长河坝大坝快速施工方法探讨

由广昊

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，成都，610072)

长河坝大坝快速施工方法探讨

由广昊

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，成都，610072)

根据长河坝水电站拦河坝工程的特点，从砾石土心墙堆石坝快速施工的必要性、快速施工的主要方法、快速施工中需认真对待的问题等几方面，对砾石土心墙堆石坝快速施工程序和方法进行了分析探讨。

长河坝水电站 砾石土心墙堆石坝 快速施工

1 工程概况

长河坝水电站是以单一发电为主的大型水库电站，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。工程为一等大(1)型工程，挡水、泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为1级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时建筑物为3级建筑物。电站采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发。电站总装机容量2600MW，水库正常蓄水位1690m，具有季调节能力。

拦河大坝为砾石土直心墙堆石坝，坝顶高程1697m，最大坝高 240.0m，大坝心墙底高程1457.00m，坝顶长度502.85m，坝顶宽度16.0m，上、下游坝坡1∶2.0。大坝设计总填筑量3417万m3。

2 长河坝大坝快速施工措施

2.1 基础处理的不确定性需要加快施工进度

长河坝水电站大坝基础防渗墙两道为1.2m和1.4m，其施工难度在防渗墙施工中较为少见:覆盖层深厚，地质情况复杂，成槽非常困难；“Ⅴ”型河谷，坡度大，入岩极为困难；槽孔深，预埋件多；加之进行帷幕灌浆、覆盖层固结灌浆等，地基综合处理难度大，检查复杂，基础处理完工及交面时间往往较开工时所制定的计划时间滞后，从而造成大坝填筑开工时间拖延，而下闸蓄水或竣工期往往却不予调整，进而造成有效填筑时间缩短。

2.2 水文气象影响对填筑强度提出新的标准

砾石土心墙堆石坝对水文气象因素极为敏感。在雨季，土料的含水率影响极大，直接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响；冬季，土料上冻，如不采取积极措施也无法进行填筑，且冬、雨季填筑施工投入高、产出低，往往施工单位不愿意承担。因此，充分利用填筑的“黄金季节”快速施工，尽量避免冬、雨季施工(或减少冬、雨季填筑量)，是砾石土心墙堆石坝填筑的首选。

2.3 从度汛特点考虑也需要快速施工

由于砾石土心墙堆石坝不允许漫顶过流，故砾石土心墙堆石坝“施工高峰期”一般发生在工程实施后的第一个汛前达到拦洪度汛断面前，截流后均需加快施工进度，务必在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。然而，长河坝水电站砾石土心墙堆石坝位于大渡河，洪水具有来水大、时间短、陡涨陡落的特点，为确保工程安全，需在汛期来临前将围堰或坝体的一部分快速填筑至挡水高程。

2.4 施工条件拓展是快速施工的基础

随着机械化程度的提高，大容量的土石方设备在施工中提高了工效，从而为快速施工打下了必要的物质基础。填筑材料适用范围的拓展，使原来不适合作坝料的材料也可作为填筑料，为砾石土心墙堆石坝快速填筑提供了新的支撑点。

3 长河坝大坝快速优质施工主要方法

3.1 快速优质施工准备工作

3.1.1 设计前期充分详查料场品质和储量

料场对砾石土心墙堆石坝的顺利填筑十分重要。根据工程实践，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是对于填筑量最大的堆石料，进场后与招标文件不符的可能性很大，或地质条件发生重大变化，招标文件中的有用料变成无用料；或开采面积变小，无法形成大规模开采(或台阶开采)条件，不利于大规模机械化开采，直接制约大坝的按期填筑。同时级配是否良好，也是影响大坝快速填筑的关键。

3.1.2 做好料场的复查、复勘及规划工作承包商进场后，应对各个料场进行复查、复勘及规划，搞好料场复查和储量计算以及规划，并做好上、下游料场与大坝上、下填筑料的平衡。如具备条件，最好在大坝填筑前储备一部分成品料来削峰平谷，对大坝的填筑强度、质量和投资控制都有好处。因此，料场的工作应早重视、早计划、早研究，这是解决快速施工、降低工程造价不可忽视的因素。

3.1.3 料场的开采

料场开采时，采用“平采”还是“立采”，料场如何分区、开采道路如何布置等，也是大坝能否快速填筑的关键。

3.1.4 施工道路

为满足快速优质施工的需要，目前运输车辆越来越向大吨位发展，其数量也相应增多，对道路的要求越来越高，相应提高了填筑效率。俗话说:“磨刀不误砍柴工”就是这个道理。但一般工程多采用泥结石路面，难以满足对道路的要求。如果具备条件，在局部车流量大的地段采用混凝土路面，将会极大地提高运输效率；在道路布置上，应尽量根据实际情况布置成环形双车道，可避免车辆的相互干扰，从而提高单车效率。

