金川水電站混凝土面板堆石壩施工設(shè)計特點

周丹順 侯江煒

(1.西北勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710065；2.陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 陜西 西安 710001)

1 工程概況

金川水電站工程為大渡河干流規(guī)劃中的第六個梯級電站，壩址位于四川省金川縣城以北約13km處，距成都約425km。電站任務(wù)以發(fā)電為主，裝機(jī)容量為860MW。

本工程屬二等大（2）型工程，水庫庫容4.8775億m3，樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、右岸兩孔溢洪道和一條泄洪洞、左岸輸水建筑物及地下廠房等組成。

工程計劃于2015年10月初開工，2017年11月中旬主河床截流，2020年5月初下閘蓄水，2020年6月底首臺機(jī)組發(fā)電，2021年3月底完建?？偣て跒?年6個月，其中第一臺機(jī)組發(fā)電工期為4年9個月。

2 大壩設(shè)計

金川水電站大壩為混凝土面板堆石壩，建造在深厚覆蓋層上，最大壩高112.0 m。壩頂高程2258 m，壩頂長度275.78m，頂寬10m，壩體分為上游鋪蓋區(qū)（1A）、蓋重區(qū)（1B）、墊層區(qū)（2A）、特殊墊層區(qū)（2B）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、反濾料（3E）、下游堆石區(qū)（3C）、下游護(hù)坡（3D）和混凝土面板（F），大壩壩體填筑總量為471.33 萬m3。大壩基礎(chǔ)為覆蓋層，河床部位趾板置于覆蓋層上，由連接板與上游混凝土防滲墻連接。壩基采用一道厚1.2m 的混凝土防滲墻，最大深度約54.8m，防滲墻底部嵌入基巖1m，下接一排防滲帷幕，帷幕灌漿最大深度約71.5m。

3 施工導(dǎo)流

金川水電站主要建筑物為Ⅰ級，導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級，初期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)按P=5%設(shè)計，洪水流量為4190m3/s。施工期壩體臨時攔洪度汛標(biāo)準(zhǔn)按P=1%設(shè)計，相應(yīng)洪峰流量5400m3/s，壩前相應(yīng)水位為2221.0 m，在從壩底最低趾板底算起壩高75 m處。本工程采用圍堰一次攔斷河床的全年隧洞導(dǎo)流方式。主河床填筑上、下游土石圍堰擋水，導(dǎo)流洞和泄洪洞聯(lián)合泄流。

4 壩肩開挖特點

本工程地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，兩岸壩肩岸坡較陡峻，開挖工程量大，其中左壩肩與電站進(jìn)水口及出線平臺結(jié)合開挖，邊坡最大開挖高度275 m；右壩肩則與溢洪道結(jié)合開挖，邊坡最大開挖高度200 m，壩肩開挖為工程施工關(guān)鍵項目之一。根據(jù)施工進(jìn)度計劃，左、右岸壩肩邊坡需要在截流前挖至河床水位附近，為截流后基坑開挖創(chuàng)造條件。

本工程壩肩開挖特點是按自上而下、分層開挖，分段高度要考慮與壩肩道路布置一致。施工道路布置除利用上壩公路外，結(jié)合后期壩體填筑運(yùn)輸?shù)缆愤€需從左、右兩岸各修建不同高程一定數(shù)量的岸坡道路進(jìn)入開挖區(qū)域。根據(jù)壩體填筑和壩肩開挖要求及壩區(qū)兩岸地形條件，左岸上游道路布置有2165.0m（低線公路）、2201.5m（上游圍堰頂高程）、2228.0m（電站進(jìn)水口高程）、2258.0m（壩頂高程）共4 層開挖道路；左岸下游道路布置有2165.0m（低線公路）、2258m（壩頂高程）共2 層開挖道路；右岸上游道路布置有2165.0m （S211 公路）、2225.0m（溢洪道進(jìn)口高程）、2258.0m（壩頂高程） 共3 層開挖道路；右岸下游道路布置有2165.0m（S211 公路）、2225.0m（溢洪道進(jìn)口高程）共2 層開挖道路。

兩岸壩肩開挖計劃于2016年8月初至2017年10月底完成，歷時15個月。采用鉆孔爆破施工，以ROC-712型鉆機(jī)為主，局部手風(fēng)鉆配合，沿設(shè)計邊坡線采用預(yù)裂（或光面）爆破，梯段高度10 m～15 m，開挖石渣在2160.0 m高程建截渣平臺及河床堆集，用3m3裝載機(jī)配20 t自卸汽車及時清除。左壩肩2160.0m以上開挖高度275.0 m，月平均開挖高度18.3 m；右壩肩2160.0 m以上開挖高度200.0 m，月平均開挖高度13.3 m。完成石方明挖92.54萬m3，平均開挖強(qiáng)度6.17萬m3/月。

5 壩體填筑特點

本工程混凝土面板壩最大壩高112.0 m，總填筑量約471.33萬m3，高峰月填筑強(qiáng)度約31.9萬m3/月。壩體填筑特點是填筑料種類多，道路使用強(qiáng)度高、壩面作業(yè)強(qiáng)度大等。

