三岔河水電站面板堆石壩壩體填筑施工綜述

張 黎

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 工程概況

三岔河水電站位于云南省保山地區(qū)騰沖市猴橋鎮(zhèn)，為檳榔江梯級(jí)的龍頭水庫，壩址控制流域面積382.4 km2，多年平均流量為31.3 m3/s，工程開發(fā)任務(wù)單一，僅為發(fā)電，采用混合式開發(fā)。水庫正常蓄水位高程為1 895 m，總裝機(jī)容量72 MW，正常蓄水位高程以下庫容2.59億m3，為二等大(2)型工程。

該工程大壩為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 900 m，壩頂長度331 m，壩頂寬度8 m，筑壩石料主要取自清水河石料場和溢洪道開挖料。堆石壩壩體填筑區(qū)自上游向下游依次為蓋重區(qū)(1B)、上游鋪蓋區(qū)(1A)、特殊墊層區(qū)(2B)、墊層區(qū)(2A)、過渡料(3A)、上游主堆石區(qū)(3B)、下游堆石區(qū)3C、下游排水堆石區(qū)3D、下游護(hù)坡等。大壩下游面1 870 m高程以下坡比1∶1.4為干砌石，

1 870 m高程以上坡比1∶1.6為漿砌石。其中2A區(qū)水平填筑寬度為3 m、3A區(qū)水平填筑寬度為4 m。大壩采用鋼筋混凝土面板防滲，上游1 840 m高程以下采用1∶1.4的鋪蓋區(qū)(1A)和1∶2.5的蓋重區(qū)(1B)防護(hù)。大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1，壩體填筑主要工程量見表1。

圖1 大壩標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

該工程區(qū)域地處橫斷山脈南段，地勢(shì)北高南低，屬中高山剝蝕地貌，為岡底斯-念青唐古拉褶皺系中的伯舒拉嶺-高黎貢山褶皺帶二級(jí)構(gòu)造單元。區(qū)域構(gòu)造基本構(gòu)架以南北向構(gòu)造帶為主，次為北東向及北西向，斷裂較發(fā)育，褶皺多展布在工程區(qū)外圍，軸向近南北向。區(qū)域地層出露不全，主要出露的地層為元古界高黎貢山群變質(zhì)巖系，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)為燕山、喜山期大規(guī)模中深成相酸性巖漿的侵入，工程區(qū)主要為燕山期侵入花崗巖。區(qū)內(nèi)地震地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)跡象明顯，在地貌、火山活動(dòng)、地?zé)?、地震等方面均有反映。電站位于較完整的花崗巖體上，強(qiáng)震活動(dòng)相對(duì)微弱，地震基本烈度的大小主要受外圍強(qiáng)震的影響。

該地段河谷斷面呈不對(duì)稱的“V”型，兩岸地形較完整，平均地形坡度一般為25°～35°，枯期河水面寬度一般小于20 m，水深1～3 m。壩軸線部位正常蓄水位處河谷寬約265 m，地表多為第四系坡積層及沖、洪積層覆蓋，壩基范圍河床沖積層厚度為1.5～3 m，基巖以似斑狀花崗巖為主，局部見中、粗?；◢弾r。兩岸壩址趾板基礎(chǔ)開挖形成的邊坡主要由全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖體組成，屬散體均質(zhì)邊坡，其破壞形式主要為圓弧型的滑移失穩(wěn)，穩(wěn)定性差。

表1 大壩填筑主要工程量表

2 總體施工規(guī)劃

根據(jù)大壩現(xiàn)場實(shí)際情況并結(jié)合道路情況制定的大壩壩體填筑總體規(guī)劃方案為：壩體填筑分期按照招標(biāo)文件的節(jié)點(diǎn)工期要求和度汛目標(biāo)劃分,以滿足施工導(dǎo)流要求及總工期要求、確保施工期安全度汛、兼顧施工道路布置及施工強(qiáng)度均衡、能組織機(jī)械化流水施工為原則劃分，該工程總體分為五期進(jìn)行填筑。具體分期情況如下：

