紫坪鋪面板堆石壩大方量、高強(qiáng)度填筑施工

葉 建 洪

(中國水利水電第十二工程局,浙江 杭州 310004)

紫坪鋪面板堆石壩大方量、高強(qiáng)度填筑施工

葉 建 洪

(中國水利水電第十二工程局,浙江 杭州 310004)

紫坪鋪水利樞紐面板堆石壩填筑方量大、強(qiáng)度高,填筑質(zhì)量要求高。壩體填筑的主料場地形陡峻,開采面較小,海拔較高及受當(dāng)?shù)貧夂蛴绊戄^大,料場開采條件較差,其主料場距壩址運(yùn)輸距離較遠(yuǎn),通過采取增加輔助料場、對主料場采用合適的開采方法、合理布置上壩施工道路、合理配置施工設(shè)備等技術(shù)措施,提前并高質(zhì)量地完成了大壩填筑施工。

堆石壩;填筑;料場;施工道路;設(shè)備配置;紫坪鋪面板堆石壩

1 前 言

紫坪鋪水利樞紐工程大壩為混凝土面板堆石壩。河床段趾板基礎(chǔ)高程 728.00m,壩頂高程 884.00m,最大壩高 156m;壩頂長 663.77m,壩頂寬 12m;上游壩坡為 1∶1.4,下游壩坡為 1∶1.4和 1∶1.5,下游壩坡在796.00m和 840.00m高程各設(shè)有 5m寬馬道,840.00m高程馬道以上壩坡為 1∶1.5。壩體填筑設(shè)計(jì)總量 1 177萬 m3,實(shí)際填筑 1 200萬 m3。

大壩從 2003年 3月 1日開始填筑,2005年 6月16日填筑至壩頂防浪墻底,填筑基本完成,總工期27.5個月,平均填筑強(qiáng)度達(dá) 42.8萬 m3/月,最高填筑強(qiáng)度達(dá) 86萬 m3/月,各月填筑工程量見表 1。

表1 大壩各月填筑工程量 萬 m3

2 大壩填筑施工特點(diǎn)

(1)填筑方量大。壩體填筑設(shè)計(jì)總量為 1 177萬 m3,實(shí)際填筑 1 200萬 m3,是國內(nèi)已建和在建的壩體填筑量在 1 000萬 m3以上的三座面板堆石壩之一。

(2)填筑強(qiáng)度大。填筑工期 27.5個月,平均填筑強(qiáng)度達(dá) 42.8萬 m3/月,最高填筑強(qiáng)度達(dá) 86萬m3/月,是國內(nèi)已建和在建的填筑強(qiáng)度最大的面板堆石壩之一,除天生橋外,就是紫坪鋪。

(3)質(zhì)量要求高。設(shè)計(jì)要求的各分區(qū)料的孔隙率為:墊層區(qū)料 15.4%,特殊墊層區(qū)料 15.4%,過渡區(qū)料17.3%,主堆石區(qū)料20.6%,次堆石區(qū)料 21%,下游堆石區(qū)料21%?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范(SL 228-98)給出的各分區(qū)料的孔隙率選用范圍為:墊層料 15.0%～20%,過渡區(qū)料 18% ～22%,主堆石區(qū)料 20% ～25%,下游區(qū)堆石料 23%～28%。與現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范相比,孔隙率均在設(shè)計(jì)規(guī)范的下限,過渡區(qū)料、次堆石區(qū)料及下游堆石區(qū)料的孔隙率比設(shè)計(jì)規(guī)范的下限還要小,所以壩體填筑質(zhì)量是高標(biāo)準(zhǔn)的。

(4)大壩填筑料場開采條件較差,當(dāng)?shù)貧夂蚨嘤辍⒍囔F影響較大,上壩運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)。

(5)壩基地質(zhì)條件復(fù)雜,地基中含有煤層,在過去幾百年間,遺留下許多采煤的廢舊煤洞采空區(qū)。施工過程中在壩基及趾板基礎(chǔ)范圍內(nèi)共處理廢舊煤洞 67個,這些廢舊煤洞處理難度大,費(fèi)工、費(fèi)時、安全問題突出,對壩體填筑進(jìn)度和強(qiáng)度造成了影響和制約。

3 填筑料場

3.1 主料場

本工程選定的大壩填筑料場只有一個,即左岸上游的尖尖山料場。料場所處地層為石灰系(C)淺灰色生物碎屑灰?guī)r,巖性單一,主要為厚層至塊狀結(jié)構(gòu),次為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu),節(jié)理裂隙較為發(fā)育?；?guī)r比重 2.75,干容重 2.70g/cm3,孔隙率 2.02%,吸水率0.16%,干抗壓強(qiáng)度 78.74MPa,軟化系數(shù) 0.89。料場開采高程 1 030.00～1 340.00m,開采長度 300～400m,開采寬度 100～180m。

