府村川水库均质土坝分期导流、分期填筑施工技术

加 辉

（中国水电十五局三公司,陕西 咸阳 712000）

1 工程概况

府村川水库位于延安市甘泉县道镇五里桥村,坝址距河口8 km左右,距甘泉县城25 km,距延安市60 km。水库主要任务是向甘泉县工业园区供水和道镇应急供水,多年平均年供水量340 万m3,水库总库容992 万m3,属Ⅳ等小（1）型工程。水库由均质土坝、右岸溢洪道、左岸放水洞三部分组成。

大坝为均质土坝,大坝顶高程为1044.0 m,坝顶宽7 m,最大坝高35 m,坝顶总长433.0 m,坝底最大宽度197.5 m。大坝上游边坡为1∶3,在高程1021 m处设宽2.0 m的马道；下游边坡为1∶2.5和1∶2,在高程1030 m和1015 m处设宽2.0 m的马道,其中高程1015 m马道为坝后排水堆石棱体平台。坝体土方填筑工程量为112.57 万m3。

2 工程施工基本条件

坝址区多年平均气温8.9℃,最高气温38.8℃,最低气温-27.1℃；最大积雪深度18 cm,最大冻土深度83 cm；多年平均降水量540.4 mm,最大年降水量785.5 mm,最小年降水量312.1 mm,6 月～9 月占全年71.2%。

府村河径流主要由降水形成,汛期主要由降水补给,枯水季节主要依靠地下水补给,径流年际变化大,年内分配不均。7 月～10 月径流量占全年51%,12 月至次年2 月来水较少,占全年的14%。

洪水主要由暴雨形成。暴雨最早发生在4 月,最迟出现在10 月,量级和强度较大的暴雨一般发生在7 月～8 月。主汛期在当年6 月～9 月；枯水期分为2 期,在当年10月～次年5 月和当年11 月～次年5 月。工程坝址分期设计洪水计算成果见表1。

表1 工程坝址分期设计洪水计算成果表 单位：m3/s

坝基长382.0 m,由河床、漫滩、一级阶地、二级阶地四部分构成。其中河漫滩高出河床0～2.0 m,宽90 mm～110 mm；一级阶地高出河床4.6 m～6.0 m,宽50 m～140 m；二级阶地高出河床7.0 m～11.0 m,宽11 m～160 m。坝基上部覆盖层为壤土、黄土,厚2.5 m～7.8 m ；下部覆盖层为砂砾石,厚2.5 m～7.8 m；坝基岩体为泥岩。

左、右岸坝肩斜坡高约70 m,主要由黄土斜坡和J2 砂岩夹泥岩组成。

3 问题的提出

根据招投标文件,府村川水库计划于2016 年11 月1 日开工,2018 年10 月31 日完工,总工期24 个月。由于工程开工滞后,水库于2016 年12 月20 日正式开工,比招标文件计划开工日期推迟了50 天。开工后,又由于建设单位无法及时提供工程永久和临时征地,且由另一施工标段新建的六府改线公路也刚开工,社会车辆和行人仍要沿原六府公路从左坝基穿过后才能通行至上游村庄。故施工外围条件、环境与合同条件已不相符,且发生重大变化,合同工期中的原控制性节点目标已不能实现。如仍等六府改线公路施工完成、社会车辆改道通行后,再进行河道截流、放水洞导流施工,合同工期将至少推迟1 年。因此,如何保证六府公路正常通行的同时,按期完成河道截流、放水洞导流成为解决问题的关键。

为解决上述问题,按期实现工程建设总体目标,在充分论证并征得业主、设计和监理单位同意后,我们调整了施工方案,将大坝分两期进行导流和填筑施工。

4 大坝分期导流

大坝原施工导流采用坝前围堰一次挡水断流,放水洞过流的导流方式。根据工程实际情况,利用坝基长382.0 m,坝底宽197.5 m的有利地形,将大坝导流分两期进行。

4.1 一期导流

一期导流为原河道过流。根据设计院提供的水利计算成果和水文资料,在当年汛前将河底拓宽至20 m,并沿河道左岸在左坝基填筑一条纵向围堰,兼作库区上游临时交通道路,满足20 年一遇洪水流量149 m3/s过流要求同时,保证社会车辆和行人正常通行。纵向围堰利用大坝开挖土料填筑,堰顶高程为1016.7 m,堰顶宽7.5 m。沿堰体迎水面铺设防渗土工膜,在堰底设1.5 m～3 m宽的防渗心墙。心墙开挖至基岩面后采用粘土回填。堰顶路基为0.5 m厚砂砾石,路面为0.2 m厚泥结石。路面安装C20 混凝土防撞墩、太阳能路灯和高清监控摄像头等安全防护设施。纵向围堰标准断面见图1。

