紫坪铺面板堆石坝大方量、高强度填筑施工

2010-06-12叶建洪

水电站设计 2010年1期

关键词：上坝堆石料场

叶建洪

(中国水利水电第十二工程局,浙江杭州 310004)

紫坪铺面板堆石坝大方量、高强度填筑施工

叶建洪

(中国水利水电第十二工程局,浙江杭州 310004)

紫坪铺水利枢纽面板堆石坝填筑方量大、强度高,填筑质量要求高。坝体填筑的主料场地形陡峻,开采面较小,海拔较高及受当地气候影响较大,料场开采条件较差,其主料场距坝址运输距离较远,通过采取增加辅助料场、对主料场采用合适的开采方法、合理布置上坝施工道路、合理配置施工设备等技术措施,提前并高质量地完成了大坝填筑施工。

堆石坝;填筑;料场;施工道路;设备配置;紫坪铺面板堆石坝

1 前言

紫坪铺水利枢纽工程大坝为混凝土面板堆石坝。河床段趾板基础高程 728.00m,坝顶高程 884.00m,最大坝高 156m;坝顶长 663.77m,坝顶宽 12m;上游坝坡为 1∶1.4,下游坝坡为 1∶1.4和 1∶1.5,下游坝坡在796.00m和 840.00m高程各设有 5m宽马道,840.00m高程马道以上坝坡为 1∶1.5。坝体填筑设计总量 1 177万 m3,实际填筑 1 200万 m3。

大坝从 2003年 3月 1日开始填筑,2005年 6月16日填筑至坝顶防浪墙底,填筑基本完成,总工期27.5个月,平均填筑强度达 42.8万 m3/月,最高填筑强度达 86万 m3/月,各月填筑工程量见表 1。

表1 大坝各月填筑工程量万 m3

2 大坝填筑施工特点

(1)填筑方量大。坝体填筑设计总量为 1 177万 m3,实际填筑 1 200万 m3,是国内已建和在建的坝体填筑量在 1 000万 m3以上的三座面板堆石坝之一。

(2)填筑强度大。填筑工期 27.5个月,平均填筑强度达 42.8万 m3/月,最高填筑强度达 86万m3/月,是国内已建和在建的填筑强度最大的面板堆石坝之一,除天生桥外,就是紫坪铺。

(3)质量要求高。设计要求的各分区料的孔隙率为:垫层区料 15.4%,特殊垫层区料 15.4%,过渡区料17.3%,主堆石区料20.6%,次堆石区料 21%,下游堆石区料21%。现行设计规范(SL 228-98)给出的各分区料的孔隙率选用范围为:垫层料 15.0%～20%,过渡区料 18% ～22%,主堆石区料 20% ～25%,下游区堆石料 23%～28%。与现行设计规范相比,孔隙率均在设计规范的下限,过渡区料、次堆石区料及下游堆石区料的孔隙率比设计规范的下限还要小,所以坝体填筑质量是高标准的。

(4)大坝填筑料场开采条件较差,当地气候多雨、多雾影响较大,上坝运输距离较远。

(5)坝基地质条件复杂,地基中含有煤层,在过去几百年间,遗留下许多采煤的废旧煤洞采空区。施工过程中在坝基及趾板基础范围内共处理废旧煤洞 67个,这些废旧煤洞处理难度大,费工、费时、安全问题突出,对坝体填筑进度和强度造成了影响和制约。

3 填筑料场

3.1 主料场

本工程选定的大坝填筑料场只有一个,即左岸上游的尖尖山料场。料场所处地层为石灰系(C)浅灰色生物碎屑灰岩,岩性单一,主要为厚层至块状结构,次为镶嵌碎裂结构,节理裂隙较为发育。灰岩比重 2.75,干容重 2.70g/cm3,孔隙率 2.02%,吸水率0.16%,干抗压强度 78.74MPa,软化系数 0.89。料场开采高程 1 030.00～1 340.00m,开采长度 300～400m,开采宽度 100～180m。

该料场地势较高,与大坝河床基础高差在 550m以上,上坝道路为一路下坡,较远处运距为 10km左右,坝料运输交通安全问题较突出;料场海拔较高,再加上该地区常年阴雨天气多,所以料场时常有大雾,一有大雾就被迫停工,影响施工进度;料场在构造上为一巨大的飞来峰推覆体,地势陡峻,施工道路布置较困难;料场中有含泥裂隙密集带、碳质页岩、断层破碎带及影响带等夹层,有较多的无用料需剔除,影响整体开挖进度及效率;开采工作面较小,干扰较大,开挖强度受到限制。这些因素给料场开采造成了不利影响和制约,要保证大方量、高强度的开采困难非常大。

3.2 辅助料场

由于主料场受多种不利因素的影响,仅靠主料场开采,难以保证大坝高强度的填筑,必须增加辅助料场作为主料场的补充和调节。经过前期多次的调查和方案比较,以及有关的料场勘查、试验工作,选取了大坝上游的三个料场作为辅助料场,并得到了业主、设计、咨询专家等相关方的批准和同意。

