毛尔盖大坝堆石料料源规划及开采

刚永才

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概况

毛尔盖水电站是黑水河流域水电规划二库五级方案开发的第3级，为单一发电工程。拦河大坝采用砾石土心墙堆石坝梯级电站，大坝坝顶高程2 138.00 m，河床部位心墙底高程1 991.00 m，坝顶宽12.0 m，坝顶长513.77 m，最大坝高147.00 m，上游坝坡1∶2.0，下游坝坡1∶1.8，坝体采用砾石土心墙防渗，心墙上、下游分别设反滤层，上、下游反滤层与坝体堆石之间设置过渡层。

大坝主体堆石料填筑量为742.7万m3，过渡料填筑量为102万m3，招标过程中堆石料来自双溜索料场(60%，填筑方量为469.09万m3)、西尔料场(40%，填筑方量为273.61万m3)；过渡料来自双溜索料场、西尔料场(各50%)。

2008年“5.12”地震导致西尔料场边坡出现裂缝，严重影响开采进度；双溜索料场石料质量未能达到招标文件中的相应要求，致使大坝填筑进度缓慢。为保证大坝施工进度，中国水利水电第五工程局有限公司根据多年类似坝型的成功施工经验，在业主、设计、监理的大力配合下，结合该地区的施工工程特点，提出了料源多源化，通过加强对料源动态开采规划，把内外因带来的质、量的变化转化为料源时间与空间的动态调整，合理科学解决了堆石料、过渡料的料源来源问题。

2 多源化料源，转化供求矛盾

根据毛尔盖工程的实际情况，只有多料源可以合理科学地解决料场地质条件变化带来的料源质量问题以及下闸蓄水提前带来的开采强度增加问题。通过空间上增加料源保证有足够的满足设计指标要求的合格石料料源能够及时开采，同时通过料源在空间上数量的增加来解决时间上供料强度的增加。把内在质量和外在强度的不匹配关系转化为料源在空间上数量的变化。时间规划是根据施工强度和坝体填筑部位变化选择料场使用时机和填料的数量。随着季节及坝前蓄水情况的变化，料场的工作条件也在变化。在用料规划上应力求做到上坝强度高时用近料场，低时用较远的料场，使运输任务尽量均衡。对近料和上游的料场应先用，远料和下游的料场后用。

2.1 多源化

针对毛尔盖水电站大坝上游西尔料场边坡裂缝和地质条件发生变化以及双溜索料场坡度较陡导致的开采难度大实际情况，在业主、监理、设计和施工单位的共同努力下，在西尔料场和双溜索料场的基础上进行了堆石料料源的多源化规划思路，在大坝上游规划了磨子沟、河口、西尔瓜子沟块石3个堆石料备用料场对两个主料场进行补充，其储量分别约为56.5万、112万、40万m3，同时对西尔料场进行了进一步的调整规划，调整后规划储量为550万m3，双溜索料场规划储量为150万m3，合计储量为908.5万m3，总体基本能满足大坝块石料填筑量。整个堆石料空间规划采取“低料低用，高料高用”的原则，磨子沟、河口备用料场作为低料低用，西尔瓜子沟块石备用料场作为高料高用。

另外，在堆石料多源化基础上，石料场的开采规划储量也进行了以下优化规划：

(1)参考以往土石坝工程的施工经验，在石料场开采的过渡料可以采用河床砂石料，如四川省平武县华能水牛家水电站大坝工程，过渡料全部采用河床砂砾石料，毛尔盖大坝的过渡料也全部采用河床砂砾石料。

(2)为了更好地利用建筑物开挖料，根据前期室内力学试验和现场碾压试验，引水隧洞2、3号洞的开挖利用料满足大坝堆石料技术要求，可以作为大坝堆石料进行填筑上坝，并进行实施填筑。

(3)根据西尔料场和双溜索料场实际地形条件以及规划布置，两个料场还可以有继续向下挖开采空间。

2.2 料源保证系数

DL/T5129—2013《碾压式土石坝施工规范》中规定：在进行料场规划时，要考虑各种因素对储量的影响，因此其料场储量规划与坝体填筑数量的比例一般为土料2.0～2.5(宽级配砾质土取上限)，砂石料1.5～2.0，水下砂砾料2.0～2.5，石料1.2～1.5，并有时选定备用料场，以免施工时被动。在此提出的动态规划就是在料场开采过程中对储量系数的动态变化。首先在进行料场初期规划时，根据设计提供的天然建筑材料的地质报告和料场复查一般储量系数取上限，后期根据料场开采揭露的地质情况进行动态调整，降低储量系数，最大化利用料场。

根据毛尔盖大坝工程料场特性，考虑料场调查精度、开挖与运输、雨后坝面清理、坝面返工及削坡等损失，石料场规划储量与坝体填筑数量的比例初始阶段取1.3。但是在实际开采过程出现的地质条件变化和边坡裂缝等一系列问题，导致在后期规划时发生变化，最终达到1.7。