图1 纵向围堰标准断面图

一期导流期间,主要进行放水洞、大坝左右岸坡和左坝基开挖、大坝左岸拦洪度汛高程1030 m以下坝体填筑施工。

4.2 二期导流

二期导流为放水洞导流,即六府改线公路施工完成且大坝截流后,采用坝前上游横向围堰挡水、放水洞导流。大坝截流后至第二年5 月,围堰拦挡20 年一遇、洪水流量为149 m3/s的洪水。第二年进入汛期后,大坝填筑至坝顶高程,放水洞过流,大坝拦挡50 年一遇、洪水流量为251 m3/s的洪水。

二期导流期间,主要进行右坝基和河道开挖、大坝右岸1030 m高程以下坝体填筑施工,待大坝左、右两岸均填筑至1030 m高程后,最后进行1030 m高程以上坝体填筑施工。

4.3 实际导流情况

府村川水库受移民征地、六府改线公路进度滞后等诸多外界因素影响,2017 年3 月1 日完成大坝左岸征地,2017 年5 月9 日左坝基纵向围堰兼上游临时交通道路完成并通车；2018 年4 月1 日完成上游毛家安土料场征地,2018 年4 月6 日左岸坝体开始填筑；2018 年6 月2 日左岸放水洞全部完工；2018 年9 月30 日完成大坝上游横向围堰截流,放水洞过流。

即一期导流时段为2016 年12 月20 日至2018 年9 月30 日,原河道过流；二期导流时段为2018 年10 月1 日至2019 年5 月31 日,大坝上游横向围堰挡水,放水洞过流；2019 年6 月1 日进入汛期后,大坝拦洪度汛,放水洞过流。

实践证明,通过新修纵向围堰兼上游临时交通道路,将大坝分两期进行导流,保证了六府公路的正常通行,满足了度汛要求,节约了工期。

5 大坝分期填筑

大坝分期填筑就是通过设置坝体横向接缝,在高差允许范围值内将坝体分为左右岸两期进行填筑。即先完成左岸1030 m高程以下坝体填筑,大坝截流后,再进行右岸1030 m高程以下坝体填筑。待左右岸均填筑至1030 m高程后,最后完成1030 m高程以上坝体填筑施工。

5.1 施工工艺流程

基础面清理→测量放样→坝横接坡面处理→土料运输、摊铺→土料碾压→质量检测→下一层填筑

5.2 施工方法

（1）基础面清理

坝体填筑前,将坝基和岸坡岩石面上的砂砾石、表面松散浮石、虚渣等清除干净,使基础面无杂物,无污垢,无积水。基岩面上的反坡、陡坎尖角,混凝土结构面上的泥土、锈斑等不符合质量要求的部位及时清理。基础面清理由人工采用扫帚、铁锹、洋镐等工具配合轮式装载机、液压挖掘机完成。基础面清理完成、验收合格后进行土料铺填施工。

（2）测量放样

在坝体轮廓外围布置测量控制点,利用GPS测量放样。坝体填筑施工前,采用GPS测放出坝体上、下游的填筑边线,由人工撒出白灰线标示在基岩面上。坝体填筑施工中,一般坝体填筑平均每升高1.8 m进行一次测量放样,在坝面上放样出大坝上、下游的填筑边线,坝体横向接坡面的削坡边线,用白灰线和示坡桩在填筑面上标示清楚,由液压挖掘机自下而上按照设计坡比削坡。

