糯扎渡水电站超高心墙堆石坝关键施工技术

2012-07-26黄宗营唐先奇张耀威宁占金张礼宁

水力发电 2012年9期

黄宗营，唐先奇，张耀威，宁占金，张礼宁

（中国人民武装警察部队水电第一总队，广西南宁 530028）

1 大坝填筑施工分期

糯扎渡水电站大坝工程由武警水电部队即中国安能建设总公司中标承建。大坝填筑施工于2008年10月开始，截至2012年6月，坝体全断面填筑到808 m高程以上，高度已达245 m以上，填筑总量已超过3 200万m3。目前，超高心墙堆石坝填筑施工正在紧张有序的进行。预计2012年10月，大坝填筑全部完成。该工程坝高库大，防洪度汛要求标准高、施工工期紧、工程量大，科学合理地进行坝体填筑施工分期是施工的关键。

大坝填筑需经过4个洪水期，根据当地气候特点和雨季坝体心墙不施工的设计要求，结合坝体填筑上升高度及强度均衡生产的原则，大坝填筑施工分5期进行。

（1）第1期。坝体填筑在全年围堰挡水的条件下进行。2009年，围堰汛期挡水标准为50年一遇洪水。根据进度计划，全断面填筑上升到625.0 m高程。

（2）第2期。在2010年汛前，坝体心墙区上升到676.0 m高程。2010年汛期具备拦挡200年一遇洪水标准。该期雨季时段填筑坝壳区，枯期时段填筑心墙区。

（3）第3期。在2011年汛前，坝体心墙区上升到745.0 m高程。2011年汛期坝体挡水仍为200年一遇洪水标准。

（4）第4期。在2012年汛前，坝体全断面填筑上升到804.0 m高程。2012年汛期具备拦挡500年一遇洪水标准。同时，满足水库蓄水发电条件。

（5）第5期。2012年底，完成坝体填筑施工。

目前，大坝全断面已填筑上升到808.0 m高程，坝体各分期的形象面貌都按时段要求填筑完成，这说明坝体填筑施工分期是科学合理的。

2 大坝心墙防渗土料掺砾工艺

大坝心墙防渗土料采用加工系统生产的砾石料与土料场开采的混合土料掺合而成，掺砾土料掺砾技术国内没有借鉴的经验。为解决高心墙堆石坝心墙防渗土料既能满足挡水防渗要求又能提高变形抗剪条件，如何确保砾石料与土料掺合均匀又满足设计级配要求，研究出科学、规范的掺砾土料掺砾技术是施工的关键。

大坝填筑前，根据设计级配曲线和相关参数要求，对土料场进行复勘，全面了解土料场天然混合土料级配情况，并进行砾石料与混合土料掺合试验研究。通过多种试验研究，最终确定便于施工的互层铺筑、立采掺合的掺砾技术。试验确定：砾石料铺层厚为50 cm，混合土料铺层厚为110 cm。

大坝砾石土料掺合场共设置4个料仓，总面积为3.3万m2。4个料仓可备掺砾土料总量约16万m3。每个料仓均为3互层铺料，先铺1层砾石料（50 cm厚），然后铺1层混合土料（110 cm厚），最后再铺1层砾石料（50 cm厚）。

砾石采用进占法卸料，推土机平料；土料采用后退法卸料，推土机平料。铺料过程中，采用移动标尺和固定网格测量控制铺层厚度和平整度。在挖装运输上坝前，采用4～6 m3的正铲掺合均匀。掺合方法为：正铲从料仓底部自下而上装料，铲斗举到空中打开，砾石土料自然抛落，重复做3次，即可把砾石料和土料掺合均匀。采用正铲装料，由20～32 t自卸汽车运输至填筑作业面。在装运上坝前，每个料仓备料要掺合均匀并取样进行含水率和颗粒级配检测合格后，才允许装运上坝。自开工到目前，共检测353组试样，掺砾土料级配曲线全部在设计级配包络线内。

3 大坝心墙区填筑

3.1 填筑工序

糯扎渡水电站大坝心墙为直立式心墙，心墙区填筑包括心墙防渗土料填筑和其上、下游侧反滤料的填筑。根据碾压试验并经监理、设计确认的施工参数，按照先铺填反滤料，再铺防渗土料的顺序，1层反滤料和2层防渗土料平齐填筑上升。

