长河坝水电站大坝度汛填筑施工

薛凯

(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)

长河坝水电站大坝度汛填筑施工

薛凯

(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)

介绍长河坝水电站大坝挡水度汛期的填筑施工，包括料源供应、主要施工工艺和质量控制。并介绍了保证高土石坝施工质量的相关创新工艺与质量快速检测方法。

长河坝水电站 大坝 度汛 填筑施工

1 工程基本情况

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，工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4km～7km河段上，坝址上距丹巴县城82km，下距泸定县城49km，距成都约360km。水库正常蓄水位1690m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3，总库容为10.75亿 m3。调节库容4.15亿m3，具有季调节能力，电站总装机容量2600MW。

拦河大坝为砾石土直立心墙堆石坝，最大坝高240m，坝顶高程1697.00m，最大坝高240m，坝顶长502.85m，上、下游坝坡均为1∶2，坝顶宽度16m。坝体填筑料包括上游压重、上游堆石、上游过渡层、反滤料3、心墙砾石土、反滤料1、反滤料2、下游过渡层、下游堆石、下游压重。大坝设计总填筑量约3417万m3。其中，堆石2273.9万m3；过渡料290.97万m3；砾石土428.3万m3；反滤料168.19万m3。大坝结构见图1。

图1 长河坝坝体典型剖面示意

根据合同工期，大坝开始全断面填筑时间为2013年5月，填筑到顶时间2016年12月，心墙填筑时间44个月，心墙最大上升速度9m/月，高峰填筑强度约105万m3/月。

施工过程中，受“4·20”芦山地震等多种因素的影响，心墙实际开始填筑时间为2013年7月下旬，比合同时间滞后3个月。

根据业主深度优化工期要求，大坝填筑到顶时间提前到2016年10月(同年11月初初期导流洞下闸)。以此计划，大坝全断面总填筑时间39个月，心墙平均上升速度6.15m/月，高峰速度11m/月，平均填筑强度约83万m3/月，高峰填筑强度将超过130万m3/月。

根据设计文件《长河坝2014年度防洪度汛要求》，2014年度汛目标，2014年5月底，坝体填筑至1536m高程，超过上游围堰顶高程1530.5m，坝体满足拦挡100年一遇洪水(Q＝6230m3/s，H＝1533.4m)的条件。

2 坝料供应

2.1 堆石料

堆石料分别从上游响水沟石料场和下游江咀石料场爆破开采，炮孔直径120mm，台阶高度15m，爆破平均单耗随料场高程下降在0.5kg/m3～0.65kg/m3范围逐步增大。堆石料运输以25t自卸车为主，过磅计量，坝外自动加水系统根据载重量向车内加水。

度汛填筑期，为提高上坝强度，借用引水发电系统与泄洪系统地下开挖的部分合格料作为堆石料源。地下开挖料是人工骨料生产料源，但开挖阶段混凝土骨料用量少，为增加该时段大坝填筑强度，先调整上坝，度汛后料场开采强度将大幅提高，再从下游石料场就近向人工骨料系统归还供料。

2.2 过渡料

过渡料设计最大粒径300mm，＜5mm含量为5%～25%，D15≤12mm。与同类工程过渡料设计级配对比，本工程过渡料最细，通过近20场次的爆破试验(试验单耗高达2.5kg/m3)，始终未爆破出合格料。

为满足大坝度汛填筑进度的需要，采取高单耗爆破＋骨料掺配的平铺立采工艺制备过渡料(度汛施工期)。即在石料场按1.8kg/m3单耗爆破半成品，挖掘机装车运至掺配场，按比例掺入中石、小石、砂，级配检测合格后上坝填筑。

2.3 反滤料

反滤料由人工骨料系统生产供应，采取精确计量自动掺配工艺，从分级骨料廊道内布置反滤料掺配生产线，采用皮带掺配，变频给料器控制给料量，计算机精准控制。一条生产线掺配所需各种反滤料，级配均匀。

由于反滤料掺配场地面积有限，料仓总储量约3000m3，不能满足上坝强度与脱水时间的要求，因此另外布置备料场储备反滤料，当直接生产强度或脱水时间不满足时用备料补充供应。

2.4 心墙砾石土料

砾石土从汤坝料场开采，对于含水量合适的土料采用振动筛分系统剔除超径(＞150mm)后运输上坝。含水量偏大的土料先在晒土场分层翻晒合格后，再过筛剔除超径，然后运输上坝。

由于砾石土料制备工艺相对复杂，土料运距远(24km)，运输道路级别低(矿山三级)，多段单行道，且沿途还有村庄、厂矿等占道干扰，这些因素都制约土料的供应强度。为确保度汛填筑砾石土供应保障，采取提前在坝区附近备存措施，且在填筑过程中保证有不低于7天的动态备存量。

