长河坝水电站高土石坝心墙区分区流水施工技术

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(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 温江，611130；2.四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，成都，610072)

1 工程概况

长河坝水电站拦河大坝为砾石土心墙堆石坝，最大坝高240.0m。大坝填筑工程量约为3400万m3，砾石土心墙防渗料约428.3万m3。心墙土料的最大填筑面积超过了2.2万m2，参照其他类似工程的分区施工思路，投标文件中采用的施工设计为左、中、右三个分区，顺水流方向进料，顺坝轴线碾压。实施过程中发现以下问题：

(1)会遇到碾压或质量检验中某一个流水作业出现问题，导致心墙组织流水施工不顺畅的情况。如质量检测区域出现检测不合格时，需要对该区域进行复检或再次碾压。而流水施工中，在质量检测后需要马上进行铺料，上述质量问题则会造成施工作业没有铺料区域，从而使得铺料区域的运输车辆、推土机、平地机等出现闲置；如果碾压区域出现问题，不能提供碾压后的工作面，就会造成质量检测人员出现窝工。基于上述情况，现场需要一个备用区域进行调节，以避免人员窝工和设备闲置；

(2)在心墙上游侧三个进料口位置附近未铺筑钢板的区域，已填筑完成并经质量检测合格的土料在重车反复碾压下，存在超碾和剪切破坏问题；

(3)上坝填筑运输道路只有一条，车辆存在相互干扰，车速较慢，效率降低。

2 投标文件中的心墙作业分区方法

2.1 分区情况

心墙部位按顺水流方向，分成左中右三个区，各个区独立施工，区内工序作业流程分为铺料流水作业段(含卸料、铺料、平料工序)、碾压流水作业段、检测验收流水作业段(含现场取样、质量评定、质量验收工序)，3个流水作业段循环施工。碾压作业按顺坝轴线方向进行。为避免分区碾压形成连续多次贯通上下游的搭接条带，上下层分区需沿坝轴线错开距离约0.1L(L为沿作业面坝轴线的铺料总长度)。

心墙填筑在1537m高程达到最大填筑面积，其上下游宽度达到85.7m，左右岸铺料总长度为258.55m(左右岸长度264.55m减去左右岸高塑性粘土铺料宽度，每侧为3m)，面积为22158m2，具体详见表1。铺料厚度为30cm，需要6647.4m3堆存方土料。松方/压实方的换算系数为1.5647，则碾压后的压实方约为6647.4/1.5647=4248m3。

考虑上下层分区需错开距离，每区填筑面积达到22158×(1±0.1)÷3m2，即为6647.4m2～8124.6m2，其铺料厚度为30cm，需要1994.2m3～2437.4m3堆存方土料。

根据招标文件，业主提供上坝主要道路和大坝填筑范围内作为运输道路的临时之字路。心墙土料从大坝上游侧供料，同时，上游堆石料、过渡料也从上游侧供料。为确保已填筑好的上游过渡料和心墙料在进料口位置处的下层料不被运输心墙土料的车辆反复重车碾压造成剪切破坏，需铺筑2mm厚的钢板保护。

2.2 投标文件中的质量检测时间

招标文件规划心墙土料1585m高程以下采用汤坝土料场的料源，1585m高程以上采用新莲土料场的料源。由于料源固定，投标文件中完成质量检测的时间为9h。

2.3 计算的分区填筑完成时间

按最大填筑面积6647.4m2～8124.6m2计算，每个区铺料循环工作时间约为4.5h，碾压时间约为2.0h，质量检测时间约为9h，完成3个区(1层)时间约为15.5h，每天按16h工作时间计算，铺料厚度为0.3m，碾压后的层厚为0.27m，则每天上升0.27m×16h/15.5h=0.279m。

3 心墙分成4个区的条件

参见表1，在1499m高程处，心墙上下游宽度为101.2m，左右岸总长度为220.55m,左右岸高塑性粘土铺料宽度每侧均为3m，铺料总长度为214.55m。总填筑面积为21712m2，平均分成4个区，每区的填筑面积为5428m2。

在1499m～1588m高程之间，心墙的填筑总面积大于2万m2，最大填筑面积为22158m2。平均分成4个区，每个区的最大填筑面积为5540m2，并且均大于5000m2，具备增加布置碾压设备的条件。经参建各方讨论，决定在1499m～1588m高程分成4个区进行流水施工。

