貴州某水庫樞紐工程大壩填筑施工技術(shù)分析

鄭鼎雄，孫 彪，劉田珂

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

近年來，為響應(yīng)國家脫貧攻堅的號召，貴州修建了大量的水利工程項目，為達(dá)到合理利用水資源的目的，減少水澇災(zāi)害，助力打贏脫貧攻堅戰(zhàn)。因此，隨著水庫工程項目數(shù)量的不斷增加，在水庫大壩填筑施工中，如何在保證工程質(zhì)量的前提下，控制項目投資成本，確保各項材料的充分利用，縮短工程建設(shè)工期，盡快使水庫實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益[1-2]。所以，在大壩建設(shè)中需要對當(dāng)?shù)貤l件進(jìn)行全面分析，明確大壩填筑施工的關(guān)鍵點(diǎn)，制定合理、可行的大壩填筑施工技術(shù)方案，才能從多領(lǐng)域、多角度提升水庫工程大壩的施工質(zhì)量，推動我國水利工程規(guī)范化發(fā)展[3]。本文以貴州某水庫混凝土面板堆石壩工程為例，對其大壩填筑技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程基本概況

貴州某水庫位于貴州省黔西南布依苗族自治州，河流為紅水河一級左支流桑郎河，屬珠江流域紅水河水系，正常蓄水位799.0m，正常蓄水位庫容為1141萬m3，總庫容為1205萬m3。該工程為Ⅲ等中型工程，工程任務(wù)為防洪、供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用，年供水量1045萬m3，灌溉供水量69萬m3，電站裝機(jī)容量2×27MW，多年平均發(fā)電量1620萬kw·h。

該水庫大壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高91.5m，壩頂高程801.50m，壩軸線長度258.66m，壩頂寬度10.0m，大壩上游面板坡比為1∶1.4，下游綜合壩坡1∶1.692。壩體填筑總量為172.14萬m3，包括上游面板鋪蓋料18.01萬m3、特殊墊層料7.86萬m3、擠壓邊墻0.66萬m3，過渡料10.02萬m3、(主、次)堆石料134.36萬m3和壩后干砌石護(hù)坡料0.94萬m3。

由建設(shè)合同工期可知，原計劃大壩填筑封頂時間為2023年4月29日、大壩上游鋪蓋施工時間節(jié)點(diǎn)為2024年4月28日。實(shí)際上，通過參建單位的合理組織和精誠合作，現(xiàn)場施工建設(shè)進(jìn)度大大提前，2022年4月15日主堆區(qū)填筑到安全度汛749.0m高程，具備了安全度汛條件，2022年8月28日填筑到壩頂高程800.5m，提前原定合同工期8個月完成大壩封頂。大壩主要施工進(jìn)度計劃見表1。

表1 大壩填筑主要施工進(jìn)度計劃

2 大壩填筑施工規(guī)劃

2.1 大壩分區(qū)分期填筑規(guī)劃

根據(jù)該水庫設(shè)計防洪度汛文件和施工組織，大壩填筑將分區(qū)分期進(jìn)行。壩體分區(qū)自上游至下游依次分為黏土鋪蓋區(qū)1A、石渣鋪蓋區(qū)1B、粉煤灰鋪蓋1C、墊層區(qū)2A、特殊墊層區(qū)2B、過渡區(qū)3A、主堆石區(qū)3B、次堆石區(qū)3C、下游干砌石護(hù)坡P區(qū)[4]。大壩填筑分4期進(jìn)行，分別為Ⅰ期：2022.01.01～01.20；Ⅱ期：2022.01.21～04.15；Ⅲ期：2022.04.16～08.28；Ⅳ期：2023.09.01～10.31。大壩分期填筑進(jìn)度計劃如圖1所示。

圖1 大壩分期填筑進(jìn)度計劃圖

2.2 大壩填筑施工準(zhǔn)備規(guī)劃

2.2.1施工道路

大壩填筑工程施工道路主要以左、右岸進(jìn)基坑道路以及壩后公路為主線，新修建兩條右岸料場至壩區(qū)的運(yùn)料公路。

2.2.2填筑料加水

結(jié)合本工程施工道路布置特點(diǎn)，為防止水流破壞路面，使車輛行走困難及打滑造成交通事故，上壩料加水采用壩外加水和壩面灑水相結(jié)合的方式進(jìn)行，壩外加水?dāng)M在料場附近，運(yùn)輸車輛經(jīng)加水站加水后再運(yùn)料上壩，上壩料在碾壓前進(jìn)行壩面灑水，施工過程中按壩外加水70%，壩面灑水30%。

