長河壩大壩快速施工方法探討

由廣昊

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，成都，610072)

長河壩大壩快速施工方法探討

由廣昊

(四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，成都，610072)

根據(jù)長河壩水電站攔河壩工程的特點，從礫石土心墻堆石壩快速施工的必要性、快速施工的主要方法、快速施工中需認真對待的問題等幾方面，對礫石土心墻堆石壩快速施工程序和方法進行了分析探討。

長河壩水電站 礫石土心墻堆石壩 快速施工

1 工程概況

長河壩水電站是以單一發(fā)電為主的大型水庫電站，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。工程為一等大(1)型工程，擋水、泄洪、引水及發(fā)電等永久性主要建筑物為1級建筑物，永久性次要建筑物為3級建筑物，臨時建筑物為3級建筑物。電站采用水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)。電站總裝機容量2600MW，水庫正常蓄水位1690m，具有季調(diào)節(jié)能力。

攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩，壩頂高程1697m，最大壩高 240.0m，大壩心墻底高程1457.00m，壩頂長度502.85m，壩頂寬度16.0m，上、下游壩坡1∶2.0。大壩設(shè)計總填筑量3417萬m3。

2 長河壩大壩快速施工措施

2.1 基礎(chǔ)處理的不確定性需要加快施工進度

長河壩水電站大壩基礎(chǔ)防滲墻兩道為1.2m和1.4m，其施工難度在防滲墻施工中較為少見:覆蓋層深厚，地質(zhì)情況復(fù)雜，成槽非常困難；“Ⅴ”型河谷，坡度大，入巖極為困難；槽孔深，預(yù)埋件多；加之進行帷幕灌漿、覆蓋層固結(jié)灌漿等，地基綜合處理難度大，檢查復(fù)雜，基礎(chǔ)處理完工及交面時間往往較開工時所制定的計劃時間滯后，從而造成大壩填筑開工時間拖延，而下閘蓄水或竣工期往往卻不予調(diào)整，進而造成有效填筑時間縮短。

2.2 水文氣象影響對填筑強度提出新的標準

礫石土心墻堆石壩對水文氣象因素極為敏感。在雨季，土料的含水率影響極大，直接制約著大壩填筑，施工強度將受到影響；冬季，土料上凍，如不采取積極措施也無法進行填筑，且冬、雨季填筑施工投入高、產(chǎn)出低，往往施工單位不愿意承擔。因此，充分利用填筑的“黃金季節(jié)”快速施工，盡量避免冬、雨季施工(或減少冬、雨季填筑量)，是礫石土心墻堆石壩填筑的首選。

2.3 從度汛特點考慮也需要快速施工

由于礫石土心墻堆石壩不允許漫頂過流，故礫石土心墻堆石壩“施工高峰期”一般發(fā)生在工程實施后的第一個汛前達到攔洪度汛斷面前，截流后均需加快施工進度，務(wù)必在汛前將壩體全斷面或度汛小斷面填筑至攔洪度汛高程。然而，長河壩水電站礫石土心墻堆石壩位于大渡河，洪水具有來水大、時間短、陡漲陡落的特點，為確保工程安全，需在汛期來臨前將圍堰或壩體的一部分快速填筑至擋水高程。

2.4 施工條件拓展是快速施工的基礎(chǔ)

隨著機械化程度的提高，大容量的土石方設(shè)備在施工中提高了工效，從而為快速施工打下了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。填筑材料適用范圍的拓展，使原來不適合作壩料的材料也可作為填筑料，為礫石土心墻堆石壩快速填筑提供了新的支撐點。

3 長河壩大壩快速優(yōu)質(zhì)施工主要方法

3.1 快速優(yōu)質(zhì)施工準備工作

3.1.1 設(shè)計前期充分詳查料場品質(zhì)和儲量

料場對礫石土心墻堆石壩的順利填筑十分重要。根據(jù)工程實踐，料場的地質(zhì)勘探工作深度遠不如壩址，特別是對于填筑量最大的堆石料，進場后與招標文件不符的可能性很大，或地質(zhì)條件發(fā)生重大變化，招標文件中的有用料變成無用料；或開采面積變小，無法形成大規(guī)模開采(或臺階開采)條件，不利于大規(guī)模機械化開采，直接制約大壩的按期填筑。同時級配是否良好，也是影響大壩快速填筑的關(guān)鍵。

