水上抛石施工方法在柴河水库土坝上游坝坡除险加固中的应用

2010-04-04姜志文

东北水利水电 2010年8期

姜志文

（辽宁省柴河水库管理局，辽宁铁岭 112000）

1 概况

柴河水库是辽河中游左侧支流柴河上的一座以防洪灌溉、工业和城市供水为主，兼顾发电、养鱼、综合利用的大（2）型水利枢纽工程。水库大坝采用粘土薄心墙砂壳坝型，最大坝高42.3 m，坝长982 m，控制流域面积1 355 km2，总库容 6.36 亿 m3。

水库大坝于1972年10月开始动工兴建，1974年底基本建成蓄水。水库建成后，由于自身存在着明显的质量问题，曾先后4次产生滑坡事故。为此，先后多次进行补强加固。

2 水库抛石施工

1989～1992年柴河水库第一次采用水上抛石施工方法对柴河水库大坝部分坝段进行除险加固，施工中采用经纬仪控制定位，自制驳船运送石材，人工抛填的方法，根据设计的工程量进行作业。第一次抛石施工后，1999～2000年柴河水库水位降低到建库以来的最低水位，原来抛石部位的近1/4高程显露出来，管理人员及时进行了测量、分析。认为水上抛石施工技术在土坝除险加固工程施工中方法可行，但同时也存在需要改进的地方，最主要的问题是抛填位置的准确性和表面平整度、均匀性需要加强。

2002～2003年柴河水库防汛应急加固工程施工，在这次补强加固工程中，对剩余坝段采用水上抛石施工技术进行补强加固。施工前针对第一次施工的结果进行了系统的分析论证，对第一次施工中存在的抛填位置不够准确，表面平整度不够理想，整体均匀性稍差等问题进行了重点分析研究，特别加强了控制定位、抛填方法、检测、补填相结合，并进行了现场实验，取得了很好的效果。

1989～1992和2002～2003年柴河水库上游坝坡抗震除险加固工程采用水上抛石放缓坝坡不弃水方案施工，石料经开采、运输、抛填、检测，达到放缓坝坡、增加坝坡稳定性的设计要求。2008年柴河水库上游坝坡除险加固工程开工，在进一步总结前两次抛石施工的成功经验基础上，制定更为翔实、合理的操作办法，第三次进行水上抛石施工。

3 第三次抛石施工

3.1 石料的开采、运输

水上抛石加固坝坡的主要环节是采石、运输和水上抛填，其它工作都是围绕这些环节进行的。柴河水库第三次水上抛石加固施工中的石料仍采自柴河水库下游3 km的黑油坊石场。该石场的石料储藏量丰富，运输距离短，岩石多为花岗片麻岩，岩体致密，质量较好，完全满足柴河水库土坝抗震除险加固工程的质量要求。

根据柴河水库上游坝坡抗震除险加固工程对石料质量、石料级配的要求，在开挖现场对石料进行筛选，满足质量、级配要求的石料，经装载机装车，用自卸汽车运送到坝前抛石码头备用。

为了将石料装船运到施工地点进行抛填施工，施工前，初拟了4种施工方案进行比较。最后，针对柴河流域水流季节性显著、且为枯水年份水位上涨缓慢的特点，在大坝右坝端93（高程）平台修建临时码头，利用开阔地储料，用装载机装船上料，运到施工现场抛填。

从临时装料码头到抛石地点距离50～800 m，第一次抛石施工中船体小、承载力低、多船分散作业定位控制难，效率低且抛填不准。第二次和第三次抛石施工中汲取前次教训，加大运料船的船身体积和船体载重能力。利用3 mm厚钢板，焊成长15 m、宽4 m、中间带有三联厢式可自卸3 m×3 m的斗仓，船头装22 kW柴油机。每船运石料20～30 m3，可一次性抛填在3个3 m×3 m的单元网格内，也可根据缺料情况迭加抛填，大大提高了工作效率，改善了施工质量。

