葉 建 洪

(中國(guó)水利水電第十二工程局,浙江 杭州 310004)

紫坪鋪面板堆石壩大方量、高強(qiáng)度填筑施工

葉 建 洪

(中國(guó)水利水電第十二工程局,浙江 杭州 310004)

紫坪鋪水利樞紐面板堆石壩填筑方量大、強(qiáng)度高,填筑質(zhì)量要求高。壩體填筑的主料場(chǎng)地形陡峻,開(kāi)采面較小,海拔較高及受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊戄^大,料場(chǎng)開(kāi)采條件較差,其主料場(chǎng)距壩址運(yùn)輸距離較遠(yuǎn),通過(guò)采取增加輔助料場(chǎng)、對(duì)主料場(chǎng)采用合適的開(kāi)采方法、合理布置上壩施工道路、合理配置施工設(shè)備等技術(shù)措施,提前并高質(zhì)量地完成了大壩填筑施工。

堆石壩;填筑;料場(chǎng);施工道路;設(shè)備配置;紫坪鋪面板堆石壩

1 前 言

紫坪鋪水利樞紐工程大壩為混凝土面板堆石壩。河床段趾板基礎(chǔ)高程 728.00m,壩頂高程 884.00m,最大壩高 156m;壩頂長(zhǎng) 663.77m,壩頂寬 12m;上游壩坡為 1∶1.4,下游壩坡為 1∶1.4和 1∶1.5,下游壩坡在796.00m和 840.00m高程各設(shè)有 5m寬?cǎi)R道,840.00m高程馬道以上壩坡為 1∶1.5。壩體填筑設(shè)計(jì)總量 1 177萬(wàn) m3,實(shí)際填筑 1 200萬(wàn) m3。

大壩從 2003年 3月 1日開(kāi)始填筑,2005年 6月16日填筑至壩頂防浪墻底,填筑基本完成,總工期27.5個(gè)月,平均填筑強(qiáng)度達(dá) 42.8萬(wàn) m3/月,最高填筑強(qiáng)度達(dá) 86萬(wàn) m3/月,各月填筑工程量見(jiàn)表 1。

表1 大壩各月填筑工程量 萬(wàn) m3

2 大壩填筑施工特點(diǎn)

(1)填筑方量大。壩體填筑設(shè)計(jì)總量為 1 177萬(wàn) m3,實(shí)際填筑 1 200萬(wàn) m3,是國(guó)內(nèi)已建和在建的壩體填筑量在 1 000萬(wàn) m3以上的三座面板堆石壩之一。

(2)填筑強(qiáng)度大。填筑工期 27.5個(gè)月,平均填筑強(qiáng)度達(dá) 42.8萬(wàn) m3/月,最高填筑強(qiáng)度達(dá) 86萬(wàn)m3/月,是國(guó)內(nèi)已建和在建的填筑強(qiáng)度最大的面板堆石壩之一,除天生橋外,就是紫坪鋪。

(3)質(zhì)量要求高。設(shè)計(jì)要求的各分區(qū)料的孔隙率為:墊層區(qū)料 15.4%,特殊墊層區(qū)料 15.4%,過(guò)渡區(qū)料17.3%,主堆石區(qū)料20.6%,次堆石區(qū)料 21%,下游堆石區(qū)料21%?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范(SL 228-98)給出的各分區(qū)料的孔隙率選用范圍為:墊層料 15.0%～20%,過(guò)渡區(qū)料 18% ～22%,主堆石區(qū)料 20% ～25%,下游區(qū)堆石料 23%～28%。與現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范相比,孔隙率均在設(shè)計(jì)規(guī)范的下限,過(guò)渡區(qū)料、次堆石區(qū)料及下游堆石區(qū)料的孔隙率比設(shè)計(jì)規(guī)范的下限還要小,所以壩體填筑質(zhì)量是高標(biāo)準(zhǔn)的。

(4)大壩填筑料場(chǎng)開(kāi)采條件較差,當(dāng)?shù)貧夂蚨嘤辍⒍囔F影響較大,上壩運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)。