3.1.2 做好料場的復(fù)查、復(fù)勘及規(guī)劃工作承包商進場后，應(yīng)對各個料場進行復(fù)查、復(fù)勘及規(guī)劃，搞好料場復(fù)查和儲量計算以及規(guī)劃，并做好上、下游料場與大壩上、下填筑料的平衡。如具備條件，最好在大壩填筑前儲備一部分成品料來削峰平谷，對大壩的填筑強度、質(zhì)量和投資控制都有好處。因此，料場的工作應(yīng)早重視、早計劃、早研究，這是解決快速施工、降低工程造價不可忽視的因素。

3.1.3 料場的開采

料場開采時，采用“平采”還是“立采”，料場如何分區(qū)、開采道路如何布置等，也是大壩能否快速填筑的關(guān)鍵。

3.1.4 施工道路

為滿足快速優(yōu)質(zhì)施工的需要，目前運輸車輛越來越向大噸位發(fā)展，其數(shù)量也相應(yīng)增多，對道路的要求越來越高，相應(yīng)提高了填筑效率。俗話說:“磨刀不誤砍柴工”就是這個道理。但一般工程多采用泥結(jié)石路面，難以滿足對道路的要求。如果具備條件，在局部車流量大的地段采用混凝土路面，將會極大地提高運輸效率；在道路布置上，應(yīng)盡量根據(jù)實際情況布置成環(huán)形雙車道，可避免車輛的相互干擾，從而提高單車效率。

3.1.5 碾壓試驗工作

對礫石土心墻堆石壩而言，碾壓試驗是填筑前最為重要的技術(shù)參數(shù)論證工作，也是確定大壩能否順利填筑及確保大壩安全的重要環(huán)節(jié)。一般而言，在招標文件中或填筑技術(shù)要求中提出的指標是建議性的，均需要在碾壓試驗中進行復(fù)核和驗證。碾壓試驗應(yīng)根據(jù)工程類比法擬定的施工參數(shù)進行，試驗得出的參數(shù)是控制大壩能否快速填筑的重要因素，如指標定得過高，在正式填筑中不易達到，將造成補壓次數(shù)過多及采取更重型碾壓設(shè)備施工，效率將會降低；指標定得低，為確保大壩安全，可能將增加許多工程量，也不利于工程快速施工。因此，碾壓試驗工作不細致，有可能不得不暫停施工而重新進行碾壓試驗，從而直接影響壩體的填筑。

3.2 編制切實可行的進度計劃

對于礫石土心墻堆石壩施工，存在著一系列相互干擾、相互影響的工作，必須編制切實可行的進度計劃，不能只憑經(jīng)驗或簡單的分析，必須對施工中出現(xiàn)的新情況、新干擾進行科學的判斷和分析。而計算機的運用，極大地提高了計劃編制水平智能性，能夠自動進行工期分析、關(guān)鍵線路分析，在發(fā)生干擾事件后，也能迅速進行調(diào)整和輔助決策，從而避免盲目施工決策。

3.3 抓好壩面作業(yè)

在完成各項準備工作具備填筑條件后，對施工單位而言，應(yīng)按計劃進行壩體填筑，加強各工序的銜接、減少中間環(huán)節(jié)是快速施工的重中之重。

3.3.1 合理的壩面分區(qū)流水作業(yè)是快速填筑施工的關(guān)鍵

由于礫石土心墻堆石壩體型較大，為壩面分區(qū)流水作業(yè)提供了必要的作業(yè)面，一般將填筑工序分為鋪料、攤料、灑水、壓實、質(zhì)檢等工作。根據(jù)實際情況，將壩面作業(yè)分為工段數(shù)與工序數(shù)，如果工段數(shù)大于工序數(shù)，人、機不閑，作業(yè)面閑；如果工段數(shù)小于工序數(shù)，人、機閑，作業(yè)面不閑，流水作業(yè)不能正常進行。進行工段數(shù)及工序數(shù)的確定和劃分有很多種方法，在填筑前，由于施工情況并不很明朗，一般采用先按現(xiàn)有設(shè)備進行理論計算后，按流水作業(yè)的要求和注意事項初步擬出工序數(shù)目、工作段面積及工段數(shù)目，再根據(jù)前期填筑對設(shè)備及運行時間的統(tǒng)計進一步進行修正，從而確保施工有序進行。

在壩面分區(qū)流水作業(yè)中，特別強調(diào)的是防滲土料的施工。受多方面因素影響，防滲土料直接制約大壩整體的上升，在防滲土料填筑流水作業(yè)中，根據(jù)填筑的需要，應(yīng)根據(jù)實際情況合理劃分填筑區(qū)域和進行流水作業(yè)分析，并根據(jù)機械設(shè)備及填筑情況及時調(diào)整。

