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      長河壩水電站大壩度汛填筑施工

      2017-01-21 03:17:46薛凱
      四川水利 2016年5期
      關(guān)鍵詞:度汛料場土料

      薛凱

      (中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局,四川康定,626001)

      長河壩水電站大壩度汛填筑施工

      薛凱

      (中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局,四川康定,626001)

      介紹長河壩水電站大壩擋水度汛期的填筑施工,包括料源供應(yīng)、主要施工工藝和質(zhì)量控制。并介紹了保證高土石壩施工質(zhì)量的相關(guān)創(chuàng)新工藝與質(zhì)量快速檢測方法。

      長河壩水電站 大壩 度汛 填筑施工

      1 工程基本情況

      長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi),為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站,工程區(qū)地處大渡河上游金湯河口以下約4km~7km河段上,壩址上距丹巴縣城82km,下距瀘定縣城49km,距成都約360km。水庫正常蓄水位1690m,正常蓄水位以下庫容為10.15億m3,總庫容為10.75億 m3。調(diào)節(jié)庫容4.15億m3,具有季調(diào)節(jié)能力,電站總裝機容量2600MW。

      攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩,最大壩高240m,壩頂高程1697.00m,最大壩高240m,壩頂長502.85m,上、下游壩坡均為1∶2,壩頂寬度16m。壩體填筑料包括上游壓重、上游堆石、上游過渡層、反濾料3、心墻礫石土、反濾料1、反濾料2、下游過渡層、下游堆石、下游壓重。大壩設(shè)計總填筑量約3417萬m3。其中,堆石2273.9萬m3;過渡料290.97萬m3;礫石土428.3萬m3;反濾料168.19萬m3。大壩結(jié)構(gòu)見圖1。

      圖1 長河壩壩體典型剖面示意

      根據(jù)合同工期,大壩開始全斷面填筑時間為2013年5月,填筑到頂時間2016年12月,心墻填筑時間44個月,心墻最大上升速度9m/月,高峰填筑強度約105萬m3/月。

      施工過程中,受“4·20”蘆山地震等多種因素的影響,心墻實際開始填筑時間為2013年7月下旬,比合同時間滯后3個月。

      根據(jù)業(yè)主深度優(yōu)化工期要求,大壩填筑到頂時間提前到2016年10月(同年11月初初期導(dǎo)流洞下閘)。以此計劃,大壩全斷面總填筑時間39個月,心墻平均上升速度6.15m/月,高峰速度11m/月,平均填筑強度約83萬m3/月,高峰填筑強度將超過130萬m3/月。

      根據(jù)設(shè)計文件《長河壩2014年度防洪度汛要求》,2014年度汛目標(biāo),2014年5月底,壩體填筑至1536m高程,超過上游圍堰頂高程1530.5m,壩體滿足攔擋100年一遇洪水(Q=6230m3/s,H=1533.4m)的條件。

      2 壩料供應(yīng)

      2.1 堆石料

      堆石料分別從上游響水溝石料場和下游江咀石料場爆破開采,炮孔直徑120mm,臺階高度15m,爆破平均單耗隨料場高程下降在0.5kg/m3~0.65kg/m3范圍逐步增大。堆石料運輸以25t自卸車為主,過磅計量,壩外自動加水系統(tǒng)根據(jù)載重量向車內(nèi)加水。

      度汛填筑期,為提高上壩強度,借用引水發(fā)電系統(tǒng)與泄洪系統(tǒng)地下開挖的部分合格料作為堆石料源。地下開挖料是人工骨料生產(chǎn)料源,但開挖階段混凝土骨料用量少,為增加該時段大壩填筑強度,先調(diào)整上壩,度汛后料場開采強度將大幅提高,再從下游石料場就近向人工骨料系統(tǒng)歸還供料。

      2.2 過渡料

      過渡料設(shè)計最大粒徑300mm,<5mm含量為5%~25%,D15≤12mm。與同類工程過渡料設(shè)計級配對比,本工程過渡料最細(xì),通過近20場次的爆破試驗(試驗單耗高達(dá)2.5kg/m3),始終未爆破出合格料。

      為滿足大壩度汛填筑進度的需要,采取高單耗爆破+骨料摻配的平鋪立采工藝制備過渡料(度汛施工期)。即在石料場按1.8kg/m3單耗爆破半成品,挖掘機裝車運至摻配場,按比例摻入中石、小石、砂,級配檢測合格后上壩填筑。

