苏阿皮蒂大坝边坡开挖程序调整技术研究

朱 丹，党晓明，陈铉文

(中国水利电力对外有限公司，北京 100120)

苏阿皮蒂水利枢纽位于几内亚西部、Konkoure河中游，距离首都科纳克里135 km，工程规模为一等大(I)型。碾压混凝土重力坝由左右岸挡水坝段、发电引水坝段、导流底孔坝段、泄流底孔坝段及溢流坝段组成，坝轴线长1 164 m，坝顶高程215.5 m，最大坝高120 m，正常蓄水位210 m；发电厂房位于左岸发电引水坝段坝后，共安装4台立轴混流式水轮发电机组，总装机容量450 MW。

坝址区河谷相对开阔，形态呈现不对称的“U”形；河谷底宽200～350 m，地貌上属于低山丘陵区。两岸山体雄厚，山脊多呈浑圆状，坝址区植被繁茂，覆盖层分布广泛，局部基岩出露，坝基岩体主要为辉绿岩和砂岩。两岸岸坡天然坡度一般为12°～25°，局部达到40°，坝址区原始地形左岸整体坡比为1∶3.5左右，右岸整体坡比为1∶3左右。岸坡表层主要为红土、铁帽、孤石，坝基岩层分布自上而下为辉绿岩、砂岩、辉绿岩。

大坝土石方开挖总量405万m3，其中左岸边坡171.3万m3，开挖总高度170 m，右岸边坡175.7万m3，开挖总高度179 m；设计土方开挖边坡坡度为1∶1.5，石方开挖边坡坡度为1∶0.3～1∶0.5。

1 施工背景

苏阿皮蒂水利枢纽项目于2016-01-20日与几内亚能源水利部签署了EPC总承包合同，总工期为58个月，开工日期为2016-04-01日；项目实施策划、施工设计和前期各项准备工作的时间非常短。按照合同要求，大坝分一期左岸、二期右岸两期施工，大坝左岸边坡开挖及一期围堰、右岸导流明渠等施工应在2017-01-31日前完成，大坝右岸边坡开挖及二期围堰、左岸导流底孔等施工应在2018-01-31日前完成。大坝左岸一期混凝土自2017-05-01日开始浇筑，右岸二期混凝土自2018-04-16日开始浇筑，并于2020-06-30日完成所有土建工程施工，混凝土总量354万m3。

签署合同时只有可研阶段数量较少的设计文件，并且可研阶段坝址区仅布置了5个勘探孔，钻孔总深度只有520.1 m，对坝址区地质情况的勘探和推测必然存在盲区，极大可能存在大坝基础实际开挖面高程与可研阶段确定的高程不相符的情况，这也是国际工程普遍存在的地质勘探粗浅带来的问题。

2016年2月至6月完成补充勘察外业工作，2016年10月初完成大坝左、右岸边坡开挖图纸的初步设计，并于2016年11月初完成修改版开挖图纸的设计，大坝下游坝面按1∶0.75坡比进行设计。

可研阶段大坝下游坝面设计坡比为1∶0.8，但根据辉绿岩骨料、同等类型工程实例等方面分析认为可优化到1∶0.7。但前期设计受较多因素影响，大坝结构图施工完成时间较晚，最终坝体断面确定时间较长。经过多次分析讨论，在修改版开挖图提供的同时，于2016年11月初确定大坝坝基开挖暂按大坝下游坡比1∶0.71的原则反推开口线开挖，大坝左岸边坡实际具备开挖条件的时间为2016年11月初。

大坝左岸边坡土石方开挖施工正式开始时间为2016-11-02日，此时间较投标阶段计划已滞后5个月。根据合同节点要求，大坝左岸一期围堰施工完成时间为2017-01-31日，意味着最迟将在2017年2月开始一期左岸基坑开挖施工。而大坝左岸边坡土石方开挖总量为171.3万m3，若采用自上而下开挖程序，开挖时间只有3个月左右，月开挖强度将达57万m3；且存在边坡顶部只能翻渣开挖、岸坡土方中掺杂大孤石较多、资源配置不易及时到位等影响因素，不利于大型设备布置，开挖强度也难以通过增加设备数量来提高，在3个月左右时间内不可能完成左岸边坡的全部开挖施工。因此为保证后续施工进度满足计划要求，必须要解决因前期各种因素导致开挖工期耽误的难题。

