高坝绿色施工技术

石义刚，胡海峰

（中国葛洲坝集团股份有限公司，宜昌 443002）

随着水电建设的快速发展和水电施工设计技术的不断进步,高坝的应用越来越广泛。高坝工程因其坝体高、工程规模大，相对于其它工程对人类赖以生存的自然环境影响更大，促使建设与承建单位更加重视绿色施工技术的研究及在高坝工程中的应用。

高坝绿色施工是指高坝工程建设中,在保证质量、安全等基本要求的前提下,通过科学管理和技术进步,最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动,实现四节一环保 (节能、节地、节水、节材和环境保护)目的。充分应用高坝绿色施工技术是转移、分散、或减轻高坝工程环境风险的重要手段。高坝绿色施工包括施工管理、环境保护、节材与材料资源利用、节水与水资源利用、节能与能源利用、节地与施工用地保护等方面。近年来，随着水布垭、瀑布沟、小湾、锦屏一级等各种类型的高坝相继开工或完建，我国高坝绿色施工技术取得了突破性进展。

1 狭窄河谷高坝陡坡开挖绿色施工技术

狭窄河谷高坝的坝肩开挖普遍有开挖高度高、坡度陡、施工道路布置困难等特点，施工所需工期较长。以往高坝陡坡施工，为降低开挖施工强度，缩短总工期，并减少施工干扰，一般安排在围堰形成并进行基坑开挖前，尽可能的完成岸坡施工。由于高坝高陡岸坡的特点，不可避免地会有坝坡开挖料滑入河道，易导致河流污染及水土流失，无法满足绿色施工的要求。近年来部分工程采取先打通导流洞，形成导流条件后进行围堰施工，围堰截流后开始坝肩与岸坡开挖，将坝肩与岸坡开挖料推入河道，围堰防渗系统形成、完成基坑排水后，进行河床出渣施工的措施，减少对河道的污染，但此方案受制于枢纽工程的进度安排，实施难度较大。

目前，高坝陡坡多采用 “立体”绿色施工技术，根据边坡不同高程的地形情况，有针对性地采取开挖施工方案。减少水土流失和环境污染。

边坡上部，一般坡度较缓，可修筑道路 （结合部分洞室）至施工部位，随着开挖部位的下降，进行几次局部改线，直至达到施工道路坡度极限，尽量采用汽车运输出渣。

边坡中下部，一般坡度较陡，开挖作业面不大，施工道路无法布置，为减少扬尘和渣料入江，可布置溜渣井，从交通洞开挖水平洞室至溜渣井底部，使用汽车出渣。溜井一般直径6m，间距约60m，倾角大于60°，底部采用直径12m的溜井储料仓结构，储料仓高度约30m。

同时在边坡底部 （一般在沿江道路边）设置挡渣埂，拦截少量滚落的石渣。

2 高面板堆石坝绿色筑坝技术

2.1 高面板堆石坝软岩筑坝技术

在以往的面板堆石坝施工中，软岩一般作为弃料处理，既要增加弃料的开挖、运输和堆存，又要多开辟填筑料场。近年来面板堆石坝在因地制宜利用软岩料填筑坝体取得了重大突破，结合软岩堆石料工程性质、坝体断面分区及计算方法、软岩料爆破开采技术、软岩面板堆石坝填筑研究，在坝轴线下游水位以上采用软岩料填筑坝体，将原先作为弃料处理的软岩应用于坝体填筑，降低了料场开挖工程量，减少了取弃和弃料场的规模，从而减少了对环境的影响、降低了工程投资，缩短了施工工期。

2.2 高面板堆石坝河床强夯加固基础覆盖层技术

在有较厚覆盖层的河床兴建面板堆石坝，一般需将覆盖层完全清除，近年来，经过试验研究，将建筑基础强夯处理技术应用于坝基覆盖层处理施工，保留河床覆盖层中部分含砂砾粉土、粘土的透镜体及砂卵砾石层，建立了坝基强夯处理施工技术参数、施工工艺与施工方法。水布垭面板堆石坝和寺坪电站面板堆石坝等工程的坝基覆盖层处理都采取了强夯施工技术。

