蘇阿皮蒂大壩邊坡開挖程序調(diào)整技術(shù)研究

朱 丹，黨曉明，陳鉉文

(中國水利電力對(duì)外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水利樞紐位于幾內(nèi)亞西部、Konkoure河中游，距離首都科納克里135 km，工程規(guī)模為一等大(I)型。碾壓混凝土重力壩由左右岸擋水壩段、發(fā)電引水壩段、導(dǎo)流底孔壩段、泄流底孔壩段及溢流壩段組成，壩軸線長1 164 m，壩頂高程215.5 m，最大壩高120 m，正常蓄水位210 m；發(fā)電廠房位于左岸發(fā)電引水壩段壩后，共安裝4臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量450 MW。

壩址區(qū)河谷相對(duì)開闊，形態(tài)呈現(xiàn)不對(duì)稱的“U”形；河谷底寬200～350 m，地貌上屬于低山丘陵區(qū)。兩岸山體雄厚，山脊多呈渾圓狀，壩址區(qū)植被繁茂，覆蓋層分布廣泛，局部基巖出露，壩基巖體主要為輝綠巖和砂巖。兩岸岸坡天然坡度一般為12°～25°，局部達(dá)到40°，壩址區(qū)原始地形左岸整體坡比為1∶3.5左右，右岸整體坡比為1∶3左右。岸坡表層主要為紅土、鐵帽、孤石，壩基巖層分布自上而下為輝綠巖、砂巖、輝綠巖。

大壩土石方開挖總量405萬m3，其中左岸邊坡171.3萬m3，開挖總高度170 m，右岸邊坡175.7萬m3，開挖總高度179 m；設(shè)計(jì)土方開挖邊坡坡度為1∶1.5，石方開挖邊坡坡度為1∶0.3～1∶0.5。

1 施工背景

蘇阿皮蒂水利樞紐項(xiàng)目于2016-01-20日與幾內(nèi)亞能源水利部簽署了EPC總承包合同，總工期為58個(gè)月，開工日期為2016-04-01日；項(xiàng)目實(shí)施策劃、施工設(shè)計(jì)和前期各項(xiàng)準(zhǔn)備工作的時(shí)間非常短。按照合同要求，大壩分一期左岸、二期右岸兩期施工，大壩左岸邊坡開挖及一期圍堰、右岸導(dǎo)流明渠等施工應(yīng)在2017-01-31日前完成，大壩右岸邊坡開挖及二期圍堰、左岸導(dǎo)流底孔等施工應(yīng)在2018-01-31日前完成。大壩左岸一期混凝土自2017-05-01日開始澆筑，右岸二期混凝土自2018-04-16日開始澆筑，并于2020-06-30日完成所有土建工程施工，混凝土總量354萬m3。

簽署合同時(shí)只有可研階段數(shù)量較少的設(shè)計(jì)文件，并且可研階段壩址區(qū)僅布置了5個(gè)勘探孔，鉆孔總深度只有520.1 m，對(duì)壩址區(qū)地質(zhì)情況的勘探和推測必然存在盲區(qū)，極大可能存在大壩基礎(chǔ)實(shí)際開挖面高程與可研階段確定的高程不相符的情況，這也是國際工程普遍存在的地質(zhì)勘探粗淺帶來的問題。

2016年2月至6月完成補(bǔ)充勘察外業(yè)工作，2016年10月初完成大壩左、右岸邊坡開挖圖紙的初步設(shè)計(jì)，并于2016年11月初完成修改版開挖圖紙的設(shè)計(jì)，大壩下游壩面按1∶0.75坡比進(jìn)行設(shè)計(jì)。

可研階段大壩下游壩面設(shè)計(jì)坡比為1∶0.8，但根據(jù)輝綠巖骨料、同等類型工程實(shí)例等方面分析認(rèn)為可優(yōu)化到1∶0.7。但前期設(shè)計(jì)受較多因素影響，大壩結(jié)構(gòu)圖施工完成時(shí)間較晚，最終壩體斷面確定時(shí)間較長。經(jīng)過多次分析討論，在修改版開挖圖提供的同時(shí)，于2016年11月初確定大壩壩基開挖暫按大壩下游坡比1∶0.71的原則反推開口線開挖，大壩左岸邊坡實(shí)際具備開挖條件的時(shí)間為2016年11月初。

大壩左岸邊坡土石方開挖施工正式開始時(shí)間為2016-11-02日，此時(shí)間較投標(biāo)階段計(jì)劃已滯后5個(gè)月。根據(jù)合同節(jié)點(diǎn)要求，大壩左岸一期圍堰施工完成時(shí)間為2017-01-31日，意味著最遲將在2017年2月開始一期左岸基坑開挖施工。而大壩左岸邊坡土石方開挖總量為171.3萬m3，若采用自上而下開挖程序，開挖時(shí)間只有3個(gè)月左右，月開挖強(qiáng)度將達(dá)57萬m3；且存在邊坡頂部只能翻渣開挖、岸坡土方中摻雜大孤石較多、資源配置不易及時(shí)到位等影響因素，不利于大型設(shè)備布置，開挖強(qiáng)度也難以通過增加設(shè)備數(shù)量來提高，在3個(gè)月左右時(shí)間內(nèi)不可能完成左岸邊坡的全部開挖施工。因此為保證后續(xù)施工進(jìn)度滿足計(jì)劃要求，必須要解決因前期各種因素導(dǎo)致開挖工期耽誤的難題。

2 開挖程序調(diào)整做法

鑒于上述開挖工期延誤的原因，為保證大壩混凝土能按時(shí)澆筑，必須在保證安全的前提下首先開挖完成河床部位，這就與常規(guī)的自上而下的開挖發(fā)生矛盾。