心墙防渗土料除左、右岸垫层混凝土表面厚度2 m范围为接触粘土料外，其他全部为掺砾土料（掺砾土料在上坝前已在掺合场掺合好）。心墙区填筑主要施工工序流程见图1。

图1 心墙区填筑主要施工工序流程

每1层料填筑前，先测量放样，并洒上白灰标识线，区分料区或料界，再进行铺料。反滤料采用后退法铺料，由反铲配合推土机平料。心墙区接触粘土料和掺砾石料采用进占法铺料，湿地推土机平料。接触粘土铺填前，在垫层混凝土表面上涂刷1层厚5 mm浓粘土泥浆，浓泥浆质量配比为粘土∶水=1∶2.3～1∶3.0。垫层混凝土表面局部由人工配合推土机平料。掺砾土料铺料过程中，在前进方向设置层厚控制的移动标尺，便于推土机操作手控制平料厚度（每个作业面设移动标尺2～3个），并配专人随时检查铺填厚度，移动标尺。同时，采用全站仪按10 m×10 m固定网格检测控制，确保铺填层厚和填筑面的平整。

反滤料铺层厚53 cm，掺砾土料铺层厚27 cm。反滤料采用26 t自行式振动碾静碾6遍，搭接碾压，搭接宽度30 cm，碾压时速小于3 km/h，碾压方向平行于坝轴线。掺砾土料采用20 t自行式凸块振动碾进退错距法碾压10遍，错距宽20 cm，振动碾平行于坝轴线碾压，行进速度小于3 km/h。接触粘土料与同层的掺砾土料同期碾压，靠近垫层混凝土80～100 cm宽采用18 t轮式装载机轮胎碾压10遍。振动碾碾压过程中，采用 “数字大坝系统”全过程实时监控。

每个单元碾压经取样检测合格后，才进行上层料的铺填。上层料铺料前，采用推土机对碾压层表面做刨毛处理。

3.2 特殊情况的处理

（1）心墙防渗土料层间补水处理。当风力或日照较强，填筑层表面失水较多时，在铺料前或碾压前，作业面上采用20 t洒水车洒水，保持填筑面上表面防渗土料湿润，确保层间粘接紧密。

（2）心墙区埋设的检测仪器及其他埋件周边，由人工薄层铺料，手扶式振动夯夯实，逐层上升。

（3）心墙防渗土料每层分仓按铺料、平仓、碾压、验收等工序循环作业进行，每层每仓分界线进行搭接碾压，搭接长度1.0～1.5 m。

3.3 雨季施工控制

大坝心墙防渗土料填筑尽量安排在旱季施工，但特殊情况，如度汛、进度要求等也有安排在雨季时段施工的。雨季施工主要采取以下控制措施：

（1）随时掌握天气预报信息。在坝区设置了雨量预报站，准确预报工区的天气信息。

（2）采用斜面施工法，斜面坡度一般为1%～3%，有利于降雨后积水排除。当作业面上、下游方向宽度大于50 m时，一般形成中间高两侧低的作业面；当作业面上、下游方向宽度小于50 m时，形成上游侧低下游侧高的作业面。

（3）心墙土料填筑作业面采用光面振动碾碾压，封闭填筑层表面，使填筑层表面平顺，积水流淌顺畅，减少雨水渗入填筑层内。

（4）雨晴后，立即排除填筑层面的积水，然后清除表层含水量较大的土料。经晾晒，检测土料含水率满足要求，经监理工程师验收合格后，才能恢复填筑施工。

3.4 心墙防渗土料含水量调节

在土料场开采前，对土料场进行较详细的复勘，根据含水量分布的情况，选择合适的区域进行开采。

（1）土料含水量降低的措施。土料含水量较大的区域，采用挖沟、槽、井等降低地下水位线的方式降低土料含水量；在存料场或在填筑作业面上的防渗土料，由于雨水或其他积水导致含水量偏大时，采用薄层摊铺、晾晒的方式减少其含水量。

（2）天然土料补水措施。接触粘土料含水量偏低时，在土料场附近合适的位置设置土料转存场，开采的土料运至转存场按1.5～2.0 m的堆高松铺，并在料堆面层设置浅水坑，均匀注水至浅水坑内。土料堆采用塑料薄膜覆盖，浸闷7～10 d。土料堆浅水坑水浸干后，再采用反铲混合均匀，并经含水量检测合格后，挖运到填筑作业面填筑。掺砾土料在掺合场备料过程中进行补水处理。每个料仓备料时，在第2层砾石料铺筑完成后，第2层土料铺筑前，人工在第2层砾石层面上均匀洒水，然后再铺筑第2层土料；第3层土料铺筑前，人工在第3层砾石层面上均匀洒水。每个料仓备料完成后，料堆顶部采用塑料布覆盖，防止土料水分损失。