該料場地勢較高,與大壩河床基礎(chǔ)高差在 550m以上,上壩道路為一路下坡,較遠(yuǎn)處運(yùn)距為 10km左右,壩料運(yùn)輸交通安全問題較突出;料場海拔較高,再加上該地區(qū)常年陰雨天氣多,所以料場時常有大霧,一有大霧就被迫停工,影響施工進(jìn)度;料場在構(gòu)造上為一巨大的飛來峰推覆體,地勢陡峻,施工道路布置較困難;料場中有含泥裂隙密集帶、碳質(zhì)頁巖、斷層破碎帶及影響帶等夾層,有較多的無用料需剔除,影響整體開挖進(jìn)度及效率;開采工作面較小,干擾較大,開挖強(qiáng)度受到限制。這些因素給料場開采造成了不利影響和制約,要保證大方量、高強(qiáng)度的開采困難非常大。

3.2 輔助料場

由于主料場受多種不利因素的影響,僅靠主料場開采,難以保證大壩高強(qiáng)度的填筑,必須增加輔助料場作為主料場的補(bǔ)充和調(diào)節(jié)。經(jīng)過前期多次的調(diào)查和方案比較,以及有關(guān)的料場勘查、試驗(yàn)工作,選取了大壩上游的三個料場作為輔助料場,并得到了業(yè)主、設(shè)計(jì)、咨詢專家等相關(guān)方的批準(zhǔn)和同意。

(1)龍溪口料場。該料場位于大壩上游庫區(qū)左岸江邊,開采高程 784～920m,至大壩距離 4km左右,沿江邊有老公路相通。在該料場共開采上壩料150萬 m3。

(2)查關(guān)村料場。該料場位于大壩上游庫區(qū)左岸江邊,開采高程 770～850m,至大壩運(yùn)輸距離 2km左右,沿江邊有老公路相通。料場巖石節(jié)理、裂縫發(fā)育,爆破開采料粒徑小,細(xì)料多,所以用于過渡區(qū)料的開采。在該料場共開采過渡區(qū)料 25萬 m3。

(3)砂卵石料場。該料場位于大壩上游庫區(qū)兩岸江邊灘地上,利用枯水期開采,平均運(yùn)距 3km左右,左岸有老公路相通,右岸需修建部分道路與原有的右岸公路相接。該料用于大壩部分主堆石區(qū)(設(shè)計(jì)劃定范圍內(nèi))及次堆石區(qū)的填筑。在該料場共采挖砂卵石料 100萬 m3。

輔助料場的增加,為保證大壩填筑強(qiáng)度起到了重要作用,特別是對保證大壩填筑高峰期的強(qiáng)度起到了關(guān)鍵作用,在填筑高峰期可為大壩提供 25～40萬 m3的上壩料。另外,由于輔助料場離大壩距離較近,且砂卵石料的開采省去了爆破的費(fèi)用,因此輔助料場的增加,也為節(jié)省工程費(fèi)用起到了積極作用。

4 壩料開采

壩料開采方式主要是以深孔梯段爆破為主、硐室爆破為輔。

主料場深孔梯段爆破,梯段高度為 15m,孔、排距 5m×4m(主、次堆石區(qū)料)及 3m×2.5m(過渡區(qū)料),裝藥結(jié)構(gòu)采用不耦合連續(xù)裝藥,起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電、孔間毫秒微差“V”形起爆技術(shù)。在豎向分 3～4個梯段臺階,錯開向前開挖,每一梯段分別修建施工支線與 8號公路及北側(cè)沖溝山坡上布置的施工主道路相接。料場梯段開挖工作面打開后,開采強(qiáng)度在 40～50萬 m3/月。

為了加大開采強(qiáng)度,保證大壩填筑需要,在前期梯段開挖工作面還沒有打開情況下,在主料場靠東側(cè)及北側(cè)沖溝邊上進(jìn)行了二次硐室爆破。2003年 3月 31日進(jìn)行第一次硐爆(試驗(yàn)),爆破料 4萬 m3,2003年 6月 10日進(jìn)行第二次硐爆,爆破料 25萬m3,對保證大壩前期填筑強(qiáng)度起到了積極作用。