首先對(duì)左岸邊坡地形、設(shè)計(jì)開挖特點(diǎn)進(jìn)行了研究。左岸邊坡頂部開口高程為SMK277，至河床最大開挖高度170 m，但岸坡整體坡度較緩，坡比約為1∶3.5；大壩左岸SMK144.5-SMK147高程之間設(shè)計(jì)建基面在壩軸線方向長度為173.9 m，為一較長平臺(tái)段。通過對(duì)上述兩方面有利特點(diǎn)的分析，在對(duì)開挖道路布置、安全防護(hù)措施以及與一期左岸混凝土施工相互關(guān)系等因素充分分析論證的基礎(chǔ)上，最終確定大壩左岸邊坡采用自下而上的開挖程序。首先從左岸邊坡中間高程部位臨時(shí)開口下挖，將左岸邊坡下部先開挖至基坑高程，再進(jìn)行左岸上部邊坡開挖的方式。自下而上開挖程序見圖1所示。

圖1 大壩左岸邊坡自下而上開挖程序示意圖

大壩左岸建基面SMK144.5-SMK147高程平臺(tái)設(shè)計(jì)長度為173.9 m，自平臺(tái)右側(cè)SMK144.5高程向上反推左側(cè)臨時(shí)開口線至SMK194.7高程，因砂巖及紅土穩(wěn)定性相對(duì)較好，臨時(shí)邊坡均按1∶1坡比開挖，每級(jí)邊坡高度控制在15～20 m，每級(jí)邊坡之間設(shè)置馬道，并加寬SMK164高程馬道寬度，作為通向壩前的臨時(shí)施工道路，臨時(shí)開挖斷面見圖2。上下游側(cè)永久邊坡出露部分按設(shè)計(jì)坡比進(jìn)行永久開挖。

圖2 大壩左壩肩臨時(shí)開挖斷面示意圖

反推臨時(shí)開口線確定后，在現(xiàn)場進(jìn)行測量放樣，自左岸邊坡SMK194.7高程開始向下開挖。此時(shí)遵循從上到下的開挖程序，先修筑各級(jí)施工道路，再對(duì)開挖范圍內(nèi)土石方從上到下開挖。土方開挖采用自上而下、分層開挖的方式，采用分層下臥平推法，施工機(jī)械經(jīng)施工便道進(jìn)入工作面直接挖裝；土方中夾雜的大孤石進(jìn)行集中解爆處理，石方開挖自上而下分層爆破開挖，開挖爆破參數(shù)見表1。在開挖至SMK164高程馬道形成后，在馬道外側(cè)設(shè)置擋渣坎，保證邊坡下部開挖時(shí)人員和機(jī)械的施工安全。

表1 石方爆破開挖參數(shù)表

自左岸邊坡中間部位臨時(shí)開口向下開挖至左岸一期基坑部位，完成時(shí)段為2016年11月至2017年3月，完成開挖量73.3萬m3，最高月開挖強(qiáng)度為24.9萬m3。

在左岸一期基坑開挖完成后，再進(jìn)行左岸上部邊坡土石方的開挖施工。在開挖至SMK194.7高程臨時(shí)開口線附近時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場安全管理，SMK164馬道處臨時(shí)道路禁止通行；在進(jìn)行SMK164以下剩余部分開挖時(shí)，根據(jù)道路布置條件，采用從右向左開挖出渣的方式，直至完成剩余部分開挖。在左岸上部后挖部分開挖至最終設(shè)計(jì)高程SMK144.5時(shí)，一期基坑混凝土施工高程還未達(dá)到SMK144.5高程，且滿足爆破安全距離要求，相互之間也未產(chǎn)生干擾。

左岸邊坡上部開挖完成時(shí)段為2017年4月至2018年4月，完成開挖量98萬m3，最高月開挖強(qiáng)度為24.4萬m3。

在左岸邊坡開挖過程中，注重臨時(shí)施工道路的合理布置。首先形成左岸上壩道路，通過修建各支路可以到達(dá)每一個(gè)開挖面，并在開挖區(qū)域內(nèi)布置多條臨時(shí)道路，在不同分層高程同時(shí)進(jìn)行開挖施工，岸坡較緩時(shí)最多同時(shí)在4個(gè)連續(xù)開挖分層上進(jìn)行開挖施工。對(duì)土方部分采用反鏟開挖及推土機(jī)集料的方式，以大壩壩基開挖區(qū)域?yàn)橹行南蛏舷掠蝹?cè)分別布置出渣道路，也有效地提高了開挖強(qiáng)度。

通過大壩左岸邊坡自下而上開挖程序的成功實(shí)踐，為減少雨季對(duì)開挖的影響，在大壩右岸邊坡開挖時(shí)，也對(duì)開挖程序進(jìn)行了調(diào)整，在右岸邊坡頂部開挖施工的同時(shí)，進(jìn)行中部以下部分的開挖。大壩右岸建基面SMK133高程平臺(tái)設(shè)計(jì)長度為89.5 m，以SMK133平臺(tái)右側(cè)邊處向上反推臨時(shí)開口線開始中部以下部分開挖；右岸邊坡中部至河岸高程部分開挖先于右岸上部邊坡完成，并且在二期截流前完成，為二期基坑的開挖提前創(chuàng)造了有利條件。

3 結(jié) 語

蘇阿皮蒂水利樞紐項(xiàng)目大壩邊坡開挖在保證施工安全的前提下，利用有利地形條件，采用下層、中層、上層多層錯(cuò)峰或同時(shí)開挖的施工程序，首先解決了因前期各種因素導(dǎo)致開挖工期延誤的難題，其次降低了開挖強(qiáng)度，保證了大壩基礎(chǔ)混凝土按期澆筑。