2.3 注意事项

虽然对毛尔盖大坝堆石料的料源进行了多源化规划，在工程具体实施过程中发挥了很大的作用，取得了一定的经济效益，但是应注意以下几个方面：

(1)在进行料源多点化的规划时要再次考虑料场地形地质条件，特别是料场周围的外围环境。同时考虑多点化的规划带来的料场前期勘探工作和临时设施等的工程造价，因此要选择多点化与少点化的最佳价值点。

(2)规划时遵循”高料高用，低料低用”的原则，同时考虑大坝上下游不同方向的来料对坝体整体填筑的平衡关系，尽量减少跨心墙运输。

(3)在进行多源化规划时，尽量考虑库区淹没线以下的位置，有利于保证工程安全及征地移民工作。

3 动态规划

质量要满足设计要求，数量要满足填筑的要求。在选择和规划使用料场时，应对料场的地质成因、产状、埋深、储量以及各种物理力学参数进行全面勘探和试验。在施工组织设计中，进行用料规划，不仅应使料场的总储量满足坝体总方量的要求，而且要满足施工各阶段最大上坝强度的要求。坝料的使用规划，应根据坝型、料场地形、施工方法、倒流方式和施工分期等具体条件，按照施工方便、投资经济、保证质量、不占或少占耕地以及在施工期间各种坝料的综合平衡的原则进行规划编制，简单可概括为“先开采山包、其次开采山脊、最后开采山坡，同时考虑剥采比和坡采比两个指标”的原则。

毛尔盖水电站大坝工程在初期料场勘探和规划时，规划开采的是山坡，规划时开采坡面面积约9.8万m2，料场最大开采面积为5.2万m2，坡采比为1.88，开采高差达280 m，开采过程中由于料场地质发生变化，开采100 m高差后，料场无用料发生110万m3，有用料出料28万m3，剥采比为3.9，同时开采后料场坡面面积较大，地质条件差，后边坡出线裂缝，因此停止开采，调整开采范围和规划，变山坡开采为山脊开采，调整后开采坡面面积为6.6万m2，料场最大开采面积为4.6万m2，坡采比为1.57，开采高差264 m，根据目前开采揭露的地质情况，调整后地质条件比较好，无用料为98万m3，有用料为554万m3，剥采比为0.17。通过以上分析，料场规划参数对比如表1所示。

表1 材料规划参数对比

从表1可以看出，料场规划后，有用料数量得到很大提高，节约了工程造价并且提高了工程安全性。

4 料场开采

针对料场开采，西尔料场位于坝址上游黑水河右岸西尔村麻窝沟上游侧，距坝址约5 km，有公路相通，交通便利。受到“5.12”汶川特大地震及其多次余震影响，料场边坡扰动强烈，料场横Ⅱ～横Ⅴ断面开口边坡上部出现不同程度裂缝，并且发生局部塌方事故，为确保施工安全，经业主、设计、监理现场踏勘后确定对西尔料场开采方案进行调整，调整方案如下：将料场开采区向外扩(麻窝沟沟口)，开采区域为料场横Ⅳ～横Ⅴ以及沟口山脊部分，料场横Ⅱ～横Ⅳ之间原规划开采区域不再进行开采。

考虑料场的现状、料场的实际地形条件和料场开采的安全风险等因素，结合大坝填筑施工进度计划(提前下闸蓄水计划)，拟将料场扩采区分两期进行开采：一期开采B区，二期开采A区，其中，B区为麻窝沟沟口山脊部分，开采高程为2 155～2 060 m，考虑料场开采的安全风险，B区又划分为B-1区和B-2区；A区为料场横Ⅳ～横Ⅴ以及横Ⅴ于B区之间区域，开采高程为2 344～2 080 m。

料场开采时先进行一期B-1区开采，一期B-2区暂不开采，后期根据大坝填筑情况再行确定是否开采；料场二期开采受料场原采区边坡开裂、塌方等因素制约，只能在处理完成后才能进行开采施工。

由于料场开挖边坡高差大，后期受降雨等影响和风化作用容易产生飞石，危及下方施工人员和设备，鉴于此，开挖后地质较差的坡面采用C20素喷混凝土(厚度10 cm)封闭，避免出现飞石威胁下方施工人员及设备，同时根据开挖后边坡地质情况，业主方、设计方、施工方、监理方需现场确定是否进行深层支护。

5 结 论

毛尔盖水电站大坝堆石料填筑比重较大，地形地质条件在在实际施工时发生变化，故在实际施工期间协调石料场的开挖、运输以及坝面填筑各个环节之间的关系；对石料料源在空间、时间、质量与储量方面进行全面规划；根据现场施工情况，快速及时分析各种方案，以获得最为可行且经济的方案是十分必要的。从工程实际施工成果来看，料源规划及开采调整效果是显著的。

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