薛凱

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定，626001)

長河壩水電站大壩度汛填筑施工

薛凱

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定，626001)

介紹長河壩水電站大壩擋水度汛期的填筑施工，包括料源供應(yīng)、主要施工工藝和質(zhì)量控制。并介紹了保證高土石壩施工質(zhì)量的相關(guān)創(chuàng)新工藝與質(zhì)量快速檢測(cè)方法。

長河壩水電站 大壩 度汛 填筑施工

1 工程基本情況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第10級(jí)電站，工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約4km～7km河段上，壩址上距丹巴縣城82km，下距瀘定縣城49km，距成都約360km。水庫正常蓄水位1690m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3，總庫容為10.75億 m3。調(diào)節(jié)庫容4.15億m3，具有季調(diào)節(jié)能力，電站總裝機(jī)容量2600MW。

攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，最大壩高240m，壩頂高程1697.00m，最大壩高240m，壩頂長502.85m，上、下游壩坡均為1∶2，壩頂寬度16m。壩體填筑料包括上游壓重、上游堆石、上游過渡層、反濾料3、心墻礫石土、反濾料1、反濾料2、下游過渡層、下游堆石、下游壓重。大壩設(shè)計(jì)總填筑量約3417萬m3。其中，堆石2273.9萬m3；過渡料290.97萬m3；礫石土428.3萬m3；反濾料168.19萬m3。大壩結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 長河壩壩體典型剖面示意

根據(jù)合同工期，大壩開始全斷面填筑時(shí)間為2013年5月，填筑到頂時(shí)間2016年12月，心墻填筑時(shí)間44個(gè)月，心墻最大上升速度9m/月，高峰填筑強(qiáng)度約105萬m3/月。

施工過程中，受“4·20”蘆山地震等多種因素的影響，心墻實(shí)際開始填筑時(shí)間為2013年7月下旬，比合同時(shí)間滯后3個(gè)月。

根據(jù)業(yè)主深度優(yōu)化工期要求，大壩填筑到頂時(shí)間提前到2016年10月(同年11月初初期導(dǎo)流洞下閘)。以此計(jì)劃，大壩全斷面總填筑時(shí)間39個(gè)月，心墻平均上升速度6.15m/月，高峰速度11m/月，平均填筑強(qiáng)度約83萬m3/月，高峰填筑強(qiáng)度將超過130萬m3/月。

根據(jù)設(shè)計(jì)文件《長河壩2014年度防洪度汛要求》，2014年度汛目標(biāo)，2014年5月底，壩體填筑至1536m高程，超過上游圍堰頂高程1530.5m，壩體滿足攔擋100年一遇洪水(Q＝6230m3/s，H＝1533.4m)的條件。

2 壩料供應(yīng)

2.1 堆石料

堆石料分別從上游響水溝石料場和下游江咀石料場爆破開采，炮孔直徑120mm，臺(tái)階高度15m，爆破平均單耗隨料場高程下降在0.5kg/m3～0.65kg/m3范圍逐步增大。堆石料運(yùn)輸以25t自卸車為主，過磅計(jì)量，壩外自動(dòng)加水系統(tǒng)根據(jù)載重量向車內(nèi)加水。

度汛填筑期，為提高上壩強(qiáng)度，借用引水發(fā)電系統(tǒng)與泄洪系統(tǒng)地下開挖的部分合格料作為堆石料源。地下開挖料是人工骨料生產(chǎn)料源，但開挖階段混凝土骨料用量少，為增加該時(shí)段大壩填筑強(qiáng)度，先調(diào)整上壩，度汛后料場開采強(qiáng)度將大幅提高，再從下游石料場就近向人工骨料系統(tǒng)歸還供料。

2.2 過渡料

過渡料設(shè)計(jì)最大粒徑300mm，＜5mm含量為5%～25%，D15≤12mm。與同類工程過渡料設(shè)計(jì)級(jí)配對(duì)比，本工程過渡料最細(xì)，通過近20場次的爆破試驗(yàn)(試驗(yàn)單耗高達(dá)2.5kg/m3)，始終未爆破出合格料。

為滿足大壩度汛填筑進(jìn)度的需要，采取高單耗爆破＋骨料摻配的平鋪立采工藝制備過渡料(度汛施工期)。即在石料場按1.8kg/m3單耗爆破半成品，挖掘機(jī)裝車運(yùn)至摻配場，按比例摻入中石、小石、砂，級(jí)配檢測(cè)合格后上壩填筑。