(1)龙溪口料场。该料场位于大坝上游库区左岸江边,开采高程 784～920m,至大坝距离 4km左右,沿江边有老公路相通。在该料场共开采上坝料150万 m3。

(2)查关村料场。该料场位于大坝上游库区左岸江边,开采高程 770～850m,至大坝运输距离 2km左右,沿江边有老公路相通。料场岩石节理、裂缝发育,爆破开采料粒径小,细料多,所以用于过渡区料的开采。在该料场共开采过渡区料 25万 m3。

(3)砂卵石料场。该料场位于大坝上游库区两岸江边滩地上,利用枯水期开采,平均运距 3km左右,左岸有老公路相通,右岸需修建部分道路与原有的右岸公路相接。该料用于大坝部分主堆石区(设计划定范围内)及次堆石区的填筑。在该料场共采挖砂卵石料 100万 m3。

辅助料场的增加,为保证大坝填筑强度起到了重要作用,特别是对保证大坝填筑高峰期的强度起到了关键作用,在填筑高峰期可为大坝提供 25～40万 m3的上坝料。另外,由于辅助料场离大坝距离较近,且砂卵石料的开采省去了爆破的费用,因此辅助料场的增加,也为节省工程费用起到了积极作用。

4 坝料开采

坝料开采方式主要是以深孔梯段爆破为主、硐室爆破为辅。

主料场深孔梯段爆破,梯段高度为 15m,孔、排距 5m×4m(主、次堆石区料)及 3m×2.5m(过渡区料),装药结构采用不耦合连续装药,起爆网络采用非电、孔间毫秒微差“V”形起爆技术。在竖向分 3～4个梯段台阶,错开向前开挖,每一梯段分别修建施工支线与 8号公路及北侧冲沟山坡上布置的施工主道路相接。料场梯段开挖工作面打开后,开采强度在 40～50万 m3/月。

为了加大开采强度,保证大坝填筑需要,在前期梯段开挖工作面还没有打开情况下,在主料场靠东侧及北侧冲沟边上进行了二次硐室爆破。2003年 3月 31日进行第一次硐爆(试验),爆破料 4万 m3,2003年 6月 10日进行第二次硐爆,爆破料 25万m3,对保证大坝前期填筑强度起到了积极作用。

5 填筑施工

5.1 填筑分期

为了满足度汛及蓄水需要,大坝填筑分三期进行。第一期上游临时断面达 810m高程,下游达770m高程;第二期上游临时断面达 850m高程,下游达 800m高程;第三期填筑至坝顶防浪墙底879.4m高程。施工过程中,2003年 12月 28日大坝上游临时断面填筑至 810m高程,2004年 8月 10日大坝上游临时断面填筑至 850m高程,2005年 6月 16日大坝全断面填筑至 879.4m高程,均提前实现了各分期填筑目标。大坝填筑分期断面见图 1,大坝填筑分期工程量、填筑时间及填筑强度见表 2。

5.2 填筑施工道路布置

根据枢纽区域道路改线及总体规划,业主前期已经在左岸修建了永久公路,即 8号公路,该道路也是大坝填筑的主干道。8号公路可从尖尖山料场经坝址左岸(坝顶高程)绕至坝后下游围堰,道路为混凝土路面,路面宽 10.8m,荷载等级汽 -80、挂 -120。上坝支线施工道路根据 8号公路、料场位置的分布、坝体两岸的地形等情况进行布置,以坝料运距短及施工道路修建工程量小为原则。上坝支线道路标准为泥结石路面,双车道,跨趾板为单车道。坝体填筑工作面上的临时道路修建在坝体临时断面上并与两岸上坝支线道路相接。

图1 大坝填筑分期

表2 大坝填筑分期工程量及强度万m3

5.2.1 上游上坝支线道路布置

为了缩短运距及分流主料场从坝后上坝的车流量,接 8号公路从上游压重体山坡上修建了一条从主料场至大坝上游围堰顶的施工道路(9号公路),再与上游围堰顶道路相接布置了 4条上坝支线道路:

(1)河床段道路。该道路通过上游围堰后坡道路下坡进入河床,从河床修建下卧道路经趾板进入坝基。在趾板处设跨趾板桥一座,桥面高程 731m,以保证桥下河床趾板混凝土施工。

(2)右岸 755m道路。该道路通过上游围堰后坡道路下坡至右岸,并沿右岸修建下坡道路,在755m高程处过趾板进入右坝肩,再沿右坝肩修建道路下至填筑工作面。当时,过趾板处趾板尚未浇筑,采用做临时挡墙回填渣料形成临时道路过趾板。

(3)右岸 805m道路。该道路通过上游围堰顶到右岸,再沿扩建的道路上坡至 805m高程处过趾板到右坝肩,然后沿右坝肩盘降至填筑工作面。过趾板处趾板尚未浇筑,可从上个标段开挖形成的临时道路通过。

