兩河口水電站大壩心墻雨季填筑施工

武 波,魏 雄,楊曉鵬

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北公司，西安 710065)

1 工程概況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2 km，壩址控制流域面積為6.57萬(wàn)km2，壩址處河流多年平均流量666 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位為2 865.00 m，相應(yīng)庫(kù)容101.54億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容65.60億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力，電站裝機(jī)容量為3 000 MW(6×500 MW)，多年平均發(fā)電量110.62億kWh。

樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、發(fā)電廠房、引水及尾水建筑物等組成。大壩采用礫石土心墻堆石壩，壩高295.00 m，總填筑量4 215.79萬(wàn)m3，心墻礫石土料填筑總量441.93萬(wàn)m3。

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746.1 mm，雨季(5-10月)降水量為694.2 mm，占全年的93%，歷年最大一日降水量為70.6 mm。多年平均年蒸發(fā)量為1 919.3 mm。本地區(qū)降雨特點(diǎn)：突然、歷時(shí)短、瞬時(shí)雨強(qiáng)大。對(duì)大壩心墻料的開(kāi)采、生產(chǎn)及上壩填筑施工造成較大影響[1]。

2 工程區(qū)氣象條件

據(jù)兩河口專用氣象站2010-2014年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，多年平均降水量為721.7 mm，雨季(5-10月)降水量為642.4 mm，占全年的89%，最大一日降水量為45 mm，最大1 h降雨量16 mm，最大3 h降雨量29 mm，最大6 h降雨量40 mm，最大12 h降雨量43 mm，最大24 h降雨量53 mm[1]。工程區(qū)降雨情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 工程區(qū)2010-2014年降雨情況統(tǒng)計(jì)表

由表1可知：每年5-10月為施工區(qū)雨季，月平均降雨量約150 mm，該時(shí)段施工需采取雨季措施進(jìn)行施工；同時(shí)受兩河口工區(qū)天氣變化異常影響，實(shí)際施工過(guò)程中3-11月均有不同程度降雨，并影響心墻正常填筑，因此以下統(tǒng)計(jì)時(shí)段均為3-11月。

兩河口2017年降雨及施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)：3月份出現(xiàn)降雨，3月25日第1次因降雨暫停施工，2017年3-11月降雨量799.3 mm、降雨天數(shù)139 d，單日最大累計(jì)降雨量出現(xiàn)在4月27日(心墻處32.5 mm，右岸處33.5 mm)。2017年3-11月兩河口水電站壩區(qū)氣象站雨量特征值及施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表2。

表2 兩河口壩區(qū)氣象站雨量特征值及施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 問(wèn)題及難點(diǎn)

(1) 兩河口水電站心墻土料小于0.075 mm及小于0.005 mm顆粒含量均大于同類工程，土料小于0.075 mm及小于0.005 mm顆粒含量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3[4,6]。從表3中可見(jiàn)，兩河口水電站礫石土小于0.075 mm、小于0.005 mm顆粒含量均較同類工程高，心墻土料填筑對(duì)降雨的敏感性更強(qiáng)。該土料在壩址區(qū)干燥氣候條件下，土層表面水分蒸發(fā)較快；降雨引起土層表面含水率變化大。

表3 土料<0.075 mm及<0.005 mm顆粒含量對(duì)比數(shù)據(jù)表

(2) 兩河口2017年雨季周期長(zhǎng)、降水量增多，降雨情況超出了參建各方的預(yù)想，與投標(biāo)給出的有效施工天數(shù)對(duì)比明顯減少(見(jiàn)表2)，為按期完成心墻填筑任務(wù)增加難度。

(3) 據(jù)2017年雨季有效施工天數(shù)統(tǒng)計(jì)(詳見(jiàn)表2)可知， 11月降雨量0.4 mm，停工14 h。2017年3月26-27日，壩區(qū)當(dāng)日最大雨強(qiáng)為0.2 mm/min，日累計(jì)降雨量3.4 mm<5.0 mm，現(xiàn)場(chǎng)停工時(shí)長(zhǎng)達(dá)21.3 h。故DL/T5397-2007《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的“礫石土(摻和土)，日降雨量<5.0 mm照常施工；5～10 mm雨日停工[9]”不適用于兩河口水電站。

4 主要應(yīng)對(duì)措施

結(jié)合兩河口工程氣象及土料特性等特點(diǎn)，在主汛期來(lái)臨前，根據(jù)氣象降雨情況及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，及時(shí)對(duì)各項(xiàng)雨季施工措施進(jìn)行磨合落實(shí)，對(duì)存在問(wèn)題的及時(shí)進(jìn)行了調(diào)整改善，達(dá)到了最優(yōu)施工方案。

4.1 心墻填筑面施工措施

(1) 在礫石土心墻填筑面形成中間高、上下游低的“龜背”狀[8]，坡比控制在2%以內(nèi)(大于2%時(shí)將不利于碾壓施工)，以利于降雨時(shí)的排水[3]。

