府村川水庫(kù)均質(zhì)土壩分期導(dǎo)流、分期填筑施工技術(shù)

加 輝

（中國(guó)水電十五局三公司,陜西 咸陽(yáng) 712000）

1 工程概況

府村川水庫(kù)位于延安市甘泉縣道鎮(zhèn)五里橋村,壩址距河口8 km左右,距甘泉縣城25 km,距延安市60 km。水庫(kù)主要任務(wù)是向甘泉縣工業(yè)園區(qū)供水和道鎮(zhèn)應(yīng)急供水,多年平均年供水量340 萬(wàn)m3,水庫(kù)總庫(kù)容992 萬(wàn)m3,屬Ⅳ等?。?）型工程。水庫(kù)由均質(zhì)土壩、右岸溢洪道、左岸放水洞三部分組成。

大壩為均質(zhì)土壩,大壩頂高程為1044.0 m,壩頂寬7 m,最大壩高35 m,壩頂總長(zhǎng)433.0 m,壩底最大寬度197.5 m。大壩上游邊坡為1∶3,在高程1021 m處設(shè)寬2.0 m的馬道；下游邊坡為1∶2.5和1∶2,在高程1030 m和1015 m處設(shè)寬2.0 m的馬道,其中高程1015 m馬道為壩后排水堆石棱體平臺(tái)。壩體土方填筑工程量為112.57 萬(wàn)m3。

2 工程施工基本條件

壩址區(qū)多年平均氣溫8.9℃,最高氣溫38.8℃,最低氣溫-27.1℃；最大積雪深度18 cm,最大凍土深度83 cm；多年平均降水量540.4 mm,最大年降水量785.5 mm,最小年降水量312.1 mm,6 月～9 月占全年71.2%。

府村河徑流主要由降水形成,汛期主要由降水補(bǔ)給,枯水季節(jié)主要依靠地下水補(bǔ)給,徑流年際變化大,年內(nèi)分配不均。7 月～10 月徑流量占全年51%,12 月至次年2 月來(lái)水較少,占全年的14%。

洪水主要由暴雨形成。暴雨最早發(fā)生在4 月,最遲出現(xiàn)在10 月,量級(jí)和強(qiáng)度較大的暴雨一般發(fā)生在7 月～8 月。主汛期在當(dāng)年6 月～9 月；枯水期分為2 期,在當(dāng)年10月～次年5 月和當(dāng)年11 月～次年5 月。工程壩址分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 工程壩址分期設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果表 單位：m3/s

壩基長(zhǎng)382.0 m,由河床、漫灘、一級(jí)階地、二級(jí)階地四部分構(gòu)成。其中河漫灘高出河床0～2.0 m,寬90 mm～110 mm；一級(jí)階地高出河床4.6 m～6.0 m,寬50 m～140 m；二級(jí)階地高出河床7.0 m～11.0 m,寬11 m～160 m。壩基上部覆蓋層為壤土、黃土,厚2.5 m～7.8 m ；下部覆蓋層為砂礫石,厚2.5 m～7.8 m；壩基巖體為泥巖。

左、右岸壩肩斜坡高約70 m,主要由黃土斜坡和J2 砂巖夾泥巖組成。

3 問(wèn)題的提出

根據(jù)招投標(biāo)文件,府村川水庫(kù)計(jì)劃于2016 年11 月1 日開(kāi)工,2018 年10 月31 日完工,總工期24 個(gè)月。由于工程開(kāi)工滯后,水庫(kù)于2016 年12 月20 日正式開(kāi)工,比招標(biāo)文件計(jì)劃開(kāi)工日期推遲了50 天。開(kāi)工后,又由于建設(shè)單位無(wú)法及時(shí)提供工程永久和臨時(shí)征地,且由另一施工標(biāo)段新建的六府改線公路也剛開(kāi)工,社會(huì)車輛和行人仍要沿原六府公路從左壩基穿過(guò)后才能通行至上游村莊。故施工外圍條件、環(huán)境與合同條件已不相符,且發(fā)生重大變化,合同工期中的原控制性節(jié)點(diǎn)目標(biāo)已不能實(shí)現(xiàn)。如仍等六府改線公路施工完成、社會(huì)車輛改道通行后,再進(jìn)行河道截流、放水洞導(dǎo)流施工,合同工期將至少推遲1 年。因此,如何保證六府公路正常通行的同時(shí),按期完成河道截流、放水洞導(dǎo)流成為解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