(5)壩基地質(zhì)條件復(fù)雜,地基中含有煤層,在過(guò)去幾百年間,遺留下許多采煤的廢舊煤洞采空區(qū)。施工過(guò)程中在壩基及趾板基礎(chǔ)范圍內(nèi)共處理廢舊煤洞 67個(gè),這些廢舊煤洞處理難度大,費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、安全問(wèn)題突出,對(duì)壩體填筑進(jìn)度和強(qiáng)度造成了影響和制約。

3 填筑料場(chǎng)

3.1 主料場(chǎng)

本工程選定的大壩填筑料場(chǎng)只有一個(gè),即左岸上游的尖尖山料場(chǎng)。料場(chǎng)所處地層為石灰系(C)淺灰色生物碎屑灰?guī)r,巖性單一,主要為厚層至塊狀結(jié)構(gòu),次為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙較為發(fā)育?；?guī)r比重 2.75,干容重 2.70g/cm3,孔隙率 2.02%,吸水率0.16%,干抗壓強(qiáng)度 78.74MPa,軟化系數(shù) 0.89。料場(chǎng)開(kāi)采高程 1 030.00～1 340.00m,開(kāi)采長(zhǎng)度 300～400m,開(kāi)采寬度 100～180m。

該料場(chǎng)地勢(shì)較高,與大壩河床基礎(chǔ)高差在 550m以上,上壩道路為一路下坡,較遠(yuǎn)處運(yùn)距為 10km左右,壩料運(yùn)輸交通安全問(wèn)題較突出;料場(chǎng)海拔較高,再加上該地區(qū)常年陰雨天氣多,所以料場(chǎng)時(shí)常有大霧,一有大霧就被迫停工,影響施工進(jìn)度;料場(chǎng)在構(gòu)造上為一巨大的飛來(lái)峰推覆體,地勢(shì)陡峻,施工道路布置較困難;料場(chǎng)中有含泥裂隙密集帶、碳質(zhì)頁(yè)巖、斷層破碎帶及影響帶等夾層,有較多的無(wú)用料需剔除,影響整體開(kāi)挖進(jìn)度及效率;開(kāi)采工作面較小,干擾較大,開(kāi)挖強(qiáng)度受到限制。這些因素給料場(chǎng)開(kāi)采造成了不利影響和制約,要保證大方量、高強(qiáng)度的開(kāi)采困難非常大。

3.2 輔助料場(chǎng)

由于主料場(chǎng)受多種不利因素的影響,僅靠主料場(chǎng)開(kāi)采,難以保證大壩高強(qiáng)度的填筑,必須增加輔助料場(chǎng)作為主料場(chǎng)的補(bǔ)充和調(diào)節(jié)。經(jīng)過(guò)前期多次的調(diào)查和方案比較,以及有關(guān)的料場(chǎng)勘查、試驗(yàn)工作,選取了大壩上游的三個(gè)料場(chǎng)作為輔助料場(chǎng),并得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)、咨詢專家等相關(guān)方的批準(zhǔn)和同意。

(1)龍溪口料場(chǎng)。該料場(chǎng)位于大壩上游庫(kù)區(qū)左岸江邊,開(kāi)采高程 784～920m,至大壩距離 4km左右,沿江邊有老公路相通。在該料場(chǎng)共開(kāi)采上壩料150萬(wàn) m3。

(2)查關(guān)村料場(chǎng)。該料場(chǎng)位于大壩上游庫(kù)區(qū)左岸江邊,開(kāi)采高程 770～850m,至大壩運(yùn)輸距離 2km左右,沿江邊有老公路相通。料場(chǎng)巖石節(jié)理、裂縫發(fā)育,爆破開(kāi)采料粒徑小,細(xì)料多,所以用于過(guò)渡區(qū)料的開(kāi)采。在該料場(chǎng)共開(kāi)采過(guò)渡區(qū)料 25萬(wàn) m3。

(3)砂卵石料場(chǎng)。該料場(chǎng)位于大壩上游庫(kù)區(qū)兩岸江邊灘地上,利用枯水期開(kāi)采,平均運(yùn)距 3km左右,左岸有老公路相通,右岸需修建部分道路與原有的右岸公路相接。該料用于大壩部分主堆石區(qū)(設(shè)計(jì)劃定范圍內(nèi))及次堆石區(qū)的填筑。在該料場(chǎng)共采挖砂卵石料 100萬(wàn) m3。