4 堆石坝料加水技术

根据坝料碾压试验成果，堆石坝料在填筑碾压前需加水5%～10% （体积比），加水量大。按照以往的坝内人工洒水或坝外上坝路口设置固定加水站加水的方式，难以满足高强度填筑施工需要。因此，需要寻求新的堆石坝料加水技术。

根据大坝结构和布置特点，研制了坝内移动加水站施工技术。移动加水站是利用1台斯太尔自卸车，在其上安装进水管、阀门（包括气动管路、气动开关）和出水洒水管路，并用桁架支撑，1侧上水、2侧单独或同时给运料自卸车货箱上的石料均匀洒水的设备。移动加水站可移至填筑作业面较近的部位给运料车辆加水，并可随填筑作业面的变动而移动，操作简单，大大缩短了加水后车辆行驶的距离。这样，既满足了高强度施工需要，又保证了坝料加水的质量。移动加水站安装感应电磁阀后，与数字大坝监控系统信息联网，可监控每辆堆石坝料运输车加水的情况。

5 “数字大坝”管理

“数字大坝”监控系统是由云南华能澜沧江水电有限公司委托天津大学根据糯扎渡水电站枢纽工程特点，结合施工和运行研发的系统管理技术。利用该技术可以监控各分区坝料每个作业面的上料情况、碾压遍数及碾压设备的行走速度、激振力和坝料上坝加水情况，对大坝填筑的施工全过程进行实时监控和反馈控制。

（1）填筑坝料运输监控。所有运输坝料上坝的车辆上都安装车载GPS，通过车载GPS发送车辆状态的信息，可实现施工车辆从料场到坝面的全程监控。该系统可以实现以下功能：①料场料源匹配动态监测及报警；②各分区不同来源的各种性质料源的上坝强度统计；③道路行车密度统计；④车辆空满载监视；⑤堆石坝料运输车辆满载加水量监测。通过数字大坝监控系统，可随时监测每个单元填筑上坝料质量。一旦出现混料，通过报警信息，立即对错卸料区域的坝料挖除。

（2）坝体填筑碾压监控。所有碾压设备都安装高精度GPS移动终端，通过信息传送，可实现对碾压设备施工过程实时监控。该系统可以实现以下功能：①实时监控碾压轨迹、行走速度、激振力。当行走速度超标时，通过监控终端及手机PDA短信自动报警。②监测碾压遍数。每个单元碾压结束后，计算碾压遍数。当碾压遍数不达标时，通过监控终端及手机PDA短信自动报警，及时补碾。③监测压实厚度，推算沉降率。④提供大坝施工质量过程控制的手段，实现大坝填筑质量 “双控制”。通过数字大坝监控系统，可随时监测到每个填筑单元振动碾运行的状态和碾压区域情况。一旦出现振动碾运行错误或碾压区域漏碾等现象，通过报警信息，现场质检员立即督促操作手纠正错误，确保每个单元的碾压质量。

6 三级配混凝土泵送施工

糯扎渡水电站大坝心墙区垫层混凝土为三级配温控混凝土，厚度为1.2～3.0 m，混凝土浇筑温度不大于19℃，允许最高温度不大于38℃。大坝心墙垫层混凝土顺水流方向最大宽度132.2 m，两岸最大坡度1∶0.78，最缓坡度1∶2，且一坡到顶，无法形成施工临时道路到心墙区。如何解决混凝土入仓问题是施工的关键。

大坝心墙区垫层混凝土施工中，引进了三一重工生产的先进的三级配混凝土输送设备（HBT120A-1613D），采用三级配混凝土泵泵送入仓，混凝土入仓速度均匀、连续，平均强度约60 m3/h。大坝心墙区左岸560～710 m高程和右岸560～610 m高程的混凝土也采用三级配混凝土泵泵送入仓。混凝土浇筑总量约5万m3，占心墙区垫层混凝土总量约30%。

三级配泵在大坝心墙区垫层混凝土施工运行期间，没有出现由于混凝土本身的原因发生堵管。采用三级配泵送技术，快捷、省时、经济、高效，更有利于温控混凝土浇筑前的温控措施的落实。