Ⅰ期：利用上下游低線路、壩體全斷面填筑到1 845 m高程，壩體具備臨時(shí)擋水條件，填筑方量為639 372 m3。

Ⅱ期：利用左岸中線上壩路、壩體全斷面填筑至1 860 m高程，填筑方量為390 839 m3。

Ⅲ期：利用左岸高線路，壩體全斷面填筑到

1 897 m，填筑方量為543 259 m3。

Ⅳ期：利用右岸上壩公路完成壩頂過渡料的填筑。

Ⅴ期：利用右岸上游道路填筑大壩上游蓋重區(qū)，為大壩蓄水創(chuàng)造條件，填筑方量為59 077 m3。

3 施工布置

3.1 場內(nèi)施工道路布置

發(fā)包人已委托其它承包人修建場內(nèi)交通項(xiàng)目，至本標(biāo)各施工部位和施工場地均可利用發(fā)包人提供的場內(nèi)交通到達(dá)。為滿足大壩填筑的施工需要，項(xiàng)目部在上、下游分別新修了一條低線路，在左岸新修了一條中線和高線路。

3.2 施工供水

土石方填筑施工用水主要為填筑料灑水。在右岸1 900 m高程平臺(tái)修建了一座400 m3儲(chǔ)水池，通過4 in(1in=2.54 cm)鋼管引至作業(yè)面，使用2 in塑料管進(jìn)行壩面灑水。

3.3 壩料來源

大壩的主堆石Ⅰ區(qū)料(3B)、主堆石Ⅱ區(qū)料(3C、3C2)、過渡層區(qū)料(3A)、排水層區(qū)料(3D)、下游護(hù)坡均采用清水河石料場和溢洪道開采料。特殊墊層區(qū)料(2B)、墊層區(qū)料(2A)、反濾料均由該標(biāo)砂石加工系統(tǒng)提供，蓋重區(qū)的任意料區(qū)均采用堆在右岸堆渣場的棄渣石料。鋪蓋區(qū)(粉煤灰或粉細(xì)沙)采用外購的方式予以解決。

4 壩體填筑施工

4.1 壩面填筑作業(yè)工藝流程

壩面填筑作業(yè)的一般工藝流程為：壩基基礎(chǔ)開挖、平整→填筑前壩基驗(yàn)收及碾壓試驗(yàn)→填筑料開采、運(yùn)輸→卸料、鋪料、灑水→碾壓→質(zhì)量檢測(cè)、驗(yàn)收→上一層填筑料填筑。

4.2 壩面各區(qū)的填筑順序

大壩各區(qū)的填筑順序：斷層處理→排水層(3D)填筑→下游堆石區(qū)(3C)填筑→上游主堆石區(qū)(3B)填筑→過渡層填筑→墊層填筑→上一層填筑料填筑。根據(jù)填筑工藝要求，下游主堆石區(qū)先于上游主堆石區(qū)填筑。為施工方便和保證質(zhì)量，主堆石Ⅰ區(qū)緊跟主堆石Ⅱ區(qū)填筑，最多滯后2～3層。

4.3 壩基基礎(chǔ)處理

壩基基礎(chǔ)處理主要是將壩基基礎(chǔ)坡度開挖到合格的坡比，并按照設(shè)計(jì)要求對(duì)斷層進(jìn)行挖除、回填混凝土、回填反濾料或鋪土工布和反濾料。

4.4 填筑前壩基地形、填筑邊線測(cè)量及壩基驗(yàn)收

在壩基基礎(chǔ)開挖、平整施工驗(yàn)收合格后，必須對(duì)填筑前的壩基進(jìn)行地形測(cè)量、填筑邊線測(cè)量并進(jìn)行壩基驗(yàn)收。壩基驗(yàn)收后，方可進(jìn)行填筑施工。