2 开挖程序调整做法

鉴于上述开挖工期延误的原因，为保证大坝混凝土能按时浇筑，必须在保证安全的前提下首先开挖完成河床部位，这就与常规的自上而下的开挖发生矛盾。

首先对左岸边坡地形、设计开挖特点进行了研究。左岸边坡顶部开口高程为SMK277，至河床最大开挖高度170 m，但岸坡整体坡度较缓，坡比约为1∶3.5；大坝左岸SMK144.5-SMK147高程之间设计建基面在坝轴线方向长度为173.9 m，为一较长平台段。通过对上述两方面有利特点的分析，在对开挖道路布置、安全防护措施以及与一期左岸混凝土施工相互关系等因素充分分析论证的基础上，最终确定大坝左岸边坡采用自下而上的开挖程序。首先从左岸边坡中间高程部位临时开口下挖，将左岸边坡下部先开挖至基坑高程，再进行左岸上部边坡开挖的方式。自下而上开挖程序见图1所示。

图1 大坝左岸边坡自下而上开挖程序示意图

大坝左岸建基面SMK144.5-SMK147高程平台设计长度为173.9 m，自平台右侧SMK144.5高程向上反推左侧临时开口线至SMK194.7高程，因砂岩及红土稳定性相对较好，临时边坡均按1∶1坡比开挖，每级边坡高度控制在15～20 m，每级边坡之间设置马道，并加宽SMK164高程马道宽度，作为通向坝前的临时施工道路，临时开挖断面见图2。上下游侧永久边坡出露部分按设计坡比进行永久开挖。

图2 大坝左坝肩临时开挖断面示意图

反推临时开口线确定后，在现场进行测量放样，自左岸边坡SMK194.7高程开始向下开挖。此时遵循从上到下的开挖程序，先修筑各级施工道路，再对开挖范围内土石方从上到下开挖。土方开挖采用自上而下、分层开挖的方式，采用分层下卧平推法，施工机械经施工便道进入工作面直接挖装；土方中夹杂的大孤石进行集中解爆处理，石方开挖自上而下分层爆破开挖，开挖爆破参数见表1。在开挖至SMK164高程马道形成后，在马道外侧设置挡渣坎，保证边坡下部开挖时人员和机械的施工安全。

表1 石方爆破开挖参数表

自左岸边坡中间部位临时开口向下开挖至左岸一期基坑部位，完成时段为2016年11月至2017年3月，完成开挖量73.3万m3，最高月开挖强度为24.9万m3。

在左岸一期基坑开挖完成后，再进行左岸上部边坡土石方的开挖施工。在开挖至SMK194.7高程临时开口线附近时，加强现场安全管理，SMK164马道处临时道路禁止通行；在进行SMK164以下剩余部分开挖时，根据道路布置条件，采用从右向左开挖出渣的方式，直至完成剩余部分开挖。在左岸上部后挖部分开挖至最终设计高程SMK144.5时，一期基坑混凝土施工高程还未达到SMK144.5高程，且满足爆破安全距离要求，相互之间也未产生干扰。

左岸边坡上部开挖完成时段为2017年4月至2018年4月，完成开挖量98万m3，最高月开挖强度为24.4万m3。

在左岸边坡开挖过程中，注重临时施工道路的合理布置。首先形成左岸上坝道路，通过修建各支路可以到达每一个开挖面，并在开挖区域内布置多条临时道路，在不同分层高程同时进行开挖施工，岸坡较缓时最多同时在4个连续开挖分层上进行开挖施工。对土方部分采用反铲开挖及推土机集料的方式，以大坝坝基开挖区域为中心向上下游侧分别布置出渣道路，也有效地提高了开挖强度。

通过大坝左岸边坡自下而上开挖程序的成功实践，为减少雨季对开挖的影响，在大坝右岸边坡开挖时，也对开挖程序进行了调整，在右岸边坡顶部开挖施工的同时，进行中部以下部分的开挖。大坝右岸建基面SMK133高程平台设计长度为89.5 m，以SMK133平台右侧边处向上反推临时开口线开始中部以下部分开挖；右岸边坡中部至河岸高程部分开挖先于右岸上部边坡完成，并且在二期截流前完成，为二期基坑的开挖提前创造了有利条件。

3 结 语

苏阿皮蒂水利枢纽项目大坝边坡开挖在保证施工安全的前提下，利用有利地形条件，采用下层、中层、上层多层错峰或同时开挖的施工程序，首先解决了因前期各种因素导致开挖工期延误的难题，其次降低了开挖强度，保证了大坝基础混凝土按期浇筑。