      2.3 反濾料

      反濾料由人工骨料系統(tǒng)生產(chǎn)供應(yīng),采取精確計量自動摻配工藝,從分級骨料廊道內(nèi)布置反濾料摻配生產(chǎn)線,采用皮帶摻配,變頻給料器控制給料量,計算機精準(zhǔn)控制。一條生產(chǎn)線摻配所需各種反濾料,級配均勻。

      由于反濾料摻配場地面積有限,料倉總儲量約3000m3,不能滿足上壩強度與脫水時間的要求,因此另外布置備料場儲備反濾料,當(dāng)直接生產(chǎn)強度或脫水時間不滿足時用備料補充供應(yīng)。

      2.4 心墻礫石土料

      礫石土從湯壩料場開采,對于含水量合適的土料采用振動篩分系統(tǒng)剔除超徑(>150mm)后運輸上壩。含水量偏大的土料先在曬土場分層翻曬合格后,再過篩剔除超徑,然后運輸上壩。

      由于礫石土料制備工藝相對復(fù)雜,土料運距遠(yuǎn)(24km),運輸?shù)缆芳墑e低(礦山三級),多段單行道,且沿途還有村莊、廠礦等占道干擾,這些因素都制約土料的供應(yīng)強度。為確保度汛填筑礫石土供應(yīng)保障,采取提前在壩區(qū)附近備存措施,且在填筑過程中保證有不低于7天的動態(tài)備存量。

      2.5 高塑性粘土

      高塑性土從瀘定海子坪料場開采,運距約70km,業(yè)主提前購買備存在大壩下游7km處,采用土工膜覆蓋保護。大壩填筑時采取端進法立采上壩,提前檢測含水量,上部含水偏低土層,采取鉆孔法補水或分層平鋪悶水。

      2.6 備料量

      根據(jù)上述壩料開采、制備方式,備料是確保高強度填筑壩料供應(yīng)的有效措施。度汛填筑期各種壩料備料或借料量見表1。

      表1 備料及借料量

      3 填筑程序與工藝

      3.1 大壩填筑施工程序

      基坑開挖結(jié)束后,上、下游堆石區(qū)作為先期斷面填筑,一方面可以降低全斷面填筑強度,另一方面相當(dāng)于提前備存堆石,為料場拓展開采面提高出料強度創(chuàng)造條件。心墻區(qū)基坑的所有工序位于關(guān)鍵線路,首先是主、副防滲墻施工,覆蓋層固結(jié)灌漿、兩岸壓板混凝土澆筑同步跟進;副防滲墻結(jié)束后接著墻下帷幕灌漿,然后澆筑明澆段副墻;主防滲墻結(jié)束后澆筑廊道。壓板混凝土由低向高澆筑,并平行跟進固結(jié)灌漿、三角區(qū)帷幕灌漿(為確保填筑不受影響,壓板固結(jié)與帷幕灌漿面宜高于填筑面20m以上)。明澆段副墻與廊道混凝土結(jié)束后,施工表面封閉防水層,并跟進鋪設(shè)基礎(chǔ)面土工膜。至此,心墻區(qū)具備填土條件。另外,基坑排水是重要的保障工序,一直持續(xù)到心墻區(qū)填筑高程略高于導(dǎo)流洞進口水位后拆除排水系統(tǒng)。

      施工程序框圖見圖2所示。

      圖2 大壩填筑施工程序框圖

      3.2 填筑工藝

      3.2.1 填筑單元劃分

      填筑單元按鋪料、碾壓、檢測工序組織流水作業(yè)作為劃分的基本原則,劃分面積適合成龍配套機械作業(yè)要求。礫石土分為四個單元,壩軸線上、下游各兩個,為避免重車過壓,分別從上、下游兩個方向單獨進料。反濾料、過渡料按各自料區(qū)劃分獨立單元,堆石料以平行壩軸線按1萬m2~2萬m2劃分單元。

      3.2.2 施工參數(shù)

      填筑施工參數(shù)見表2。

      表2 大壩填筑施工參數(shù)