水布垭高面板堆石坝坝基河床覆盖层保留区长366m，占大坝填筑底宽60%，面积为13179m2，厚度7～11.8m。通过强夯加固后的各项指标满足设计要求，减少基础开挖13万m3。该技术减少了挖填工程量，缩短了工期，加快了施工进度、节省了投资，尤其减少了弃渣场土地占用，降低了对环境的影响。

2.3 高面板堆石坝挤压边墙技术

挤压边墙施工技术是近年来混凝土面板堆石坝上游坡面施工的一项新技术。利用挤压滑模原理，通过机械压力形成墙体，依靠反作用力行走延续成墙，将传统工艺的垫层料的斜坡碾压变为垂直碾压，挤压边墙与垫层料摊铺同步进行，实现同步上升，保证垫层料的压实质量与提高坡面防护能力。与传统垫层削坡工艺相比，简化施工工艺，加快了施工速度；简化施工设备，提高施工安全性；上游坡面得到及时防护，提高渡汛安全性；由于挤压边墙的防护，面板的施工进度可以灵活安排，面板施工前的坝体预沉降时间可相对延长。

结合边墙结构凿缝等措施，可消除挤压边墙对面板变形的约束，以适应超高面板坝坝体变形的特点。

3 人工骨料绿色生产技术

人工骨料加工产生的废水、粉尘长期以来对工区环境影响较大。随着溪洛渡、锦屏一级砂石系统的建成，许多先进的绿色生产技术得到广泛应用，对环境带来的负面影响大大改善。

3.1 废水处理技术

水电施工骨料冲洗废水的主要特点是含砂含泥量高，污染成分单一。传统的废水处理工艺由于泥渣干化问题难以解决，无法实现废水的连续处理，最终导致废水直排，造成水资源浪费与环境污染。在溪洛渡和锦屏一级工程骨料加工系统中，采取了“预处理+一次沉淀+机械脱水”的废水处理工艺，彻底的解决了这一难题。

溪洛渡工程骨料加工系统废水处理工艺主要是设置废水预处理车间，将废水中的大部分粗颗粒回收利用，降低后续水处理运行负荷，解决泥浆板结，结合出水加压泵反冲洗设计，解决管道堵塞的问题。预处理后加药混凝反应至沉淀池沉淀，利用渣浆泵将浓缩的沉淀泥浆泵至脱水机房，机械脱水，形成泥饼外运。沉淀与压滤后清水至清水池，高压泵至高位水池重复应用。

溪洛渡砂石骨料生产废水处理技术，实现了废水处理连续运行，解决泥浆板结及管道堵塞等问题，实现零排放，取得很好的节水和保护环境的效果。

溪洛渡砂石骨料生产废水处理工艺流程如图1所示。

3.2 新型干法人工制砂技术

针对人工砂石粉含量易超标、含水率难以控制、细度模数偏大等问题，运用风选分级原理干法风选、细腔型圆锥破碎机两种制砂工艺，实现人工骨料全干法生产，通过采用封闭除尘和喷雾降尘等措施,解决了干法生产时粉尘与噪音污染等问题，省去了庞大的供水和废水处理系统，同时避免了湿法制砂工艺石粉回收困难、废水处理成本高且环保问题突出的情况。

3.3 高陡狭窄地形料场绿色开采技术

在狭窄与边坡高陡的料场开采区，骨料制备设施与道路平面布置展开困难。近年来，部分工程采取了将交通道路、骨料破碎系统、皮带运输系统、存贮料场布置于地下洞室群中，料场开采时，开挖料沿竖井垂直运输，在地下进行骨料生产、运输与存储的技术。除料场挖面外，大部分骨料生产储运设施布置在地下洞室群中，节约用地，避免粉尘污染，降低能耗。

图1 溪洛渡砂石骨料生产废水处理工艺流程

高陡狭窄地形料场绿色开挖技术要点如下：

（1）料场开采规划

料场开采规划是高陡坡、狭窄地形地貌条件下骨料开采成败的关键，规划应重点考虑以下等因素：开采运输、洞室群布置、垂直溜井布置与结构参数、洞室与竖井之间安全距离、料场降段与溜井之间的衔接、给料机喂料和粗碎设备选择配置与布置、半成品料运输，根据地探资料及工程骨料生产强度数据，做好料场开采范围、开采强度（有用与无用料）、时段分析，为道路布置与设备选型等做好基础工作。

