阿爾塔什大壩填筑砂礫石料高強度開采施工技術(shù)

(中國水利水電第五工程有限公司第三分局，成都，610066)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程是新疆葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，擋水壩為混凝土面板砂礫石-堆石壩，壩高164.8m，大壩填筑總量約為2494萬m3。上游主堆石區(qū)采用砂礫石料，填筑量約為1227萬m3，大壩有效施工時段31個月。壩殼填筑采用C3料場砂礫石料，要求砂礫料最大粒徑Dmax≤600mm，小于5mm含量13%～25%，級配連續(xù)。

葉爾羌河徑流組成除包括有少部分泉水和低山區(qū)季節(jié)性積雪、降雨補給外，冰川消融是其主要補給源，徑流年際變化不大，但洪峰變化甚大，時常發(fā)生一種難以預(yù)測不定期的突發(fā)性洪水。砂礫石料場沿葉爾羌河呈彎曲的條帶狀分布，面積為295.6萬m2，砂礫石料場大部分位于河漫灘，并受河水漲落影響，地下潛水位埋深淺，平枯水期地下水埋深1m～4m，7、8月份洪水期均位于水下，十分不利于開采。

2 料場復(fù)勘

2.1 復(fù)勘規(guī)劃及方法

復(fù)查勘探在料場用探坑方式進行，對料場地形復(fù)測成圖后進行探坑布置，探坑采用100m×100m網(wǎng)格，反鏟開挖。探坑完成后逐一進行地質(zhì)編錄描述，并按規(guī)范取樣分析。

2.2 料源質(zhì)量評價

通過復(fù)勘，C3料場砂礫石料顆粒級配成果見表1。

表1 砂礫石料顆粒級配成果統(tǒng)計

復(fù)勘成果表明：C3砂礫石料場基本滿足相應(yīng)級配要求。

2.3 料場儲量評價

C3料場主要探槽成果見表2。

表2 探槽主要指標(biāo)平均值統(tǒng)計

由于C3料場面積大，采用平均厚度法進行儲量計算，復(fù)勘儲量成果見表3。

表3 復(fù)勘主要成果匯總

規(guī)范要求料場可開采量及可利用開挖量之和與壩體填筑量的比值：砂礫料水上宜為1.5～2.0、水下宜為2.0～2.5。C3料場砂礫石料可開采量為1671.83萬m3，壩體砂礫石填筑量提供1052萬m3，砂礫料天然平均干密度為2.06g/cm3，設(shè)計壓實干密度約為2.35g/cm3。有用料儲量和壩體砂礫石填筑量比值為：(1671.83×2.06/2.35)/1052=1.39∶1。

根據(jù)規(guī)劃結(jié)果，C3料場查明儲量為填筑需用量的1.39倍，根據(jù)規(guī)范結(jié)合現(xiàn)場實際情況，料場為水上、水下混合開采，應(yīng)規(guī)劃儲量宜為2.0倍較合理。施工規(guī)劃時考慮備用料場，備用料場C4設(shè)計地質(zhì)儲量1000萬m3。因此，本工程砂礫石料源有足夠保證規(guī)劃，施工控制重點在于保證施工強度和開采的經(jīng)濟性。

3 開采規(guī)劃

3.1 規(guī)劃原則

為確保料場開采進度和質(zhì)量滿足要求，料場開采時遵循以下原則：

(1)合理安排洪枯采區(qū)原則：考慮葉爾羌河河流枯、汛期，合理安排開采范圍，保證汛期砂礫石料正常開采。

(2)就近取料原則：合理利用已有砂礫石料場條件，在滿足壩體質(zhì)量爭取最大經(jīng)濟效益的情況下，優(yōu)先選擇開采區(qū)較近、開采條件較好區(qū)域進行開采。