(2) 填筑面采用1/4倉(cāng)面快速輪換施工。

(3) 接觸性黏土遇水敏感性較高，左右岸接觸性黏土采用塑料薄膜覆蓋[3-4]，施工時(shí)揭開(kāi)、完成后及時(shí)覆蓋，并與兩岸蓋板混凝土緊貼，確保降雨時(shí)雨水沿塑料薄膜流下，再利用“龜背”將其排至上下游。

(4) 天氣預(yù)報(bào)人員在降雨來(lái)臨前30 min通知現(xiàn)場(chǎng)，在填筑面形成 “龜背”狀及接觸性黏土覆蓋的基礎(chǔ)上，采用18 t平碾對(duì)礫石土料進(jìn)行光面處理(已碾壓面刨毛后光面處理)[3,7,11]，兩河口水電站土料黏粒及粉粒含量均較同類工程高，因此采用平碾光面時(shí)易將土料壓實(shí)，更利于排水。

(5) 降雨后采用人工及時(shí)利用光面斜坡將雨水引排至反濾區(qū)以外，對(duì)反濾料1、反濾料2挖槽鋪塑料薄膜引排(防止部分土料細(xì)顆粒流入反濾區(qū)影響反濾效果)，對(duì)積水較多部位采用人工或小型抽水泵進(jìn)行清除[5]，接觸性黏土局部受雨水污染位置，采用挖除換填方式處理。

(6) 雨后復(fù)工嚴(yán)格執(zhí)行“雨后復(fù)工準(zhǔn)填證”制度，對(duì)填筑面進(jìn)行含水率及壓實(shí)度檢測(cè)(未碾壓面檢測(cè)含水率、已碾壓面檢測(cè)壓實(shí)度)，在確保施工質(zhì)量的前提下，為達(dá)到雨后快速?gòu)?fù)工提供保障。

4.2 天氣預(yù)報(bào)及分析

進(jìn)入雨季施工后，采用ACCU天氣預(yù)報(bào)軟件進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)[3]，但該預(yù)報(bào)軟件為短期天氣預(yù)報(bào)，同時(shí)受兩河口山區(qū)小區(qū)域突然降雨特點(diǎn)的影響，單純采用ACCU預(yù)報(bào)軟件不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需要，土料被雨水浸泡情況時(shí)有發(fā)生；為此，兩河口水電站引進(jìn)了甘孜州氣象雷達(dá)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)天氣觀測(cè)及預(yù)報(bào)，成立了心墻填筑天氣預(yù)判小組，請(qǐng)專業(yè)人士對(duì)預(yù)判小組人員進(jìn)行氣象云圖分析預(yù)判等培訓(xùn)，由專人負(fù)責(zé)向心墻及相應(yīng)施工區(qū)，通過(guò)QQ群傳達(dá)天氣情況、礫石土料快速壓光、接觸性黏土覆蓋及恢復(fù)施工等指令，經(jīng)過(guò)實(shí)踐施工區(qū)域的天氣預(yù)判準(zhǔn)確率已由前期的50%提高至93%(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際降雨與預(yù)報(bào)降雨次數(shù)統(tǒng)計(jì))，準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)為心墻填筑面各項(xiàng)措施的落實(shí)贏得了時(shí)間，確保了大壩心墻雨季填筑質(zhì)量及進(jìn)度。

4.3 輔助工程施工措施

土料開(kāi)采、制備及運(yùn)輸采取全過(guò)程控制，土料開(kāi)采、礫石土料摻拌及各心墻料運(yùn)輸均在晴天進(jìn)行，兩河口水電站汛前已提前備存10萬(wàn)m3礫石土成品料，并采用防雨布覆蓋保護(hù)[10]，以備雨季心墻高峰填筑所需。

(1) 土料開(kāi)采：為避免土料場(chǎng)料源含水率偏高，影響心墻正常填筑的情況，汛期土料場(chǎng)采用小范圍剝離、小范圍鑒定、小范圍開(kāi)采的方式。

(2) 礫石土料制備：摻和場(chǎng)仿效壩面施工措施，將各備料倉(cāng)底部設(shè)置4%左右的坡度(有利于排水)，各互層備料表面也將形成4%左右坡度，最后一層土料備料完成后采用18 t平碾進(jìn)行碾壓光面，確保雨水能夠有效排出。摻拌過(guò)程中的礫石土料及成品礫石土料料堆在降雨前，先采用反鏟進(jìn)行拍平處理，再采用防雨布進(jìn)行人工覆蓋[4]，汛期礫石土料摻拌均采用正鏟集中進(jìn)行，避免降雨前存在大范圍土料覆蓋的情況。

(3) 運(yùn)輸：土料及成品礫石土料運(yùn)輸過(guò)程中，必須采用防雨布全方位進(jìn)行覆蓋[2]，同時(shí)礫石土料上壩前必須進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)(含水率、級(jí)配)檢測(cè)工作，待各檢測(cè)項(xiàng)均合格后方可上壩填筑。