      3.2.3 鋪料

      礫石土料進占法卸料,結(jié)合面須成毛面,并視情況用高壓灑水車補水。推土機平料,再用平地機精平。

      反濾料先用界線攤鋪器鋪土砂分界帶,礫石土與反濾料同時各攤鋪1.5m寬。其余部分后退法卸料,推土機平料,平地機精平。

      過渡料后退法卸料,推土機平料,平料過程中用挖掘機剔除超徑或集中粗粒料。

      堆石與壓重料進占法卸料,推土機平料。

      鋪料厚度采取測量網(wǎng)格法檢測控制,厚度滿足要求并驗收后,才能進入下道工序。鋪料過程中采用標(biāo)桿法、標(biāo)準(zhǔn)堆法綜合控制。

      3.2.4 碾壓

      碾壓工序采用數(shù)字大壩系統(tǒng)監(jiān)控,鋪料面驗收合格后建碾壓倉,再調(diào)入碾壓設(shè)備。采取搭接法碾壓,碾壓方向平行壩軸線。礫石土料碾壓遍數(shù)合格比率大于95%,其他壩料遍數(shù)合格比率大于90%。

      邊角部位及儀器周圍采用3t振動碾或HCD型夯板壓實。

      3.2.5 泥漿噴涂

      設(shè)計要求心墻壓板混凝土表面涂刷泥漿5mm~6mm。根據(jù)類似工程經(jīng)驗,人工涂刷難以保證厚度,且不均勻,效率低。經(jīng)試驗,本工程采用噴涂工藝,厚度有保證,而且均勻,每次噴涂高度與鋪土厚度保持一致,隨噴隨鋪土覆蓋。

      3.2.6 粗粒集中與超徑處理

      超徑料首先在料場嚴(yán)格控制,礫石土料、反濾料都有過篩工序,基本沒有超徑上壩。堆石與過渡料在裝車時精心挑選,對于未挑選出來的超徑料,鋪料過程中安排專用裝載機或挖掘機剔除,并裝車運出壩外。

      過渡料與堆石料在卸料、鋪料過程因分離易產(chǎn)生粗粒集中,一方面要隨卸隨鋪,減少分離,另外壩面安排挖掘機、裝載機及時分散集中的粗粒,特別對分界面、接坡面、岸邊接觸帶等部位的粗粒及時清除分散到其他部位。

      3.2.7 心墻雨季施工

      降雨主要影響土料填筑,根據(jù)天氣預(yù)報選擇晴天施工。土料場加強含水檢測,選擇含水合適的土料開采過篩后上壩。壩面分單元組織快速作業(yè),心墻區(qū)做成橫坡約2%的龜背形,降雨前采用平碾快速壓成光面。雨后及時采取泵排并配合人工清除局部積水,復(fù)工前先檢測填筑面含水,刨毛后再鋪料。對局部因雨水浸泡嚴(yán)重的土料采取清除后補填,以利加快施工進度。

      前期采用了覆蓋塑料布措施,但經(jīng)實踐對比,由于塑料布拼縫多,且有風(fēng)的影響邊角容易被掀開,覆蓋后往往在分縫接頭處形成集中浸泡,造成填筑面含水嚴(yán)重不均勻,處理難度大。相反,找坡后壓光面措施效果更好,排水順暢,大面基本不積水,雨后表面水分易蒸發(fā),平面含水分布較均勻。

      4 質(zhì)量控制

      4.1 質(zhì)量管理

      建立了完善的大壩填筑質(zhì)量管理體系,包括料場質(zhì)量管理小組與壩面填筑質(zhì)量管理小組,管理小組由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工各方相關(guān)人員組成。

      編制了《長河壩電站大壩填筑施工工法》、《大壩填筑工藝細(xì)則》、《大壩填筑質(zhì)量管理辦法》,對各級人員進行詳細(xì)的技術(shù)與質(zhì)量交底。

      管理小組嚴(yán)格執(zhí)行檢測與驗收程序,料場小組嚴(yán)格控制爆破參數(shù)、級配、含水率指標(biāo);填筑小組控制鋪料、碾壓、檢測及邊角處理工序,嚴(yán)格控制工序驗收。

      大壩數(shù)字化系統(tǒng)重點監(jiān)控壩料加水量、碾壓速度、碾壓遍數(shù)、激振狀態(tài)、碾壓層厚等關(guān)鍵參數(shù),監(jiān)控報告作為下道工序的驗收依據(jù)。

      4.2 質(zhì)量檢測

      在填筑過程中,嚴(yán)格按照《大壩填筑施工技術(shù)要求》及規(guī)范要求的項目與頻次進行質(zhì)量檢測。包括顆粒級配、含水、干密度、孔隙率、滲透、直剪、大三軸等。

