1 工程概述
西藏自治区芒康县西曲河二级水电站厂房为引水式发电明厂房, 厂区枢纽工程由压力前池、高压管道、发电明厂房组成。压力前池布置于厂房后边坡上, 由边坡开挖成型。压力前池边坡原设计开挖高度为60m, 开挖高程为▼2929.20m~▼298 9.20 m;开挖宽度为52m。该边坡原设计为岩石边坡, 其开挖坡度为1∶0.3, 2929.20m~▼2934.20m高程段边坡设计采用C20钢筋混凝土结构支护, 2934.20m高程以上边坡采用素喷C20混凝土15cm支护。
2 高边坡支护方式的确定
根据开挖该边坡揭露的地质情况, 该边坡主要由堆积土层构成, 局部为砂石胶结层和薄壳层强风化页岩。边坡结构面破碎, 自稳能力极差, 在开挖中曾多次发生塌方现象。若按原设计方案支护, 难以确保边坡的稳定和电站的安全运行, 而且工程造价较高。为此, 我方向业主、设计、监理单位提出了该边坡支护的优化设计方案:将该边坡开挖坡度由原设计的1∶0.3改为1∶0.8;▼2934.20m高程以上边坡由素喷混凝土支护改为混凝土砌石连环拱结构支护。经各方多次研究论证, 同意我方提出的边坡支护优化方案。变更原设计方案的可行性原因分析。
(1) 边坡岩石性质的改变, 实际为堆积覆盖层边坡, 而不是原设计的岩石边坡, 1∶0.3的设计坡比不能满足边坡自然稳定条件。
(2) 由于该边坡结构面破碎, 自稳能力极差, 原设计采用单纯的喷混凝土支护, 难以确保边坡稳定, 而且工程量较大。
(3) 采用混凝土砌石连环拱做边坡永久支护, 其结构强度高, 承载能力好。
(4) 采用混凝土砌石拱结构, 其工程造价原比采用喷混凝土、钢筋混凝土等结构造价低, 大大节约工程投资。
(5) 混凝土砌石拱施工简单。
(6) 混凝土砌石连环拱外型结构美观。
3 高边坡开挖施工技术
压力前池高边坡采用自上而下分层台阶式开挖。由于边坡为堆积砂石土层, 自身稳定能力差, 故在开挖时不宜采用爆破法施工作业, 而是采用小型挖掘机配合人工开挖。由挖掘机修3.5m宽施工便道至边坡顶部, 从边坡顶部按1∶0.8的坡比自上而下开挖。由于施工便道坡度较陡, 运输车辆无法抵达。开挖时先由挖掘机将石碴沿边坡下卸至▼2892.0主厂房施工平台, 然后用ZL50B装载机上装15t自卸汽车运往指定碴场。为防止开挖机械对边坡开挖面产生扰动破坏, 在距设计开挖坡面预留30cm保护层, 采用人工修坡开挖成型。
4 高边坡永久支护施工。
4.1 设计形式
压力前池高边坡采用C20细粒混凝土砌石连环拱结构进行支护。第一层拱内净宽为1.6m, 直墙高2.0m, 顶拱为半圆, 混凝土砌石厚度为40cm。第二层及以上拱内净宽为2.0m, 直墙高2.0m, 顶拱为半圆, 混凝土砌石厚度为40cm。拱墙脚落于下层顶拱中心上。不能砌筑拱结构的部位采用40cm混凝土砌石护坡。
4.2 施工工艺
混凝土砌石拱施工工艺如图1所示。
(1) 坡面修整与测量放样:PC220挖掘机将边坡大面积开挖成型后, 设计开挖坡面预留30cm保护层由采用人工修坡成型。砌筑前先由测量工程师按混凝土砌石拱设计结构放样, 以保证砌石拱的砌筑外观质量。
(2) 石料选择与备料。
1) 砌石料选择的要求: (1) 砌体采用块石砌筑。砌筑前先将石料表面污垢、水锈等杂质清洗干净, 并要求石料材质坚硬新鲜, 无风化脱落层和裂纹。 (2) 块石上下两面大致平整, 无尖角, 块石厚度大于25cm。
2) 砌石料的准备:为确保混凝土砌石拱施工的连续性, 在砌筑之前应备足砌石料。砌石料由人工选取、清洗后, 堆放于压力前池施工平台。
3) 胶结材料的配制与拌和:砌石拱胶结材料采用C20细粒混凝土。混凝土配合比采用重量比, 混凝土塌落度为50mm~70mm。混凝土拌和采用JDY500强制式拌和机拌制, 为保证混凝土搅拌均匀, 拌和时间不少于180秒钟。
4) 材料运输:由于施工便道坡度较陡, 施工运输车辆无法将块石等施工材料运往压力前池及以上施工平台, 拟采用10t运输索道做垂直运输。运输索道可从▼2892.0m主厂房施工平台将砌石料、砂石、水泥等垂直运往▼29892m及以下施工操作平台, 满足高边坡支护施工。
5) 砌体施工:混凝土砌石采用座浆法砌筑施工。砌筑前, 先铺一层厚约5cm~8cm的C20细粒混凝土。石料之间不得直接接触, 缝间混凝土要饱满密实、分层卧砌, 同一层面要求水平, 上下层错缝, 避免出现竖向通缝。内外搭接砌筑, 不得倾斜。混凝土砌石拱墙身砌体要求一次砌筑成型, 杜绝墙身砌体出现施工缝。顶拱部位砌体待顶拱支撑模板安装就位后, 一次砌筑成型。
6) 砌体养护:砌体完成后, 采用人工洒水养护, 养护时间一般不少于28天。对于顶拱砌体结构, 待砌筑成型7天后, 拆除顶拱支撑模板, 并继续养护至少7天。在砌体结构未达成到设计强度的90%之前, 不允许在其上部任意堆放重物或修凿石块, 以免砌体受到扰动破坏。
5 结语
西藏芒康西西河二级水电站压力前池高边坡采用混凝土砌石连环拱技术进行支护, 其施工工艺简单, 承载能力好, 造价低, 外形美观, 且比原计划大大缩短了边坡支护工期。通过几个汛期洪水的考验, 高边坡未发生垮塌和位移现象, 确保了边坡稳定。实践证明采用混凝土砌石连环拱技术进行高边坡永久支护是成功的 (表1) 。
摘要：介绍了西藏芒康西西河二级水电站压力前池高边坡采用混凝土砌石拱技术做永久支护所取得的成功经验。
关键词：压力前池,边坡,混凝土砌石拱,永久支护
参考文献
[1] 水利水电工程施工手册[M].—— (土石方工程) , 中国电力出版社.
[2] 水利水电工程施工组织设计手册[M].中国电力出版社.
[3] 砌体工程施工及验收规范[M].中国水利水电出版社.