(4) 黏土及反濾料：接觸性黏土汛期不開(kāi)采，均為汛前開(kāi)采備存料，黏土備料倉(cāng)形成中間高四周低的倉(cāng)面，備存的接觸性黏土及已調(diào)水完成的成品料均采用防雨布進(jìn)行覆蓋；汛期反濾料提前生產(chǎn)直接堆存于提前設(shè)置的雨棚料倉(cāng)內(nèi)脫水，填筑時(shí)優(yōu)先使用雨棚料倉(cāng)內(nèi)的反濾料，并做好反濾料的生產(chǎn)、脫水及上壩倉(cāng)的循環(huán)作業(yè)，以確保雨季上壩反濾料滿足設(shè)計(jì)要求。

5 雨季施工效果檢查

為驗(yàn)證兩河口大壩心墻雨季施工質(zhì)量及各項(xiàng)措施的有效性，分別對(duì)心墻填筑3-11月份礫石土料鋪料厚度、壓實(shí)厚度、含水率、P5含量、壓實(shí)度及滲透系數(shù)等各項(xiàng)測(cè)量及試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

5.1 施工質(zhì)量

鋪料層厚：雨季施工期間心墻礫石土填筑最大層厚(松鋪)30 cm，最小層厚(松鋪)21 cm，平均層厚(松鋪)27.9 cm，滿足虛鋪厚度不大于30 cm的設(shè)計(jì)要求。壓實(shí)層厚：最大層厚(壓實(shí)))28.9 cm，最小層厚(壓實(shí))18 cm，平均層厚(壓實(shí))25.9 cm，滿足設(shè)計(jì)要求。具體數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表4。

正常施工時(shí)段及雨后復(fù)工時(shí)段礫石土料試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比詳見(jiàn)表5，經(jīng)成果分析，除部分雨后復(fù)工檢測(cè)含水率較大外(含水率偏上線、但滿足設(shè)計(jì)要求)，其余檢測(cè)結(jié)果均100%滿足要求(P5含量30%～50%、小于20 mm壓實(shí)度≥100%)[2]。

雨季期間開(kāi)展了室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)原位滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)成果詳見(jiàn)表6，檢測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 大壩心墻雨季填筑層厚測(cè)量成果表

通過(guò)測(cè)量及試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：2017年雨季降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、短時(shí)降雨強(qiáng)度高，但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的有序組織并采取相應(yīng)措施，保證了降雨時(shí)段與非降雨時(shí)段心墻土料試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的一致性，表明兩河口水電站雨季心墻填筑所采取的措施能夠滿足心墻填筑質(zhì)量要求。

5.2 施工進(jìn)度

結(jié)合兩河口水電站工程歷年氣象情況及投標(biāo)文件，對(duì)大壩心墻有效施工天數(shù)及心墻填筑上升高度進(jìn)行對(duì)比分析，詳見(jiàn)表7。

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)際較投標(biāo)有效施工天數(shù)減少45 d，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際心墻填筑上升高度卻較投標(biāo)高5.5 m，并提前36 d完成2017年年度目標(biāo)，充分體現(xiàn)了兩河口水電站大壩心墻2017年雨季施工所采取的措施是有效可行的。

表5 正常施工與雨后復(fù)工前礫石土檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比表

表6 室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)原位滲透試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表

表7 大壩心墻雨季填筑影響天數(shù)和上升高度對(duì)比表

6 結(jié) 語(yǔ)

兩河口水電站2017年3月份進(jìn)入雨季施工后，受氣象預(yù)報(bào)系統(tǒng)的局限性及現(xiàn)場(chǎng)雨季施工措施落實(shí)不到位的影響，心墻填筑土料不同程度受降雨影響。但經(jīng)過(guò)主汛期前的磨合，同時(shí)引進(jìn)甘孜州氣象雷達(dá)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)，進(jìn)入5月份主汛期后現(xiàn)場(chǎng)天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度提升，為現(xiàn)場(chǎng)雨季措施執(zhí)行落實(shí)提供有效時(shí)間，施工措施的落實(shí)得到大幅提升，有效改善了雨季施工質(zhì)量及進(jìn)度，在確保質(zhì)量的前提下提升施工進(jìn)度，順利并提前完成2017年年度目標(biāo)。實(shí)踐證明兩河口水電站2017年雨季施工方法是行之有效的。

兩河口水電站大壩壩面雨季施工采取“龜背倉(cāng)面、黏土覆蓋、精準(zhǔn)預(yù)報(bào)、及時(shí)傳遞、接報(bào)光面、雨季間斷施工、已達(dá)2 mm停施工、雨后晾干再檢查、合格以后再?gòu)?fù)工”的措施，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)成果表明，兩河口水電站大壩心墻2017年雨季填筑施工各項(xiàng)措施可行、有效、施工質(zhì)量整體受控，本工程大壩心墻2017年雨季施工經(jīng)驗(yàn)可供類似工程借鑒。