卡拉贝利水利枢纽工程坝体填筑优化设计

卡拉贝利水利枢纽工程坝体填筑优化设计

李鹏，李召朋

(中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安710065)

摘要：新疆卡拉贝利水利枢纽工程因泄洪排沙放空洞工程工期滞后一年多，对工程截流及后续坝体施工项目进度产生了重大影响。通过坝体填筑方案的优化设计，不仅使坝体度汛、坝体填筑及蓄水目标能够按照原定进度实现，还节省了工程投资，得到了建设单位、设计单位的一致认可，为土石坝工程施工积累了经验。

关键词：卡拉贝利水利枢纽工程；坝体填筑；优化设计

中图分类号：TV641.4+3

Optimized Design of Kala Beili Water Conservancy Project Dam Filling

LI Peng, LI Zhao-peng

(SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.,Ltd.,Xi’an710065,China)

Abstract：Construction duration of Xinjiang Kala Beili water conservancy project was delayed for more than one year due to flood discharge, desilting and emptying tunnel works, thereby seriously affecting the progress of work closure and subsequent dam construction works. By optimal design of dam filling plan, objectives of dam flood-passing, dam filling and water accumulation can be realized according to original schedule, in addition project investment can also be saved, which is consistently recognized by construction unit and design unit, thereby accumulating experience for embankment dam project construction.

Keywords：Kala Beili water conservancy project； dam filling; optimal design

1工程概况

卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，地理坐标为东经75°15′、北纬39°35′，东距喀什市165km，北距乌恰县城70km，距阿图什市204km、距乌鲁木齐市1606km。工程等别为Ⅱ等，工程规模为大(2)型。

大坝采用50年超越概率2%的地震动参数值进行设计，相应基岩水平向地震动峰值加速度为375.1gal；大坝以外的其他建筑物的抗震设防烈度同基本烈度，地震动峰值加速度为0.3g。

大坝为钢筋混凝土面板砂砾石坝，坝顶高程为1775.50m，最大坝高92.5m，坝长760.7m，坝顶宽12m，为1级建筑物。上游坝坡1∶1.7，下游坝坡1∶1.8，在下游坡设10m宽、纵坡为6%的“之”字形上坝公路(混凝土路面)。土石方开挖总量为108.94万m3，坝体总填筑量约760万m3。

2原填筑方案及工期要求

与传统面板堆石坝施工方案一样，卡拉贝利坝体填筑原计划工程初期采用上、下游枯期围堰一次截断水流挡水，1号泄洪排沙放空洞泄流；后期导流由坝体临时断面挡水，1号、2号泄洪排沙放空洞联合泄流；然后进行大坝基坑开挖、趾板混凝土浇筑、大坝坝体自上而下全断面填筑、钢筋混凝土面板浇筑的方案。原计划工期如下：

a. 2014年6月15日完成1号泄洪洞洞身混凝土施工，2014年6月30日完成2号泄洪洞洞身混凝土施工，2014年7月底具备通水条件。

b. 2014年9月下旬河道截流，至2015年5月下旬，采用枯期导流方式，上、下游围堰挡水，1号泄洪排沙放空洞泄流，导流洪水标准采用枯水期10年一遇(10月～次年5月)，相应洪峰流量363.9m3/s，上游最高洪水位1709.28m，1号泄洪排沙放空洞最大下泄流量为304.79m3/s，上游围堰堰顶高程1712.00m。

c.坝体临时断面度汛标准。2016年汛期(6月1日～8月31日)采用坝体临时断面挡水度汛，设计洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量2310m3/s，由1号、2号泄洪排沙放空洞泄洪，坝前最高洪水位1732.23m，要求2016年5月31日前坝体临时断面最低填筑至1736.00m高程，具备挡水度汛条件。

d. 2016年12月31日之前坝体全断面填至1773.00m高程。

e. 2017年4月30日之前完成一期面板浇筑，高程为1738.00m。

f. 2016年12月31日之前坝体全断面填至1773.00m高程。

g. 2017年8月31日之前大坝具备蓄水条件。

3坝体填筑优化设计方案

目前，由于其他原因，预计在2015年8月底泄洪排沙放空洞具备通水条件，与计划工期相比滞后13个月之多，因此对工程截流及后续坝体施工项目产生了重大影响。而建设单位要求2017年8月31日前大坝具备蓄水条件的目标不变，因此，对于原坝体填筑施工方案进行优化设计势在必行。

