长河坝水电站砾石土心墙堆石坝填筑强度分析

2022-10-06钟权，夏欣

水电站设计 2022年3期

钟权，夏欣

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072)

0 前言

心墙堆石坝具有充分利用当地天然材料、适应不同地质条件、施工方法较为简便及抗震性能好等优点而被广泛采用[1-2]。随着我国水利水电工程的大力建设和蓬勃发展，越来越多的高坝大库采用土石坝型式。堆石坝填筑料用量往往较大，一般可达数百万至千万立方米，因而坝体填筑强度较大。然而，堆石坝大多修建于高山峡谷地区，施工场地狭窄、道路布置困难，施工条件差[3-4]；同时，堆石料料源往往分散分布，运距较远。因此，如何采取合理有效的保证措施，确保坝体大规模、高强度填筑施工，是堆石坝填筑施工面临的问题[5]。

1 工程概况

1.1 工程概述

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站[6]。水库正常蓄水位1 690.00 m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3，调节库容4.15亿m3，具有季调节能力。电站总装机容量为2 600 MW。

拦河大坝为砾石土直立心墙堆石坝，坝顶高程1 697.00 m，最大坝高240 m，坝顶长约502.85 m，上下游坝坡均为1:2，坝顶宽度16 m。坝体填筑料为上游压重、上游堆石料、上游过渡料、反滤料3、心墙砾石土料、反滤料1、反滤料2、下游过渡料、下游堆石料、下游压重。大坝设计总填筑量约3 417万m3，其中，堆石料2 274万m3，过渡料291万m3，砾石土心墙料428万m3，反滤料168万m3。大坝结构型式见图1。

图1 大坝结构型式

1.2 施工特性

长河坝水电站大坝是目前国内外建在深厚覆盖层上的最高砾石土心墙堆石坝，其坝体填筑施工主要有以下技术特点:

(1)工程所处在深切河谷地段，施工条件差；

(2)两岸岸坡陡峻，上坝施工道路布置困难，道路及桥梁工程量大；

(3)河谷狭窄，填筑工作面较小，施工机械布置影响填筑强度；

(4)大坝填筑时间长、填筑强度高，能否保证连续供料成为制约填筑强度的因素之一；

(5)填筑质量要求高，从坝料开采与制备到坝面摊铺、碾压各工序要求严格；

(6)大坝填筑工程量大、施工工序多、施工强度大，还需确保大坝度汛安全。

2 填筑料源规划

2.1 土料场

高塑性黏土料源开采自距坝址约60 km下游海子坪黏土料场，开采总量22.1万m3，一次开采后全部堆存于野坝堆场再二次开采上坝。

砾石土心墙料源开采来自距坝址22 km左岸汤坝土料场和距坝址23 km左岸新莲土料场，开采总量428万m3。

2.2 反滤料生产场

上游反滤料3、下游反滤料1、下游反滤料2、心墙基础水平反滤料(分为反滤料1和反滤料2两层)、下游坝基水平反滤料4均由骨料筛分系统生产掺配而来，人工骨料加工系统工程建于坝址下游约6 km大渡河左岸磨子沟沟口，系统主要进行大坝反滤料以及工程混凝土砂石骨料供应，系统处理能力为1 000 t/h。反滤料毛料来自江嘴石料场及磨子沟明挖料回采场渣料，反滤料总量166万m3。

2.3 石料场

堆石体料及上下游过渡料、上下游压重等料源开采自距坝址3.5 km的上游响水沟石料场和距坝址6 km的下游江嘴石料场；金汤河口料场作为备用料场，开采总量3 300万m3。

3 大坝填筑施工

3.1 填筑道路布置

根据施工总布置并结合料源情况，上坝道路的布置采用岸坡与坝坡相结合的布置方式，充分利用现场原有道路，与坝内、坝外增设的临时道路合理结合。根据坝体填筑分期要求，在左右岸不同高程分别布置了上坝道路，路面宽6.5～9.0 m，最大纵坡不超过10%。

3.2 施工机械配备

长河坝水电站砾石土心墙坝填筑方量大，施工强度高，大型机械化施工是实现高强度填筑的前提条件。为充分发挥机械效率，所选的机械型号、数量应相互配套，确保大坝填筑循环流水作业。根据工程的地形条件、施工道路及大坝的施工强度，结合现场碾压试验成果，选用大中型机械设备施工，主要施工机械型号有1.6～4.0 m3挖掘机；20～25 t自卸汽车；220～320 hp推土机；32 t自行式振动平碾等。

