嘉陵江草街航電樞紐廠房及沖沙閘工程圍堰施工技術(shù)

王成遠，熊惠，劉振山

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 工程概況

重慶嘉陵江草街航電樞紐主體工程采用分兩期導(dǎo)流施工，本標段工程為一期，施工時段為全年，導(dǎo)流標準采用20 a一遇，相應(yīng)流量為41 100 m3/s。本工程圍堰為臨時建筑物，等級4級，根據(jù)合同要求于2009年1月31日前拆除。雖然為臨時工程，但由于草街位于三江交匯（涪江、嘉陵江、渠江），水位陡漲陡落，因此土石圍堰按碾壓土石壩進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)形式為土質(zhì)防滲體分區(qū)壩。上游圍堰最大高度48 m，堰頂高程212.0 m；下游圍堰最大高度39.5m，堰頂高程209.5m。壩頂寬6m，迎水面設(shè)計坡比為1∶2.5（196.0 m高程以下）和1∶2.25（196.0 m高程以上），背水面設(shè)計坡比為1∶2.0。并設(shè)二至三級馬道，馬道寬度皆為2 m。壩體標準剖面結(jié)構(gòu)自上游至下游依次為：干砌塊石護坡、砂礫石墊層料、堆石區(qū)、過渡層、復(fù)合土工膜、黏土防滲心墻、反濾層、過渡層、堆石區(qū)，背水面坡腳設(shè)置排水棱體。壩體總填筑方量為238.6萬m3，壩體結(jié)構(gòu)見圖1[1]。

圍堰工程于2006年12月30日正式進行壩體填筑，至2007年7月壩體填筑全部完成，共計6個多月填筑238.6萬m3，平均填筑強度為39.77萬m3/月，壩體升高48m。

2 圍堰填料設(shè)計參數(shù)及取料規(guī)劃

圍堰填筑料分為黏土心墻防滲料、反濾料、過渡料、堆石料、表面護坡及墊層過渡料等，詳見表1。

圖1 圍堰典型斷面圖Fig.1 Typical cross-section of the cofferdam

表1 圍堰填筑料設(shè)計參數(shù)表Table 1 Design parameter of cofferdam fillingmaterials

基坑強風化料不能用于堰體填筑，必須考慮從外部運進堆石料；基坑強風化層挖除后，基坑料可直接上堰填筑。堰體填筑各種物料要求和規(guī)劃如表1。

3 施工道路布置

壩料運輸采用重型自卸汽車，機械化程度高，故要求各施工道路暢通，而且施工道路的布置既要經(jīng)濟合理，又要滿足車輛流量強度的要求。除場外道路外，場內(nèi)填筑施工所用工程道路結(jié)合基坑開挖道路進行布置。填筑施工共分為4個階段，各階段道路根據(jù)填筑情況做相應(yīng)布置[2]。

4 生產(chǎn)性試驗

根據(jù)圍堰土石混合料所使用的填筑土石料特性、鋪層厚度、進料方式、平料方式、碾壓遍數(shù)，力求得到最佳壓實效果，以滿足設(shè)計要求的最大干容重、壓實度等。通過試驗，得出最佳組合結(jié)果。工地現(xiàn)場碾壓試驗共進行了2次。第1次試驗共36個組合，除了確定含水量、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)等施工參數(shù)外，還驗證了碾壓機具、土料壓實情況、層間結(jié)合情況等工藝是否可行。通過第1次試驗基本確定了施工含水量、鋪料厚度和碾壓遍數(shù)的合理組合。但由于芯墻土料含水量較大，且受到重慶氣候的影響無法翻曬，在碾壓過程中反彈現(xiàn)象明顯，因此，針對芯墻土料又進行了第2次實驗。根據(jù)碾壓試驗各種物料的碾壓參數(shù)及控制指標見表2。

表2 各填筑料的碾壓參數(shù)Table 2 Rolling parameter ofevery fillingmaterial

5 圍堰填筑施工

5.1 填筑分區(qū)及填筑程序

圍堰填筑分3大塊進行施工，分別為上游堆石區(qū)、下游堆石區(qū)和防滲區(qū)，防滲區(qū)包括黏土心墻區(qū)、反濾料區(qū)和過渡料區(qū)。均沿圍堰軸線方向按鋪料、碾壓、質(zhì)檢順序分為3個施工區(qū)；施工過程中反濾料和過渡料Ⅰ區(qū)合并為一個施工區(qū)施工，以保證碾壓寬度。