2.3 反濾料

反濾料由人工骨料系統(tǒng)生產(chǎn)供應(yīng)，采取精確計(jì)量自動(dòng)摻配工藝，從分級(jí)骨料廊道內(nèi)布置反濾料摻配生產(chǎn)線，采用皮帶摻配，變頻給料器控制給料量，計(jì)算機(jī)精準(zhǔn)控制。一條生產(chǎn)線摻配所需各種反濾料，級(jí)配均勻。

由于反濾料摻配場地面積有限，料倉總儲(chǔ)量約3000m3，不能滿足上壩強(qiáng)度與脫水時(shí)間的要求，因此另外布置備料場儲(chǔ)備反濾料，當(dāng)直接生產(chǎn)強(qiáng)度或脫水時(shí)間不滿足時(shí)用備料補(bǔ)充供應(yīng)。

2.4 心墻礫石土料

礫石土從湯壩料場開采，對(duì)于含水量合適的土料采用振動(dòng)篩分系統(tǒng)剔除超徑(＞150mm)后運(yùn)輸上壩。含水量偏大的土料先在曬土場分層翻曬合格后，再過篩剔除超徑，然后運(yùn)輸上壩。

由于礫石土料制備工藝相對(duì)復(fù)雜，土料運(yùn)距遠(yuǎn)(24km)，運(yùn)輸?shù)缆芳?jí)別低(礦山三級(jí))，多段單行道，且沿途還有村莊、廠礦等占道干擾，這些因素都制約土料的供應(yīng)強(qiáng)度。為確保度汛填筑礫石土供應(yīng)保障，采取提前在壩區(qū)附近備存措施，且在填筑過程中保證有不低于7天的動(dòng)態(tài)備存量。

2.5 高塑性粘土

高塑性土從瀘定海子坪料場開采，運(yùn)距約70km，業(yè)主提前購買備存在大壩下游7km處，采用土工膜覆蓋保護(hù)。大壩填筑時(shí)采取端進(jìn)法立采上壩，提前檢測(cè)含水量，上部含水偏低土層，采取鉆孔法補(bǔ)水或分層平鋪悶水。

2.6 備料量

根據(jù)上述壩料開采、制備方式，備料是確保高強(qiáng)度填筑壩料供應(yīng)的有效措施。度汛填筑期各種壩料備料或借料量見表1。

表1 備料及借料量

3 填筑程序與工藝

3.1 大壩填筑施工程序

基坑開挖結(jié)束后，上、下游堆石區(qū)作為先期斷面填筑，一方面可以降低全斷面填筑強(qiáng)度，另一方面相當(dāng)于提前備存堆石，為料場拓展開采面提高出料強(qiáng)度創(chuàng)造條件。心墻區(qū)基坑的所有工序位于關(guān)鍵線路，首先是主、副防滲墻施工，覆蓋層固結(jié)灌漿、兩岸壓板混凝土澆筑同步跟進(jìn)；副防滲墻結(jié)束后接著墻下帷幕灌漿，然后澆筑明澆段副墻；主防滲墻結(jié)束后澆筑廊道。壓板混凝土由低向高澆筑，并平行跟進(jìn)固結(jié)灌漿、三角區(qū)帷幕灌漿(為確保填筑不受影響，壓板固結(jié)與帷幕灌漿面宜高于填筑面20m以上)。明澆段副墻與廊道混凝土結(jié)束后，施工表面封閉防水層，并跟進(jìn)鋪設(shè)基礎(chǔ)面土工膜。至此，心墻區(qū)具備填土條件。另外，基坑排水是重要的保障工序，一直持續(xù)到心墻區(qū)填筑高程略高于導(dǎo)流洞進(jìn)口水位后拆除排水系統(tǒng)。

施工程序框圖見圖2所示。

圖2 大壩填筑施工程序框圖

3.2 填筑工藝

3.2.1 填筑單元?jiǎng)澐?/p>

填筑單元按鋪料、碾壓、檢測(cè)工序組織流水作業(yè)作為劃分的基本原則，劃分面積適合成龍配套機(jī)械作業(yè)要求。礫石土分為四個(gè)單元，壩軸線上、下游各兩個(gè)，為避免重車過壓，分別從上、下游兩個(gè)方向單獨(dú)進(jìn)料。反濾料、過渡料按各自料區(qū)劃分獨(dú)立單元，堆石料以平行壩軸線按1萬m2～2萬m2劃分單元。

3.2.2 施工參數(shù)

填筑施工參數(shù)見表2。

表2 大壩填筑施工參數(shù)