经计算，按照目前进度进行施工，若要实现2016年1736.00m高程度汛及2016年12月底之前坝体全断面填至1773.00m高程目标，在1736.00m高程以下坝体填筑月平均强度为63万m3，月最大强度为76万m3，而之后坝体填筑月平均强度为30.38万m3，月最大强度为36.45万m3，坝体填筑极不均衡，难以完成，且在资源配置上造成极大浪费。

经对施工图纸和现场进行分析，卡拉贝利枢纽坝址区河谷属较宽的“U”形谷，谷底宽300～500m，谷底高程1694.00～1697.00m，现代河床宽250～300m，河流摆动性大，河心滩发育，两岸地形不对称。左岸坡在坝轴线附近形成凸岸状；河床右岸约460m发育Ⅰ、Ⅲ～Ⅴ级基座阶地，呈阶梯状分布。

基于这一特点，经研究该工程采用分期导流、左右岸坝体分区分期填筑方案，具体如下：

a. 2014年8月修筑一期纵向围堰挡水，束窄河床泄流，进行一期右岸至0+453趾板开挖、混凝土浇筑(包括灌浆)、1736.00m高程以下坝体填筑。

b. 2015年9月下旬进行主河床截流，由二期上、下游枯期围堰挡水，1号泄洪排沙放空洞泄流，再进行河床段趾板基础开挖、混凝土浇筑，2015年11月开始左岸1735.00m高程以下Ⅱ期坝体填筑，以确保2016年坝体小断面度汛、2017年坝体一期面板度汛的目标。

c. 2016年6月前坝体左、右岸全断面均衡填筑上升，2016年12月31日之前坝体全断面填至1773.00m高程，见图1。

图1　左右岸坝体分区分期填筑

4优化方案可行性分析

4.1坝体横向接缝技术分析

左右岸分期分区填筑后，左岸阶地坝体一期填筑1683.00～1736.00m高程区，使坝体形成横向接缝。针对这一问题，为了控制坝体填筑质量，施工时坝体一期填筑与二期填筑结合边坡采用1∶3.0，收坡采用台阶法施工，台阶宽度不小于1.0m，二期填筑接坡处时，削坡至合格面后铺料，并使振动碾紧贴接坡面碾压，见图2。

图2　坝体横向分期填筑台阶法收坡施工

4.2施工强度分析

4.2.1右岸一期施工强度分析

坝体右岸一期填筑区全断面填筑至1736.00m高程，坝体分期桩号为0+453，纵向坡比为1∶3，各类坝料填筑总量为172万m3；该期坝体填筑可分2序：1序为河床趾板浇筑完成后进行垫层料及上游段开挖槽坑的填补，与下游原河床填平；2序为河床以上部位填筑，全断面填筑至1736.00m高程。填筑自2015年5月1日开始，至2015年9月30日结束，平均月填筑强度为34.3万m3。经分析，右岸一期填筑可以降低坝体填筑的峰值，不占主线工期，与以往工程相比填筑强度适中。

4.2.2左岸主河床截流后施工强度分析

左岸主河床截流后，影响坝体填筑的主要施工项目内容及程序为：二期上、下游围堰填筑→左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板开挖→左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土浇筑→左岸二期1736.00m高程以下坝体填筑→大坝1736.00～1773.00m高程填筑。