填筑邊線測(cè)量主要包括：壩體上下游邊線、壩基排水層、上游主堆石區(qū)與下游堆石區(qū)、下游主堆石區(qū)與上游過渡層、過渡層與墊層料相銜接的邊線。測(cè)量完成后灑石灰標(biāo)示出各種料的邊線。

4.5 碾壓試驗(yàn)

準(zhǔn)確把握筑壩材料碾壓特性和工程力學(xué)特性，論證設(shè)計(jì)提出的填筑標(biāo)準(zhǔn)(孔隙率)的合理性，確定最佳施工參數(shù)。壩料現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)共完成過渡料、主堆石料、次堆石料碾壓試驗(yàn)各兩場，墊層料碾壓試驗(yàn)一場，對(duì)不同填筑區(qū)的壩料進(jìn)行了灑水量0%～20%、碾壓6遍、8遍、10遍，壓實(shí)層厚40 cm、80 cm、120 cm，18 t和26 t的自行碾等多種試驗(yàn)參數(shù)組合的碾壓試驗(yàn)。最終確定的最佳參數(shù)如下：

墊層料采用18 t振動(dòng)碾，混合法鋪料，碾壓6～8遍，40 cm層厚，灑水量為5%～10%。

主堆石料采用26 t振動(dòng)碾，進(jìn)占法鋪料，碾壓8遍，80 cm層厚，灑水量為15%。

次堆石料采用26 t振動(dòng)碾，混合法鋪料，碾壓6～8遍，80 cm層厚，灑水量為10～15%。

4.6 填筑料的開采及運(yùn)輸

4.6.1 填筑料的開采與加工

大壩填筑料的主堆石料、基礎(chǔ)過渡區(qū)、排水層料、過渡層料直接采用清水河石料場和溢洪道基礎(chǔ)開挖的可利用料。石料場采用微差擠壓爆破方法開采；任意料直接采用右岸上游渣場堆存料；特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、反濾料采用其他標(biāo)砂石系統(tǒng)提供的人工骨料。

4.6.2 填筑料運(yùn)輸

所有進(jìn)入壩區(qū)的填筑料均須滿足不同填筑區(qū)填筑料的級(jí)配要求。從填筑料挖裝開始直到運(yùn)輸至工作面的全過程需對(duì)填筑料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。對(duì)于主堆石料、基礎(chǔ)過渡區(qū)、排水層料、過渡層料挖裝過程中發(fā)現(xiàn)的斷層夾泥、風(fēng)化料、樹根等及時(shí)清除。

反濾料、上游墊層料、過渡層料由于條帶寬度較窄(墊層料水平寬度為3 m、過渡層料水平寬度為4 m)采用15 t自卸車運(yùn)輸外，其它部位的填筑料均采用20 t、25 t自卸車運(yùn)輸上壩。運(yùn)輸過程中，不同填筑料的運(yùn)輸汽車設(shè)明顯的標(biāo)志并由專人管理，防止填筑料混雜。保證運(yùn)輸車輛基本固定且保持車廂、輪胎的清潔，防止將殘留在車廂和輪胎上的泥土帶入清潔的料源及填筑區(qū)。壩面上設(shè)專門的調(diào)度人員指揮卸車，防止填筑料出現(xiàn)偏粗偏細(xì)集中現(xiàn)象。對(duì)壩面上出現(xiàn)的個(gè)別超徑石將其挖運(yùn)至壩體填筑區(qū)之外進(jìn)行解小。

4.7 卸料、鋪料及灑水

4.7.1 作業(yè)分區(qū)

對(duì)于堆石料的鋪筑，根據(jù)壩面作業(yè)面積劃分作業(yè)區(qū)域，分2～3個(gè)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行流水鋪筑作業(yè)。對(duì)于上游墊層料(2A)、過渡層料(3A)的填筑，采用與主堆石料工作面跟進(jìn)的方式施工，最多比主堆石料滯后兩層，并保證任何時(shí)候填筑過程中上游墊層料(2AB)、過渡層料(3A)與上游堆石區(qū)(3B)的高差不超過1 m。