5.1 填筑道路強(qiáng)度分析

壩體填筑采用自卸汽車直接運(yùn)輸上壩方案，由于兩岸岸坡陡峭，且樞紐建筑物布置比較緊湊，所以很難設(shè)置分層岸坡道路來滿足壩料運(yùn)輸，考慮本工程塊石料場及倒運(yùn)場均位于下游，所以上壩填筑只能通過下游低線道路→下游圍堰→基坑→壩坡“之”字型道路來進(jìn)行壩料運(yùn)輸。主干道路基寬11.5 m，路面寬9.0 m，最大縱坡控制在8%以內(nèi)，高峰月填筑強(qiáng)度約31.9萬m3，采用32t的自卸汽車，實行每天3班倒，按20小時計算，每小時上料車數(shù)=319000/（25 d×20h×14.5m3）=46車。因為只有卸料時間占直線時間，每臺車卸料時間為1.3min，每小時上壩方量可以達(dá)到667m3～855m3。運(yùn)料車輛車速按10km/h控制，兩臺車之間距離可以達(dá)到130 m，道路設(shè)置滿足施工要求。

5.2 壩面作業(yè)強(qiáng)度分析

壩面施工主要分卸料→攤鋪→碾壓→質(zhì)檢4道工序，流水作業(yè)施工。采用平行于壩軸線方向分區(qū)，全斷面平起上升，進(jìn)占、后退相結(jié)合的混合法卸料，每個區(qū)的長度根據(jù)碾壓設(shè)備最有效施工長度確定，一般在50 m～60 m左右。鋪料厚度80cm～100cm，采用320 H P推土機(jī)平料，碾壓8遍。根據(jù)公伯峽水電站施工經(jīng)驗：一臺振動碾日產(chǎn)量為4432m3（每班工作3小時，每日三班），本工程壩體填筑最高強(qiáng)度為31.9萬m3/月，每月按25天計，日強(qiáng)度為1.28萬m3/日；應(yīng)配置振動碾臺數(shù)為12800/4432=2.87臺，考慮備用，配置19t自行式振動碾4臺，滿足最大強(qiáng)度需要。

5.3 料場開采強(qiáng)度分析

本工程使用的石家溝料場位于壩址左岸下游約5km處，料場開采分覆蓋層剝離、有用層鉆孔爆破、有用層運(yùn)輸三道工序進(jìn)行循環(huán)作業(yè)。采用分臺階自上而下微差擠壓控制爆破技術(shù)，邊坡開挖采用預(yù)裂爆破。

由于下游堆石體全部利用工程開挖料，從倒運(yùn)場運(yùn)輸上壩，所以料場開采料主要滿足主堆石料需求，開挖工作面寬度230 m～330 m，梯段高度12 m，按4排孔起爆，那么一次起爆的方量約為2.70萬m3，大于兩天的壩體填筑量（1.28萬m3×2天=2.56萬m3），因此本工程料場開采強(qiáng)度可以滿足壩體填筑要求。

5.4 壩體填筑分期分析

金川水電站壩體最大高度為112 m，填筑設(shè)計分兩期，一期在截流后的第二個汛前，即2019年5月下旬填筑到2230.0m高程，滿足攔擋1%頻率洪水的要求，該時段大壩共填筑382.7萬m3，填筑時間約12個月，平均填筑強(qiáng)度約31.9萬m3/月。二期則完成剩余部分填筑，即2019年7月底填筑到防浪墻基礎(chǔ)高程2254.0 m，填筑方量約39.56萬m3，填筑時間2個月，平均填筑強(qiáng)度約19.8萬m3/月。

考慮本工程覆蓋層深厚，所以壩體填筑完畢后的預(yù)留沉降期安排了6個月，待其充分沉降后再進(jìn)行面板施工，根據(jù)國內(nèi)同等壩高的公伯峽、察漢烏蘇、積石峽經(jīng)驗，本工程混凝土面板施工不分期，一次施工完畢。時間安排在2020年2月～3月，歷時2.0個月。

6 結(jié)語

隨著工程的不斷進(jìn)展，施工設(shè)計將進(jìn)行更深入的研究，結(jié)合已建類似工程的經(jīng)驗和實踐，提出施工設(shè)計應(yīng)把握好以下的幾個關(guān)鍵問題：

（1）選擇合理的初期及中、后期度汛水位對大壩分期填筑強(qiáng)度有重要影響，涉及到能否按期實現(xiàn)發(fā)電目標(biāo)，所以應(yīng)對導(dǎo)流方案進(jìn)行詳細(xì)研究。

（2）高山峽谷區(qū)的道路布置較為困難，考慮到樞紐布置緊湊的特點，無法分層布置填筑道路，只能通過壩后“之”字路上壩，所以對道路的等級和布置需要重點研究。

（3）本工程大壩覆蓋層基礎(chǔ)深厚，需要充分考慮壩體沉降，所以大壩填筑到頂后，從雨季開始沉降，根據(jù)施工進(jìn)度安排，沉降期應(yīng)盡可能地長些。

（4）對于混凝土面板堆石壩這種當(dāng)?shù)夭牧蠅螒?yīng)該盡可能利用工程開挖料，減少料場開挖，從而達(dá)到減少渣場用地，節(jié)約投資的目的。