4.2.2.1二期上、下游围堰填筑施工强度分析

根据优化后的方案，该工程主河床截流拟在2015年9月下旬进行，二期上、下游围堰在截流戗堤闭气后进行施工，上、下游围堰为土石围堰，基础采用高压旋喷灌浆防渗，主要工程量为土石方填筑约18.15万m3，其中高压旋喷灌浆防渗平台以下围堰填筑7.7万m3、高压旋喷灌浆4448m。

围堰填筑料运距约为1.5km，施工资源结合坝体填筑配备2m3液压反铲6台、20t自卸汽车30辆，高压旋喷灌浆采用2台SM400跟管钻机造孔，高压旋喷灌浆防渗平台以下围堰填筑及防渗施工可在1个月内完成，即可在2015年10月20日前完工。

4.2.2.2左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板开挖施工强度分析

左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板开挖工程量为31.61万m3，其中石方开挖约10.65万m3，该部位可在主河床截流戗堤闭气与基坑初期抽水完成后进行，即从2015年9月底开始、11月初结束，历时38d。

根据招标文件，趾板开挖料可用于坝体下游次堆石区填筑，运距约0.5km，配备LM-500C钻机2台、2.0m3液压反铲8台、20t自卸汽车25辆，即可满足施工要求。

4.2.2.3左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土浇筑

左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土浇筑桩号为趾0+178.38～趾0+409.77，长231.39m，混凝土浇筑总量为2295m3。施工时段拟定为2015年11月11日～12月10日。

河床段趾板混凝土采用分块“跳仓法”浇筑，混凝土采用拌和站集中拌制，运输主要采用8m3混凝土罐车运输，皮带机入仓，用φ70、φ50软轴振捣器人工振捣，钢筋在加工厂集中加工制作，10t载重汽车运至现场，人工焊接安装。

4.2.2.4左岸二期1736.00m高程以下坝体填筑

坝体左岸二期填筑区填筑至1736.00m高程的填筑工程量为341.23万m3。填筑时段拟为2015年10月1日～2016年5月31日，平均月填筑强度为42.12万m3，最大月强度48.44万m3。

考虑上游坝前趾板开挖及混凝土施工，该期坝体填筑分3序： 1序为上游趾板浇筑前，自趾板及垫层槽坑预留30m下游部位填筑，填筑至1708.00m高程；2序在河床趾板浇筑完成后进行上游预留段的填补，填筑至1708.00m高程；3序为1708.00～1736.00m高程坝体填筑。

坝体填筑料综合运距约3km，配备2m3液压反铲12台、20t自卸汽车76辆、22t与26t自行式振动碾各2台，即可满足施工要求。

4.2.2.5大坝1736.00～1773.00m高程填筑

大坝1736.00～1773.00m高程填筑为坝体左、右两岸全断面填筑，工程量为216.69万m3。填筑时段为2015年7月16日～2016年12月31日，平均月填筑强度为30.38万m3，最大月强度36.45万m3。设备资源配置参照左岸二期1736.00m高程以下坝体填筑。

5结语

通过分析，卡拉贝利枢纽工程实施左、右岸坝体分区分期填筑，能在导流分流建筑物工期滞后的情况下，满足2016年度汛目标，坝体填筑能够按照原定进度目标实现，使工程早日实现兴利蓄水，造福南疆。经与监理、设计单位沟通，均认为优化后的施工方案切实可行，符合《碾压式土石坝施工规范》(DL/T 5129—2001)的施工要求，同意按该优化后的方案实施。

同时在分析该方案时也体会到：国内在70m以上高土石坝施工中，沿水流方向上坝内横向分缝很少，在沥青心墙土石坝、黏土心墙土石坝施工中更是少之又少。而卡拉贝利枢纽工程以其面板堆石坝的坝型优点、坝址区较宽的“U”形河谷地形优势得以实施，为今后类似土石坝工程施工积累了经验。