(3)減少水下開挖原則：枯期為汛期施工創(chuàng)造條件，改善河道過流條件，減小水下開挖工程量。

(4)資源配置合理原則：合理配置資源設(shè)備，確保料場開采強度滿足大壩填筑進度需求。

3.2 開采規(guī)劃方案

根據(jù)砂礫石料場土石方平衡計算，確定分期規(guī)劃開采強度，壩體砂礫料填筑各期需開采工程量見表4。

表4 大壩填筑分期與料場開采強度統(tǒng)計

大壩砂礫石填筑量為1227萬m3(上游C1料場開采100萬m3(汛前開采)、二次利用75萬m3(汛期開采))、C3料場開采1052萬m3)，C3料場開采自然方約1272萬m3，料場開采分區(qū)見圖1。

圖1 C3砂礫石料場開采分區(qū)

大壩砂礫石填筑料料源及開采時段規(guī)劃見表5。

表5 料場分區(qū)開采細(xì)部規(guī)劃

3.3 分期開采規(guī)劃

針對特殊季節(jié)性水位變化條件下河道砂礫石料高強度開采特點，主要以保證汛期大壩砂礫料正常填筑為前提條件，對砂礫石料場開采順序、開采方式以及水下開采料源級配質(zhì)量控制方面進行調(diào)整和分析。C3料場主河床靠右岸，為了保證汛期大壩填筑連續(xù)施工，C3料場分二期進行規(guī)劃開采。分期主要是解決水流分配，包括兩個方面：一是降低水位，減少水下料開采；二是汛期施工，滿足汛期河道分流，保證不同水位條件下持續(xù)開采。C3料場分期開采布置見圖2。

圖2 C3料場分期開采布置

河道疏浚開采時段2016年4月至2016年6月，此時段C3料場開采量較少，為20萬m3，其余上壩料主要充分利用上游C1料場進行開采上壩。

C3料場一期開采時段2016年7月至2017年12月，開采量868萬m3。

C3料場二期開采時段2018年3月至2019年4月，開采量386萬m3。

3.3.1 河道疏浚治理

為減小河道流水對大面積開采面開挖及道路運輸影響，治理的主要原則是利用河床砂礫石料，將各個支流處攔截、阻斷，將疏通時產(chǎn)生砂礫料集中堆放至右側(cè)，并形成簡易防洪堤(兼施工道路)，將支流河道河水引至右岸主河道。

3.3.2 一期(左岸及右岸先鋒槽)

河道疏浚后，2016年汛期主要開采C3料場左岸灘地地勢較高區(qū)域及料場下游河床寬廣區(qū)域，汛后同步進行右岸先鋒槽開采。先鋒槽布置于河床右岸，開挖寬度100m、深度6m，過水面積600m2，可保證2017年汛期持續(xù)開采要求。

3.3.3 二期(右岸區(qū)域及左岸導(dǎo)流渠)

二期緊緊圍繞“左岸導(dǎo)流、安全度汛、持續(xù)開采”的原則，2018年汛前在左岸形成導(dǎo)流渠，并進行料場導(dǎo)截流施工，將河流引流到河床較低的部位。同時修復(fù)右岸上壩道路，可持續(xù)在右岸區(qū)域進行高強度開采。

4 施工方法與施工質(zhì)量評價

4.1 施工工藝

砂礫料按照“自下而上、分區(qū)開采”的原則進行后退法開采。按200m長度區(qū)域設(shè)置一開采面，循環(huán)開采。每個工作面分別布置2～4臺1.6m3液壓反鏟按照“自河床向岸坡、自下游向上游、分段分層開挖”的施工順序進行施工，相鄰層開采面距離≤30m。分層厚度按照水上開采厚度2.5m，水下開采深度2.0m進行控制，開采過程中兩側(cè)邊坡坡比為1∶1。開采施工方法示意詳見圖3。

圖3 開挖施工方法示意

4.2 水下質(zhì)量保證措施

水下開采過程中細(xì)骨料容易損失，造成骨料顆粒級配不滿足要求，需要進行梯段式開挖，采取優(yōu)先開采先鋒槽和設(shè)置降水槽等措施使水位下降至第二開挖梯段機械可作業(yè)面以下。主要有以下幾種形式：

