长河坝水电站复合土工膜心墙上游围堰快速施工技术

罗文广

(中国水利水电第五工程局有限公司长河坝施工局，四川康定 626001)

1 工程概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站。长河坝水电站是以单一发电为主的大型电站，枢纽建筑物由拦河大坝、泄水系统、引水发电系统组成。电站工程为一等大(1)型工程，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为1级建筑物，次要建筑物为3级建筑物，上、下游围堰为3级建筑物。电站总装机容量2 600 MW，水库正常蓄水位高程1 690 m，具有季调节能力。拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，坝顶高程1 697 m，最大坝高240 m，坝顶长度502.85 m，坝顶宽度16 m。

上游围堰为复合土工膜心墙堆石结构，挡水标准为全年50年一遇，相应的设计流量为5 790 m3/s。围堰堰顶高程1 530.5 m，最大堰高54 m，堰顶轴线长185.76 m，围堰堰顶宽13.5 m。上游迎水面高程1 492.5 m 以上堰坡为 1∶2，1 492.5 m以下堰坡为1∶3;背水面1 487 m以上堰坡为1∶1.8，1 487 m 以下堰坡为 1∶1.5。上下游过渡料设计宽度均为4 m，上下游垫层料设计宽度均为2 m。上游迎水面高程1 492.5 m以上采用干砌石护坡，法线方向厚1 m。总填筑方量为59.6 万 m3。

围堰工程于2010年10月23日完成截流施工，2011年4月10日完成防渗墙施工，2011年4月15日开始全断面填筑，2011年5月28日提前13 d完成围堰施工。

2 围堰度汛方案

2.1 围堰度汛方案

围堰工程2011年度汛原设计采用过水围堰。为满足长河坝电站建设进度总体需求，将围堰工程2011年度汛变更为全年挡水围堰。

2.2 挡水围堰度汛标准

设计单位提出2011年挡水围堰度汛标准:2011年4月底围堰具备2011年5月份20年一遇洪水挡水标准，堰体全断面填筑至1 500 m高程。2011年5月底堰体具备全年20年一遇挡水标准，堰体全断面填筑至1 521.5 m高程。2011年6月10日堰体具备全年50年一遇挡水标准，堰体全断面填筑至堰顶设计高程1 530.5 m。

3 堰体填筑分期规划

根据挡水围堰设计度汛标准进行了上游围堰堰体填筑规划，堰体填筑共规划三期，分别为Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期，分期规划及规划完成时间见图1。分期规划特性见表1。

4 施工布置

4.1 施工道路布置

上游围堰堰体填筑规划分三期进行施工，新建施工道路根据堰体填筑分期规划、建设单位已提供的现有交通公路、规划料源分布及现场实际情况进行布置(图2)，其中3#施工道路利用围堰下游1 487 m高程3 m宽马道以及围堰下游边坡设计坡比与道路回填渣料自然稳定坡比差形成。堰体填筑新建施工道路特性见表2。

图1 围堰堰体填筑分期规划图

表1 围堰堰体填筑分期规划特性表

图2 围堰填筑新建施工道路布置图

4.2 堰外新建施工道路使用规划

3#、4#、6#施工道路:主要承担左右坝肩开挖利用料、垫层料的运输。

5#、5 －1#、5 －2#施工道路:主要承担左右坝肩开挖利用料、垫层料、孟子坝及野坝大桥下游洞渣回采料、磨子沟原河床砂卵石开采料的运输。

4.3 施工用水

堰体填筑用水主要为堰体填筑料加水，采用4″水泵从大渡河抽水，摊铺前洒水，辅助8 t洒水车运输至填筑面供水。

表2 围堰填筑新建施工道路特性表

4.4 施工区照明

为满足堰体填筑施工进度要求，堰体填筑施工24 h连续作业。施工区照明主要采用220 V、3.5 kW金卤灯，分别在左岸12#隧洞、右岸13#隧洞各布置2盏，并在作业面辅助可移动式的6盏1 kW碘钨灯。

5 围堰快速施工技术

为满足围堰工程2011年度汛要求，进行了堰体填筑分期规划，土工膜心墙月平均上升高度约22.8 m/月，月最大上升高度 25.9 m/月。为满足土工膜心墙堰体高强度上升要求，主要应解决的施工关键技术项目为堰体填筑料料源保障、环形施工道路布置、防渗墙墙头凿除、堰体填筑施工程序、过渡料及垫层料摊铺措施、复合土工膜锚固施工、复合土工膜焊接及雨天施工措施、跨土工膜心墙措施及设备保障。

5.1 堰体填筑料料源保障

堰体填筑料未设置专门的石料场，料源比较分散。堆石料利用洞渣料、左右岸坝肩高边坡开挖渣料，过渡料利用洞渣料及磨子沟原河床砂卵石料，垫层料利用河床天然砂砾石料经筛分系统加工生产。堰体填筑料料源规划情况见表3。

表3 堰体填筑料料源规划表

堰体堆石料、过渡料规划料源总量为73.43万m3，规划开采系数为1.29。垫层料规划生产总量4.5万m3，规划系数1.8。堰体各填筑料料源规划开采系数均满足《碾压式土石坝施工规范》DL/T 5129－2001。