填筑程序見圖2。

圖2 圍堰填筑程序Fig.2 Procedure of filling cofferdam

5.2 填筑方法

5.2.1 黏土心墻施工

黏土心墻布置在圍堰中心，頂寬3 m，上下游邊坡坡比為1∶0.15。根據(jù)碾壓試驗確定每層壓實厚度為30 cm，松鋪系數(shù)為1.27，故每層鋪料厚度控制為38 cm，施工時按鋪料、碾壓、質(zhì)檢沿軸線方向分為3塊，循環(huán)作業(yè)。為防止自卸汽車對心墻產(chǎn)生剪切破壞，黏土料主要采用進占法鋪料施工，采用D85型推土機平倉，18.0 t凸塊碾碾壓，局部邊角部位采用夯板、HW60型蛙式打夯機碾壓夯實。

5.2.2 過渡料Ⅰ和反濾料的填筑施工

因反濾料寬度較窄，為了施工方便，把反濾料和過渡料Ⅰ區(qū)做為1個碾壓區(qū)進行施工。反濾料布置在黏土心墻背水側(cè)，過渡料Ⅰ布置在反濾料背水側(cè)。根據(jù)碾壓試驗確定每層壓實厚度為30 cm，松鋪系數(shù)為1.09，故每層鋪料厚度控制為33 cm。采用“先土后砂法”，即先鋪黏土心墻料，后鋪反濾料，齊平碾壓。為防止分離，反濾料和過渡料Ⅰ主要采用進占法或后退法鋪料施工，采用D85型推土機平倉，18.0 t振動碾碾壓，局部邊角部位采用夯板、HW60型蛙式打夯機碾壓夯實。

5.2.3 堆石料施工

根據(jù)碾壓試驗，確定堆石料的每層壓實厚度為115 cm，松鋪系數(shù)為1.05，即松鋪厚度為120 cm。堆石料每層填筑施工前先根據(jù)設(shè)計確定上下游的邊界，利用石灰粉標識，并沿軸線方向按鋪料、碾壓、質(zhì)檢工序分為3塊，采用進占法鋪料。塊與塊之間搭接采用反鏟挖松后碾壓，塊與塊之間的搭接長度不小于50 cm。

5.2.4 岸坡接觸部位的填筑施工

各種料物與岸坡接觸部位，大型碾壓設(shè)備一般很難就位。在18 t碾壓機碾不到的地方采用蛙式打夯機進行碾壓，過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ、反濾料每層的碾壓厚度控制在20 cm以內(nèi)，堆石料每層的碾壓厚度控制在30 cm以內(nèi)。碾壓之前應(yīng)對碾壓部位充分灑水。蛙式打夯機對各料物的夯實遍數(shù)為8～10遍。

在岸坡接觸部位過渡料Ⅰ、過渡料Ⅱ、反濾料、堆石料的鋪料均采用人工鋪料平倉，過渡料的鋪料粒徑不大于10 cm，堆石料的鋪料粒徑不大于30 cm。對局部接觸出現(xiàn)反坡部位應(yīng)進行削坡及回填混凝土（或漿砌石）處理。

堰體與岸坡或貼坡混凝土、混凝土丁字墻結(jié)合部填筑時，采用填筑過渡料并減薄鋪土層厚，然后盡可能使振動碾沿岸坡方向碾壓，壓不到的局部地方使用打夯機夯實或用蛙式打夯機夯實，同時應(yīng)多灑水[3]。

5.3 土工膜施工

土工膜焊接采土工膜專用焊接機，焊接時根據(jù)土工膜焊接試驗得到的不同氣溫、風力、濕度對應(yīng)的施焊溫度、焊機行走速度進行焊接，并隨時根據(jù)氣溫、風力、濕度調(diào)整。在土工膜邊角不適于焊接機焊接的部位或燙傷、折皺等缺陷部位采用KS膠粘接。

在澆筑混凝土基座時，把拼接好的土工膜預(yù)埋入混凝土中。對于混凝土面和混凝土丁字墻處土工膜使用橡膠墊片+扁鋼墊片、螺母進行固定。

6 填筑強度

本工程2006年12月30日開始壩體填筑，6個月填筑238萬m3，體現(xiàn)了現(xiàn)代碾壓土石壩工程施工準備時間短、施工強度高的特點。從實施情況看，只要制定切實可行的施工方案和行之有效的過程控制措施，科學(xué)組織安排施工，其施工進度和施工質(zhì)量皆能滿足要求。大壩逐月填筑完成量及強度見表3。

表3 大壩逐月填筑完成量及強度表Table3 The com pleted amountand intensity for filling cofferdam variedmonth bymonth

7 填筑設(shè)備

各種填筑材料運輸根據(jù)料源位置、運輸量及運距選配設(shè)備，主要裝載設(shè)備為1.9 m3挖掘機和4 m3裝載機，主要運輸設(shè)備為20 t自卸汽車，攤平設(shè)備采用YT220、D85推土機，碾壓設(shè)備根據(jù)部位不同分凸塊和平碾2種，黏土心墻采用18 t凸塊振動碾，其他部位采用18 t振動平碾。