(1)利用天然河道坡降法：從遠(yuǎn)至近進行先鋒槽開采，利用天然坡降將滲水從開采面直接排走，減小地下水匯聚對開采質(zhì)量的影響。

(2)先鋒槽法：料場前期開采時，疏通下游先鋒槽，疏通寬度按照10m左右控制，利用先鋒槽開采時排出地下水。

(3)強排水法：對部分地下水滲水較大區(qū)域，為保證開采質(zhì)量，增加部分大功率水泵，采取強排水的方式輔助排水。

4.3 高強度保證措施

(1)交通保證措施：根據(jù)料場分布范圍、地形條件以及汛期料場水位情況，C3料場布置多條主線道路，設(shè)置2座跨度為12m的簡易鋼橋、1座跨度為15m的涵管便橋，以提高運輸車輛效率。

(2)設(shè)備保證措施：料場挖裝設(shè)備采用PC450、PC400液壓反鏟，PC450(2.0m3)反鏟單機產(chǎn)量5.0萬m3/月，PC400(2.0m3)反鏟單機產(chǎn)量4.2萬m3/月，采用大型開挖設(shè)備，形成高效綜合生產(chǎn)能力。高峰期時，料場布置12臺PC450液壓反鏟、10臺PC400液壓反鏟、132輛20t自卸車。

(3)開采面保證措施：在規(guī)劃開采區(qū)域內(nèi)，分區(qū)同步開采，根據(jù)劃分區(qū)域大小，合理配置資源設(shè)備，減少相互干擾。采區(qū)內(nèi)最多同時布置五個開采面，單日最大開采強度3.9萬m3。

4.4 安全質(zhì)量控制措施

(1)覆蓋層清理機械采用SD32推土機進行，清除厚度比覆蓋層厚度多10cm，以保證開采料質(zhì)量。

(2)在開挖到距夾層深度約10cm距離處，停止開挖裝車，對夾層的無用料進行開挖清除。

(3)在料場砂礫石料開采過程中對于裸露或覆蓋層中出露的部分大孤石，就近回填至已開挖完成的區(qū)域內(nèi)。

(4)汛期存在超標(biāo)洪水情況，水位陡漲陡落，超標(biāo)洪水期間，停止開采，待高峰洪水消退后恢復(fù)施工。

(5)臨水作業(yè)所有人員(包括各機械工種)要求穿戴救生衣，設(shè)專人指揮，臨水作業(yè)必須滿足臨邊2m的安全距離，以防止臨水邊坡塌陷而發(fā)生安全事故。

4.5 施工質(zhì)量檢測與評價

砂礫石料壩面填筑施工工藝：采用SD32推土機平料，鋪土后80cm，加水量10%，32t自行式振動碾碾壓10遍，壓實檢測頻次按1次/(1000m3～5000m3)。大壩填筑已完成工程部分取樣檢測結(jié)果見表6。

表6 大壩填筑面質(zhì)量檢測成果

填筑檢測成果表明：砂礫料填筑質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

阿爾塔什C3料場砂礫石料開采重點是水位控制，盡量保證干地施工，可確保施工強度和料源質(zhì)量。通過料場季節(jié)性開采規(guī)劃，設(shè)置先鋒槽、導(dǎo)流槽與水泵抽水等措施，解決了季節(jié)性水位變化條件下河道砂礫石料高強度、質(zhì)量控制技術(shù)難題，砂礫石質(zhì)量滿足要求，填筑質(zhì)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。截止2018年9月底完成砂礫石料填筑1180萬m3，占壩體填筑總量的45.3%。料場經(jīng)三年汛期的考驗，均能實現(xiàn)汛期砂礫石料場高強度開采，期間平均月開采強度為60.5萬m3，并于2017年4月創(chuàng)造了壩體單月填筑強度171.51萬m3的國內(nèi)填筑記錄。

C3砂礫石料場成果應(yīng)用的經(jīng)驗表明，開采規(guī)劃布置是解決大型砂礫石料場開采質(zhì)量、強度的關(guān)鍵。其核心與要點在于做好料場復(fù)查與開采規(guī)劃，難點在于水位控制。阿爾塔什C3料場滿足大壩砂礫石料場開采用量需要，未啟用C4料場，說明針對C3料場的開采規(guī)劃及實施技術(shù)措施是有效的，保證了施工質(zhì)量的可靠性和施工的經(jīng)濟性。