大石门水库大坝施工技术探析

2022-12-31刘锡安

海河水利 2022年5期

刘锡安

（新疆泰达水利水电工程有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000）

大石门水库是一项承担防洪、发电和供水任务的综合型水利枢纽工程。工程由大坝、表孔溢洪洞和发电引水系统等组成[1]。坝址所在地地形地质条件较为复杂，施工较为困难，为了确保大坝安全顺利建设，现对大坝建设方案进行分析探讨。

1 概况

大石门水库坝址位于车尔臣河与托其里萨依河汇合口下游300 m 处，大坝轴线位于自东向西的车尔臣河与自南向北的托其里萨依河汇合处下游300 m处[2]。坝址区地勘成果显示：坝址区基岩为软岩和中硬岩，基岩承载能力弱，坝址区又处于强震区，根据坝址区天然建材分布情况选择修建当地材料土石坝。结合实际，规划大坝建设类型为碾压式沥青混凝土心墙砂砾石坝[3]。坝顶高程2 304.5 m，坝顶宽度12 m，坝长205 m，最大坝高128.8 m。上游坝坡为1∶2.5～1∶2.75，下游坝坡为1∶1.8～1∶1.6，在下游坝坡设“之”字形上坝公路，下游综合坝坡1∶2.32。

2 施工特点

2.1 坝基开挖不能在截流前进行

坝址两岸大部分基岩裸露，坝段河谷呈深“V”形，坝址区附近现代河床宽10～20 m，正常高水位2 300 m高程处谷宽194 m，坝址区附近两岸岸坡陡峻，岸坡坡度多在50°～80°，局部近直立[4]。施工场地狭小，施工道路难以布置，施工期紧且不能在截流前施工。

2.2 坝体填筑总量大

坝顶高程2 304.80 m，最大坝高128.5 m，坝体填筑总量359 万m3。本工程填筑强度不大，高峰填筑月强度约34.96 万m3。受导流限制，沥青心墙的平均上升高度较大。本工程大坝的填筑与心墙混凝土基座浇筑及其灌浆存在施工交叉和干扰。做好大坝工程的土石方开挖、坝体填筑、施工道路布置的施工组织至关重要。

2.3 施工难度大

受地形条件限制，本工程分层填筑道路较少，主要依靠坝后“之”字形道路完成坝体填筑。

3 施工方案

3.1 施工要求

施工进度规划如下：坝基土石方开挖在截流以后开始施工，第二年9月开始至第三年5月完成坝基土石方开挖及河床段基础处理工作，第三年6 月初开始坝体填筑工作，同时交叉施工岸坡基础处理，在第四年8 月底坝体全断面填筑至坝顶高程，上游护坡施工安排在第四年8—9月施工。

施工程序为：岸坡土石方开挖→河床段坝基处理→坝体填筑及沥青混凝土施工、岸坡基础处理施工→上游护坡施工→坝顶及下游护坡施工。

（1）截流后，尽早进行大坝坝基开挖，开挖完毕后进行河床段心墙基座混凝土浇筑及坝基灌浆等施工。

（2）坝基处理完成后，于第三年6 月开始坝体填筑与沥青混凝土心墙施工，第四年8 月底填筑至坝顶高程。

（3）上游混凝土护坡分两期进行浇筑，第一期浇筑2 170 m 高程以下部分，第二期浇筑2 170 m 高程—防浪墙底。

3.2 施工措施

3.2.1 施工道路布置

根据两岸坝肩和河床开挖高程设计，本工程在左岸布置有L4 道路；右岸布置有3#永久、临时交通洞，主要用于运输施工机械、设备以及施工人员进出场。弃渣道路利用河道左岸的L5 道路。坝体填筑道路上游利用L3 路，下游利用1#永久交通洞、1-1#永久交通洞及坝后“之”字形路。