(4)右岸 825m道路。该道路通过上游围堰顶到右岸,再修建上坡道路,在 825m高程处跨趾板到右坝肩,然后沿右坝肩填筑的道路下至填筑工作面,趾板处设跨趾板桥一座。

9号公路的修建,不仅有效地分流了从坝后上坝填筑的车流量,而且缩短运距 2～3km,加快了施工速度,节约了工程费用。

5.2.2 下游上坝支线道路布置

由于下游右岸布置有溢洪道、厂房及泄洪排沙洞等隧洞出口建筑物,无法布置施工道路,因此上坝支线道路均布置在左岸。下游左岸地形较陡,布置施工道路也较为困难,共布置了 4条施工道路:

(1)750m道路。该道路从下游围堰处接 8号公路,沿左岸河床岸边至坝基。

(2)770m道路。该道路在 805m高程处接左岸穿越坝肩的原龙池公路(原龙池公路下游侧与 8号公路相接),半填半挖修之字路下坡至左坝肩,上坝处高程 770m。

(3)800m道路。该道路利用原龙池公路局部进行拓宽而成,上坝处高程 800m。

(4)850m道路。左岸 800m高程以上地形陡峻,开挖施工道路相当困难,故该道路采用坝料填筑而成,道路与坝体连成整体,道路外侧边坡采用浆砌石护坡。道路在左坝头 876m高程处与 8号公路相接,填筑下坡道路与坝体上游 850m高程临时断面顶相接,随坝体的填筑升高,该道路也随之填筑升高直至坝顶。

5.3 填筑施工

5.3.1 填筑分区、分块

首先,按设计分区将填筑分为:垫层区、特殊垫层区、过渡区、主堆石区、次堆石区、下游堆石区、反滤料区等。施工时严格按设计要求的分区界线进行,填筑前测量放样并立标志杆或洒石灰线控制。

第二,在同一分区内,根据分区的大小不同决定是否进行分块。对于垫层区、过渡区、反滤料区一般不进行分块,除非特殊原因造成坝体另一侧暂时不能填筑。对于主堆石区、次堆石区及下游堆石区,当填筑面较大时,在纵向一般分成两块,以减少或消除挖坑做试验所占用的时间,以达到在同一分区内连续不间断填筑。

第三,在填筑断面上,根据规划的分期临时断面要求进行填筑。由于临时断面的要求,要将主堆石区或次堆石区在上、下游方向分成两块,施工时在上游临时断面后坡起坡线处洒石灰线标明,上游临时断面先填筑,当填筑至临时断面上部运料车辆拥挤时,分流部分填筑设备到临时断面下游填筑。

第四,在填筑施工过程中,当遇干扰时,如坝肩有煤洞等地质缺陷需处理或处理尚未完成、受引水发电洞出口和溢洪道等外单位施工的影响、设计变更在坝肩增加施工支洞等,造成坝体部分位置不能填筑时,则根据施工实际情况进行分块填筑,以保证大坝填筑继续进行。

第五,分期、分块接缝处的填筑,采用留台阶法,以便减小接缝处理工作量,加快施工速度。

5.3.2 填筑方法

主堆石区、次堆石区及下游堆石区采用进占法填筑,垫层区、过渡区采用后退法填筑。20t自卸车运输坝料,卸料后推土机推平;垫层料用反铲挖土机修整并摊铺平整,人工配合。填筑层厚控制设立移动标志杆。碾压采用进退错距法。主堆石区、次堆石区及下游堆石区填筑虚铺厚度 90cm,压实厚度80cm,25t宝马及 26t三一重工自行式振动碾碾压 8遍;过渡区填筑虚铺厚度 45cm,压实厚度 40cm,25t宝马自行式振动碾碾压 6遍;垫层区填筑虚铺厚度45cm,压实厚度 40cm,25t宝马自行式振动碾碾压 6遍;特殊垫层区填筑虚铺厚度 25cm,压实厚度20cm,宝马 BW 75S-2型 1t手扶式振动碾碾压 8遍。大坝洒水由水泵供水,两岸接管到工件面洒水并装水表计量,同时配置洒水车洒水,洒水车主要用于接管洒不到或不便于洒之处。都江堰地区一年四季雨量较多,可基本满足洒水量要求。坝后坡干砌石施工紧随下游堆石区填筑工作面进行,砌筑块石从尖尖山料场挑选并运输上坝,部分从次堆石区和下游堆石区中挑选。

5.4 施工机械设备配置

大坝填筑主要施工机械设备配置(包括料场开挖设备):反铲挖土机(1.2m3以上)20台、自卸车(20t)400辆、25t自行式振动碾 5台、10t拖式振动碾 2台、1t宝马手扶式振动碾 2台、履带式高风压钻机 10台、履带式全液压露天钻机(ROCD7)2台、推土机 8台 (其中 TY 320 4台、TY230 2台、TY 220 2台)。