4.7.2 卸料及鋪料方式

由于上下游堆石料徑粒較大，為保證碾壓作業(yè)平整，20、25 t自卸車卸料時(shí)采用進(jìn)占法施工，即自卸車在未碾壓的層面上行駛，卸料后采用SD32推土機(jī)及時(shí)平整，防止出現(xiàn)大塊徑石渣集中等級(jí)配分離現(xiàn)象而影響碾壓效果及填筑質(zhì)量。對(duì)于壩上游的過渡層料，采用20 t自卸車后退法沿軸線方向間隔卸料，即自卸車在已碾壓的壩面上行駛，并使每一料堆相隔一定的距離，然后采用SD32推土機(jī)沿壩軸線方向進(jìn)行平整并采用反鏟對(duì)其邊線進(jìn)行修整。墊層料的設(shè)計(jì)寬度僅為3 m，采用后退法卸料，人工配合反鏟鋪料、平整。

墊層、過渡層與相鄰層次之間的材料界線應(yīng)分明，分段鋪筑時(shí)，必須做好接縫處各層之間的連接，防止產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)或折斷現(xiàn)象，在斜面上的橫向接縫應(yīng)收成緩于1∶2的斜坡。

4.7.3 層厚控制

各種填筑料的鋪筑厚度必須按照碾壓試驗(yàn)得到并通過監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的鋪筑厚度嚴(yán)格控制。

鋼筋混凝土面板下的墊層與過渡層、過渡層與主堆石連接時(shí)，先填下游的主堆石、上游主堆石，然后填過渡層，最后填墊層。一層主堆石、兩層過渡層和兩層墊層平起作業(yè)。對(duì)于上游墊層料(2A)、過渡層料(3A)的填筑，采用與主堆石料工作面跟進(jìn)的方式施工，最多比主堆石料滯后兩層，并保證任何時(shí)候填筑過程中的上游墊層料(2A)、過渡層料(3A)與上游堆石區(qū)(3B)的高差不超過1 m。鋪筑厚度遵照碾壓試驗(yàn)成果，主堆石Ⅰ的鋪筑厚度與主堆石Ⅱ的鋪筑厚度相同，以達(dá)到壩面平順、便于流水施工的目的。

為準(zhǔn)確控制填筑層厚，在已填筑的壩面上的不同部位設(shè)置層厚控制標(biāo)桿，推土機(jī)操作手根據(jù)標(biāo)桿上標(biāo)識(shí)的厚度進(jìn)行平料，并在平料過程中質(zhì)檢員根據(jù)檢查頻率要求隨時(shí)檢查其鋪筑厚度，及時(shí)進(jìn)行糾偏，鋪筑厚度的誤差不超過±5 cm。

4.7.4 填筑料灑水

壩料灑水是指對(duì)排水層料、堆石區(qū)料、過渡區(qū)料、墊層料等壩體填筑料進(jìn)行灑水。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，該工程采用在石料運(yùn)輸途中壩外加水和壩面補(bǔ)水相結(jié)合的方案。加水站、壩面加水量通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。冬季負(fù)溫下填筑施工時(shí)，填筑料不進(jìn)行灑水施工。

4.8 碾壓施工

過渡區(qū)料、上下游主堆石Ⅰ、Ⅱ區(qū)填筑料、壩基排水料、反濾料及大壩上游過渡層料、墊層料的水平碾壓均采用26 t自行式振動(dòng)碾碾壓。碾壓順壩軸線方向按進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓。將振動(dòng)碾行進(jìn)速度控制在2 km/h左右碾壓效果較好。