2.5 高塑性粘土

高塑性土从泸定海子坪料场开采，运距约70km，业主提前购买备存在大坝下游7km处，采用土工膜覆盖保护。大坝填筑时采取端进法立采上坝，提前检测含水量，上部含水偏低土层，采取钻孔法补水或分层平铺闷水。

2.6 备料量

根据上述坝料开采、制备方式，备料是确保高强度填筑坝料供应的有效措施。度汛填筑期各种坝料备料或借料量见表1。

表1 备料及借料量

3 填筑程序与工艺

3.1 大坝填筑施工程序

基坑开挖结束后，上、下游堆石区作为先期断面填筑，一方面可以降低全断面填筑强度，另一方面相当于提前备存堆石，为料场拓展开采面提高出料强度创造条件。心墙区基坑的所有工序位于关键线路，首先是主、副防渗墙施工，覆盖层固结灌浆、两岸压板混凝土浇筑同步跟进；副防渗墙结束后接着墙下帷幕灌浆，然后浇筑明浇段副墙；主防渗墙结束后浇筑廊道。压板混凝土由低向高浇筑，并平行跟进固结灌浆、三角区帷幕灌浆(为确保填筑不受影响，压板固结与帷幕灌浆面宜高于填筑面20m以上)。明浇段副墙与廊道混凝土结束后，施工表面封闭防水层，并跟进铺设基础面土工膜。至此，心墙区具备填土条件。另外，基坑排水是重要的保障工序，一直持续到心墙区填筑高程略高于导流洞进口水位后拆除排水系统。

施工程序框图见图2所示。

图2 大坝填筑施工程序框图

3.2 填筑工艺

3.2.1 填筑单元划分

填筑单元按铺料、碾压、检测工序组织流水作业作为划分的基本原则，划分面积适合成龙配套机械作业要求。砾石土分为四个单元，坝轴线上、下游各两个，为避免重车过压，分别从上、下游两个方向单独进料。反滤料、过渡料按各自料区划分独立单元，堆石料以平行坝轴线按1万m2～2万m2划分单元。

3.2.2 施工参数

填筑施工参数见表2。

表2 大坝填筑施工参数

3.2.3 铺料

砾石土料进占法卸料，结合面须成毛面，并视情况用高压洒水车补水。推土机平料，再用平地机精平。

反滤料先用界线摊铺器铺土砂分界带，砾石土与反滤料同时各摊铺1.5m宽。其余部分后退法卸料，推土机平料，平地机精平。

过渡料后退法卸料，推土机平料，平料过程中用挖掘机剔除超径或集中粗粒料。

堆石与压重料进占法卸料，推土机平料。

铺料厚度采取测量网格法检测控制，厚度满足要求并验收后，才能进入下道工序。铺料过程中采用标杆法、标准堆法综合控制。

3.2.4 碾压

碾压工序采用数字大坝系统监控，铺料面验收合格后建碾压仓，再调入碾压设备。采取搭接法碾压，碾压方向平行坝轴线。砾石土料碾压遍数合格比率大于95%，其他坝料遍数合格比率大于90%。

边角部位及仪器周围采用3t振动碾或HCD型夯板压实。

3.2.5 泥浆喷涂

设计要求心墙压板混凝土表面涂刷泥浆5mm～6mm。根据类似工程经验，人工涂刷难以保证厚度，且不均匀，效率低。经试验，本工程采用喷涂工艺，厚度有保证，而且均匀，每次喷涂高度与铺土厚度保持一致，随喷随铺土覆盖。

3.2.6 粗粒集中与超径处理

超径料首先在料场严格控制，砾石土料、反滤料都有过筛工序，基本没有超径上坝。堆石与过渡料在装车时精心挑选，对于未挑选出来的超径料，铺料过程中安排专用装载机或挖掘机剔除，并装车运出坝外。

过渡料与堆石料在卸料、铺料过程因分离易产生粗粒集中，一方面要随卸随铺，减少分离，另外坝面安排挖掘机、装载机及时分散集中的粗粒，特别对分界面、接坡面、岸边接触带等部位的粗粒及时清除分散到其他部位。

3.2.7 心墙雨季施工

降雨主要影响土料填筑，根据天气预报选择晴天施工。土料场加强含水检测，选择含水合适的土料开采过筛后上坝。坝面分单元组织快速作业，心墙区做成横坡约2%的龟背形，降雨前采用平碾快速压成光面。雨后及时采取泵排并配合人工清除局部积水，复工前先检测填筑面含水，刨毛后再铺料。对局部因雨水浸泡严重的土料采取清除后补填，以利加快施工进度。