2.2.3主要施工設(shè)備

本工程壩體填筑最高強(qiáng)度為21萬m3/月，最低強(qiáng)度(蓋重)為9萬m3/月，前期某時段施工強(qiáng)度達(dá)到1萬m3/天。前期施工強(qiáng)度大，后期施工強(qiáng)度小，前期配置的設(shè)備較多，度汛后減少。施工時投入30輛25t自卸汽車作為大壩填料運(yùn)輸，壩料挖裝投入9臺1.3～1.88m3反鏟挖掘機(jī)，壩面平料投入2臺推土機(jī)SD32推平堆石料，1臺B160C推土機(jī)推平墊層料和過渡料，投入3臺26t自行式振動碾進(jìn)行大壩填筑碾壓，液壓振動平板夯及沖擊式振動夯進(jìn)行邊角特殊部位碾壓，墊層料擠壓邊墻投入1臺BJY-40擠壓機(jī)進(jìn)行施工。

2.3 料源規(guī)劃

石料場位于壩址下游河灣地塊右岸，距離壩址約240m。大壩填筑過渡料、主堆石料、次堆石料和干砌石護(hù)坡料共151.31萬m3需從石料場開采，換算成自然方量為115.31萬m3，其中石方填筑和過渡料填筑量142.5萬m3，墊層料、特殊墊層料、擠壓邊墻填筑量8.62萬m3，石料場的規(guī)劃有用料儲量為自然方量180.4萬m3，考慮從料場開采的石料取實(shí)際用料的1.5倍，則需要開采自然方量173.25萬m3，料場有用料儲量180.4萬m3滿足實(shí)際開采需求。

3 大壩填筑施工

3.1 填筑施工參數(shù)

在大壩填筑施工中，為保障施工質(zhì)量，滿足大壩填筑施工技術(shù)要求，應(yīng)明確土方填筑碾壓施工技術(shù)中的關(guān)鍵參數(shù)[5]。因此，在大壩開始填筑之前，需要對壩體各分區(qū)填筑料進(jìn)行現(xiàn)場碾壓試驗，一方面是核實(shí)壩體填筑材料設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)的合理性，另一方面是確定現(xiàn)有的壓實(shí)機(jī)械達(dá)到設(shè)計填筑標(biāo)準(zhǔn)的壓實(shí)方法，包括沉降量、鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、干密度、孔隙率及灑水量等各項碾壓參數(shù)[6]。

根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗，得出大壩填筑施工參數(shù)見表2。

表2 大壩填筑施工參數(shù)

3.2 大壩填筑單元劃分

壩體從上游至下游的最大底寬約283.46m，壩軸線長258.66m，為了使大壩填筑各個工序盡量連續(xù)施工，填筑時將施工工作面劃分成若干個單元，形成獨(dú)立的施工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)施工模式[7]，提高壩面上各類施工機(jī)械的使用效率。

根據(jù)大壩填筑分期分區(qū)填筑規(guī)劃，大壩各期填筑依據(jù)填筑壩料劃分為A、B、C區(qū)，干砌石護(hù)坡獨(dú)立劃分為P區(qū)，各分區(qū)內(nèi)再根據(jù)不同施工條件劃分成多個施工單元，單元面積由現(xiàn)場施工情況進(jìn)行確定。各分區(qū)單元獨(dú)立施工，單元循環(huán)遵循一個單元在填筑，另一個單元在灑水碾壓，第三個單元再驗收，以此循環(huán)往復(fù)，緊密銜接，確保施工進(jìn)度。

3.3 測量控制

在填筑施工中，要對施工現(xiàn)場進(jìn)行測量，測量控制精度一般采取三級[8]。按照設(shè)計要求，在基面驗收合格之后，測量確定各填筑區(qū)的交界線，撒石灰線進(jìn)行標(biāo)識，兩岸巖坡上標(biāo)寫高程和樁號，墊層與過渡層交界線，過渡層與主堆石區(qū)交界線，每層上升均要進(jìn)行測量放樣，主次交界線、下游邊線可放寬到二至三層再進(jìn)行測量放樣。

3.4 壩體填筑單元施工程序

壩面填筑作業(yè)順序采用“先粗后細(xì)”法，即主堆石區(qū)→過渡層區(qū)→墊層區(qū)，結(jié)合大壩填筑單元的劃分，畫出壩體填筑單元施工工藝流程如圖2所示。

圖2 壩體填筑單元施工工藝流程圖

3.5 大壩填筑施工技術(shù)及方法

3.5.1主、次堆石料填筑

(1)填筑料：主堆石區(qū)料、次堆石區(qū)采用料場砂巖經(jīng)爆破而成，顆粒級配要求Dmax≤700mm，D<5mm含量為5%～20%，D<0.075mm含量≤5%。