3.2.2 坝基施工

（1）坝基开挖。坝基开挖主要为河床开挖和岸坡开挖。由于河床较窄，坝基土石方开挖安排在截流后进行，首先进行岸坡段开挖，开挖完成之后再进行河床段开挖。截流后3个月完成坝基所有土石方开挖，开挖强度2.6 万m3/月。岸坡段采用自上而下分层开挖，履带设备利用重机道到达开挖开口线位置，人工及手风钻先清理出钻爆平台，2 m3挖掘机向坡下翻渣，土方开挖采用2 m3挖掘机直接开挖，石方开挖采用150型潜孔钻钻孔、手风钻配合，预裂爆破，2 m3挖掘机配合132 kW 推土机推运30 m倒渣到下部集渣平台，平台设在河床2 185.0 m 高程；再用2 m3挖掘机挖装15 t自卸汽车运输。岸坡开挖完成后进行河床段土石方开挖，采用自上而下的开挖方式，渣料无需倒渣，直接装运。

（2）坝基处理。坝基处理主要为固结灌浆和帷幕灌浆[5]。本工程两岸坝坡较陡，无法直接布置钻机。拟架设灌浆平台施工，由慢速卷扬机牵引提升，每50 m设置1个牵引平台。岸坡段坝基处理领先坝体填筑约20 m 进行。坝基处理先进行固结灌浆，后进行帷幕灌浆。固结灌浆施工安排在基座混凝土浇筑完毕后强度达70%以上进行，在基座混凝土面上直接进行钻孔施工。

固结灌浆最大孔深8.0 m，划分为Ⅰ、Ⅱ序孔，先进行Ⅰ序孔施工，再稍后进行Ⅱ序孔施工。灌浆程序为：施工准备→钻设并安装抬动变形观测装置→灌前物探测试→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→检查孔施工→灌后物探测试→施工场地清理。施工采用YQ80 型风钻钻孔、BW-200/60 型液压柱塞泵全孔一次灌浆法灌浆，按分序加密的原则进行。灌浆压力以不抬动岩面和基座混凝土为原则。灌浆均采用孔口封闭，孔内循环，自上而下分段进行。段长一般采用3 m，特殊情况下可适当缩减或加长，但不大于5 m。

帷幕灌浆最大孔深约58 m，在基座混凝土浇筑过程预埋塑料管拔管成孔，下部钻孔采用150 型地质钻机。防渗墙段帷幕灌浆在防渗墙内预埋灌浆管，下部钻孔采用150型地质钻机，自下而上分段灌浆。灌浆设备为BW-200/60 型柱塞泵、高速搅拌机、二参数（压力、流量）自动记录仪。采用孔口封闭孔内循环法灌浆。

3.3 坝体填筑

3.3.1 填筑方案

本工程坝体填筑主要包括砂砾料填筑、利用料填筑、过渡料填筑和排水料填筑，填筑总量348.11万m3。根据天然料场分布特点，主要由C4 料场提供坝壳砂砾石料，排水料和过渡料由C4砂砾石料场开采加工，利用料由2#利用料堆放场提供。

坝体2 195 m 高程以下填筑料由利用料堆放场提供，通过1#交通洞和坝内“之”字形道路运至工作面。坝体2 195～2 220 m 高程之间填筑料由C4 料场提供，通过L2、L3 道路和围堰后“之”字形道路运至工作面，填筑高峰强度约15.4 万m3/月，采用3 m3挖掘机装20 t 自卸车运输，填筑高峰期考虑采用三班制，每天工作20 h，需配备18 台自卸车，车辆间距280 m。坝体2 220～2 245 m 高程坝体填筑料由C4料场、利用料堆放场共同提供，其中C4 料场部分经L2、L3 道路和围堰后“之”字形道路运至工作面填筑，高峰强度约16.2 万m3/月。坝体2 245 m 高程以上坝体填筑料由C4 料场、利用料堆放场共同提供，经1#永久交通洞、1-1#永久交通洞、坝后“之”字形道路运至工作面，高峰强度约35.5 万m3/月，采用3 m3挖掘机装20 t 自卸车运输，填筑高峰期考虑采用三班制，每天工作20 h，需配备62 台自卸车，车辆间距125 m。

砂砾石铺料的填筑采用进占法进行，103 kW 推土机平仓。采用25 t 自行式振动碾碾压，碾压遍数及振动行走速度根据现场碾压试验确定。过渡料的填筑为C4 料场加工，成品料采用2 m3装载机装15 t自卸汽车运输上坝，采用DF130C 摊铺机摊铺，以1.5 tBW90AD 振动碾碾压。排水棱体的填筑利用1#砂石加工厂成品料，成品料采用2 m3装载机装15 t自卸汽车运输上坝，推土机平料，25 t 自行式振动碾碾压。

