庫區(qū)壩坡水下拋石施工方法探討

趙麗曉 石 泰

水下拋石法是指通過機械或人工拋投塊石、卵石等人工或天然石料，在指定區(qū)域堆砌形成符合設計要求的結(jié)構(gòu)(鋪砌體)，并使之具備某種特定功能的一種施工方法。該工法主要適用范圍為拋石保護堤腳、防洪搶險、拋石筑堤、拋石保護橋基及拋石保護凍土地區(qū)鐵道路基等。本文將水下拋石法應用于水庫壩坡的壓重固腳，通過對水下拋石施工方法的技術(shù)經(jīng)濟對比分析，最終確定一種效率高、安全操作性好，實際效果完全達到預期目的的施工方案。

1. 工程背景

北方山區(qū)某水庫自建成運行至今已有50余年，經(jīng)大壩安全鑒定，其主壩上游壩坡抗滑不滿足規(guī)范要求，需對其進行加固處理?；录庸淘O計的基本準則是減少滑動力和增加抗滑力，一般處理措施有開挖回填、放緩壩坡、壓重固腳、增加防滲設施及排水設施等。由于引起該水庫主壩上游壩坡抗滑失穩(wěn)的主要原因是黏土斜墻抗剪強度較低，經(jīng)比較采用壓重固腳的措施可迅速提高壩坡的抗滑安全性。故對大壩上游壩坡的加固方案確定為：沿壩軸線方向拋(堆)石長度為壩長209m，施工水位220.0m以下至壩腳 (壩腳高程為207.0m)拋填塊石，拋石寬度 45.5m，坡比 1:3，拋石總量 2.13萬 m3；水面以上至一級馬道229.0m人工堆石，坡比1:3，堆石頂寬2.0m，堆石總量0.79萬m3，由此形成壓重固腳體。

2. 施工方案

借鑒堤防工程中拋石法對岸坡水下部分進行防護的常用工法，結(jié)合本次庫區(qū)壩坡特點及施工條件，對水下拋石施工提出以下3種可行方案：

2.1 拋石船施工

采用一般堤防工程拋石護岸慣用設備——拋石船，本方案作如下設計：根據(jù)水下拋石范圍209m×45.5m(順壩軸線向×垂直壩軸線向)，按20m×15m(長×寬)劃分拋石網(wǎng)格單元，用以控制拋投量和拋投均勻性；選用一艘40m×15m(長×寬)的350t機動駁船作為定位船，拋石船兼運石船選用20m×5m(長×寬)的30t運輸船；因壩前水流流速接近零，定位船采取橫一字形定位，一次掛靠6艘拋石船，并采用 “四錨法”固定，在船體順壩軸線方向兩側(cè)分別用兩根錨呈八字形斜拉固定，靠岸側(cè)兩個錨直接固定于岸上(如圖1所示)；按照由庫區(qū)向壩坡，自西向東的順序進行拋石，在拋石船兩側(cè)每2～3m配置1名拋石人員同時進行拋投；定位船在每次定位后，每只拋石船需每次橫向移動1.5m移位5次，完成一個網(wǎng)格單元(20m×15m)的拋投量，依此類推，橫向移位使整個斷面拋投完成以后，定位船移動到下一個斷面，依次進行。當每個斷面拋投完成后需及時進行水下斷面測量，檢測拋投效果。

2.2 長臂反鏟挖掘機施工

由于施工水位220.0m距壩腳高程207.0m尚有13m高差，淹沒于水下的壩坡具體狀況不明，在應用機械實施拋石時，為了保證水下壩坡的安全，擬采用建拋石平臺→拋石壓重→拆除拋石平臺→再建下一個拋石平臺的方式沿壩軸線方向自東向西逐漸推進，最終實現(xiàn)設計拋石斷面。具體方案為（如圖2所示）：由主壩東側(cè)溢洪道填筑1條寬5m的臨時道路至主壩東側(cè)壩肩，道路高程220.5m，基于該路開始拋石修建第1個平臺，平臺高程220.5m，順壩軸線方向長10m，垂直壩軸線方向30m，在此平臺上應用作用半徑16m的長臂反鏟挖掘機實現(xiàn)10m平臺及相鄰12m壩段范圍的拋石設計斷面；此時這個12m壩段已經(jīng)完成了拋石固腳壓重，可以承受重型機械作用，因此可在該壩段上應用長臂反鏟挖掘機完成第1個平臺(保留拋石壓重設計斷面)的拆除和下一個平臺的修建，要完成整個壩段的拋石任務共需倒運石料10次，每次需倒運石料2745m3。施工過程中采用極坐標法（經(jīng)緯儀配合平板儀）進行水下測量，確保不漏拋且保證設計斷面。

2.3 架設浮動平臺拋石施工

圖1 定位船及拋石船布置示意圖

圖2 長臂反鏟挖掘機施工示意圖

浮動平臺即現(xiàn)代浮橋，其主體為浮筒，采用高分子聚乙烯通過大型機械設備加工而成，具有組裝簡易、快捷、靈活、環(huán)保等特點，承重可達350kg/m2。本方案于工程區(qū)設置2個浮動平臺，每個平臺規(guī)格為 45m×10m(長×寬)，平臺表面鋪設8mm厚鋼板以避免浮筒磨損，通過設置于主壩東西兩岸的卷揚機牽引至指定位置。2個平臺初始位置分別位于主壩壩長中線兩側(cè)，第一次各向東西兩側(cè)移動1.5m，然后每個平臺東西兩邊同時開始人工拋填塊石，拋石石料可通過由壩頂至一級馬道229.0m架設的溜槽輸送再經(jīng)一次倒運運至平臺拋投位置。在完成本次移位斷面拋投目的后再進行下一個1.5m的移位，直至完成全壩段斷面的拋投任務。同樣，每個斷面拋投完成后需及時進行水下斷面測量，檢測拋投效果，如不滿足設計要求應及時采取措施進行彌補和修正。

3. 方案比選

拋石船、長臂反鏟挖掘機和浮動平臺3種施工方案的優(yōu)缺點見表1。

表1

另據(jù)計算，采用3種施工方案所需工程直接費分別為513萬、528.6萬和519萬，由此可見，上述各方案工程成本相差不大，但根據(jù)現(xiàn)場施工條件，采用拋石船施工方案時，雖然水庫作業(yè)面滿足施工強度空間要求，但與施工強度匹配的船只不足，且外調(diào)船只運輸難度較大，不能保證在汛前完工；而挖掘機施工方案最大的劣勢就是可能對壩坡安全存在隱患。相比之下，浮動平臺施工較為簡單，對壩坡安全無影響，因此選擇浮動平臺拋石作為本工程最終實施方案。