8 施工中相關(guān)問題的討論

1） 深槽段施工

上游圍堰0+236—0+286深槽段底標高約在176.60 m，如果按照設(shè)計圖紙進行混凝土齒槽施工，然后分層進行黏土心墻施工，工期最少在1.5個月。通過論證，最終該深槽段澆筑C15混凝土墊層，取代混凝土齒槽及173 m高程以下黏土心墻，簡化了施工，加快了施工進度。

2） 壩基處理

本工程圍堰壩基要求為巖基且防滲心墻的底部設(shè)1～3m深齒槽與基巖連接。由于基巖多為泥巖、泥質(zhì)砂巖，從施工情況看，齒槽施工程序繁瑣，質(zhì)量也不容易得到保證。土質(zhì)防滲體與壩基連接有多種方法，如上提到的是一種。根據(jù)本工程實際情況，可采用混凝土蓋板方案，這一方案的優(yōu)點是將防滲土料與巖石表面完全隔開，而且使基礎(chǔ)面平順，施工速度快，但采用何種材料和結(jié)構(gòu)形式才能有效防止橫向裂縫，是值得深入研究的問題。國外不少中、高壩均采用混凝土蓋板方法，如美國的奧洛維爾、阿爾巴尼亞的菲爾澤、前蘇聯(lián)的努列克等。

3） 風化料的應(yīng)用

根據(jù)設(shè)計要求，基坑風化料不能用于堰體填筑。根據(jù)土石方平衡，一方面基坑風化層需挖除外棄，另一方面必須考慮從外部料場運進石料堆筑。應(yīng)該說，如果片面追求所謂的“材料高質(zhì)量”，既不利于充分發(fā)揮土石壩就地取材、就近取材的優(yōu)勢，同時也加大了工程造價。隨著科技的進步，筑壩材料的應(yīng)用范圍越來越廣，風化料、軟巖等越來越多地用于筑壩，如魯布革采用風化的砂頁巖填筑防滲體，十三陵上庫壩采用風化安山巖、大廣壩采用風化花崗巖等。但由于風化巖石、軟巖堆石料碾壓前后的級配變化較大，因此必須進行專門的碾壓試驗。另外，根據(jù)現(xiàn)場和試驗觀測，堆石距表面的深度超過0.5 m時，遭受風化的影響很小，如在堆石料表面鋪一層1～1.5m厚的新鮮巖石保護層，可防止內(nèi)部繼續(xù)風化。

4）取消反濾料分區(qū)

原設(shè)計反濾料分a、b區(qū)，兩種料級配接近，同時由于填料寬度較窄（a、b區(qū)各50 cm寬），無法采用機械施工，影響效率。在以后的工程中，可在充分論證的前提下取消分區(qū)。

5）反濾料及過渡料混合

傳統(tǒng)的反濾層和過渡層是分層設(shè)計的，本工程亦是如此設(shè)計。在工程實施前期反濾層及過渡料施工非常麻煩，而且施工效率不高。經(jīng)過試驗段證明，如果將該兩種材料混合為一體，既對防滲體起反濾保護又對壩殼料起過渡雙重作用，且大大提高了施工效率，簡稱反濾過渡層。采用這種連續(xù)級配料可以降低工程造價，簡化施工。目前，天然砂礫料級配連續(xù)性較好，可以保證充填效果，既可防止土顆粒流失，又起到很好的滲水效果。

9 結(jié)語

本工程圍堰填筑施工的難點是施工強度高，圍堰結(jié)構(gòu)分區(qū)復(fù)雜，由于在施工中采取一系列有效的措施，保證了圍堰填筑高強度有序施工。

1）確保施工道路的暢通，對保證施工進度至關(guān)重要。

2）做好圍堰填筑分區(qū)調(diào)度工作，使施工工序有序進行。

3）保證壩體填筑順利進行的關(guān)鍵是技術(shù)參數(shù)的選定，因此，在填筑前期加強級配料開采試驗和填筑碾壓試驗，根據(jù)試驗結(jié)果結(jié)合當?shù)靥攸c選用合理參數(shù)，并在填筑時加強取料試驗，對有變化的參數(shù)及時調(diào)整。

[1]中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程施工圖設(shè)計[R].2005.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Construction drawing design of Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigation-power junction lock project[R].2005.

[2]中交第一航務(wù)工程局有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程圍堰施工組織設(shè)計[R].2006.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Construction management plan for cofferdam of Chongqing Jialing River shipping developmentCaojienavigation-power junction project[R].2006.

[3] 夏仲平，劉少林，周良景.水利水電施工手冊：第五卷[M].北京：中國電力出版社，2002.XIA Zhong-ping,LIU Shao-lin,ZHOU Liang-jing.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volumeⅤ[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.