(2)填筑料鋪攤：進(jìn)占法鋪料，采用80cm(壓實(shí)厚度)一層填筑施工，松鋪系數(shù)1.1，松鋪厚度不超過90cm，予以嚴(yán)格控制，利用定點(diǎn)測量方式或移動式標(biāo)桿解決超厚問題，對剛攤鋪的石料進(jìn)行初步靜碾封閉。

(3)壩內(nèi)灑水：在壩內(nèi)卸料，平料碾壓過程加水，加水量根據(jù)施工參數(shù)為10%。

(4)碾壓：碾壓應(yīng)沿著壩軸線進(jìn)行，采取靜碾2遍+振動碾壓8遍，為了防止不出現(xiàn)漏碾或超碾，用白石灰劃線分區(qū)碾壓，每區(qū)長度大于30m。當(dāng)相鄰兩段交接帶碾壓時，其碾跡應(yīng)相互搭接，垂直碾壓方向(橫縫)搭接寬度不小于0.3～0.5m，順碾壓方向(縱縫)搭接寬度不小于1.0～1.5m，且主堆區(qū)分段施工的橫向接頭采用不小于1∶3的斜坡搭接。

3.5.2過渡料填筑

(1)填筑料：過渡區(qū)料采用料場砂巖經(jīng)爆破而成，顆粒級配要求Dmax≤300mm，D<5mm含量為20%～30%，D<0.075mm含量≤5%。

(2)填筑料鋪攤：后退法鋪料，采用40cm(壓實(shí)厚度)一層填筑施工，松鋪系數(shù)1.1，松鋪厚度不超過45cm，予以嚴(yán)格控制，并且過渡料不得侵占墊層料的位置。

(3)壩內(nèi)灑水：在壩內(nèi)卸料，平料碾壓過程加水，加水量根據(jù)施工參數(shù)為10%。

(4)碾壓：碾壓應(yīng)沿著壩軸線進(jìn)行，采取靜碾2遍+振動碾壓8遍，振動碾在振動滾筒寬度的同一碾壓帶上進(jìn)退錯距碾壓。

3.5.3墊層料填筑

(1)填筑料：墊層料采用砂石料場砂巖經(jīng)砂石料破碎系統(tǒng)而成，顆粒級配要求Dmax≤80mm，D<5mm含量為30%～50%，D<0.075mm含量4%～8%。

(2)填筑料鋪攤：后退法鋪料，采用40cm(壓實(shí)厚度)一層填筑施工，松鋪系數(shù)1.1，松鋪厚度不超過45cm，予以嚴(yán)格控制，并且墊層料不得侵占特殊墊層料的位置。

(3)壩內(nèi)灑水：在壩內(nèi)卸料，平料碾壓過程加水，加水量根據(jù)施工參數(shù)為15%。

(4)碾壓：碾壓應(yīng)沿著壩軸線進(jìn)行，采取靜碾2遍+振動碾壓8遍。

3.5.4特殊墊層料填筑

(1)填筑料：特殊墊層料采用砂石料場砂巖經(jīng)砂石料破碎系統(tǒng)而成，顆粒級配要求Dmax≤40mm，無超徑，D<5mm含量為35%～50%，D<0.075mm含量4%～8%。

(2)填筑料鋪攤：后退法鋪料，然后用挖掘機(jī)整平，特殊墊層料鋪填厚度平均值為20cm。

(3)壩內(nèi)灑水：加水量根據(jù)施工參數(shù)為15%。

(4)碾壓：夯擊10遍。

4 大壩填筑質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量管理

為切實(shí)保證大壩填筑質(zhì)量，建立完善的大壩填筑質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，管理機(jī)構(gòu)由業(yè)主、監(jiān)理和總承包單位各參建方相關(guān)人員組成，嚴(yán)格執(zhí)行大壩填筑質(zhì)量的保證制度與措施，開工前召開技術(shù)交底會，施工期間每周召開質(zhì)量周會、質(zhì)量總結(jié)專題會以及執(zhí)行“三檢制”制度。同時，按照設(shè)計文件要求，監(jiān)理單位平行檢測和業(yè)主單位第三方檢測確保滿足要求檢測頻次，形成完善的質(zhì)量檢測體系。通過設(shè)置專職質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)，配備專職質(zhì)量檢測人員，建設(shè)完善的質(zhì)量檢測制度，確保工程質(zhì)量“合格率100%”。

4.2 質(zhì)量檢測

在大壩填筑過程中，嚴(yán)格按照《大壩填筑專項方案》、GBT 50123—2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》和SL 345—2007《水利水電工程注水試驗規(guī)程》的規(guī)范要求加強(qiáng)對壩體填筑的質(zhì)量檢測，主要檢測工程部位有特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)和主堆石區(qū)，檢測項目主要包括干密度、孔隙率、D<5mm顆粒含量、D<0.075mm顆粒含量[9]。