      4.3 礫石土快速檢測

      礫石土壓實干密度檢測是心墻填筑的關(guān)鍵工序,按照傳統(tǒng)的烘干法,一組試樣至少需要8h以上才能出結(jié)果,難以滿足度汛填筑快節(jié)奏施工要求。采用礫石平均飽和面干吸水率,替代試坑礫石含水率的快速檢測方法,大大縮短檢測時間,2h內(nèi)可出成果,徹底解決了檢測制約進度的問題。為了驗證快速檢測的可靠性,前期采用烘干法平行檢測。兩種方法對比見表3。

      表3 兩種方法試驗成果比較

      根據(jù)平行檢測統(tǒng)計結(jié)果,兩種方法試驗偏差低于規(guī)范允許值,快速檢測方法滿足精度要求,結(jié)果可靠。

      5 結(jié)語

      長河壩電站大壩度汛填筑,有經(jīng)驗也有不足,體會如下。

      5.1 兩岸壓板澆筑、固結(jié)灌漿、三角帷幕灌漿,是制約心墻前期填筑進度的關(guān)鍵項目,從施工組織上應(yīng)高度重視,盡量拉開填筑面與灌漿面的距離(宜20m以上)。

      5.2 提前適當(dāng)備料,以及利用合格的開挖料,都是保證度汛填筑強度的有效措施,正常填筑過程中,關(guān)鍵壩料也應(yīng)有動態(tài)儲備量,以防意外影響因素導(dǎo)致停工。

      5.3 通過本工程研究與實踐,偏細(xì)過渡料在高強度的花崗巖、閃長巖地質(zhì)條件下難以爆破直采,從理論上分析再增大單耗有可能爆破成功,但從爆破安全性、生產(chǎn)經(jīng)濟性、規(guī)模開采可操作性幾方面分析,再提高單耗研究已沒有實際意義。度汛填筑采取的高單耗爆破再平鋪立采摻配骨料的工藝,是為滿足進度要求而采取的臨時措施,從經(jīng)濟角度分析也不宜推廣。但機加工是偏細(xì)過渡料值得研究與試驗的工藝,有利于保障質(zhì)量的穩(wěn)定性,且經(jīng)濟指標(biāo)相對較優(yōu)。

      5.4 振動篩分法剔除礫石土超徑、反濾料精確自動摻配、界線雙料攤鋪器、泥漿噴涂工藝等新工藝的應(yīng)用,有利于促進精細(xì)化作業(yè),并保證施工質(zhì)量,值得推廣。

      5.5 數(shù)字大壩系統(tǒng)的應(yīng)用,使碾壓速度、遍數(shù)、激振狀態(tài)、壓實層厚、碾壓合格比率等關(guān)鍵參數(shù)全天候受到監(jiān)控,真正實現(xiàn)了過程可控,是高土石壩保證施工質(zhì)量不可缺少的先進技術(shù)手段。但其系統(tǒng)的穩(wěn)定性、智能化程度等還有待進一步完善與提高。

      5.6 礫石含水替代法檢測是本工程研究應(yīng)用的礫石土壓實質(zhì)量快速檢測新方法,有力促進了心墻施工進度,可以在類似工程中參考應(yīng)用,但需要驗證。

      5.7 關(guān)鍵設(shè)備的選型與配套,以及配置數(shù)量是保障高強度施工的關(guān)鍵,應(yīng)有一定的富裕儲備,防止設(shè)備故障影響進度。另外,設(shè)備的維修應(yīng)高度重視,是確保設(shè)備出勤率的保障。

      5.8 度汛填筑過程中暴露出礫石土孔隙壓力高于同類工程的問題,一方面與土料含水有關(guān),另一方面與心墻上升速度直接相關(guān)。關(guān)于孔隙壓力、土料含水率、心墻上升速度幾者之間的關(guān)系,目前沒有量化指標(biāo)限制,相關(guān)方提出過適當(dāng)控制上升速度,但這與高土石壩的前期度汛目標(biāo)相悖。如何協(xié)調(diào)上升速度與孔隙壓力消散的問題,有待進一步研究。

      薛凱(1974-),四川平武人,水電五局長河壩電站施工局副局長兼總工,高級工程師,從事水利水電施工技術(shù)管理。

      TV541.1∶TV512

      B

      2095-1809(2016)05-0082-05

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