（3）坝横接坡面处理

左岸1030 m高程以下坝体填筑时,采用1.2 m3挖掘机对坝横接坡面进行削坡,使坡比不陡于1∶3。右岸1030 m高程以下坝体填筑前,先用挖掘机将横向接坡面上的表层干土挖除,使边坡为新鲜土层,且开挖后坡比仍不陡于1∶3。土料摊铺时,再用SD16 型推土机对坡面逐层进行削坡,把接坡面开挖成小台阶状。每层台阶高度为35 cm,与每层土料虚铺厚度一致。台阶每层水平宽度为1.05 m。推土机削坡示意图见图2。

图2 推土机削坡示意图

覆盖上一层土料前,采用洒水车对下层填筑土料和接坡面进行洒水,减小铺填土料含水率的损失。

（4）土料运输、摊铺

土料由25 t自卸汽车拉运至坝体回填区,沿平行坝轴线方向进占法卸料。土料卸料后先由推土机按照铺土厚度进行摊铺。每层土料虚铺厚度35 cm,摊铺厚度采用人工插入钢钎法检测。土料摊铺过程中,安排专人拾捡土料中的树根、杂物。土料大面积摊铺完后,再由XG31802 平地机对坝面土料进一步平整。平地机平整时,适当调整刮土深度,使坝面中央略高于上、下游,便于雨水排泄。为保证坝体压实质量,土料摊铺边线一般超出坝体设计填筑边线1.0 m宽。

大坝岸坡岩石面和坝横接坡面的土料摊铺,均由人工配合机械薄层铺填,每层土料虚铺厚度20 cm左右,摊铺土料含水率按照最优含水率的+1%～+3%控制。

（5）土料碾压

土料碾压采用22 t自行式凸块振动碾,平行坝轴线进退错距法进行碾压。碾压时控制行车速度,一般为2 km/h～3 km/h。碾压遍数为8 遍,先静碾2 遍,再振动碾压6 遍。坝体岩石岸坡和局部碾压不到的边角部位,人工采用HW60 A蛙式打夯机压实。

坝横接坡面的土料碾压,采用22 t自行式凸块振动碾进行骑缝碾压。碾压示意图见图3。

图3 骑缝碾压示意图

（6）质量检测

坝体每层土料碾压完毕后,质检人员按1 次/（200 m3～500 m3）采用环刀法进行检测,压实度不小于0.96。在岸坡边角、坝横接合面上的取样,按照每层不少于3 次的频率进行,压实度仍为不小于0.96。碾压区取样检测合格后,进行下一层土料填筑。

5.3 大坝填筑情况

左岸坝体填筑施工时段为2018 年4 月6 日至2018 年10 月17 日,历时195 天（扣除阻工、雨天等停工天数,有效施工天数为101 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m坝体土方填筑40.84 万m3。

右岸坝体填筑施工时段为2018 年10 月22 日至2019 年5 月13 日,历时204 天（扣除冬休、雨天等停工天数,有效施工天数63 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m坝体土方填筑49.21 万m3。

大坝左、右岸分期填筑至1030.0 m高程后,坝体开始全断面填筑施工。坝体全断面填筑从2019 年5 月13 日开始至2019 年6 月30 日完成,历时48 天（扣除雨天停工天数,有效施工天数38 天）,完成了高程1030.0 m～1044.0 m间坝体土方填筑22.51 万m3。

6 大坝施工质量情况

右岸坝体填筑期间,对坝横接坡面使用环刀法进行质量检测共252 次,其中含水率最大值为18.5%,最小值为17.3%；干密度最大值为1.78/cm3,最小值为1.72 g/cm3,压实度全部大于0.96,质量检测全部合格。

大坝填筑完成后, 2019 年7 月至9 月期间共对坝体进行3 次变形观测（每月/1 次）。通过对坝体变形观测点的测量及数据分析,发现坝体在纵、横方向未发生位移,大坝竖向位移沉降最大值为0.04 m,且最大竖向位移发生在坝体河床段坝顶部位,为坝体高度的1/1000,该值小于坝顶预留沉降超高的工程经验1%坝高。

7 结语

府村川水库均质土坝通过分期导流、分期填筑施工,促进了工程总体施工进度。在坝体分期填筑施工中,通过采取一系列技术措施,保证了接坡面的施工质量,有效消除了均质土坝在坝横分缝处产生的不均匀变形,为类似工程施工提供了借鉴经验。