從大壩開始填筑到大壩封頂，每一個填筑施工單元都按照要求進(jìn)行質(zhì)量檢測，檢測結(jié)果都滿足設(shè)計要求，由于檢測數(shù)據(jù)較多，本文主要選取4個部位的某一段填筑高程的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

4.2.1特殊墊層區(qū)

特殊墊層實(shí)驗部位位于EL712.15m～EL715.55m高程，一次鋪料厚度為20cm，一共做十五次質(zhì)量檢測實(shí)驗。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗檢測報告可知，特殊墊層區(qū)D<5mm顆粒含量在36.6%～47%，D<0.075mm顆粒含量在4.2%～6.1%，干密度在2.22(g/cm3)～2.25(g/cm3)，孔隙率在16.7%～17.8%，均滿足設(shè)計要求。

通過整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，畫出特殊墊層區(qū)D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同實(shí)驗部位的實(shí)驗結(jié)果如圖3—4所示。

圖3 D<5mm和D<0.075mm實(shí)驗結(jié)果圖

圖4 孔隙率與干密度實(shí)驗結(jié)果圖

4.2.2墊層區(qū)

墊層區(qū)實(shí)驗部位位于EL711.75m～EL714.55m高程，一次鋪料厚度為40cm，一共做8次質(zhì)量檢測實(shí)驗。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗檢測報告可知，特殊墊層區(qū)D<5mm顆粒含量在40.6%～45.2%，D<0.075mm顆粒含量在4.6%～5.7%，干密度在2.22(g/cm3)～2.24(g/cm3)，孔隙率在17%～17.8%，均滿足設(shè)計要求。

通過整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，畫出墊層區(qū)D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同實(shí)驗部位的實(shí)驗結(jié)果如圖5—6所示。

圖5 D<5mm和D<0.075mm實(shí)驗結(jié)果圖

圖6 孔隙率與干密度實(shí)驗結(jié)果圖

4.2.3過渡區(qū)

過渡區(qū)實(shí)驗部位位于EL730.6m～EL738.2m高程，一次鋪料厚度為40cm，一共做16次質(zhì)量檢測實(shí)驗。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗檢測報告可知，特殊墊層區(qū)D<5mm顆粒含量在21.8%～26.5%，D<0.075mm顆粒含量在1%～2.8%，干密度在2.19～2.23(g/cm3)，孔隙率在17.4%～18.9%，均滿足設(shè)計要求。

通過整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，畫出墊層區(qū)D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率的在不同實(shí)驗部位的實(shí)驗結(jié)果如圖7—8所示。

圖7 D<5mm和D<0.075mm實(shí)驗結(jié)果圖

圖8 孔隙率與干密度實(shí)驗結(jié)果圖

4.2.4主次堆石區(qū)

主次堆石區(qū)實(shí)驗部位位于EL730.4m～EL737.6m高程，一次鋪料厚度為80cm，一共做9次質(zhì)量檢測實(shí)驗。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)驗檢測報告可知，特殊墊層區(qū)D<5mm顆粒含量在7.2%～10.9%，D<0.075mm顆粒含量在0.5%～1.1%，干密度在2.15～2.17(g/cm3)，孔隙率在19.6%～20.4%，均滿足設(shè)計要求。

通過整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，畫出墊層區(qū)D<5mm、D<0.075mm、干密度和孔隙率在不同實(shí)驗部位的實(shí)驗結(jié)果如圖9—10所示。

圖9 D<5mm和D<0.075mm實(shí)驗結(jié)果圖

圖10 孔隙率與干密度實(shí)驗結(jié)果圖

通過以上分析可知，干密度和孔隙率檢測具有實(shí)證性的特點(diǎn)，為了更具有說服力，每層每種壩料均進(jìn)行檢測[10]，檢測結(jié)果表明大壩填筑質(zhì)量可靠，達(dá)到了混凝土面板堆石壩填筑相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié)語

本文分析的壩體填筑施工技術(shù)已在該水庫工程中成功應(yīng)用，且相較計劃工期提前8個月完成大壩填筑，結(jié)合對連續(xù)6個月的壩體沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，大壩沉降趨于穩(wěn)定、收斂，滿足混凝土面板施工的要求，充分驗證了壩體填筑施工技術(shù)的科學(xué)性與合理性，對同類型相似工程建設(shè)具有指導(dǎo)、借鑒意義。但也有考慮欠妥之處，壩體填筑過程中，為了形成度汛臨時斷面，主堆石區(qū)與次堆石區(qū)未能整體同步填筑、碾壓，后壩坡干砌石也略滯后于壩體填筑碾壓，存在局部沉降觀測值反復(fù)變化，對大壩沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)造成了影響。因此，通過本文的分析與歸納，可以供其他學(xué)者對面板堆石壩填筑技術(shù)展開進(jìn)一步的研究。