為解決上述問(wèn)題,按期實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)總體目標(biāo),在充分論證并征得業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位同意后,我們調(diào)整了施工方案,將大壩分兩期進(jìn)行導(dǎo)流和填筑施工。

4 大壩分期導(dǎo)流

大壩原施工導(dǎo)流采用壩前圍堰一次擋水?dāng)嗔?放水洞過(guò)流的導(dǎo)流方式。根據(jù)工程實(shí)際情況,利用壩基長(zhǎng)382.0 m,壩底寬197.5 m的有利地形,將大壩導(dǎo)流分兩期進(jìn)行。

4.1 一期導(dǎo)流

一期導(dǎo)流為原河道過(guò)流。根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的水利計(jì)算成果和水文資料,在當(dāng)年汛前將河底拓寬至20 m,并沿河道左岸在左壩基填筑一條縱向圍堰,兼作庫(kù)區(qū)上游臨時(shí)交通道路,滿足20 年一遇洪水流量149 m3/s過(guò)流要求同時(shí),保證社會(huì)車輛和行人正常通行?？v向圍堰利用大壩開(kāi)挖土料填筑,堰頂高程為1016.7 m,堰頂寬7.5 m。沿堰體迎水面鋪設(shè)防滲土工膜,在堰底設(shè)1.5 m～3 m寬的防滲心墻。心墻開(kāi)挖至基巖面后采用粘土回填。堰頂路基為0.5 m厚砂礫石,路面為0.2 m厚泥結(jié)石。路面安裝C20 混凝土防撞墩、太陽(yáng)能路燈和高清監(jiān)控?cái)z像頭等安全防護(hù)設(shè)施?？v向圍堰標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1。

圖1 縱向圍堰標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

一期導(dǎo)流期間,主要進(jìn)行放水洞、大壩左右岸坡和左壩基開(kāi)挖、大壩左岸攔洪度汛高程1030 m以下壩體填筑施工。

4.2 二期導(dǎo)流

二期導(dǎo)流為放水洞導(dǎo)流,即六府改線公路施工完成且大壩截流后,采用壩前上游橫向圍堰擋水、放水洞導(dǎo)流。大壩截流后至第二年5 月,圍堰攔擋20 年一遇、洪水流量為149 m3/s的洪水。第二年進(jìn)入汛期后,大壩填筑至壩頂高程,放水洞過(guò)流,大壩攔擋50 年一遇、洪水流量為251 m3/s的洪水。

二期導(dǎo)流期間,主要進(jìn)行右壩基和河道開(kāi)挖、大壩右岸1030 m高程以下壩體填筑施工,待大壩左、右兩岸均填筑至1030 m高程后,最后進(jìn)行1030 m高程以上壩體填筑施工。

4.3 實(shí)際導(dǎo)流情況

府村川水庫(kù)受移民征地、六府改線公路進(jìn)度滯后等諸多外界因素影響,2017 年3 月1 日完成大壩左岸征地,2017 年5 月9 日左壩基縱向圍堰兼上游臨時(shí)交通道路完成并通車；2018 年4 月1 日完成上游毛家安土料場(chǎng)征地,2018 年4 月6 日左岸壩體開(kāi)始填筑；2018 年6 月2 日左岸放水洞全部完工；2018 年9 月30 日完成大壩上游橫向圍堰截流,放水洞過(guò)流。

即一期導(dǎo)流時(shí)段為2016 年12 月20 日至2018 年9 月30 日,原河道過(guò)流；二期導(dǎo)流時(shí)段為2018 年10 月1 日至2019 年5 月31 日,大壩上游橫向圍堰擋水,放水洞過(guò)流；2019 年6 月1 日進(jìn)入汛期后,大壩攔洪度汛,放水洞過(guò)流。