3.3.2 整體填筑與臨時斷面填筑

為加快優(yōu)質(zhì)施工進度，一般采用整體填筑施工。整體施工具有以下幾個優(yōu)點:首先減少了接縫、接坡、削坡等工序，保證了填筑質(zhì)量和盡可能大的堆石填筑面，有利于在繼續(xù)填筑時布置進入防滲料區(qū)的施工道路，運輸反濾料及過渡料的大型自卸汽車不橫穿防滲料區(qū)，同時也有利于減小料界偏差和相鄰料平起填筑時的跨縫碾壓。但是在越來越多的工程實踐中，為滿足度汛和分期蓄水提前發(fā)揮效益的要求，均要求施工單位在短時間內(nèi)將大壩上升到某一高程，因而全斷面填筑不具備可能性，故一般采用臨時擋水斷面填筑的施工方法。在冬、雨季心墻部位不能進行填筑的情況下，只能進行堆石料臨時斷面的填筑。臨時斷面的設(shè)計應(yīng)考慮多方面的因素并通過穩(wěn)定性復(fù)核，在臨時斷面填筑至設(shè)計高度后，再進行其他斷面壩料的填筑。為加快施工進度，在臨時斷面填筑中，應(yīng)正確分析臨時斷面尺寸與壩體填筑的需要，不可一味減少臨時斷面填筑量而影響到大型機械的正常施工，反而達不到經(jīng)濟、快速的目的。在后期填筑中，接縫、接坡、削坡工作將增加很多工程量，為保證施工質(zhì)量，這是必須要確保施工到位的項目，同時也是填筑臨時斷面必須多付出的代價。

3.3.3 大型設(shè)備的投入

在壩體填筑量一定的情況下，要縮短填筑時間，必然要增大填筑強度，因此，設(shè)備的投入極為重要。但是目前水電建設(shè)整體處于惡性競爭、低價中標的大環(huán)境下，要在一個工程中投入大量新型設(shè)備、大型設(shè)備進行高強度的施工也比較困難，因此在許多工程中，使用中小型工程的設(shè)備去完成大型工程的修建較為常見，實踐證明，這種小馬拉大車的情況并不能保證大壩快速、正常的施工。在這種情況下，施工單位已進行了積極的探討，其中一個最重要的方面就是充分發(fā)揮社會資源，組織社會上的設(shè)備進場，這是解決施工單位自身設(shè)備不足的良好辦法。引進社會上的設(shè)備，對施工單位的管理水平提出了更高的要求:搞好了，可以節(jié)省投資、加快施工進度；如管理不好，協(xié)作單位不能按有關(guān)要求作業(yè)，反而會影響快速施工。因此，施工單位應(yīng)吸取經(jīng)驗教訓，逐步完善管理機制，才能達到快速施工、節(jié)約費用的目的。

3.3.4 快速進行現(xiàn)場試驗

長河壩水電站攔河壩為碎石土心墻堆石壩，共有五種填筑料，分別為心墻高塑性粘土、心墻礫石土、上下游反濾料(反－1、2、3、4)、上下游過渡料及上下游壩殼堆石料。為確保碎石土心墻堆石壩的填筑質(zhì)量，一般要求對各種料的物理力學指標和填筑質(zhì)量進行試驗，只有在填筑面碾壓合格并通過驗收后方可進行上一層填筑。故現(xiàn)場試驗?zāi)芊窨焖俚贸瞿雺航Y(jié)果，是影響快速施工的因素，因而試驗人員和試驗設(shè)備的配置顯得尤為重要。

長河壩水電站礫石土料試驗檢測，采用礫石飽和面干吸水率代替天然含水率快速計算其干重，酒精燃燒法快速測定細料含水率，計算細料干重，通過加權(quán)計算礫石含量，再對應(yīng)室內(nèi)擊實最大干密度計算全料壓實度的快速檢測方法，該方法2h內(nèi)可出結(jié)果，與常規(guī)的方法相比縮短6h以上，有利于大幅加快現(xiàn)場試驗進度。

研發(fā)制造配置有大型微波干燥機、高精度流量計水箱、車載控制機柜及工作臺的移動試驗檢測車，可在20min內(nèi)完成土料含水率的快速測定；通過聯(lián)通高精度流量計水箱進行土料灌水法密度試驗提高試驗精度；利用車載控制機柜、工作臺等齊全的辦公設(shè)備進行現(xiàn)場試驗，避免常規(guī)檢測向后方試驗室送樣過程的含水損失，并達到快速出具試驗報告的效果。