5 填筑施工

5.1 填筑分期

為了滿足度汛及蓄水需要,大壩填筑分三期進(jìn)行。第一期上游臨時斷面達(dá) 810m高程,下游達(dá)770m高程;第二期上游臨時斷面達(dá) 850m高程,下游達(dá) 800m高程;第三期填筑至壩頂防浪墻底879.4m高程。施工過程中,2003年 12月 28日大壩上游臨時斷面填筑至 810m高程,2004年 8月 10日大壩上游臨時斷面填筑至 850m高程,2005年 6月 16日大壩全斷面填筑至 879.4m高程,均提前實(shí)現(xiàn)了各分期填筑目標(biāo)。大壩填筑分期斷面見圖 1,大壩填筑分期工程量、填筑時間及填筑強(qiáng)度見表 2。

5.2 填筑施工道路布置

根據(jù)樞紐區(qū)域道路改線及總體規(guī)劃,業(yè)主前期已經(jīng)在左岸修建了永久公路,即 8號公路,該道路也是大壩填筑的主干道。8號公路可從尖尖山料場經(jīng)壩址左岸(壩頂高程)繞至壩后下游圍堰,道路為混凝土路面,路面寬 10.8m,荷載等級汽 -80、掛 -120。上壩支線施工道路根據(jù) 8號公路、料場位置的分布、壩體兩岸的地形等情況進(jìn)行布置,以壩料運(yùn)距短及施工道路修建工程量小為原則。上壩支線道路標(biāo)準(zhǔn)為泥結(jié)石路面,雙車道,跨趾板為單車道。壩體填筑工作面上的臨時道路修建在壩體臨時斷面上并與兩岸上壩支線道路相接。

圖1 大壩填筑分期

表2 大壩填筑分期工程量及強(qiáng)度 萬m3

5.2.1 上游上壩支線道路布置

為了縮短運(yùn)距及分流主料場從壩后上壩的車流量,接 8號公路從上游壓重體山坡上修建了一條從主料場至大壩上游圍堰頂?shù)氖┕さ缆?9號公路),再與上游圍堰頂?shù)缆废嘟硬贾昧?4條上壩支線道路:

(1)河床段道路。該道路通過上游圍堰后坡道路下坡進(jìn)入河床,從河床修建下臥道路經(jīng)趾板進(jìn)入壩基。在趾板處設(shè)跨趾板橋一座,橋面高程 731m,以保證橋下河床趾板混凝土施工。

(2)右岸 755m道路。該道路通過上游圍堰后坡道路下坡至右岸,并沿右岸修建下坡道路,在755m高程處過趾板進(jìn)入右壩肩,再沿右壩肩修建道路下至填筑工作面。當(dāng)時,過趾板處趾板尚未澆筑,采用做臨時擋墻回填渣料形成臨時道路過趾板。

(3)右岸 805m道路。該道路通過上游圍堰頂?shù)接野?再沿擴(kuò)建的道路上坡至 805m高程處過趾板到右壩肩,然后沿右壩肩盤降至填筑工作面。過趾板處趾板尚未澆筑,可從上個標(biāo)段開挖形成的臨時道路通過。

(4)右岸 825m道路。該道路通過上游圍堰頂?shù)接野?再修建上坡道路,在 825m高程處跨趾板到右壩肩,然后沿右壩肩填筑的道路下至填筑工作面,趾板處設(shè)跨趾板橋一座。

9號公路的修建,不僅有效地分流了從壩后上壩填筑的車流量,而且縮短運(yùn)距 2～3km,加快了施工速度,節(jié)約了工程費(fèi)用。

5.2.2 下游上壩支線道路布置

由于下游右岸布置有溢洪道、廠房及泄洪排沙洞等隧洞出口建筑物,無法布置施工道路,因此上壩支線道路均布置在左岸。下游左岸地形較陡,布置施工道路也較為困難,共布置了 4條施工道路:

(1)750m道路。該道路從下游圍堰處接 8號公路,沿左岸河床岸邊至壩基。

(2)770m道路。該道路在 805m高程處接左岸穿越壩肩的原龍池公路(原龍池公路下游側(cè)與 8號公路相接),半填半挖修之字路下坡至左壩肩,上壩處高程 770m。

(3)800m道路。該道路利用原龍池公路局部進(jìn)行拓寬而成,上壩處高程 800m。

(4)850m道路。左岸 800m高程以上地形陡峻,開挖施工道路相當(dāng)困難,故該道路采用壩料填筑而成,道路與壩體連成整體,道路外側(cè)邊坡采用漿砌石護(hù)坡。道路在左壩頭 876m高程處與 8號公路相接,填筑下坡道路與壩體上游 850m高程臨時斷面頂相接,隨壩體的填筑升高,該道路也隨之填筑升高直至壩頂。

5.3 填筑施工

5.3.1 填筑分區(qū)、分塊

首先,按設(shè)計(jì)分區(qū)將填筑分為:墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、次堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、反濾料區(qū)等。施工時嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的分區(qū)界線進(jìn)行,填筑前測量放樣并立標(biāo)志桿或?yàn)⑹揖€控制。

