兩河口水電站大壩礫石土心墻雨季施工措施

(1.中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西 西安 710061; 2.中國(guó)電建昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

兩河口水電站位于川西高原氣候區(qū)，干、濕季分明，大壩填筑過(guò)程中礫石土心墻受降雨因素影響大。相比糯扎渡、長(zhǎng)河壩等類似工程，兩河口壩址區(qū)雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成心墻土料雨季含水率和壓實(shí)度控制難度大，不僅對(duì)質(zhì)量管控提出挑戰(zhàn)，而且對(duì)施工組織及工期產(chǎn)生不利影響。

為滿足大壩施工期200年一遇擋水防洪標(biāo)準(zhǔn)和確保工程按期發(fā)電，需采取合理有效的礫石土雨季施工措施，充分利用非降雨時(shí)間組織施工，確保施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

1 工程概述

兩河口水電站位于四川省甘孜藏族自治州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，工程屬大(1)型Ⅰ等工程，水庫(kù)庫(kù)容為107.67億m3，電站裝機(jī)容量3000MW(6×500MW)，多年平均年發(fā)電量110億kWh。兩河口水電站心墻堆石壩壩頂高程為2875m，壩頂長(zhǎng)668m，心墻基礎(chǔ)最低建基面高程為2582m，最大壩高295m；壩體基本剖面為中央礫石土直心墻型式，心墻兩側(cè)為反濾層，反濾層與堆石體壩殼之間設(shè)置過(guò)渡層，壩頂寬16m，上游壩坡坡度為1∶2，下游壩坡坡度為1∶1.9。

兩河口水電站施工區(qū)地處高山峽谷，屬川西高原氣候區(qū)，每年5—10月份為雨季。施工區(qū)小區(qū)域突降暴雨時(shí)間短，瞬時(shí)降雨量大等特點(diǎn)明顯，降雨無(wú)規(guī)律性。對(duì)汛期大壩心墻料的開采、生產(chǎn)及上壩填筑施工造成不利影響。

兩河口水電站大壩是目前國(guó)內(nèi)第二、世界第三高土石壩，相比以往類似工程，由于受到高原地區(qū)特有的土料凍融作用的影響，施工時(shí)間大為減少，因此開展雨季施工并研究合適的雨季施工措施成為必然選擇。

2 歷年降雨統(tǒng)計(jì)分析

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

據(jù)雅江縣氣象站歷年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量為746.1mm，雨季(5—10月)降水量為694.2mm，占全年的93.0%，歷年最大一日降水量為70.6mm。多年平均年蒸發(fā)量為1919.3mm(20cm口徑蒸發(fā)皿)。

據(jù)兩河口專用氣象站實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量為721.7mm，雨季(5—10月)降水量為642.4mm，占全年的89.0%，最大一日降水量為45mm，最大1h降雨量16mm，最大3h降雨量29mm，最大6h降雨量40mm，最大12h降雨量43mm，最大24h降雨量53mm。

從以上歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，兩河口專用氣象站降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與雅江縣氣象站降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)偏差不大。

2.2 影響分析

雨季降水導(dǎo)致土料含水量偏高，使得土料含水率大于允許最優(yōu)含水率的上限，影響土料碾壓密實(shí)度，對(duì)心墻防滲體質(zhì)量影響大；嚴(yán)重時(shí)會(huì)因土料含水問題使得心墻無(wú)法填筑。由歷年降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，每年5—10月為施工區(qū)雨季，降雨量為642.4mm，占全年降雨量的89%，該時(shí)段施工需采取雨季措施進(jìn)行。由于工程按期發(fā)電、度汛等節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的要求，有必要采取合理的心墻雨季施工措施，確保節(jié)點(diǎn)目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

3 雨季施工特點(diǎn)及難點(diǎn)分析

3.1 雨季施工特點(diǎn)

兩河口水電站礫石土心墻雨季施工有以下特點(diǎn)：

?雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降雨量大。兩河口水電站位于川西高原氣候區(qū)，干濕兩季分明。壩址區(qū)雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，從每年5月一直延續(xù)到10月；降雨量大，整個(gè)雨季降雨量為642.4mm，占全年降雨量的89%。