3.3.5 加強冬季施工方法的研究和組織

由于受冬季的影響，大壩(特別是防滲土料部位)往往不能填筑或填筑強度極低，在長河壩水電站，冬季施工影響期為2～3個月。如何在冬季保持正常施工，是加快壩體填筑的一個方向性問題，如果該問題得到突破性進展，將對礫石土心墻堆石壩快速填筑帶來質(zhì)的飛躍。

3.3.6 成立強有力的協(xié)調(diào)機構(gòu)

由于礫石土心墻堆石壩具有填筑壩料多、工序銜接多、機械設(shè)備投入多等特點，壩面(包括料場)協(xié)調(diào)范圍廣、事情繁瑣，成立強有力的協(xié)調(diào)機構(gòu)，能夠根據(jù)壩體填筑的需要從整體上把握全局，合理進行設(shè)備調(diào)配和場面調(diào)配，可以做到事半功倍，節(jié)約很多時間，否則快速填筑難以實現(xiàn)。

3.4 充分考慮其它因素的影響

為確保礫石土心墻堆石壩快速優(yōu)質(zhì)施工，須充分考慮外部施工環(huán)境。從多個工程實例看，大壩施工存在著極為復(fù)雜的外部環(huán)境，治安環(huán)境、移民征地均可能制約工程施工。因此提前作好各項協(xié)調(diào)工作，及時化解風險，可為正常施工創(chuàng)造一個相對寬松的作業(yè)環(huán)境。另一方面，工程能否達到預(yù)期目標，是業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位及施工單位共同努力的結(jié)果，多個工程實例表明，各單位如果配合得好、群策群力，工程就能順利施工，困難也能較順利的解決；反之，則可能陷入漫長的困境，工程自然是想快都快不起來。

4 快速施工需認真對待的幾個問題

礫石土心墻堆石壩快速施工的水平，主要依據(jù)壩高、填筑工程量、實際施工工期、平均月升高速度及平均月上壩強度等施工技術(shù)指標進行綜合分析、評價，而不是簡單一味地求快及追求上升速度?？焖偈┕?yīng)建立在科學論證及安全評審的基礎(chǔ)上，否則將有可能帶來不可預(yù)料的后果。

4.1 快速施工對壩體的影響

如果礫石土心墻堆石壩施工速度過快，壩體碾壓完成或投入運行后，將造成本應(yīng)在施工期完成的沉降而留在運行期完成，大壩蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦較大，各種料在沉降速率與時間方面均不同步；同時，空隙水壓力消散較慢，在防滲土料中易形成低應(yīng)力區(qū)并可能形成拱效應(yīng)，從而造成心墻開裂等潛在的安全隱患。

4.2 短期的快速施工不利于均衡施工

由于短時間內(nèi)追求過高的施工強度，一味將填筑量和大壩上升速度指標作為施工單位的考核目標，給施工單位帶來了巨大的壓力和不便，特別是在為度汛及分期蓄水填筑上表現(xiàn)更為明顯。一般情況下，施工單位考慮進場施工設(shè)備時多從施工高峰期著手，以該階段的施工強度配備機械數(shù)量，故設(shè)備數(shù)量較大。這樣的考慮易造成兩種情況:一方面，施工高峰期(度汛斷面填筑等臨時斷面)一過，易造成設(shè)備的閑置，從而使富余的施工機械不能完全發(fā)揮其經(jīng)濟效益，造成浪費；另一方面，由于施工高峰期出現(xiàn)在整個工程施工前期，施工單位要在很短的時間內(nèi)調(diào)配大量的設(shè)備進場，無論從人力、物力和財力上都給施工單位造成巨大的壓力。

5 結(jié)語

建設(shè)單位及施工單位應(yīng)正確看待礫石土心墻堆石壩快速施工的利和弊，一方面作好各項準備工作，采用大型、重型振動碾壓機具等措施，提高壓實度、降低孔隙率，做到均衡施工，從科學的角度，全面、正確地分析工期，實現(xiàn)資源利用最大化的目標；另一方面，重視壩料級配和碾壓參數(shù)的控制，良好的級配和最優(yōu)的碾壓參數(shù)能夠在施工期降低運行期的沉降和變形。最后，應(yīng)及時消除不利影響，如沉降及拱效應(yīng)等問題，可以采用有限元分析、埋設(shè)原型觀測儀器等進行實際量測，監(jiān)控大壩應(yīng)力及變形情況，以達到快速優(yōu)質(zhì)施工、建設(shè)單位及施工單位“雙贏”的目標。

TV641.42∶TU721.3

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2095－1809(2016)05－0007－04

由廣昊(1975－)，男，黑龍江佳木斯人，工程師，主要從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作。