3.2 施工控制网

水上抛石施工最重要的是控制定位，定位准确可使抛填位置准确、表面平整，消除欠抛、漏抛、超抛现象。第一次抛石施工中，没有充分研究控制定位问题，致使工程质量不能完全达到设计要求；第二次抛石施工中，重点研究了精确定位问题，根据库水位的变幅制定3 m×3 m抛石控制网格单元，为最终的抛石施工做好了必要的准备。第三次抛石施工中，结合第二次抛石施工的成功经验，根据库水位降至93.00 m左右的特定条件，抛石前先在坝坡95 m高程用全站仪打一平行坝轴线方向的控制线，仍按3 m间隔标定桩号。通过计算，抛石点距“95控制线”最远为69 m。以此为依据，在“95控制线”上游69 m水域布设定位控制网纲。在控制定位网纲布设方面参照第二次进行，由于第三次抛石施工作业面为整个坝体上游坝坡，为此，在两岸山体之间平行坝轴线方向布设定位网纲。为防止网纲移位，除用4号钢绞线作为网纲控制线外，每隔100 m用两只大锚对网纲进行加固定位。同时，在网纲上每隔3 m作标记，在纵向把坝体分成3 m的等分点。然后，在左右坝端沿平行95控制线和网纲控制线方向，每隔3 m用全站仪打一条平行坝轴线方向的施工控制线，从而，在整个抛填区域形成连续的3 m×3 m的施工网格。

3.3 水上抛石

抛石所用石料，在填料深度小于50 cm的部位控制在10～130 kg之间；填料深度大于50 cm的部位可以使用10 kg以下的块石料，块石的最小重量可外延到1 kg，这部分小块石可占抛石总重量的10%～20%。在正常施工中，每抛填1 000 m3做5组式样，每组式样做3个试件，用于冻融、抗压试验及备用。每抛填、铺石1 000 m3，取一组式样，做出一条颗粒大小级配曲线，以便采取适当措施，调整石料级配使其与设计相吻合。

根据施工图计算好每个3 m×3 m单元格填料量。为确保填料准确，根据最大抛填距离69 m，用3 mm厚钢板，焊制69 m×6 m的船式定位平台，平台前端与定位网纲相连接，另一端与坝坡靠紧固牢。为防止风浪大，在平台中部设斜拉定位钢索，靠坝坡紧固定位。管理人员可在浮桥上行走、检测、定位指挥施工。运料船在现场指挥人员的指挥下，把船靠紧定位浮船卸料抛填。每抛填好一个断面，移船重新定位施工。

1989～1992年加固工程竣工以后，在水库正常运行中，发现有个别部位存在较大的凸凹隆起现象。2002～2003年抛石施工期间认真分析、研究了施工方法，并采用了迭加移位法施工。即：每次移动定位平台，不按单元间距3 m移动，而按2 m间隔移动，留下1 m迭加抛填；沿平行坝轴线方向，也采用1 m间距迭加法抛填。采用此方法施工后，经现场实验和单元检测，消除了大范围的凸凹、隆起现象，表面平整度得到了很好的改善。

同时，为及时了解抛填后的坝坡状况，在施工中采取边抛填、边检测、边补填的办法，尽量减少和消除返工现象。对经单元检测欠料的部位，由于采用大船补填，不方便，不灵活，且浪费，经研究采用平板船拉料，人工抛填办法补填。平板船用3 m钢板焊接成10 m×4 m厢形封闭平板船，上配22 kW柴油机，每次可运料15 m3。

柴河水库第三次水上抛石施工中根据第二次的成功经验，仍采用迭加移位法抛填，并结合跟踪检测、人工补填办法施工。

3.4 水下高程测量

普通水准测量是在地面地形暴露的情况下，采用水准仪、全站仪等测量地面点的高程。水下高程测量则是在完全不清楚水下状况的情况下进行施测的，为此，照搬普通水准测量方法是不行的。为了尽量避免漏测情况，按3 m×3 m单元网格进行施测，并利用抛填定位网纲和水下测深器测量水下测点水深，根据库水位确定各单元测点高程，用以计算、分析填料质量。

抛填的准确性直接影响水上抛石的质量，而测量工作则是衡量抛填准确与否的必要手段。为紧密配合施工，测量工作采用边施工、边测量，并结合单元验收测量和竣工验收测量3个步骤进行。由于第二次抛石施工中使用的自制水下测深器存在一定程度的误差，为确保检测的准确性，在第三次抛石施工中购买了专业的水下测深仪，有效改善了检测的准确性。