在墊層、過渡層、堆石各分區(qū)的交接帶其碾壓搭接寬度不小于10～20 cm；在各區(qū)之內(nèi)不小于50 cm。碾壓遍數(shù)按照經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的碾壓試驗(yàn)成果進(jìn)行控制?？拷镀聲r(shí)，自行式振動(dòng)碾可順岸坡來回碾壓，對(duì)于25 t振動(dòng)碾無法碾壓到位的部位，采用手扶式振動(dòng)碾碾壓夯實(shí)。碾壓過程中，現(xiàn)場管理人員及時(shí)標(biāo)識(shí)、記錄碾壓區(qū)域和遍數(shù)，防止少碾和漏碾并協(xié)助試驗(yàn)人員在碾壓完成區(qū)域取樣。同時(shí)，經(jīng)常檢查振動(dòng)碾的各項(xiàng)特性，使其保持規(guī)定的施工參數(shù)。

4.9 特殊部位的填筑

需作特殊填筑處理的部位有：上游墊層料、過渡層料與主堆石料銜接部位的填筑，壩內(nèi)層間接縫部位的填筑，壩體與岸坡接坡部位的填筑以及壩內(nèi)埋設(shè)觀測(cè)儀器設(shè)備的周邊回填等。在上游墊層料、過渡層料與主堆石料銜接部位的填筑中，各種填筑料應(yīng)保持均衡上升，墊層料、過渡層料的鋪料厚度均為主堆石料的1/2，其與主堆石料接縫處必須騎縫碾壓。當(dāng)分塊填筑時(shí)，先填筑塊必須按照緩于1∶2的坡度收坡，并對(duì)塊間接坡處的虛坡帶采取專門的處理措施——臺(tái)階式接坡方式。

4.10 上游鋪蓋和任意料的施工

上游坡面1 840 m高程以下鋼筋混凝土面板施工結(jié)束并達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后，即可進(jìn)行上游蓋重區(qū)(任意料)和上游鋪蓋區(qū)(粉細(xì)沙或粉煤灰料)的施工，填筑方法同主堆石施工方法。鋪蓋與混凝土結(jié)合處施工時(shí)，應(yīng)清除混凝土表面乳皮、粉塵及其上附著的雜物，各項(xiàng)指標(biāo)須滿足相關(guān)要求。

5 施工質(zhì)量控制

面板堆石壩壩體填筑施工是大壩質(zhì)量控制的關(guān)鍵。主要控制點(diǎn)為: (1)爆破料的級(jí)配、粒徑、泥團(tuán)含量、石料物理力學(xué)指標(biāo)；(2)墊層料與小區(qū)料的級(jí)配；(3)填筑施工參數(shù)：鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓軌跡、灑水量；(4)碾壓設(shè)備工況控制，振動(dòng)碾的碾重與施工過程中的激振力、振動(dòng)頻率等指標(biāo)。通過精心組織、精細(xì)管理，最終的試驗(yàn)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求。

6 建議與結(jié)語

壩前鋪蓋施工前筆者建議在壩面1 860 m高程以下鋪設(shè)一層400 g的土工膜(0.5PE膜)，四周采用10 cm寬，1 cm厚扁鋼輔助高強(qiáng)螺栓固定，高強(qiáng)螺栓采用聚脲人工封邊，聚脲上鋪一層玻璃絲布，然后在壩面設(shè)置縱向鋼管，底部接軟膠管進(jìn)行火山灰的鋪設(shè)，膠管上栓麻繩，左右移動(dòng)下灰，該方法環(huán)保經(jīng)濟(jì)、簡單，給大壩增加了一道防護(hù)屏障。

三岔河水電站面板堆石壩壩體施工前進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和準(zhǔn)備工作，施工過程中，從原材料、施工工藝、施工工序、施工機(jī)械全過程進(jìn)行控制，對(duì)不同的壩料采取不同的填筑碾壓標(biāo)準(zhǔn)，采用GPS監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)碾壓機(jī)械的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行速度及碾壓遍數(shù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，壩體填筑于2013年12月開始，2015年11月底完成，工程實(shí)體質(zhì)量好，工程比預(yù)定計(jì)劃提前半年多發(fā)電，工程蓄水發(fā)電兩年多時(shí)間，大壩累計(jì)沉降43 cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。