3.2.3 鋪料

礫石土料進(jìn)占法卸料，結(jié)合面須成毛面，并視情況用高壓灑水車補(bǔ)水。推土機(jī)平料，再用平地機(jī)精平。

反濾料先用界線攤鋪器鋪土砂分界帶，礫石土與反濾料同時(shí)各攤鋪1.5m寬。其余部分后退法卸料，推土機(jī)平料，平地機(jī)精平。

過渡料后退法卸料，推土機(jī)平料，平料過程中用挖掘機(jī)剔除超徑或集中粗粒料。

堆石與壓重料進(jìn)占法卸料，推土機(jī)平料。

鋪料厚度采取測(cè)量網(wǎng)格法檢測(cè)控制，厚度滿足要求并驗(yàn)收后，才能進(jìn)入下道工序。鋪料過程中采用標(biāo)桿法、標(biāo)準(zhǔn)堆法綜合控制。

3.2.4 碾壓

碾壓工序采用數(shù)字大壩系統(tǒng)監(jiān)控，鋪料面驗(yàn)收合格后建碾壓倉，再調(diào)入碾壓設(shè)備。采取搭接法碾壓，碾壓方向平行壩軸線。礫石土料碾壓遍數(shù)合格比率大于95%，其他壩料遍數(shù)合格比率大于90%。

邊角部位及儀器周圍采用3t振動(dòng)碾或HCD型夯板壓實(shí)。

3.2.5 泥漿噴涂

設(shè)計(jì)要求心墻壓板混凝土表面涂刷泥漿5mm～6mm。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，人工涂刷難以保證厚度，且不均勻，效率低。經(jīng)試驗(yàn)，本工程采用噴涂工藝，厚度有保證，而且均勻，每次噴涂高度與鋪土厚度保持一致，隨噴隨鋪土覆蓋。

3.2.6 粗粒集中與超徑處理

超徑料首先在料場嚴(yán)格控制，礫石土料、反濾料都有過篩工序，基本沒有超徑上壩。堆石與過渡料在裝車時(shí)精心挑選，對(duì)于未挑選出來的超徑料，鋪料過程中安排專用裝載機(jī)或挖掘機(jī)剔除，并裝車運(yùn)出壩外。

過渡料與堆石料在卸料、鋪料過程因分離易產(chǎn)生粗粒集中，一方面要隨卸隨鋪，減少分離，另外壩面安排挖掘機(jī)、裝載機(jī)及時(shí)分散集中的粗粒，特別對(duì)分界面、接坡面、岸邊接觸帶等部位的粗粒及時(shí)清除分散到其他部位。

3.2.7 心墻雨季施工

降雨主要影響土料填筑，根據(jù)天氣預(yù)報(bào)選擇晴天施工。土料場加強(qiáng)含水檢測(cè)，選擇含水合適的土料開采過篩后上壩。壩面分單元組織快速作業(yè)，心墻區(qū)做成橫坡約2%的龜背形，降雨前采用平碾快速壓成光面。雨后及時(shí)采取泵排并配合人工清除局部積水，復(fù)工前先檢測(cè)填筑面含水，刨毛后再鋪料。對(duì)局部因雨水浸泡嚴(yán)重的土料采取清除后補(bǔ)填，以利加快施工進(jìn)度。

前期采用了覆蓋塑料布措施，但經(jīng)實(shí)踐對(duì)比，由于塑料布拼縫多，且有風(fēng)的影響邊角容易被掀開，覆蓋后往往在分縫接頭處形成集中浸泡，造成填筑面含水嚴(yán)重不均勻，處理難度大。相反，找坡后壓光面措施效果更好，排水順暢，大面基本不積水，雨后表面水分易蒸發(fā)，平面含水分布較均勻。

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量管理

建立了完善的大壩填筑質(zhì)量管理體系，包括料場質(zhì)量管理小組與壩面填筑質(zhì)量管理小組，管理小組由業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工各方相關(guān)人員組成。

編制了《長河壩電站大壩填筑施工工法》、《大壩填筑工藝細(xì)則》、《大壩填筑質(zhì)量管理辦法》，對(duì)各級(jí)人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)與質(zhì)量交底。

管理小組嚴(yán)格執(zhí)行檢測(cè)與驗(yàn)收程序，料場小組嚴(yán)格控制爆破參數(shù)、級(jí)配、含水率指標(biāo)；填筑小組控制鋪料、碾壓、檢測(cè)及邊角處理工序，嚴(yán)格控制工序驗(yàn)收。

大壩數(shù)字化系統(tǒng)重點(diǎn)監(jiān)控壩料加水量、碾壓速度、碾壓遍數(shù)、激振狀態(tài)、碾壓層厚等關(guān)鍵參數(shù)，監(jiān)控報(bào)告作為下道工序的驗(yàn)收依據(jù)。

4.2 質(zhì)量檢測(cè)

在填筑過程中，嚴(yán)格按照《大壩填筑施工技術(shù)要求》及規(guī)范要求的項(xiàng)目與頻次進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。包括顆粒級(jí)配、含水、干密度、孔隙率、滲透、直剪、大三軸等。

