓄水；

(7) 严加控制灌浆工序工艺以减少帷幕灌浆和固结灌浆对拱坝混凝土施工的破坏也是个难题。

随着研究中取得的各项突破，我国高拱坝施工已经不成问题；高拱坝保质保速施工技术已成功在溪洛渡、拉西瓦、小湾、锦屏一级等超高拱坝中落实并不断发展。

二、 高拱坝施工技术

1. 高拱坝坝肩土石方开挖出渣施工技术

高拱坝周围陡峻的山体增加了施工难度，但是

在施工过程中仍然要做到绿色环保的要求，如在山

体中安设集渣平台、溜渣竖井、或凿隧道等方式确

保坝肩周围的植物不受影响。在出渣上坝肩开挖中

所应用的技术有：

(1) 借助缆机平台开挖山体，巧妙运用山体内

已存隧道或山顶道路出渣；

(2) 合理使用坝顶进场公路或山体内的临时隧

道促进缆机在其到坝顶间山体的开挖出渣。

(3) 至于坝顶以下部分的开挖，采取的方法是

设置集渣平台、进场公路、溜渣竖井和河床推渣以

出渣。

这些出渣新技术的运用使开挖出渣不成问题，

如山体临时隧道、溜井溜渣、集渣平台、永久道路、

河床推渣等综合性查渣技术，这不仅达到了绿色施

工的标准也节省了施工开支。

2. 高拱坝坝肩坝基高地应力开挖技术

另一项新施工技术是针对高拱坝高地应力坝基

坝肩开挖中基岩卸荷变形而提出的，包括：

(1) 光滑反弧形技术

边坡到河床以反弧型光滑过渡曲线实施开挖的

技术称为光滑反弧形开挖技术。这项新技术的运用

可以降低应力集中强度并缩减施工作业量，卸荷松

动范围缩减且坝基回弹变位概率降低，大大提升了

基岩质量。

这项施工技术成功运用于拉西瓦坝基上，此坝

基地应力有30～70Mpa，观测数据显示，坝肩槽内

卸荷回弹变位远远低于计算值，它也利于基岩质量

从而使建基面攀升2m，加快了坝基物探波速。

(2) 坝肩应力释放孔和缓冲孔技术

高拱坝坝肩开挖后会引起很多问题，如加快岩

性变化、大高边坡的落差和拉高地应力。在开挖过

程中需不停对炎爆进行预测并钻设一定数量的注水

的应力释放孔做防备，以提高高边坡开挖质量。另

外，需在主爆孔与深孔预裂孔（深20～25m）之间

依据具体情况设置孔距为预裂孔的2倍的缓冲孔。

为了降低孔壁的压力，需要选择合适的爆破参数并

控制好钻孔质量，实现这一目的可以在孔内填充岩

粉、黄土，这一举措还可以在爆破时为开挖边坡减

震，借助爆破作用所释放应力在高边坡开挖过程中

形成的简易支护，使之在边坡施工中可以稳当运行。

边坡的形成可以创造平整的预裂面，半孔率在90%

以上的中高边坡都可以很稳当。

(3) 先锚后挖技术

先锚后挖技术的应用可以有效降低高地应力区

域保护层开挖工作中建基面岩体卸荷松弛，这是通

过预先埋入式锚杆或锚筋束对建基面岩体锚固在开

挖来实现的。这项技术可以运用在锦屏坝肩开挖中

需要用到的保护层（约3～4cm）里。

3. 复杂地质条件下坝基处理技术

在一些地形地质条件简陋的西部地区建筑拱

坝，往往可以使用抗剪洞处理技术和断层置换加固

处理技术来削弱高山峡谷地应力的影响，降低破碎

带和边坡断层出现，确保边坡安全。

运用断层置换加固处理技术处理电站右岸边坡

的两条大断层。置换处理加固工程运输通道在处理

大坝浇筑平行施工中的安全与边坡置换处理问题上

发挥了很大的效力，这是通过利用灌浆平洞、排水

平洞、设置溜渣井来实现的。

综合运用锚固洞、布置抗剪洞、灌浆、、排水、

锚索等方法加固边坡的技术有效解决了大岗山电站

工程右岸边坡卸荷裂隙。

三、 高拱坝的温控防裂施工技术

高拱坝会制约于坝体自由高度，底部虽然浇筑

混凝土进行接缝灌浆形成了一个整体，但是封拱的

坝体对上部影响很大，所以将其冠以高标准温控的

约束区称号。对于坝基的温控要求也很高，因为坝

基所处特殊地形，其坝体孔口和基岩约束区很多。

其温控受难于高强度且水化热温升高坝体混凝土设

计所需的大量胶凝材料。拱坝混凝土施工中一般使

用通仓浇筑而放弃纵缝，增大仓面尺寸而导致混凝

土只能慢慢降温，表面裂缝、甚至是贯穿裂缝易形

成于这种内外温差约束时间长情况下，严重危机大

坝安全。温控防裂在拱坝施工中是个难题。

温控措施必须贯穿于拱坝施工的全工程，从而

为减少温度应力引发的拱坝裂缝。特别要注重高性

能砼、冷却通水问题。

1. 拱坝高性能混凝土配合比

混凝土中拉应力超标或者拉伸变形系数超标就

很容易引发混凝土的开裂。混凝土会受很多自身或

外来因素的影响，如降温冷缩、干缩或自身体积收

缩、周围环境的约束（限制约束），拉应力就会在混

凝土内部产生从而可能导致裂缝出现。高性能混凝

土的使用理所应当被重视。

在配置高性能混凝土时，要视具体情况优先选

取不同的水泥、骨料、外加剂和掺合料等原材料，

通过提高混凝土性能使拱坝混凝土具备“极限拉伸

值、低水化热、高强度、低弹模、收缩小、温升慢”

的性能。如果要求改善混凝土的性能则需要在耐久

性、对力学、抗裂性、变形、温控等性能等高要求

的拱坝混凝土里掺用优质的减水剂、粉煤灰和引气

剂，严格控制混凝土中粉煤灰的掺量来控制温度值。

这对混凝土防裂水平大有帮助。

2. 拱坝通水冷却技术

实现封拱要求最简便易行的方法就是通水冷

却，这可以控制混凝土内部最大温升和将坝体温度。

提高混凝土抗裂性能的另一个方法就是在不同阶段

不停的变换通水策略，控制单个仓位降温速率，使

坝体中所有仓位按照梯度要求缓慢均匀下降，从而

使温控达标。

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