各规划料源经颗分试验、生产性碾压试验等试验检验工作，其质量均满足设计指标要求。

5.2 环形施工道路布置

鉴于堰体填筑料料源均位于上游围堰的下游，而业主提供的、已修建的2#支洞为单车道，不能满足围堰高强度填筑施工要求，需另行规划一条通行车道。由于场地限制，另行规划的通行车道只能从大坝河床基坑通过，运输车辆通行过程中将与左右岸坝肩开挖相互干扰。为减少围堰填筑与左右岸坝肩高边坡开挖的相互干扰，规划3#、4#、6#施工道路与原 S211省道连接成环形施工道路(图2)。环形施工道路的形成，使堰体填筑料运输车辆可以分别在左右岸坝肩高边坡开挖堆渣的间隙通行，从而大大提高了上坝强度。

5.3 防渗墙墙头凿除

围堰防渗墙墙头凿除采用液压破碎锤替代原爆破拆除方案，防渗墙墙头设计拆除深度为1.3 m，分三层拆除至设计深度。拆除混凝土渣料，用防渗墙导向槽清淤，小型挖掘机清除，拆除施工强度约为25 m/d。混凝土防渗墙锚固土工膜施工于2011年4月10日完成，较原计划2011年4月20日提前10 d。液压破碎锤施工情况见图3。

5.4 堰体填筑施工程序

堰体为土工膜心墙堆石坝，堰体填筑施工过程中，对复合土工膜保护、垫层料碾压质量、保证垫层料及过渡料设计宽度应为确定堰体填筑施工程序的主要因素。堰体填筑施工程序见图4。

图3 液压破碎锤防渗墙墙头拆除施工图

5.5 过渡料及垫层料摊铺措施

堰体过渡料设计宽度为4 m，垫层料设计宽度为2 m，过渡料设计宽度基本满足自卸汽车卸料及推土机摊铺作业宽度要求。过渡料采用后退法施工，用SD32推土机摊铺。由于垫层料设计宽度不能满足自卸汽车通行及推土机摊铺作业宽度要求，遂采用小型挖掘机摊铺并辅助人工修整、整平。熟练挖掘机操作手每台挖掘机垫层料摊铺强度约50 m/h。高峰期施工使用2台反铲铺料。

5.6 复合土工膜锚固施工

复合土工膜的锚固分为:基础混凝土防渗墙锚固与两岸压板混凝土锚固。

(1)基础混凝土防渗墙锚固。

混凝土防渗墙锚固复合土工膜施工主要应解决好土工膜的铺设、限位、固定等几个问题。本工程采用简易钢管架，钢管架高1 m，宽50 cm。简易钢管架上部伸出一排悬臂杆，宽50 cm，外露钢管端头采用软垫包裹，用于铺设、保护土工膜。挑架前沿设置一根纵向钢管，其平面位置与设计土工膜位置一致，用于限位土工膜。土工膜铺设完毕，采用纵向钢管固定放置于挑架上的土工膜(图5)。

(2)压板混凝土锚固。

图4 堰体填筑施工程序图

图5 土工膜铺设、限位、固定钢管架图

岸坡锚固采取随填筑面上升、分期分层浇筑的方式。采用干硬性混凝土并添加早强剂，以保证堰体填筑时已经浇筑的混凝土具有一定强度。

5.7 复合土工膜焊接及雨天施工措施

复合土工膜选用成都鑫天路工程材料有限公司生产的350 g/m2/0.8 mm HDPE/350 g/m2土工膜，该厂土工膜在溪洛渡、向家坝等工程中使用，经检测质量满足设计要求。经过综合计算，选择幅宽6 m的土工膜较为经济、合理。本工程选用的复合土工膜(两布一膜)为新材料，可直接采用2PH－213型热合爬行机进行焊接，无需先进行膜的焊接，再进行缝布。

雨天影响主要为土工膜焊接施工，采取的主要措施:

(1)采用彩条布覆盖待焊接的土工膜，并采用10 cm×10 cm方木垫高彩条布及土工膜，以防止雨水淋湿及雨水浸泡;

(2)对于局部淋雨受影响的部位，安排专人采用大功率吹风机吹干;

(3)加强天气预报资料的收集，土工膜焊接施工时间根据天气预报情况进行调整，以避开雨天焊接。

5.8 跨土工膜心墙措施

堰体全部填料均来自围堰下游，堰体上游填筑料运输需跨越复合土工膜心墙。对土工膜心墙采用跨越钢栈桥的保护措施，防止土工膜被压坏。跨越堰体复合土工膜心墙简易钢桥宽4 m，长4 m，共加工3座，2座使用，1座备用。单座简易钢桥由两榀组成，每榀宽2 m，长4 m。堰体填筑施工过程中，心墙部位架设2座，即重车与空车分别设置，以满足堰体填筑料运输的通车要求以及土工膜焊接施工时的交叉使用。简易钢桥采用摊铺垫层料的小型挖掘机吊装，简易钢桥见图6。

跨心墙简易钢桥吊装频次要求主要考虑土工膜焊接施工及心墙施工因素，一般按照每填筑2层(单层厚50 cm)吊装一次简易钢桥较为合理。

图6 简易钢桥结构示意图

5.9 设备保障

为保证围堰高强度施工，其设备配置的保证尤为关键。设备配置数量根据施工强度及作业条件进行计算，然后按照0.75的保证系数进行确定。主要配置数量见表4。

表4 围堰主要设备配置表

6 结语

通过复合土工膜心墙堆石坝围堰快速施工技术的研究与应用，大幅度提高了心墙上升强度，心墙月最大上升高度达到28.9 m/月。尽管在围堰工程施工期间，降雨时间占施工时间的40%，但由于快速施工技术措施得力、有效，施工组织严密、紧凑，长河坝水电站围堰仅用了43 d即填筑到顶，比原计划提前13 d，确保了2011年度围堰工程的安全度汛。