4.3 礫石土快速檢測(cè)

礫石土壓實(shí)干密度檢測(cè)是心墻填筑的關(guān)鍵工序，按照傳統(tǒng)的烘干法，一組試樣至少需要8h以上才能出結(jié)果，難以滿足度汛填筑快節(jié)奏施工要求。采用礫石平均飽和面干吸水率，替代試坑礫石含水率的快速檢測(cè)方法，大大縮短檢測(cè)時(shí)間，2h內(nèi)可出成果，徹底解決了檢測(cè)制約進(jìn)度的問題。為了驗(yàn)證快速檢測(cè)的可靠性，前期采用烘干法平行檢測(cè)。兩種方法對(duì)比見表3。

表3 兩種方法試驗(yàn)成果比較

根據(jù)平行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，兩種方法試驗(yàn)偏差低于規(guī)范允許值，快速檢測(cè)方法滿足精度要求，結(jié)果可靠。

5 結(jié)語

長河壩電站大壩度汛填筑，有經(jīng)驗(yàn)也有不足，體會(huì)如下。

5.1 兩岸壓板澆筑、固結(jié)灌漿、三角帷幕灌漿，是制約心墻前期填筑進(jìn)度的關(guān)鍵項(xiàng)目，從施工組織上應(yīng)高度重視，盡量拉開填筑面與灌漿面的距離(宜20m以上)。

5.2 提前適當(dāng)備料，以及利用合格的開挖料，都是保證度汛填筑強(qiáng)度的有效措施，正常填筑過程中，關(guān)鍵壩料也應(yīng)有動(dòng)態(tài)儲(chǔ)備量，以防意外影響因素導(dǎo)致停工。

5.3 通過本工程研究與實(shí)踐，偏細(xì)過渡料在高強(qiáng)度的花崗巖、閃長巖地質(zhì)條件下難以爆破直采，從理論上分析再增大單耗有可能爆破成功，但從爆破安全性、生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性、規(guī)模開采可操作性幾方面分析，再提高單耗研究已沒有實(shí)際意義。度汛填筑采取的高單耗爆破再平鋪立采摻配骨料的工藝，是為滿足進(jìn)度要求而采取的臨時(shí)措施，從經(jīng)濟(jì)角度分析也不宜推廣。但機(jī)加工是偏細(xì)過渡料值得研究與試驗(yàn)的工藝，有利于保障質(zhì)量的穩(wěn)定性，且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相對(duì)較優(yōu)。

5.4 振動(dòng)篩分法剔除礫石土超徑、反濾料精確自動(dòng)摻配、界線雙料攤鋪器、泥漿噴涂工藝等新工藝的應(yīng)用，有利于促進(jìn)精細(xì)化作業(yè)，并保證施工質(zhì)量，值得推廣。

5.5 數(shù)字大壩系統(tǒng)的應(yīng)用，使碾壓速度、遍數(shù)、激振狀態(tài)、壓實(shí)層厚、碾壓合格比率等關(guān)鍵參數(shù)全天候受到監(jiān)控，真正實(shí)現(xiàn)了過程可控，是高土石壩保證施工質(zhì)量不可缺少的先進(jìn)技術(shù)手段。但其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、智能化程度等還有待進(jìn)一步完善與提高。

5.6 礫石含水替代法檢測(cè)是本工程研究應(yīng)用的礫石土壓實(shí)質(zhì)量快速檢測(cè)新方法，有力促進(jìn)了心墻施工進(jìn)度，可以在類似工程中參考應(yīng)用，但需要驗(yàn)證。

5.7 關(guān)鍵設(shè)備的選型與配套，以及配置數(shù)量是保障高強(qiáng)度施工的關(guān)鍵，應(yīng)有一定的富裕儲(chǔ)備，防止設(shè)備故障影響進(jìn)度。另外，設(shè)備的維修應(yīng)高度重視，是確保設(shè)備出勤率的保障。

5.8 度汛填筑過程中暴露出礫石土孔隙壓力高于同類工程的問題，一方面與土料含水有關(guān)，另一方面與心墻上升速度直接相關(guān)。關(guān)于孔隙壓力、土料含水率、心墻上升速度幾者之間的關(guān)系，目前沒有量化指標(biāo)限制，相關(guān)方提出過適當(dāng)控制上升速度，但這與高土石壩的前期度汛目標(biāo)相悖。如何協(xié)調(diào)上升速度與孔隙壓力消散的問題，有待進(jìn)一步研究。

薛凱(1974－)，四川平武人，水電五局長河壩電站施工局副局長兼總工，高級(jí)工程師，從事水利水電施工技術(shù)管理。

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