（2）进场地下道路

道路要满足无用料出渣强度和部分有用料出料强度的需要，同时考虑与料场降段规划布置。无用料采取汽车经进场道路运往渣场。

（3）料场降段与高落差溜井之间的衔接

主要内容包括：采层规划、溜井布置、溜井相关参数的选择（含溜井合理直径、井壁防磨蚀的优化设计、溜井底部放料口的参数等）。在料场一般布置2个溜井，两条溜井可以相互备用，开采的毛料由自卸汽车经料场运输道路卸入溜井，井下布置给料机与粗碎设备，破碎后的半成品石料由皮带带运往半成品堆场。

（4）给料机、粗碎设备布置及半成品料运输

溜井下接给料机，给料机喂料给布置在洞室内的颚式破碎机或旋回破碎机粗碎设备，粗破半成品料由皮带运至半成品堆场。给料机、粗碎设备、皮带运输设备的选型应考虑系统生产能力、石料的块度、溜井底部放料口参数，以及设备之间配套和系统的安全、通风、防尘等。同时应注意洞室与竖井之间安全距离。

（5）地下洞室参数确定

具体包括地下破碎洞室与溜井间的安全距离，设备布置形式和考虑运行设施的洞室断面尺寸。

4 高砾石土坝绿色加工制备技术

高砾石土心墙坝的砾石土料有严格的水力学指标与级配要求，其各种物料级配必须在一定包络线内，一般都须对自然界开采的砾石土做进一步处理才能满足要求，处理工艺根据工程料场情况结合设计要求，基本原则：多退少补，即原材料中含量不符合或超出级配要求的除去，缺少或没有的要补齐。目前，常用的施工工艺是将拟掺和的各种材料按粒径分别堆成料堆，然后采用平铺立采（料场或掺和场）、带式输送机掺和法、搅拌机掺和法等工艺制备成品砾石土心墙料。

下面结合具体工程分别简介两种更加绿色的砾石土生产工艺：①利用砂石骨料生产系统连续生产符合掺混要求的级配碎石混合料+料场开采天然土料→连续强制式搅拌机→高品质成品砾石土心墙料；②料场开采砾石土毛料→现场条筛→振动筛→成品砾石土心墙料。

4.1 改造混凝土砂石系统+强制搅拌制备砾石土心墙料技术

双江口水电站砾石土心墙堆石坝坝顶高程2510.00m，心墙底面最低高程2198.00m，最大坝高314.0m，位居目前国内同类坝型前列。其心墙防渗料采用天然土料掺混级配碎石形成的砾石土心墙料，大坝总填筑量约4076万m3（未含上下游压重370万m3），其中，砾石土心墙料约508 万 m3。

该技术核心：利用已有的砂石破碎生产系统生产满足掺混要求的级配碎石混合料，利用公路强制式稳定土生产设备——连续强制式搅拌机，将级配碎石混合料与开挖的天然土料精确对掺搅拌，形成满足高砾石土心墙坝填筑要求的高品质砾石土心墙料。级配碎石混合料制备工艺如图2所示。

调整原砂石系统运行参数,运用多种分配流设施,调整各级骨料再次破碎比例,在主筛分系统加5mm隔筛，使筛余骨料为满足掺混要求的连续级配碎石混合骨料，用皮带运至级配碎石混合料场，筛滤砂运至成品砂场。

掺混砾石土心墙料时，级配碎石混合料与开挖的天然土料分别从各自料场导入连续强制搅拌系统，由连续强制搅拌系统根据研究确定的技术参数精确对掺搅拌，形成满足高砾石土心墙坝填筑要求的砾石土心墙料。

图2 级配碎石混合料制备工艺

系统优点：①对砂石系统进行技术处理，实现两项工程目的——砂石骨料生产与掺混级配碎石混合料生产，节约设备费用，同时减少场地占用；②连续强制搅拌系统的掺混工艺，保证掺混高标准砾石土心墙料质量，可以连续生产，占地面积小，效率高，费用低，节约能源。

4.2 砾石土心墙料料场筛分处理技术

瀑布沟水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高186m，大坝心墙料以宽级配砾石土为主，心墙底部、心墙与岸坡接触带、防渗墙顶和混凝土廊道周围设高塑性粘土。坝体填筑总量为2011.38万m3，其中心墙砾石土料267.84万m3（均为压实方）。心墙砾石土料取自黑马砾石土料场，位于坝址上游右岸黑马沟黑马乡附近，距坝址约17～20km。料场分为Ⅰ区、0区，砾石土储量为需求量的1.18倍。