3.1.5 碾压试验工作

对砾石土心墙堆石坝而言，碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝能否顺利填筑及确保大坝安全的重要环节。一般而言，在招标文件中或填筑技术要求中提出的指标是建议性的，均需要在碾压试验中进行复核和验证。碾压试验应根据工程类比法拟定的施工参数进行，试验得出的参数是控制大坝能否快速填筑的重要因素，如指标定得过高，在正式填筑中不易达到，将造成补压次数过多及采取更重型碾压设备施工，效率将会降低；指标定得低，为确保大坝安全，可能将增加许多工程量，也不利于工程快速施工。因此，碾压试验工作不细致，有可能不得不暂停施工而重新进行碾压试验，从而直接影响坝体的填筑。

3.2 编制切实可行的进度计划

对于砾石土心墙堆石坝施工，存在着一系列相互干扰、相互影响的工作，必须编制切实可行的进度计划，不能只凭经验或简单的分析，必须对施工中出现的新情况、新干扰进行科学的判断和分析。而计算机的运用，极大地提高了计划编制水平智能性，能够自动进行工期分析、关键线路分析，在发生干扰事件后，也能迅速进行调整和辅助决策，从而避免盲目施工决策。

3.3 抓好坝面作业

在完成各项准备工作具备填筑条件后，对施工单位而言，应按计划进行坝体填筑，加强各工序的衔接、减少中间环节是快速施工的重中之重。

3.3.1 合理的坝面分区流水作业是快速填筑施工的关键

由于砾石土心墙堆石坝体型较大，为坝面分区流水作业提供了必要的作业面，一般将填筑工序分为铺料、摊料、洒水、压实、质检等工作。根据实际情况，将坝面作业分为工段数与工序数，如果工段数大于工序数，人、机不闲，作业面闲；如果工段数小于工序数，人、机闲，作业面不闲，流水作业不能正常进行。进行工段数及工序数的确定和划分有很多种方法，在填筑前，由于施工情况并不很明朗，一般采用先按现有设备进行理论计算后，按流水作业的要求和注意事项初步拟出工序数目、工作段面积及工段数目，再根据前期填筑对设备及运行时间的统计进一步进行修正，从而确保施工有序进行。

在坝面分区流水作业中，特别强调的是防渗土料的施工。受多方面因素影响，防渗土料直接制约大坝整体的上升，在防渗土料填筑流水作业中，根据填筑的需要，应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业分析，并根据机械设备及填筑情况及时调整。

3.3.2 整体填筑与临时断面填筑

为加快优质施工进度，一般采用整体填筑施工。整体施工具有以下几个优点:首先减少了接缝、接坡、削坡等工序，保证了填筑质量和尽可能大的堆石填筑面，有利于在继续填筑时布置进入防渗料区的施工道路，运输反滤料及过渡料的大型自卸汽车不横穿防渗料区，同时也有利于减小料界偏差和相邻料平起填筑时的跨缝碾压。但是在越来越多的工程实践中，为满足度汛和分期蓄水提前发挥效益的要求，均要求施工单位在短时间内将大坝上升到某一高程，因而全断面填筑不具备可能性，故一般采用临时挡水断面填筑的施工方法。在冬、雨季心墙部位不能进行填筑的情况下，只能进行堆石料临时断面的填筑。临时断面的设计应考虑多方面的因素并通过稳定性复核，在临时断面填筑至设计高度后，再进行其他断面坝料的填筑。为加快施工进度，在临时断面填筑中，应正确分析临时断面尺寸与坝体填筑的需要，不可一味减少临时断面填筑量而影响到大型机械的正常施工，反而达不到经济、快速的目的。在后期填筑中，接缝、接坡、削坡工作将增加很多工程量，为保证施工质量，这是必须要确保施工到位的项目，同时也是填筑临时断面必须多付出的代价。

3.3.3 大型设备的投入

在坝体填筑量一定的情况下，要缩短填筑时间，必然要增大填筑强度，因此，设备的投入极为重要。但是目前水电建设整体处于恶性竞争、低价中标的大环境下，要在一个工程中投入大量新型设备、大型设备进行高强度的施工也比较困难，因此在许多工程中，使用中小型工程的设备去完成大型工程的修建较为常见，实践证明，这种小马拉大车的情况并不能保证大坝快速、正常的施工。在这种情况下，施工单位已进行了积极的探讨，其中一个最重要的方面就是充分发挥社会资源，组织社会上的设备进场，这是解决施工单位自身设备不足的良好办法。引进社会上的设备，对施工单位的管理水平提出了更高的要求:搞好了，可以节省投资、加快施工进度；如管理不好，协作单位不能按有关要求作业，反而会影响快速施工。因此，施工单位应吸取经验教训，逐步完善管理机制，才能达到快速施工、节约费用的目的。

3.3.4 快速进行现场试验

长河坝水电站拦河坝为碎石土心墙堆石坝，共有五种填筑料，分别为心墙高塑性粘土、心墙砾石土、上下游反滤料(反－1、2、3、4)、上下游过渡料及上下游坝壳堆石料。为确保碎石土心墙堆石坝的填筑质量，一般要求对各种料的物理力学指标和填筑质量进行试验，只有在填筑面碾压合格并通过验收后方可进行上一层填筑。故现场试验能否快速得出碾压结果，是影响快速施工的因素，因而试验人员和试验设备的配置显得尤为重要。