表1心墙部位填筑总面积和分区面积情况

4 心墙分成4个区的施工方法

4.1 总体分区规划原则

(1)按照便于铺料、碾压、检测工序组织流水作业；

(2)避免形成上下游贯通的薄弱条带；

(3)减少对土体的超压剪切破坏；

(4)保持平起施工，尽量不在心墙区域形成横缝，严禁形成纵缝。

4.2 分区措施

(1)以坝轴线方向为上下分界线，上游两个区，下游两个区。按铺料、碾压、检测组织流水作业。为防止重车对心墙区域的进料口附近土料产生超压破坏，要求上下游各设两个路口，并分别从上下游方向进料，即上游两个作业区从上游进料，下游两个作业区从下游进料。另外，为防止沿左右岸分段碾压形成贯通上下游的搭接条带，上游两区碾压分界线与下游两区碾压分界线必须错位，沿坝轴线错开距离约0.2L(L为沿作业面坝轴线的铺料总长度)。分区布置如下图1。

图1 4个区的上下游进料布置

(2)随着坝面填筑上升，心墙填筑区沿坝轴线方向长度会逐渐变大，而垂直坝轴线方向距离逐渐变小，当坝面上升至1588m高程时，整个心墙区域宽度为61.2m(详见表1)。向上填筑的宽度逐步缩窄，如再按照上述分区作业，坝轴线上下游侧各分区太窄，不利于组织机械配套施工。故此时不应再依照坝轴线上下游侧进行划分，而改为仅沿坝轴线方向布置碾压搭接缝。由于此时沿作业面坝轴线的铺料总长度较大(336m以上)，故考虑按80m～120m分段布置，此时进料按从上游进料。

(3)4个区按铺料、碾压、检测组织流水作业，现场实施效果如图2。在图2中，以坝轴线方向为上下分界线，上游两个区(A区和B区)，下游两个区(C区和D区)。上游两区的碾压分界线与下游两区的碾压分界进行了错位。流水循环施工第1个工序的分区施工情况为：A区在铺料，B区在质量检测，C区在碾压，D区为备用区(工作状态为待碾)；第2个工序的分区施工情况为：A区为备用区，铺料完成后准备待碾，B区进行铺料，C区进行质量检测，D区进行碾压；第3个工序的分区施工情况为：A区进行碾压，B区为备用区，铺料完成后准备待碾，C区进行铺料，D区进行质量检测；第4个工序的分区施工情况为：A区进行质量检测，B区进行碾压，C区为备用区，铺料完成后准备待碾，D区进行铺料。如此循环，形成一个完整的流水作业过程。

图2 4个区现场实施情况

4.3 计算的4分区填筑完成时间

考虑上下层分区需错开距离，按最大填筑面积5540×(1±0.2)m2，即4432m2～6648m2计算，每个区铺料循环工作时间约为3.3h，碾压时间约为1.5h，质量检测时间约为9h(采用投标文件的检测方法)，完成4个区(1层)时间约为13.8h，每天按16h工作时间计算，铺料厚度为0.3m，碾压后的层厚为0.27m计算，每天上升0.27m×16h/13.8h=0.325m。

5 结语

长河坝水电站1499m～1588m心墙填筑由3分区改为4分区施工，按相同铺料填筑面积，计算的每天上升强度由0.279m提高到了0.325m，提高效率16.5%，可较快地推动工程进展；高程1588m至坝顶部分由于受到上下游心墙宽度影响，采用3分区进行施工。

分区填筑的作法，虽加快施工进度，但需增加现场人员和设备的投入，业主将增加工程投资。根据招投标、合同文件，大坝心墙土料全部从上游供料。从下游供料加权平均运输距离增加4.1km，对应工程量约为45.6万m3压实方，增加费用约为4.1km×1.32元/m3·km×45.6万m3=246.79万元。心墙区分区流水作业新增加购置2台26t凸块碾压设备，购置费用约为95×2=190万元，两项合计后增加费用403.78万元。

由于心墙是大坝防渗的主体和核心，处于大坝填筑关键线路上，其施工进度决定大坝的填筑完成时间。因此，虽然会增加工程成本，但加快心墙施工进度对大坝、整个工程进度以及提前发电具有重大意义。

心墙部位采用流水作业施工，不管是分成3区或4区，对于流水作业中铺料工序搭接部位，需注意要超过分区的分界线1m～2m，以避免人为分界造成碾压时漏碾或超碾，在现场质量检测中，需重点加强该处的检查频率。否则，一旦质量出现缺陷，易在该局部区域形成顺水流方向的渗漏通道，对大坝安全运行造成影响。

长河坝水电站大坝心墙区分区流水作业施工实践，对正在建设的双江口水电站、两河口水电站等大型电站提供借鉴和参考，可根据心墙部位铺料面积、设备规格型号、投入情况等进行相互匹配，形成满足具体工程要求的分区流水施工技术。本工程心墙区的分区流水作业和施工技术，对于堆石料填筑面积大的堆石坝工程，亦可参考使用。