?土料黏粒含量高。按照《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T5397—2007)規(guī)定：礫石土日降雨量小于5.0mm照常施工；5～10mm雨日停工。但現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)連續(xù)降雨達(dá)2mm時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)碾壓機(jī)具掛泥無(wú)法施工的情況。

搜集匯總國(guó)內(nèi)長(zhǎng)河壩、糯扎渡礫石土檢測(cè)資料與兩河口對(duì)比見表1～表3。

表1 長(zhǎng)河壩礫石土檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表2 糯扎渡礫石土檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

表3 兩河口礫石土檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

通過(guò)對(duì)比長(zhǎng)河壩、糯扎渡、兩河口三個(gè)工程心墻土料相關(guān)指標(biāo)，土料黏粒(小于0.075mm顆粒)含量分別為35.3%、42.8%、44.7%、兩河口最大；小于0.005mm顆粒含量分別為11.3%(土料場(chǎng)天然為10.8%)、10.9%(土料場(chǎng)天然為18.10%)、13.3%(亞中土料場(chǎng)天然為24.1%)，兩河口礫石土最大。

3.2 雨季施工難點(diǎn)

兩河口水電站礫石土小于0.075mm、小于0.005mm顆粒含量均較同類工程高，心墻土料填筑對(duì)降雨的敏感性較大，水分極易進(jìn)入土料內(nèi)部，且內(nèi)部水分又不易蒸發(fā)，造成日累計(jì)降雨量小于5.0mm時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)已無(wú)法正常填筑施工。

由于兩河口心墻礫石土對(duì)降雨的敏感性超出當(dāng)前規(guī)范及已有工程的經(jīng)驗(yàn)，如何提高雨季施工效率，保證施工質(zhì)量，需要在短時(shí)氣象預(yù)報(bào)、質(zhì)量管控、精細(xì)化施工組織等方面重點(diǎn)研究，制定合理的雨季施工措施。

4 雨季施工措施

2017年兩河口大壩心墻迎來(lái)了第一個(gè)雨季，圍繞“加強(qiáng)氣象預(yù)判、保障資源投入、雨前快速反應(yīng)、復(fù)工嚴(yán)格有序”的思路，不斷探索、總結(jié)雨季施工經(jīng)驗(yàn)，制定了詳細(xì)的雨季施工措施，取得了較好的應(yīng)用效果：

?氣象預(yù)報(bào)。引入甘孜州氣象雷達(dá)服務(wù)，此項(xiàng)技術(shù)以多普勒效應(yīng)為基本原理，通過(guò)探測(cè)氣象云圖內(nèi)部降雨粒子的尺度和密度分布，預(yù)測(cè)降雨強(qiáng)度、走勢(shì)。對(duì)心墻區(qū)、摻拌場(chǎng)等小區(qū)域?qū)崿F(xiàn)精確定位，提高臨近氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率，解決臨近氣象預(yù)報(bào)的難題，為現(xiàn)場(chǎng)快速反映及下達(dá)相關(guān)指令提供技術(shù)支持。

?氣象信息采集分析。在土料場(chǎng)、左右壩肩、心墻、摻拌場(chǎng)等區(qū)域分別安裝小型氣象監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)以上相關(guān)部位的溫度、濕度、降雨量和風(fēng)速等氣象要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析氣象數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)降雨對(duì)備料、填筑等產(chǎn)生的影響，及時(shí)做好復(fù)工準(zhǔn)備。

?備料場(chǎng)。雨季對(duì)礫石土料進(jìn)行摻拌或摻拌料開采上壩時(shí)，選擇在非降雨時(shí)段進(jìn)行，摻拌完成后應(yīng)立即進(jìn)行覆蓋保護(hù)，避免降雨影響。土料和礫石分層鋪筑過(guò)程中如遇降雨，需對(duì)鋪料料堆采用防雨布覆蓋或表面壓光處理，并形成一定坡度利于排水。對(duì)已完成補(bǔ)水，待上壩的接觸黏土土料采用防雨布進(jìn)行覆蓋，以便在心墻填筑具備復(fù)工條件時(shí)能夠快速供料。土料裝車上壩前應(yīng)進(jìn)行含水率等指標(biāo)的試驗(yàn)檢測(cè)，避免不合格料上壩。后期將在摻拌場(chǎng)建礫石土料防雨棚，用來(lái)保護(hù)已摻拌好的礫石土料不受降雨的影響。