3.3.2 混凝土浇筑

常规混凝土骨料由C4料场砂石加工厂提供，成品混凝土由1#、2#混凝土拌和站提供。沥青混凝土骨料由P1料场提供，成品沥青混凝土由沥青混凝土拌和站提供。

（1）常规混凝土施工。常规混凝土主要包括上游护坡混凝土、心墙基座混凝土、坝顶混凝土等。心墙基座混凝土在坝基土石方开挖完成后开始，岸坡段基座混凝土领先坝体填筑40 m 左右进行。成品混凝土采用3 m3混凝土罐车经1#永久交通洞运至浇筑点，河床部位混凝土采用溜槽入仓，岸坡部位采用60 型泵送入仓，机械振捣，人工洒水养护。上游护坡混凝土分2 期施工，1 期施工安排在第四年4—6月，施工至2 270.0 m 高程，成品混凝土采用3 m3混凝土罐车经1#永久交通洞运至浇筑点；2 期施工安排在第四年9—10 月完成，施工至防浪墙底，成品混凝土采用3 m3混凝土罐车由坝顶2#永久交通洞、灌浆廊道运至施工点，坝面溜槽入仓，组合钢模板浇筑，机械振捣，人工洒水养护。

防浪墙成品混凝土采用3 m3混凝土罐车由坝顶2#永久交通洞、灌浆廊道运至施工点，采用8 t 汽车吊1 m3混凝土罐入仓（吊高8 m），机械振捣，人工洒水养护。坝顶路面混凝土采用3 m3混凝土罐车运至坝顶，以2 m3装载机运至施工点，直接入仓，机械振捣，人工洒水养护。

（2）碾压式沥青混凝土施工。碾压式沥青混凝土心墙采用水平分层、全轴线不分段一次摊铺碾压的施工方法，全线均衡上升。沥青混凝土铺筑按1 d 2 层控制。如遇特殊情况须留横缝时，其结合部做成1∶3 的缓坡。每层沥青混凝土铺筑前，须将基础面心墙表面加热至70℃。

根据已建工程的经验，综合考虑坝体过渡料的压实、沥青混凝土心墙的变形等原因，碾压式沥青混凝土心墙每层铺筑厚度25 cm，每天铺筑3层。根据新疆在建或已建工程实际施工情况，碾压式沥青混凝土心墙每天铺筑2 层、每层铺筑厚度30 cm（碾压后厚25～27 cm），月均上升高度12.5 m，本工程月均上升高度10.0 m，施工时应加强现场组织协调，制定详细施工计划。沥青混凝土心墙铺筑与过渡料填筑工序为：沥青混凝土、过渡料铺填、碾压→取样合格→转入下道工序。

铺筑包括人工摊铺和摊铺机摊铺：①人工摊铺段。按设计要求处理基座混凝土表面，验收合格后喷涂2 遍冷底子油，再涂刷1.5～2 cm 厚的砂质沥青玛蹄脂。支立专门制作的钢模板，上、下游模板之间采用可调节拉杆支撑。沥青混凝土由15 t自卸汽车运至工作面，以3 m3装载机转运入仓、132 kW 推土机平料、心墙摊铺机摊铺。摊铺厚度为25 cm（碾压后厚度）左右。②摊铺机摊铺段。沥青混合料摊铺前，清扫基层沥青心墙表面，标出轴线位置，并用金属丝定位。采用装载机将沥青混合料卸入DF130C心墙摊铺机料斗内。摊铺厚度与人工摊铺段相同，摊铺机行走速度控制在1～3 m/min。

碾压步骤和标准如下：人工摊铺段的沥青混合料模板拔出后，采用2.5 t 振动碾碾压。机械摊铺段采用1.5 tBW90AD 碾碾压。最佳碾压温度控制在l30～l50 ℃。振动碾行走速度控制在25～30 m/min。采用错位碾压方式，每次错位半碾宽，按从左到右或从右到左的顺序依次碾压，保证表面平整、无错台。横向接缝处重叠碾压30～50 cm。与岸坡结合部位及振动碾碾压不到的边角或斜坡部位，采用小型振动夯或人工夯实，夯实标准以沥青混凝土表面返油为止。