瀑布沟黑马料场的开挖料直接用现场两级筛分系统处理，粗筛采用条筛，将大粒径开挖料剔除，减轻下道工序处理负荷，避免大粒径块石对设备冲击损伤；次级筛采用优化的振动筛参数，生产合格心墙砾石土料，通过运输洞，用长距离运输皮带带至大坝上游、距坝址约3km的砾石土料中转料场。

系统特点：①料场直接处理，避免无用料的运输；②料场回填恢复可用筛余无用料，节约回填处理费用，有利于料场复耕恢复；③长距离皮带运输，避免汽车道路运输方案的耕地占用；④皮带运输洞连接料场与中转堆场，大大缩短运距，减小移民征地规模，加快了施工速度。

5 高坝节地节水技术

5.1 高陡狭窄地形高坝坝肩拌合系统绿色布置技术

系统实时的技术要点：①在高陡狭窄地形坝肩附近布置拌合系统；②在洞室群中布置骨料仓等设施；③采用脱水筛对混合骨料进行冲洗脱水，皮带运至3层筛分选，将3层筛布置在一次风冷仓上部，筛分料直接滑入预冷仓；④废水预沉淀+加药混凝真空处理技术。

通过上述技术措施，洞室堆存骨料与3层筛布置于预冷仓上：节约用地，避免粉尘污染，避免骨料受环境温度的影响，有利于混凝土温度控制；真空脱水污水处理：实现污水净化及重复利用，避免环境污染及实现节水目标。

5.2 高坝绿色通水冷却技术

（1）移动智能冷水站技术

以往大坝冷却控制的冷水采用在拌合系统建设大型制冷系统制备，通过隔热的冷却水管引至坝前，然后布置隔热叉管至各个冷却部位，这种方式缺点：系统规模大，运行费用高，制冷设施与冷却部位距离长，沿程损耗大，管线长、建安工程量大。

移动智能冷水站将一定冷却能力的制冷设施集中配置于集装箱内，加装智能控制模块，形成可以移动的、对不同状况具体坝块冷却进行智能个性化冷却的、就近布置的、模块化的大坝通水冷却技术。其优点：节约建安与运行费用，节省材料，施工布置简便，可根据具体冷却要求模块化组合，避免冷水输送沿程损耗，节能，冷水站可重复使用。

（2）库底深层取水技术

高坝建设过程中，利用大坝分期蓄水的特点，抽取或虹吸引取上游库底深层低温水，用之于后期建设大坝的坝体冷却，达到节能降温的效果。

（3）大坝混凝土通水冷却智能控制技术

通过现场采集通水温度、流量等数据，以及混凝土的内部温度数据，自动传输至后台处理系统，结合混凝土温控要求，通过处理分析，制定每一组冷却水管的下一步通水计划，并通过电磁阀实现自动调控，从而实现混凝土内部温度真正均匀缓慢下降。该系统目前已在锦屏一级、大岗山工程得到很好应用。

随着可持续发展战略在我国推广，绿色施工技术作为在高坝工程落实可持续发展战略的重要手段，已经为高坝建设带来可观经济效益与社会效益。

高坝绿色施工技术是企业技术实力的综合体现，是可持续发展思想在工程施工中的应用体现。绿色施工技术并不是独立于传统施工技术的全新技术，而是结合高坝工程实际情况，用“可持续”的思路创新应用“传统”施工技术，与现有技术体系兼容且综合效益更加显著。

高坝绿色技术有些是高坝独有的，有些同样可以应用于其它类似工程项目，有些应用于其它工程或领域的绿色施工技术，同样适用于高坝施工，如：高掺粉煤灰（火山灰）技术、长距离皮带输送技术、氢氧焊割技术、机械倒角技术、声光智能控制照明系统等。

由于高坝工程的规模效应，只有始终注意施工技术绿色元素注入，才能实现工程项目与环境保护和谐共存，解决高坝建设面临的日益严重的环境问题，高坝绿色施工技术越来越成为高坝工程建设的必然选择。