?土料運(yùn)輸。由于摻拌場(chǎng)距心墻較遠(yuǎn)，為減少運(yùn)輸途中雨水對(duì)土料含水率的影響，運(yùn)輸車輛采取覆蓋防雨布的措施。

?填筑面施工。采取小倉(cāng)面快速輪換施工。將心墻填筑面劃分為攤鋪區(qū)、碾壓區(qū)、檢測(cè)區(qū)、合格區(qū)等倉(cāng)面，開展流水作業(yè)，既能提高施工效率，又能加快雨前防雨處理，提高雨后復(fù)工速度。

?填筑面雨前措施。根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，雨前將已平整但尚未碾壓的松土采用震動(dòng)平碾進(jìn)行快速碾壓形成“龜背狀”，即將平碾碾后的填筑面稍向上游、下游傾斜，坡度取2%，以利于排水，完成后將心墻填筑面上的機(jī)械設(shè)備撤離至壩殼區(qū)。

?填筑面覆蓋防護(hù)。接觸黏土采用防雨布覆蓋；經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，礫石土全倉(cāng)面覆蓋防雨布成本高、效果不理想，故后期對(duì)礫石土取消防雨布覆蓋措施。

?蓋板截雨。左右岸蓋板混凝土灌漿施工前已構(gòu)建截水槽，可匯集降雨時(shí)從蓋板流入心墻的雨水，并及時(shí)引排。

?復(fù)工措施。雨后根據(jù)天氣情況進(jìn)行翻曬處理，必要時(shí)組織人工采用“盆舀桶裝”的方式及時(shí)清理填筑區(qū)積水，局部受雨浸泡土料需進(jìn)行換填；嚴(yán)格按照復(fù)工程序，當(dāng)土料各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，快速?gòu)?fù)工。

?管理措施。成立雨季施工專項(xiàng)研究小組和現(xiàn)場(chǎng)氣象研判小組，對(duì)雨季施工影響因素及施工措施進(jìn)行深入研究，監(jiān)控人員每半小時(shí)發(fā)布?xì)庀笤茍D，對(duì)降雨強(qiáng)度、云團(tuán)走勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

5 雨季施工效果

2017年3月底即出現(xiàn)降雨，且降雨量、降雨時(shí)長(zhǎng)總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。在采取有效的雨季施工措施并不斷改進(jìn)后，降雨前防護(hù)和降雨后復(fù)工有序開展，降雨對(duì)心墻施工的影響得到有效控制，5—8月心墻填筑月實(shí)際上升高度均超過(guò)合同計(jì)劃，合同填筑高度與雨季實(shí)際填筑高度對(duì)比如下圖所示：

合同填筑高度與雨季實(shí)際填筑高度對(duì)比

根據(jù)檢測(cè)成果，心墻土料雨后復(fù)工前檢測(cè)結(jié)果與非降雨時(shí)段基本一致，雨季心墻料源質(zhì)量、壓實(shí)質(zhì)量及施工過(guò)程參數(shù)控制均滿足設(shè)計(jì)要求。

實(shí)踐表明，通過(guò)采取上述各項(xiàng)雨季施工措施，降低了降雨對(duì)心墻填筑的影響，在確保填筑質(zhì)量的同時(shí)，有效提高了心墻礫石土雨季的填筑強(qiáng)度。

6 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)雨季不確定因素多、土料對(duì)降雨敏感性強(qiáng)、施工組織復(fù)雜、可借鑒經(jīng)驗(yàn)少等困難，兩河口水電站采取的雨季施工措施取得了較好的效果。后期將進(jìn)一步研究雨季施工影響因素及應(yīng)對(duì)措施，試驗(yàn)并采用一種截水、防雨保護(hù)接觸性黏土的措施，研究覆蓋材料的機(jī)械化快速收放措施和雨后高含水表層土料鏟除措施。強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新及管理創(chuàng)新，打造優(yōu)質(zhì)工程、精品工程，為類似工程建設(shè)提供技術(shù)支撐和可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。