范林文，唐世明，蒲洪

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072;2.中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

狮子坪水电站拦河坝为碎石土心墙堆石坝，坝顶高程 2544.00m，坝顶宽 12.00m，坝顶长309.40m，最大高度136.00m。上游坝坡1∶2.0，在高程2475.00m处设5.0m宽马道;下游坝坡1∶1.8，在高程 2500.00、2460.00m 处各设 5.0 m宽马道，坝脚与下游围堰结合。坝基采用1道厚1.20m的混凝土防渗墙全封闭防渗，防渗墙底嵌入基岩0.8～1.0m，墙顶设观测、检修、灌浆廊道并与两岸帷幕灌浆平洞相连，在心墙基底的覆盖层中进行深15m的固结灌浆。在大坝两岸边坡的2544.00、2475.00、2410.5m 高程处各设3条灌浆平洞进行帷幕灌浆防渗处理。碎石土心墙堆石坝的主要工程量见表1。

表1 主要工程量表

2 快速施工的必要性

2.1 快速施工可以使大坝提前发挥经济效益，对建设单位来说至关重要

随着水电站建设投资多元化的发展，工程投资逐渐以企业为主，从企业追求利润最大化及提高内部收益率考虑，大坝加快施工进度、缩短建设周期、提前发挥效益是每个业主考虑的重点。

因此，在招标文件中对工期的要求极为严格，要求承包方在施工进度方面提出严密而详细的措施;而在工程开工后，业主对施工单位在工期上提出了更高的要求。作为施工单位，从满足业主需要角度出发，往往承诺比招投标文件更短的工期，因此，如何提高施工强度、快速施工成为施工单位为赢得市场从而生存的法宝之一。

2.2 基础处理的不确定性也需要采用加快施工进度等措施

狮子坪水电站大坝基础防渗墙厚1.2m，单孔最深为101.80m，单槽最大深度为100.23m，在同厚度的防渗墙中，该防渗墙深度大，在当时堪称“亚洲第一防渗墙”。其在施工过程中所遇到的难度，在防渗墙施工中也较少见:覆盖层深厚，地质情况复杂，成槽非常困难;“V”型河谷，坡度大，入岩极为困难;槽孔深，预埋件多，加之还要进行帷幕灌浆、固结灌浆等对地基进行综合处理，处理难度大、检查复杂，基础处理完工及交面时间往往较开工时所制定的计划时间滞后，从而造成大坝填筑开工时间拖延，而下闸蓄水或竣工期往往却不予调整，进而造成有效填筑时间缩短。

2.3 水文气象的影响对填筑强度提出新的标准

碎石土心墙堆石坝对水文气象因素极为敏感。在雨季，土料的含水率影响极大，直接制约着大坝填筑，施工强度将受到影响;冬季，土料上冻，如不采取积极措施也无法进行填筑，且冬、雨季填筑施工存在高投入、低产出的窘境，往往是施工单位不愿意承担的。因此，充分利用填筑的“黄金季节”，尽量避免冬、雨季施工(或减少冬、雨季填筑量)，快速施工是碎石土心墙堆石坝填筑的首选。

2.4 度汛的施工特点也需要采用快速施工等措施

由于碎石土心墙堆石坝不允许漫顶过流，故碎石土心墙堆石坝“施工高峰期”一般发生在工程实施截流后第一个汛前达到拦洪度汛断面前，截流后均需加快施工进度，务必在汛前将坝体全断面或度汛小断面填筑至拦洪度汛高程。然而，狮子坪水电站碎石土心墙堆石坝位于山区，而山区的洪水具有来水大、时间短、陡涨陡落的特点，为确保工程安全，需在汛期来临前将围堰或坝体的一部分快速填筑至拦水高程。

2.5 新型施工设备的大量投入和材料适用范围的拓展是快速施工的基础

随着机械化程度的提高，大容量的土石方设备在施工中提高了工效，从而为快速施工打下了必要的物质基础;填筑材料适用范围的拓展，使原来不适合作坝料的材料也可作为填筑料，也为碎石土心墙堆石坝快速填筑提供了新的支撑点。

3 快速施工的主要方法

碎石土心墙堆石坝如需快速施工，一方面需重视设备及人力资源的投入;另一方面，对正式填筑前的准备工作及坝面填筑质量控制方面也要引起高度重视，才能达到快速施工的目的，否则容易造成欲速则不达的不良后果。

3.1 快速施工需作的准备工作

(1)设计前期应充分详查各料场品质和储量。料场对碎石土心墙堆石坝的重要性不言而喻，却也是最容易影响大坝顺利填筑的软肋。根据工程实践，一般而言，料场的地质勘探工作深度远不如坝址，特别是填筑量最大的堆石料前期的地质勘探工作若不够详实，进场后与招标文件不符的可能性很大，或地质条件发生重大变化，招标文件中的有用料变成无用料;或开采面积变小，无法形成大规模开采(或台阶开采)条件，不利于大规模机械开采，直接制约大坝能否按期填筑;同时，级配是否良好也是影响大坝能否快速填筑的关键。