實(shí)踐證明,通過(guò)新修縱向圍堰兼上游臨時(shí)交通道路,將大壩分兩期進(jìn)行導(dǎo)流,保證了六府公路的正常通行,滿足了度汛要求,節(jié)約了工期。

5 大壩分期填筑

大壩分期填筑就是通過(guò)設(shè)置壩體橫向接縫,在高差允許范圍值內(nèi)將壩體分為左右岸兩期進(jìn)行填筑。即先完成左岸1030 m高程以下壩體填筑,大壩截流后,再進(jìn)行右岸1030 m高程以下壩體填筑。待左右岸均填筑至1030 m高程后,最后完成1030 m高程以上壩體填筑施工。

5.1 施工工藝流程

基礎(chǔ)面清理→測(cè)量放樣→壩橫接坡面處理→土料運(yùn)輸、攤鋪→土料碾壓→質(zhì)量檢測(cè)→下一層填筑

5.2 施工方法

（1）基礎(chǔ)面清理

壩體填筑前,將壩基和岸坡巖石面上的砂礫石、表面松散浮石、虛渣等清除干凈,使基礎(chǔ)面無(wú)雜物,無(wú)污垢,無(wú)積水?；鶐r面上的反坡、陡坎尖角,混凝土結(jié)構(gòu)面上的泥土、銹斑等不符合質(zhì)量要求的部位及時(shí)清理?；A(chǔ)面清理由人工采用掃帚、鐵鍬、洋鎬等工具配合輪式裝載機(jī)、液壓挖掘機(jī)完成?；A(chǔ)面清理完成、驗(yàn)收合格后進(jìn)行土料鋪填施工。

（2）測(cè)量放樣

在壩體輪廓外圍布置測(cè)量控制點(diǎn),利用GPS測(cè)量放樣。壩體填筑施工前,采用GPS測(cè)放出壩體上、下游的填筑邊線,由人工撒出白灰線標(biāo)示在基巖面上。壩體填筑施工中,一般壩體填筑平均每升高1.8 m進(jìn)行一次測(cè)量放樣,在壩面上放樣出大壩上、下游的填筑邊線,壩體橫向接坡面的削坡邊線,用白灰線和示坡樁在填筑面上標(biāo)示清楚,由液壓挖掘機(jī)自下而上按照設(shè)計(jì)坡比削坡。

（3）壩橫接坡面處理

左岸1030 m高程以下壩體填筑時(shí),采用1.2 m3挖掘機(jī)對(duì)壩橫接坡面進(jìn)行削坡,使坡比不陡于1∶3。右岸1030 m高程以下壩體填筑前,先用挖掘機(jī)將橫向接坡面上的表層干土挖除,使邊坡為新鮮土層,且開(kāi)挖后坡比仍不陡于1∶3。土料攤鋪時(shí),再用SD16 型推土機(jī)對(duì)坡面逐層進(jìn)行削坡,把接坡面開(kāi)挖成小臺(tái)階狀。每層臺(tái)階高度為35 cm,與每層土料虛鋪厚度一致。臺(tái)階每層水平寬度為1.05 m。推土機(jī)削坡示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 推土機(jī)削坡示意圖

覆蓋上一層土料前,采用灑水車對(duì)下層填筑土料和接坡面進(jìn)行灑水,減小鋪填土料含水率的損失。

（4）土料運(yùn)輸、攤鋪

土料由25 t自卸汽車?yán)\(yùn)至壩體回填區(qū),沿平行壩軸線方向進(jìn)占法卸料。土料卸料后先由推土機(jī)按照鋪土厚度進(jìn)行攤鋪。每層土料虛鋪厚度35 cm,攤鋪厚度采用人工插入鋼釬法檢測(cè)。土料攤鋪過(guò)程中,安排專人拾撿土料中的樹(shù)根、雜物。土料大面積攤鋪完后,再由XG31802 平地機(jī)對(duì)壩面土料進(jìn)一步平整。平地機(jī)平整時(shí),適當(dāng)調(diào)整刮土深度,使壩面中央略高于上、下游,便于雨水排泄。為保證壩體壓實(shí)質(zhì)量,土料攤鋪邊線一般超出壩體設(shè)計(jì)填筑邊線1.0 m寬。