輔助料場(chǎng)的增加,為保證大壩填筑強(qiáng)度起到了重要作用,特別是對(duì)保證大壩填筑高峰期的強(qiáng)度起到了關(guān)鍵作用,在填筑高峰期可為大壩提供 25～40萬(wàn) m3的上壩料。另外,由于輔助料場(chǎng)離大壩距離較近,且砂卵石料的開(kāi)采省去了爆破的費(fèi)用,因此輔助料場(chǎng)的增加,也為節(jié)省工程費(fèi)用起到了積極作用。

4 壩料開(kāi)采

壩料開(kāi)采方式主要是以深孔梯段爆破為主、硐室爆破為輔。

主料場(chǎng)深孔梯段爆破,梯段高度為 15m,孔、排距 5m×4m(主、次堆石區(qū)料)及 3m×2.5m(過(guò)渡區(qū)料),裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合連續(xù)裝藥,起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電、孔間毫秒微差“V”形起爆技術(shù)。在豎向分 3～4個(gè)梯段臺(tái)階,錯(cuò)開(kāi)向前開(kāi)挖,每一梯段分別修建施工支線與 8號(hào)公路及北側(cè)沖溝山坡上布置的施工主道路相接。料場(chǎng)梯段開(kāi)挖工作面打開(kāi)后,開(kāi)采強(qiáng)度在 40～50萬(wàn) m3/月。

為了加大開(kāi)采強(qiáng)度,保證大壩填筑需要,在前期梯段開(kāi)挖工作面還沒(méi)有打開(kāi)情況下,在主料場(chǎng)靠東側(cè)及北側(cè)沖溝邊上進(jìn)行了二次硐室爆破。2003年 3月 31日進(jìn)行第一次硐爆(試驗(yàn)),爆破料 4萬(wàn) m3,2003年 6月 10日進(jìn)行第二次硐爆,爆破料 25萬(wàn)m3,對(duì)保證大壩前期填筑強(qiáng)度起到了積極作用。

5 填筑施工

5.1 填筑分期

為了滿足度汛及蓄水需要,大壩填筑分三期進(jìn)行。第一期上游臨時(shí)斷面達(dá) 810m高程,下游達(dá)770m高程;第二期上游臨時(shí)斷面達(dá) 850m高程,下游達(dá) 800m高程;第三期填筑至壩頂防浪墻底879.4m高程。施工過(guò)程中,2003年 12月 28日大壩上游臨時(shí)斷面填筑至 810m高程,2004年 8月 10日大壩上游臨時(shí)斷面填筑至 850m高程,2005年 6月 16日大壩全斷面填筑至 879.4m高程,均提前實(shí)現(xiàn)了各分期填筑目標(biāo)。大壩填筑分期斷面見(jiàn)圖 1,大壩填筑分期工程量、填筑時(shí)間及填筑強(qiáng)度見(jiàn)表 2。

5.2 填筑施工道路布置

根據(jù)樞紐區(qū)域道路改線及總體規(guī)劃,業(yè)主前期已經(jīng)在左岸修建了永久公路,即 8號(hào)公路,該道路也是大壩填筑的主干道。8號(hào)公路可從尖尖山料場(chǎng)經(jīng)壩址左岸(壩頂高程)繞至壩后下游圍堰,道路為混凝土路面,路面寬 10.8m,荷載等級(jí)汽 -80、掛 -120。上壩支線施工道路根據(jù) 8號(hào)公路、料場(chǎng)位置的分布、壩體兩岸的地形等情況進(jìn)行布置,以壩料運(yùn)距短及施工道路修建工程量小為原則。上壩支線道路標(biāo)準(zhǔn)為泥結(jié)石路面,雙車道,跨趾板為單車道。壩體填筑工作面上的臨時(shí)道路修建在壩體臨時(shí)斷面上并與兩岸上壩支線道路相接。