第二,在同一分區(qū)內(nèi),根據(jù)分區(qū)的大小不同決定是否進(jìn)行分塊。對于墊層區(qū)、過渡區(qū)、反濾料區(qū)一般不進(jìn)行分塊,除非特殊原因造成壩體另一側(cè)暫時不能填筑。對于主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū),當(dāng)填筑面較大時,在縱向一般分成兩塊,以減少或消除挖坑做試驗(yàn)所占用的時間,以達(dá)到在同一分區(qū)內(nèi)連續(xù)不間斷填筑。

第三,在填筑斷面上,根據(jù)規(guī)劃的分期臨時斷面要求進(jìn)行填筑。由于臨時斷面的要求,要將主堆石區(qū)或次堆石區(qū)在上、下游方向分成兩塊,施工時在上游臨時斷面后坡起坡線處灑石灰線標(biāo)明,上游臨時斷面先填筑,當(dāng)填筑至臨時斷面上部運(yùn)料車輛擁擠時,分流部分填筑設(shè)備到臨時斷面下游填筑。

第四,在填筑施工過程中,當(dāng)遇干擾時,如壩肩有煤洞等地質(zhì)缺陷需處理或處理尚未完成、受引水發(fā)電洞出口和溢洪道等外單位施工的影響、設(shè)計(jì)變更在壩肩增加施工支洞等,造成壩體部分位置不能填筑時,則根據(jù)施工實(shí)際情況進(jìn)行分塊填筑,以保證大壩填筑繼續(xù)進(jìn)行。

第五,分期、分塊接縫處的填筑,采用留臺階法,以便減小接縫處理工作量,加快施工速度。

5.3.2 填筑方法

主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū)采用進(jìn)占法填筑,墊層區(qū)、過渡區(qū)采用后退法填筑。20t自卸車運(yùn)輸壩料,卸料后推土機(jī)推平;墊層料用反鏟挖土機(jī)修整并攤鋪平整,人工配合。填筑層厚控制設(shè)立移動標(biāo)志桿。碾壓采用進(jìn)退錯距法。主堆石區(qū)、次堆石區(qū)及下游堆石區(qū)填筑虛鋪厚度 90cm,壓實(shí)厚度80cm,25t寶馬及 26t三一重工自行式振動碾碾壓 8遍;過渡區(qū)填筑虛鋪厚度 45cm,壓實(shí)厚度 40cm,25t寶馬自行式振動碾碾壓 6遍;墊層區(qū)填筑虛鋪厚度45cm,壓實(shí)厚度 40cm,25t寶馬自行式振動碾碾壓 6遍;特殊墊層區(qū)填筑虛鋪厚度 25cm,壓實(shí)厚度20cm,寶馬 BW 75S-2型 1t手扶式振動碾碾壓 8遍。大壩灑水由水泵供水,兩岸接管到工件面灑水并裝水表計(jì)量,同時配置灑水車灑水,灑水車主要用于接管灑不到或不便于灑之處。都江堰地區(qū)一年四季雨量較多,可基本滿足灑水量要求。壩后坡干砌石施工緊隨下游堆石區(qū)填筑工作面進(jìn)行,砌筑塊石從尖尖山料場挑選并運(yùn)輸上壩,部分從次堆石區(qū)和下游堆石區(qū)中挑選。

5.4 施工機(jī)械設(shè)備配置

大壩填筑主要施工機(jī)械設(shè)備配置(包括料場開挖設(shè)備):反鏟挖土機(jī)(1.2m3以上)20臺、自卸車(20t)400輛、25t自行式振動碾 5臺、10t拖式振動碾 2臺、1t寶馬手扶式振動碾 2臺、履帶式高風(fēng)壓鉆機(jī) 10臺、履帶式全液壓露天鉆機(jī)(ROCD7)2臺、推土機(jī) 8臺 (其中 TY 320 4臺、TY230 2臺、TY 220 2臺)。

6 結(jié)束語

紫坪鋪大壩填筑施工在一些不利條件的制約和影響下,通過采取積極有效的措施,提前完成了大方量、高強(qiáng)度的壩體填筑施工任務(wù)。壩體沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,施工期壩體沉降量 88.4cm,是最大壩高的5.6‰。對 150m以上的高面板堆石壩來說沉降量小,充分說明壩體填筑質(zhì)量是優(yōu)良的。

TV 641.43

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1003-9805(2010)01-0093-04

2008-06-25

葉建洪(1963-),男,浙江青田人,高級工程師,主要從事水利水電施工技術(shù)管理工作。