金川水电站混凝土面板堆石坝施工设计特点

周丹顺 侯江炜

(1.西北勘测设计研究院 陕西 西安 710065；2.陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西 西安 710001)

1 工程概况

金川水电站工程为大渡河干流规划中的第六个梯级电站，坝址位于四川省金川县城以北约13km处，距成都约425km。电站任务以发电为主，装机容量为860MW。

本工程属二等大（2）型工程，水库库容4.8775亿m3，枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、右岸两孔溢洪道和一条泄洪洞、左岸输水建筑物及地下厂房等组成。

工程计划于2015年10月初开工，2017年11月中旬主河床截流，2020年5月初下闸蓄水，2020年6月底首台机组发电，2021年3月底完建。总工期为5年6个月，其中第一台机组发电工期为4年9个月。

2 大坝设计

金川水电站大坝为混凝土面板堆石坝，建造在深厚覆盖层上，最大坝高112.0 m。坝顶高程2258 m，坝顶长度275.78m，顶宽10m，坝体分为上游铺盖区（1A）、盖重区（1B）、垫层区（2A）、特殊垫层区（2B）、过渡区（3A）、主堆石区（3B）、反滤料（3E）、下游堆石区（3C）、下游护坡（3D）和混凝土面板（F），大坝坝体填筑总量为471.33 万m3。大坝基础为覆盖层，河床部位趾板置于覆盖层上，由连接板与上游混凝土防渗墙连接。坝基采用一道厚1.2m 的混凝土防渗墙，最大深度约54.8m，防渗墙底部嵌入基岩1m，下接一排防渗帷幕，帷幕灌浆最大深度约71.5m。

3 施工导流

金川水电站主要建筑物为Ⅰ级，导流建筑物为Ⅳ级，初期导流标准按P=5%设计，洪水流量为4190m3/s。施工期坝体临时拦洪度汛标准按P=1%设计，相应洪峰流量5400m3/s，坝前相应水位为2221.0 m，在从坝底最低趾板底算起坝高75 m处。本工程采用围堰一次拦断河床的全年隧洞导流方式。主河床填筑上、下游土石围堰挡水，导流洞和泄洪洞联合泄流。

4 坝肩开挖特点

本工程地形、地质条件复杂，两岸坝肩岸坡较陡峻，开挖工程量大，其中左坝肩与电站进水口及出线平台结合开挖，边坡最大开挖高度275 m；右坝肩则与溢洪道结合开挖，边坡最大开挖高度200 m，坝肩开挖为工程施工关键项目之一。根据施工进度计划，左、右岸坝肩边坡需要在截流前挖至河床水位附近，为截流后基坑开挖创造条件。

本工程坝肩开挖特点是按自上而下、分层开挖，分段高度要考虑与坝肩道路布置一致。施工道路布置除利用上坝公路外，结合后期坝体填筑运输道路还需从左、右两岸各修建不同高程一定数量的岸坡道路进入开挖区域。根据坝体填筑和坝肩开挖要求及坝区两岸地形条件，左岸上游道路布置有2165.0m（低线公路）、2201.5m（上游围堰顶高程）、2228.0m（电站进水口高程）、2258.0m（坝顶高程）共4 层开挖道路；左岸下游道路布置有2165.0m（低线公路）、2258m（坝顶高程）共2 层开挖道路；右岸上游道路布置有2165.0m （S211 公路）、2225.0m（溢洪道进口高程）、2258.0m（坝顶高程） 共3 层开挖道路；右岸下游道路布置有2165.0m（S211 公路）、2225.0m（溢洪道进口高程）共2 层开挖道路。

两岸坝肩开挖计划于2016年8月初至2017年10月底完成，历时15个月。采用钻孔爆破施工，以ROC-712型钻机为主，局部手风钻配合，沿设计边坡线采用预裂（或光面）爆破，梯段高度10 m～15 m，开挖石渣在2160.0 m高程建截渣平台及河床堆集，用3m3装载机配20 t自卸汽车及时清除。左坝肩2160.0m以上开挖高度275.0 m，月平均开挖高度18.3 m；右坝肩2160.0 m以上开挖高度200.0 m，月平均开挖高度13.3 m。完成石方明挖92.54万m3，平均开挖强度6.17万m3/月。