圖1 大壩填筑分期

表2 大壩填筑分期工程量及強(qiáng)度 萬(wàn)m3

5.2.1 上游上壩支線道路布置

為了縮短運(yùn)距及分流主料場(chǎng)從壩后上壩的車流量,接 8號(hào)公路從上游壓重體山坡上修建了一條從主料場(chǎng)至大壩上游圍堰頂?shù)氖┕さ缆?9號(hào)公路),再與上游圍堰頂?shù)缆废嘟硬贾昧?4條上壩支線道路:

(1)河床段道路。該道路通過(guò)上游圍堰后坡道路下坡進(jìn)入河床,從河床修建下臥道路經(jīng)趾板進(jìn)入壩基。在趾板處設(shè)跨趾板橋一座,橋面高程 731m,以保證橋下河床趾板混凝土施工。

(2)右岸 755m道路。該道路通過(guò)上游圍堰后坡道路下坡至右岸,并沿右岸修建下坡道路,在755m高程處過(guò)趾板進(jìn)入右壩肩,再沿右壩肩修建道路下至填筑工作面。當(dāng)時(shí),過(guò)趾板處趾板尚未澆筑,采用做臨時(shí)擋墻回填渣料形成臨時(shí)道路過(guò)趾板。

(3)右岸 805m道路。該道路通過(guò)上游圍堰頂?shù)接野?再沿?cái)U(kuò)建的道路上坡至 805m高程處過(guò)趾板到右壩肩,然后沿右壩肩盤降至填筑工作面。過(guò)趾板處趾板尚未澆筑,可從上個(gè)標(biāo)段開(kāi)挖形成的臨時(shí)道路通過(guò)。

(4)右岸 825m道路。該道路通過(guò)上游圍堰頂?shù)接野?再修建上坡道路,在 825m高程處跨趾板到右壩肩,然后沿右壩肩填筑的道路下至填筑工作面,趾板處設(shè)跨趾板橋一座。

9號(hào)公路的修建,不僅有效地分流了從壩后上壩填筑的車流量,而且縮短運(yùn)距 2～3km,加快了施工速度,節(jié)約了工程費(fèi)用。

5.2.2 下游上壩支線道路布置

由于下游右岸布置有溢洪道、廠房及泄洪排沙洞等隧洞出口建筑物,無(wú)法布置施工道路,因此上壩支線道路均布置在左岸。下游左岸地形較陡,布置施工道路也較為困難,共布置了 4條施工道路:

(1)750m道路。該道路從下游圍堰處接 8號(hào)公路,沿左岸河床岸邊至壩基。

(2)770m道路。該道路在 805m高程處接左岸穿越壩肩的原龍池公路(原龍池公路下游側(cè)與 8號(hào)公路相接),半填半挖修之字路下坡至左壩肩,上壩處高程 770m。

(3)800m道路。該道路利用原龍池公路局部進(jìn)行拓寬而成,上壩處高程 800m。

(4)850m道路。左岸 800m高程以上地形陡峻,開(kāi)挖施工道路相當(dāng)困難,故該道路采用壩料填筑而成,道路與壩體連成整體,道路外側(cè)邊坡采用漿砌石護(hù)坡。道路在左壩頭 876m高程處與 8號(hào)公路相接,填筑下坡道路與壩體上游 850m高程臨時(shí)斷面頂相接,隨壩體的填筑升高,該道路也隨之填筑升高直至壩頂。

5.3 填筑施工

5.3.1 填筑分區(qū)、分塊

首先,按設(shè)計(jì)分區(qū)將填筑分為:墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、反濾料區(qū)等。施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的分區(qū)界線進(jìn)行,填筑前測(cè)量放樣并立標(biāo)志桿或?yàn)⑹揖€控制。

第二,在同一分區(qū)內(nèi),根據(jù)分區(qū)的大小不同決定是否進(jìn)行分塊。對(duì)于墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、反濾料區(qū)一般不進(jìn)行分塊,除非特殊原因造成壩體另一側(cè)暫時(shí)不能填筑。對(duì)于主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū),當(dāng)填筑面較大時(shí),在縱向一般分成兩塊,以減少或消除挖坑做試驗(yàn)所占用的時(shí)間,以達(dá)到在同一分區(qū)內(nèi)連續(xù)不間斷填筑。

