水牛家电站碎石土心墙堆石坝工程施工技术与管理

朱 平, 周武林

(四川华能涪江水电有限责任公司,四川成都 610041)

1 工程概述

水牛家水电站位于四川省平武县境内涪江的一级支流火溪河上游,坝址位于平武县白马乡稿史瑙村赖子湾附近,距平武县城约 60km,距成都市约 317km。整个工程包括首部枢纽、引水系统和地下厂房三大部分,主要建筑物由碎石土心墙堆石坝、放空(兼导流)洞、泄洪洞(及泄洪陡槽)、引水隧洞、双室式调压井、压力管道、主(副)厂房系统、输出变电站等枢纽建筑物组成。该工程为二等大(2)型工程,大坝坝高 108m,提高一级按1级建筑物设计,拦河大坝的抗震设防类别为乙类、设计烈度为 8度。工程建设单位为四川华能涪江水电有限责任公司,设计单位为中国水电顾问集团成都勘测设计研究院,监理单位为长江三峡发展经济技术有限责任公司,主体工程——大坝由中国水利水电第五工程局有限公司承建。

大坝于 2003年 5月 27日正式开工,2006年11月大坝主体工程完建,至今已运行超过 3年,期间(2008年)蓄水时经历了“5.12”地震。经震前、震后较长时间运行表明大坝运行良好,各项监测成果满足工程正常运行要求。

2 坝体结构设计

工程为二等大(2)型工程,提高一级按 1级建筑物设计。大坝为碎石土心墙堆石坝,坝顶高程 2274m,坝顶宽 10.00m,坝顶总长 320.60m,最大坝高 108m。上游坝坡为 1∶2.0～1∶2.2,下游坝坡为 1∶2.0。心墙顶高程为 2273m,顶宽 4.00m,心墙上下游坡均为 1∶0.2,底高程为 2166m,河床部位心墙座落在覆盖层上。大坝地基防渗采用混凝土防渗墙与墙下基岩帷幕灌浆联合防渗的处理方式,两坝肩采用灌浆帷幕的方式防渗。坝体填筑总量约 510万 m3(含围堰与坝体结合部分)。

大坝上游坝面采用六角形预制混凝土块护坡、下游坝面采用六角形预制无砂混凝土块护坡。

为加强坝体顶部的抗震稳定性,在 2234m高程以上每隔 2.0m高度铺设一层土工隔栅。

3 工程施工

3.1 工程施工进度

2005年 9月 6日大坝开始全断面填筑,在此之前完成了坝体填筑 172万 m3(主要为下游利用料区和上游临时断面填筑)。同年 11月 25日大坝全断面填筑至 2203m高程,2006年 7月 20日大坝全断面填筑至蓄水高程 2248m。2006年11月 20日,坝体填筑到顶。月平均填筑强度为25.5万 m3,最大月填筑量 50万 m3。大坝填筑到顶后按照设计要求预留 6个月的沉陷期后开始进行防浪墙施工,2007年 10月 3日工程竣工。在大坝施工过程中作了大量的技术创新和研究工作,推广运用了新工艺、新材料、新技术,大坝填筑施工单项工期较投标工期提前了 10个月左右,抢回了前期由于地质条件复杂而延误的工期。

3.2 施工质量检测

竣工统计数据表明水牛家水电站大坝各种坝料压实检测的项目及取样次数满足规范、设计要求。按照设计标准要求,针对不同坝料采用不同指标进行评价,将施工检测指标转换为设计给定指标,对坝体填筑质量采用数理统计和过程能力分析法对大坝施工过程质量进行了全面评价,均满足设计要求。

3.3 工程取得的主要技术成果

在工程建设过程中,面对恶劣的气候条件和复杂的地质条件,通过主动积极地解决料场施工过程中出现的诸多技术难题,成功的优化了反滤、过渡料的生产工艺并克服了冬季、雨季施工困难,推广和应用了新技术、新设备、新材料、新工艺,通过科技创新保证了工程质量、进度和安全。在水牛家工程中采用的主要技术工作为:

施工新材料的应用:排水洞使用 40m深排水孔 PVC排水管技术;高强土工格栅抗震材料;1.0mm厚土工膜防渗材料;SR防渗止水材料;无砂混凝土护坡。

施工新工艺:在河床 30m厚砂砾石中进行灌浆、大坝 113m测压计造孔成功应用偏心跟管成孔技术;反滤、过渡料生产加工的两采一掺新工艺;砂石料超径石综合利用料场、坝面掺和新工艺;碎石土的掺和工艺。

科研试验工作:碎石土心墙冬季施工研究;高塑性土替代材料的研究;砂石料利用的综合研究;大孔无砂植草混凝土研究;核子密度仪在碎石土快速检测中的研究;土石坝施工仿真研究、快速施工研究;碎石土料的掺和研究。

4 工程进度及质量管理

4.1 工程进度管理

大坝填筑施工单项工期实际时间为 14.5个月,扣除冬季因负温停工 3个月,实际工期不到12个月,填筑单项工期较投标减少了 9.5个月。考虑到实际施工时间段大坝从全断面填筑到大坝完工施工时间仅仅一年,创造了行业新记录。在工程建设过程中,主要采取了以下几个方面的技术管理措施:

(1)公司领导高度重视技术与创新管理工作,成立了以国内知名专家组成的专家咨询组,每年至少定期 2次到现场解决重大技术方案,从而确保了重大方案决策的科学性。对于关系到工程进度的重大技术方案如工程截流、度汛、石料场的开采、砂石料的综合利用、临时断面填筑方案,均经过专家组审查咨询后执行。

(2)高度重视大坝填筑前期的准备工作,从而保证了填筑施工过程正常有效进行。前期准备工作主要集中在料场开采、备料和坝料的试验工作,一旦坝面具备条件即可做到有料可填。

(3)定期召开施工生产进度会议、技术专题讨论会、现场会,及时解决施工中遇到的问题。施工中出现的一般性问题由业主、监理、设计、施工四方召开现场会议解决;重大问题召开专题会议解决;定期召开生产进度会议检查进度完成情况,分析偏差,提出加快进度的措施。

(4)立足项目,开展与大专院校、科研机构的合作。通过技术创新工作,创造性地超前解决了施工中的技术难题,达到了有利于节约成本、加快进度和保证工程质量的综合效益。

经过分析得知,工程施工进度提前的原因主要有以下几点:

(1)建设过程中,业主、监理、设计、施工四方密切配合,一切以工程施工为中心。监理、业主、施工三方为加强过程控制,24h在施工现场跟班检查、服务现场,包括质量检测过程全程跟踪。

(2)选择专业施工队伍。在施工过程中制定管理流程、作业指导书,实现施工过程的作业规范化和流程化管理。

(3)技术创新对工期进度提前贡献最大,加快了进度约 7个月,科学管理加快进度约 3个月。经过分析,石料料源的选择与使用对该工程工期提前贡献最大,达 6个月左右,碎石土料冬季施工研究成果贡献约 1个月,科学管理加快进度约 3个月。

4.2 工程建设质量管理

大坝工程在 2008年 5月 12日地震中震损轻微,3年多时间运行情况良好,大坝各项指标正常。至今,大坝仅为设计最大沉降量的 60%,下游水位低于建基面,表明工程施工质量良好。在工程建设过程中,主要采取了以下几个方面的措施进行质量管理:

(1)质量管理体系健全,质量管理机构、制度完善,能够正常有效地开展工作。政府监督、监理检查、施工控制从不同层面对工程建设质量进行全程管理与控制。

(2)对于大坝填筑施工现场的质量管理,采取全程、全方位监控,监理、业主、施工单位 24h在施工现场跟班控制,控制范围从料场、坝面到检测并进行确认。

(3)制定管理流程、作业指导书,实现施工过程的作业规范化和流程化管理,在过程中保证质量。

(4)开展质量 QC小组活动,提升关键工序的质量水平,确保工程质量。

(5)以政府年度质量监督检查、阶段性质量验收为契机,提升质量管理水平。

(6)委托第三方进行过程质量检测与评价,确保工程建设质量客观可信。

(7)施工设备、施工方法是工程质量保证的基础。大坝填筑施工过程中的检测数据表明:在本工程中配备的施工设备与采用的施工方法对保证工程施工质量起到了根本性的作用,大坝各项指标均超过了设计指标。

5 工程运行监测的主要结论

5.1 “5.12”地震灾害评估

地震灾害评估:大坝防浪墙发生十余处拉裂,开裂宽度一般为 1～20mm;坝顶混凝土路面有 2处细小裂缝。总体情况:大坝主体结构完好,未见明显异常现象,未出现影响安全运行的损坏。

监测资料表明:水牛家水电站坝基土压力计成果过程线在地震前呈下降走势,在地震后大坝基础所有土压力计有小幅度上升;大坝及防渗墙渗压基本稳定,没有突变现象,没有发生新增加的漏水通道和渗漏途径,表明渗漏正常;大坝心墙与岸坡之间的相对位移变化量小,没有发生异常的错动;沉降成果过程线成小幅度上升趋势,说明大坝沉降量增加,大部分水平位移成果过程线成小幅度上升趋势;大坝的绕坝渗流没有增加,绕渗成果没有发现异常情况。

地震安全性评价:根据 2008年 5月 21日四川省地震局提供的“5.12汶川地震 -极重灾区地震烈度情况表”:平武县峰值加速度分区 0.15g,地震基本烈度 7度;汶川 8.0级地震的影响烈度范围为 8度,建议设防参数峰值加速度分区 0.20 g,地震基本烈度为 8度。

技施设计阶段,拦河大坝工程抗震设防设计烈度为 8度,满足 2008年 5月 21日四川省地震局提供的“5.12汶川地震 -极重灾区地震烈度情况表”的要求。

总体评价大坝震损轻微,工程抗震设防设计烈度满足要求。

5.2 监测的主要结论

通过 3年多时间的运行表明大坝各项指标正常,截至 2010年 2月大坝监测的主要成果为:大坝累计最大沉降值为 0.609m,满足土石坝规范要求,在设计允许最大沉降量 1m的范围内;心墙与堆石体之间结合较好,没有发生异常的错动;大坝下游测压管孔内水位均低于大坝建基面;大坝防渗墙与心墙工况良好,大坝没有出现异常漏水的通道和渗漏途径,大坝渗漏正常。