5 坝体填筑特点

本工程混凝土面板坝最大坝高112.0 m，总填筑量约471.33万m3，高峰月填筑强度约31.9万m3/月。坝体填筑特点是填筑料种类多，道路使用强度高、坝面作业强度大等。

5.1 填筑道路强度分析

坝体填筑采用自卸汽车直接运输上坝方案，由于两岸岸坡陡峭，且枢纽建筑物布置比较紧凑，所以很难设置分层岸坡道路来满足坝料运输，考虑本工程块石料场及倒运场均位于下游，所以上坝填筑只能通过下游低线道路→下游围堰→基坑→坝坡“之”字型道路来进行坝料运输。主干道路基宽11.5 m，路面宽9.0 m，最大纵坡控制在8%以内，高峰月填筑强度约31.9万m3，采用32t的自卸汽车，实行每天3班倒，按20小时计算，每小时上料车数=319000/（25 d×20h×14.5m3）=46车。因为只有卸料时间占直线时间，每台车卸料时间为1.3min，每小时上坝方量可以达到667m3～855m3。运料车辆车速按10km/h控制，两台车之间距离可以达到130 m，道路设置满足施工要求。

5.2 坝面作业强度分析

坝面施工主要分卸料→摊铺→碾压→质检4道工序，流水作业施工。采用平行于坝轴线方向分区，全断面平起上升，进占、后退相结合的混合法卸料，每个区的长度根据碾压设备最有效施工长度确定，一般在50 m～60 m左右。铺料厚度80cm～100cm，采用320 H P推土机平料，碾压8遍。根据公伯峡水电站施工经验：一台振动碾日产量为4432m3（每班工作3小时，每日三班），本工程坝体填筑最高强度为31.9万m3/月，每月按25天计，日强度为1.28万m3/日；应配置振动碾台数为12800/4432=2.87台，考虑备用，配置19t自行式振动碾4台，满足最大强度需要。

5.3 料场开采强度分析

本工程使用的石家沟料场位于坝址左岸下游约5km处，料场开采分覆盖层剥离、有用层钻孔爆破、有用层运输三道工序进行循环作业。采用分台阶自上而下微差挤压控制爆破技术，边坡开挖采用预裂爆破。

由于下游堆石体全部利用工程开挖料，从倒运场运输上坝，所以料场开采料主要满足主堆石料需求，开挖工作面宽度230 m～330 m，梯段高度12 m，按4排孔起爆，那么一次起爆的方量约为2.70万m3，大于两天的坝体填筑量（1.28万m3×2天=2.56万m3），因此本工程料场开采强度可以满足坝体填筑要求。

5.4 坝体填筑分期分析

金川水电站坝体最大高度为112 m，填筑设计分两期，一期在截流后的第二个汛前，即2019年5月下旬填筑到2230.0m高程，满足拦挡1%频率洪水的要求，该时段大坝共填筑382.7万m3，填筑时间约12个月，平均填筑强度约31.9万m3/月。二期则完成剩余部分填筑，即2019年7月底填筑到防浪墙基础高程2254.0 m，填筑方量约39.56万m3，填筑时间2个月，平均填筑强度约19.8万m3/月。

考虑本工程覆盖层深厚，所以坝体填筑完毕后的预留沉降期安排了6个月，待其充分沉降后再进行面板施工，根据国内同等坝高的公伯峡、察汉乌苏、积石峡经验，本工程混凝土面板施工不分期，一次施工完毕。时间安排在2020年2月～3月，历时2.0个月。

6 结语

随着工程的不断进展，施工设计将进行更深入的研究，结合已建类似工程的经验和实践，提出施工设计应把握好以下的几个关键问题：

（1）选择合理的初期及中、后期度汛水位对大坝分期填筑强度有重要影响，涉及到能否按期实现发电目标，所以应对导流方案进行详细研究。

（2）高山峡谷区的道路布置较为困难，考虑到枢纽布置紧凑的特点，无法分层布置填筑道路，只能通过坝后“之”字路上坝，所以对道路的等级和布置需要重点研究。

（3）本工程大坝覆盖层基础深厚，需要充分考虑坝体沉降，所以大坝填筑到顶后，从雨季开始沉降，根据施工进度安排，沉降期应尽可能地长些。

（4）对于混凝土面板堆石坝这种当地材料坝应该尽可能利用工程开挖料，减少料场开挖，从而达到减少渣场用地，节约投资的目的。