3.3 大坝填筑强度分析

长河坝水电站大坝工程于2010年10月截流，2011年5月围堰完工，2011年8月开始进入基坑开挖，2012年5月下游堆石区开始填筑，2012年11月大坝防渗墙施工完成，2013年7月开始心墙填筑，大坝随即进入全断面填筑施工。至2016年9月，大坝填筑至坝顶高程1 697.00 m，坝体填筑工作完成。2013年7月—2016年9月，坝体填筑强度统计见图2，同期坝体心墙砾石土和上下游堆石料填筑高程上升统计见图3。

图2 长河坝水电站坝体填筑强度

图3 长河坝水电站坝体填筑高程上升趋势

从图2～3中可以得出：

(1)自2013年7月大坝进入大规模、高强度填筑期后，填筑时长达39个月，月填筑强度基本都在50万m3以上，平均月填筑强度约72.9万m3，最大月填筑强度达125万m3，且在高峰期填筑强度持续时间长，超过90万m3/月的达17个月。

(2)坝体填筑初期，随着施工资源投入不断增加、填筑施工协同作业逐渐成熟，坝体填筑强度呈现逐渐增加的趋势；坝体填筑末期，随着坝体上部断面逐渐缩小，坝体填筑强度也逐渐降低。

(3)砾石土心墙料填筑受到汛期降雨的影响较大，2014年及2015年汛期，砾石土心墙料填筑强度明显降低，2014年7月不足1万m3；堆石料则基本不受汛期的影响，2014年及2015年汛期，堆石料均为大规模高强度填筑，2015年6月甚至超过100万m3。

(4)坝体砾石土心墙上升速度与上下游堆石料的总体上升速度基本保持一致。大坝砾石土心墙填筑高程由2013年7月的1 457.00 m上升至2016年9月的1 697.00 m，月平均上升高度6.15 m；坝体填筑高程基本呈直线上升趋势，可以看出各月高程上升速度较为均匀。

(5)坝体填筑强度往往会受到度汛目标的限制。为满足2014年5月底坝体填筑至1 536 m高程的度汛要求，该年4月及5月的堆石料填筑强度由3月的35万m3显著提高至75万m3和81万m3，且主要用于上游堆石坝；砾石土心墙料填筑强度则稳定在21～25万m3/月。规划设计及实施过程中，必须重视度汛目标对坝体填筑强度的要求。

(6)坝体填筑施工受春节假日的影响，填筑强度有较明显的降低，如2014—2016年春节前后，坝体填筑强度分别仅为46万m3/月、67万m3/月和38万m3/月，均低于坝体大规模填筑期间的平均水平。因此，在前期规划设计时，应充分考虑节假日对坝体填筑施工的影响。

4 大坝填筑强度的保证措施

(1)大坝砾石土心墙应分区填筑施工。心墙在高程147.00～1 588.00 m之间，砾石土划分为4个区，分别为铺料区、碾压区、检测区和合格区，并按照铺料、碾压、检测组织流水作业[7]。为了防止路面土料超压破坏，要求土料运输车辆分别以上下游方向进料，即上游2个作业区从上游进料，下游2个作业区从下游进料。此外，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错位布置。

(2)料源供应保障充足。①堆石料:前期借用地下开挖的部分合格料作为堆石料源，地下开挖料是人工骨料生产料源，但开挖阶段混凝土骨料用量少，为增加该时段大坝填筑强度，先调整上坝，待后期料场开采强度大幅提高后，再就近向人工骨料系统归还供料。②过渡料:采取高单耗爆破加骨料掺配的平铺立采工艺制备过渡料，即在石料场按高单耗爆破半成品，挖掘机装车运至掺配场，按比例掺入中石、小石、砂，级配检测合格后上坝填筑。③反滤料:反滤料由人工骨料系统生产供应，考虑到反滤料掺配场地面积有限，料仓总储量不能满足上坝强度与脱水时间的要求，因此需要另外布置备料场储备反滤料。④砾石土心墙料:由于砾石土心墙料制备工艺相对复杂，土料运距较远，施工期采取在坝区附近备存措施，确保满足汛期填筑强度要求。

(3)加强施工交通安全管理。加强工程场内交通安全管理，建立健全交通安全管理体系，制定切实可行的交通安全管理制度和交通安全管理目标；加强场区交通安全管理制度培训和交通安全教育，减少道路交通违法行为；严把车辆准入制管理，制定车辆维修、保养、自查制度，提高安全性能；完善道路安全设施，不断改善道路条件。

通过上述措施，最大限度降低和避免交通安全事故，为大坝高强度填筑提供了强有力的保障[8]。