前期采用了覆盖塑料布措施，但经实践对比，由于塑料布拼缝多，且有风的影响边角容易被掀开，覆盖后往往在分缝接头处形成集中浸泡，造成填筑面含水严重不均匀，处理难度大。相反，找坡后压光面措施效果更好，排水顺畅，大面基本不积水，雨后表面水分易蒸发，平面含水分布较均匀。

4 质量控制

4.1 质量管理

建立了完善的大坝填筑质量管理体系，包括料场质量管理小组与坝面填筑质量管理小组，管理小组由业主、设计、监理、施工各方相关人员组成。

编制了《长河坝电站大坝填筑施工工法》、《大坝填筑工艺细则》、《大坝填筑质量管理办法》，对各级人员进行详细的技术与质量交底。

管理小组严格执行检测与验收程序，料场小组严格控制爆破参数、级配、含水率指标；填筑小组控制铺料、碾压、检测及边角处理工序，严格控制工序验收。

大坝数字化系统重点监控坝料加水量、碾压速度、碾压遍数、激振状态、碾压层厚等关键参数，监控报告作为下道工序的验收依据。

4.2 质量检测

在填筑过程中，严格按照《大坝填筑施工技术要求》及规范要求的项目与频次进行质量检测。包括颗粒级配、含水、干密度、孔隙率、渗透、直剪、大三轴等。

4.3 砾石土快速检测

砾石土压实干密度检测是心墙填筑的关键工序，按照传统的烘干法，一组试样至少需要8h以上才能出结果，难以满足度汛填筑快节奏施工要求。采用砾石平均饱和面干吸水率，替代试坑砾石含水率的快速检测方法，大大缩短检测时间，2h内可出成果，彻底解决了检测制约进度的问题。为了验证快速检测的可靠性，前期采用烘干法平行检测。两种方法对比见表3。

表3 两种方法试验成果比较

根据平行检测统计结果，两种方法试验偏差低于规范允许值，快速检测方法满足精度要求，结果可靠。

5 结语

长河坝电站大坝度汛填筑，有经验也有不足，体会如下。

5.1 两岸压板浇筑、固结灌浆、三角帷幕灌浆，是制约心墙前期填筑进度的关键项目，从施工组织上应高度重视，尽量拉开填筑面与灌浆面的距离(宜20m以上)。

5.2 提前适当备料，以及利用合格的开挖料，都是保证度汛填筑强度的有效措施，正常填筑过程中，关键坝料也应有动态储备量，以防意外影响因素导致停工。

5.3 通过本工程研究与实践，偏细过渡料在高强度的花岗岩、闪长岩地质条件下难以爆破直采，从理论上分析再增大单耗有可能爆破成功，但从爆破安全性、生产经济性、规模开采可操作性几方面分析，再提高单耗研究已没有实际意义。度汛填筑采取的高单耗爆破再平铺立采掺配骨料的工艺，是为满足进度要求而采取的临时措施，从经济角度分析也不宜推广。但机加工是偏细过渡料值得研究与试验的工艺，有利于保障质量的稳定性，且经济指标相对较优。

5.4 振动筛分法剔除砾石土超径、反滤料精确自动掺配、界线双料摊铺器、泥浆喷涂工艺等新工艺的应用，有利于促进精细化作业，并保证施工质量，值得推广。

5.5 数字大坝系统的应用，使碾压速度、遍数、激振状态、压实层厚、碾压合格比率等关键参数全天候受到监控，真正实现了过程可控，是高土石坝保证施工质量不可缺少的先进技术手段。但其系统的稳定性、智能化程度等还有待进一步完善与提高。

5.6 砾石含水替代法检测是本工程研究应用的砾石土压实质量快速检测新方法，有力促进了心墙施工进度，可以在类似工程中参考应用，但需要验证。

5.7 关键设备的选型与配套，以及配置数量是保障高强度施工的关键，应有一定的富裕储备，防止设备故障影响进度。另外，设备的维修应高度重视，是确保设备出勤率的保障。

5.8 度汛填筑过程中暴露出砾石土孔隙压力高于同类工程的问题，一方面与土料含水有关，另一方面与心墙上升速度直接相关。关于孔隙压力、土料含水率、心墙上升速度几者之间的关系，目前没有量化指标限制，相关方提出过适当控制上升速度，但这与高土石坝的前期度汛目标相悖。如何协调上升速度与孔隙压力消散的问题，有待进一步研究。

薛凯(1974－)，四川平武人，水电五局长河坝电站施工局副局长兼总工，高级工程师，从事水利水电施工技术管理。

TV541.1∶TV512

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