长河坝水电站砾石土料试验检测，采用砾石饱和面干吸水率代替天然含水率快速计算其干重，酒精燃烧法快速测定细料含水率，计算细料干重，通过加权计算砾石含量，再对应室内击实最大干密度计算全料压实度的快速检测方法，该方法2h内可出结果，与常规的方法相比缩短6h以上，有利于大幅加快现场试验进度。

研发制造配置有大型微波干燥机、高精度流量计水箱、车载控制机柜及工作台的移动试验检测车，可在20min内完成土料含水率的快速测定；通过联通高精度流量计水箱进行土料灌水法密度试验提高试验精度；利用车载控制机柜、工作台等齐全的办公设备进行现场试验，避免常规检测向后方试验室送样过程的含水损失，并达到快速出具试验报告的效果。

3.3.5 加强冬季施工方法的研究和组织

由于受冬季的影响，大坝(特别是防渗土料部位)往往不能填筑或填筑强度极低，在长河坝水电站，冬季施工影响期为2～3个月。如何在冬季保持正常施工，是加快坝体填筑的一个方向性问题，如果该问题得到突破性进展，将对砾石土心墙堆石坝快速填筑带来质的飞跃。

3.3.6 成立强有力的协调机构

由于砾石土心墙堆石坝具有填筑坝料多、工序衔接多、机械设备投入多等特点，坝面(包括料场)协调范围广、事情繁琐，成立强有力的协调机构，能够根据坝体填筑的需要从整体上把握全局，合理进行设备调配和场面调配，可以做到事半功倍，节约很多时间，否则快速填筑难以实现。

3.4 充分考虑其它因素的影响

为确保砾石土心墙堆石坝快速优质施工，须充分考虑外部施工环境。从多个工程实例看，大坝施工存在着极为复杂的外部环境，治安环境、移民征地均可能制约工程施工。因此提前作好各项协调工作，及时化解风险，可为正常施工创造一个相对宽松的作业环境。另一方面，工程能否达到预期目标，是业主、设计单位、监理单位及施工单位共同努力的结果，多个工程实例表明，各单位如果配合得好、群策群力，工程就能顺利施工，困难也能较顺利的解决；反之，则可能陷入漫长的困境，工程自然是想快都快不起来。

4 快速施工需认真对待的几个问题

砾石土心墙堆石坝快速施工的水平，主要依据坝高、填筑工程量、实际施工工期、平均月升高速度及平均月上坝强度等施工技术指标进行综合分析、评价，而不是简单一味地求快及追求上升速度。快速施工应建立在科学论证及安全评审的基础上，否则将有可能带来不可预料的后果。

4.1 快速施工对坝体的影响

如果砾石土心墙堆石坝施工速度过快，坝体碾压完成或投入运行后，将造成本应在施工期完成的沉降而留在运行期完成，大坝蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦较大，各种料在沉降速率与时间方面均不同步；同时，空隙水压力消散较慢，在防渗土料中易形成低应力区并可能形成拱效应，从而造成心墙开裂等潜在的安全隐患。

4.2 短期的快速施工不利于均衡施工

由于短时间内追求过高的施工强度，一味将填筑量和大坝上升速度指标作为施工单位的考核目标，给施工单位带来了巨大的压力和不便，特别是在为度汛及分期蓄水填筑上表现更为明显。一般情况下，施工单位考虑进场施工设备时多从施工高峰期着手，以该阶段的施工强度配备机械数量，故设备数量较大。这样的考虑易造成两种情况:一方面，施工高峰期(度汛断面填筑等临时断面)一过，易造成设备的闲置，从而使富余的施工机械不能完全发挥其经济效益，造成浪费；另一方面，由于施工高峰期出现在整个工程施工前期，施工单位要在很短的时间内调配大量的设备进场，无论从人力、物力和财力上都给施工单位造成巨大的压力。

5 结语

建设单位及施工单位应正确看待砾石土心墙堆石坝快速施工的利和弊，一方面作好各项准备工作，采用大型、重型振动碾压机具等措施，提高压实度、降低孔隙率，做到均衡施工，从科学的角度，全面、正确地分析工期，实现资源利用最大化的目标；另一方面，重视坝料级配和碾压参数的控制，良好的级配和最优的碾压参数能够在施工期降低运行期的沉降和变形。最后，应及时消除不利影响，如沉降及拱效应等问题，可以采用有限元分析、埋设原型观测仪器等进行实际量测，监控大坝应力及变形情况，以达到快速优质施工、建设单位及施工单位“双赢”的目标。

TV641.42∶TU721.3

B

2095－1809(2016)05－0007－04

由广昊(1975－)，男，黑龙江佳木斯人，工程师，主要从事水电工程建设技术与管理工作。