第三,在填筑斷面上,根據(jù)規(guī)劃的分期臨時(shí)斷面要求進(jìn)行填筑。由于臨時(shí)斷面的要求,要將主堆石區(qū)或次堆石區(qū)在上、下游方向分成兩塊,施工時(shí)在上游臨時(shí)斷面后坡起坡線處灑石灰線標(biāo)明,上游臨時(shí)斷面先填筑,當(dāng)填筑至臨時(shí)斷面上部運(yùn)料車輛擁擠時(shí),分流部分填筑設(shè)備到臨時(shí)斷面下游填筑。

第四,在填筑施工過(guò)程中,當(dāng)遇干擾時(shí),如壩肩有煤洞等地質(zhì)缺陷需處理或處理尚未完成、受引水發(fā)電洞出口和溢洪道等外單位施工的影響、設(shè)計(jì)變更在壩肩增加施工支洞等,造成壩體部分位置不能填筑時(shí),則根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行分塊填筑,以保證大壩填筑繼續(xù)進(jìn)行。

第五,分期、分塊接縫處的填筑,采用留臺(tái)階法,以便減小接縫處理工作量,加快施工速度。

5.3.2 填筑方法

主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū)采用進(jìn)占法填筑,墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)采用后退法填筑。20t自卸車運(yùn)輸壩料,卸料后推土機(jī)推平;墊層料用反鏟挖土機(jī)修整并攤鋪平整,人工配合。填筑層厚控制設(shè)立移動(dòng)標(biāo)志桿。碾壓采用進(jìn)退錯(cuò)距法。主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū)填筑虛鋪厚度 90cm,壓實(shí)厚度80cm,25t寶馬及 26t三一重工自行式振動(dòng)碾碾壓 8遍;過(guò)渡區(qū)填筑虛鋪厚度 45cm,壓實(shí)厚度 40cm,25t寶馬自行式振動(dòng)碾碾壓 6遍;墊層區(qū)填筑虛鋪厚度45cm,壓實(shí)厚度 40cm,25t寶馬自行式振動(dòng)碾碾壓 6遍;特殊墊層區(qū)填筑虛鋪厚度 25cm,壓實(shí)厚度20cm,寶馬 BW 75S-2型 1t手扶式振動(dòng)碾碾壓 8遍。大壩灑水由水泵供水,兩岸接管到工件面灑水并裝水表計(jì)量,同時(shí)配置灑水車灑水,灑水車主要用于接管灑不到或不便于灑之處。都江堰地區(qū)一年四季雨量較多,可基本滿足灑水量要求。壩后坡干砌石施工緊隨下游堆石區(qū)填筑工作面進(jìn)行,砌筑塊石從尖尖山料場(chǎng)挑選并運(yùn)輸上壩,部分從次堆石區(qū)和下游堆石區(qū)中挑選。

5.4 施工機(jī)械設(shè)備配置

大壩填筑主要施工機(jī)械設(shè)備配置(包括料場(chǎng)開(kāi)挖設(shè)備):反鏟挖土機(jī)(1.2m3以上)20臺(tái)、自卸車(20t)400輛、25t自行式振動(dòng)碾 5臺(tái)、10t拖式振動(dòng)碾 2臺(tái)、1t寶馬手扶式振動(dòng)碾 2臺(tái)、履帶式高風(fēng)壓鉆機(jī) 10臺(tái)、履帶式全液壓露天鉆機(jī)(ROCD7)2臺(tái)、推土機(jī) 8臺(tái) (其中 TY 320 4臺(tái)、TY230 2臺(tái)、TY 220 2臺(tái))。

6 結(jié)束語(yǔ)

紫坪鋪大壩填筑施工在一些不利條件的制約和影響下,通過(guò)采取積極有效的措施,提前完成了大方量、高強(qiáng)度的壩體填筑施工任務(wù)。壩體沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,施工期壩體沉降量 88.4cm,是最大壩高的5.6‰。對(duì) 150m以上的高面板堆石壩來(lái)說(shuō)沉降量小,充分說(shuō)明壩體填筑質(zhì)量是優(yōu)良的。

TV 641.43

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1003-9805(2010)01-0093-04

2008-06-25

葉建洪(1963-),男,浙江青田人,高級(jí)工程師,主要從事水利水電施工技術(shù)管理工作。