大壩岸坡巖石面和壩橫接坡面的土料攤鋪,均由人工配合機(jī)械薄層鋪填,每層土料虛鋪厚度20 cm左右,攤鋪土料含水率按照最優(yōu)含水率的+1%～+3%控制。

（5）土料碾壓

土料碾壓采用22 t自行式凸塊振動(dòng)碾,平行壩軸線進(jìn)退錯(cuò)距法進(jìn)行碾壓。碾壓時(shí)控制行車速度,一般為2 km/h～3 km/h。碾壓遍數(shù)為8 遍,先靜碾2 遍,再振動(dòng)碾壓6 遍。壩體巖石岸坡和局部碾壓不到的邊角部位,人工采用HW60 A蛙式打夯機(jī)壓實(shí)。

壩橫接坡面的土料碾壓,采用22 t自行式凸塊振動(dòng)碾進(jìn)行騎縫碾壓。碾壓示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 騎縫碾壓示意圖

（6）質(zhì)量檢測(cè)

壩體每層土料碾壓完畢后,質(zhì)檢人員按1 次/（200 m3～500 m3）采用環(huán)刀法進(jìn)行檢測(cè),壓實(shí)度不小于0.96。在岸坡邊角、壩橫接合面上的取樣,按照每層不少于3 次的頻率進(jìn)行,壓實(shí)度仍為不小于0.96。碾壓區(qū)取樣檢測(cè)合格后,進(jìn)行下一層土料填筑。

5.3 大壩填筑情況

左岸壩體填筑施工時(shí)段為2018 年4 月6 日至2018 年10 月17 日,歷時(shí)195 天（扣除阻工、雨天等停工天數(shù),有效施工天數(shù)為101 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m壩體土方填筑40.84 萬(wàn)m3。

右岸壩體填筑施工時(shí)段為2018 年10 月22 日至2019 年5 月13 日,歷時(shí)204 天（扣除冬休、雨天等停工天數(shù),有效施工天數(shù)63 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m壩體土方填筑49.21 萬(wàn)m3。

大壩左、右岸分期填筑至1030.0 m高程后,壩體開(kāi)始全斷面填筑施工。壩體全斷面填筑從2019 年5 月13 日開(kāi)始至2019 年6 月30 日完成,歷時(shí)48 天（扣除雨天停工天數(shù),有效施工天數(shù)38 天）,完成了高程1030.0 m～1044.0 m間壩體土方填筑22.51 萬(wàn)m3。

6 大壩施工質(zhì)量情況

右岸壩體填筑期間,對(duì)壩橫接坡面使用環(huán)刀法進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)共252 次,其中含水率最大值為18.5%,最小值為17.3%；干密度最大值為1.78/cm3,最小值為1.72 g/cm3,壓實(shí)度全部大于0.96,質(zhì)量檢測(cè)全部合格。

大壩填筑完成后, 2019 年7 月至9 月期間共對(duì)壩體進(jìn)行3 次變形觀測(cè)（每月/1 次）。通過(guò)對(duì)壩體變形觀測(cè)點(diǎn)的測(cè)量及數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)壩體在縱、橫方向未發(fā)生位移,大壩豎向位移沉降最大值為0.04 m,且最大豎向位移發(fā)生在壩體河床段壩頂部位,為壩體高度的1/1000,該值小于壩頂預(yù)留沉降超高的工程經(jīng)驗(yàn)1%壩高。

7 結(jié)語(yǔ)

府村川水庫(kù)均質(zhì)土壩通過(guò)分期導(dǎo)流、分期填筑施工,促進(jìn)了工程總體施工進(jìn)度。在壩體分期填筑施工中,通過(guò)采取一系列技術(shù)措施,保證了接坡面的施工質(zhì)量,有效消除了均質(zhì)土壩在壩橫分縫處產(chǎn)生的不均勻變形,為類似工程施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。