(2)做好各个料场的复查、复勘及规划工作尤为重要。承包商进场后，应对各个料场进行复查、复勘及规划，搞好料场复查和储量计算以及规划，做到心中有数并做好上、下游料场与大坝上、下游填筑料的平衡;如具备条件，最好在大坝填筑前储备一部分成品料来削峰平谷，对大坝的填筑强度、质量和投资控制都有好处。因此，料场的工作应早重视、早研究，是解决快速施工、降低工程造价不可忽视的因素。

(3)料场的开采。料场的开采是采用“平采”，还是“立采”，料场如何分区、开采道路如何布置也是大坝能否快速填筑的关键。

(4)施工道路。为满足快速施工的需要，大量机械设备的投入是不可避免的，而目前运输车辆越来越向大吨位发展，运输车辆的数量也要求相应增多，对道路的要求越来越高。工程实践证明，道路越好，运输车辆出勤率越高，填筑效率也相应提高。俗话说:“磨刀不误砍柴工”就是这个道理。但一般工程均采用泥结石路面，如果具备条件，在局部车流量大的地段采用混凝土路面，将会极大的提高运输效率;在道路布置上，应尽量根据实际情况布置成环行双车道，可避免车辆的相互干扰，从而提高单车效率。

(5)碾压试验工作。对碎石土心墙堆石坝而言，碾压试验是填筑前最为重要的技术参数论证工作，也是确定大坝能否顺利填筑及确保大坝安全的重要环节。一般而言，在招标文件中或填筑技术要求中提出的指标是建议性的，均要求在碾压试验中进行复核和验证。碾压试验应对根据工程类比法拟定的施工参数进行试验，试验得出的参数是控制大坝能否快速填筑的重要因素，如指标定的过高，在正式填筑中不易达到，将造成增加补压次数过多及采取更重型碾压设备进行施工，效率会降低;指标定的低，为确保大坝安全，可能将增加许多工程量，也不利于工程快速施工;碾压试验工作不细致，有可能在填筑过程中不得不暂停施工而重新进行碾压试验，从而直接影响坝体的填筑。

3.2 编制切实可行的进度计划

对于碎石土心墙堆石坝，存在着一系列相互干扰、相互影响的工作，必须编制切实可行的进度计划。如只凭经验或简单的分析，则对施工中出现的新情况、新干扰、计划完成评价、关键线路的判断无法进行科学的判断和分析。而计算机的运用，极大的提高了计划编制水平和计划的智能性，其能够自动进行工期分析、关键线路的分析，在发生干扰事件后，也能迅速进行调整和辅助决策，从而避免出现手足无措及盲目施工的现象。

3.3 抓好坝面作业

在完成各项准备工作、具备填筑条件后，对施工单位而言，应按计划进行坝体填筑。加强各工序的衔接、减少中间环节是快速施工的重中之重。

(1)合理的坝面分区流水作业是填筑工作快速施工的关键。由于碎石土心墙堆石坝体型较大，为坝面分区流水作业提供了必要的作业面。一般将填筑工序分为铺料、摊铺、洒水、压实、质检等工作，如防渗土料还需增加表面刨毛处理工序。根据实际情况，将坝面作业分为工段数与工序数，如果工段数与工序数相等，人、机、作业面不闲;如果工段数大于工序数，人、机不闲，作业面闲;如果工段数小于工序数，人、机闲，作业面不闲，流水作业不能正常进行。进行工段数及工序数的确定和划分有很多种方法。在填筑前，由于施工情况并不很明朗，一般采用先按现有设备进行理论计算后，按流水作业的要求和注意事项初步拟出工序数目、工作段面积及工段数目，再根据前期填筑对设备及运行时间的统计进一步进行修正，从而确保施工有序进行。

在坝面分区流水作业中，特别强调的是防渗土料的施工。受多方面因素影响，防渗土料直接制约大坝整体的上升，在防渗土料填筑流水作业中，根据填筑的需要，应根据实际情况合理划分填筑区域和进行流水作业分析，并根据机械设备及填筑情况及时进行调整。根据工程实践，采用在防渗土料上铺填石渣及土工布的施工方法，较采用铺设钢板、垫枋木具有施工简便的特点，在快速施工中处理跨心墙道路中显得极为有效。

(2)整体填筑与临时断面填筑。为加快施工进度，一般采用整体填筑施工。整体施工具有以下几个优点:首先减少了接缝、接坡、削坡等工序，保证了填筑质量和尽可能大的堆石填筑面，有利于在继续填筑时布置进入防渗料区的施工道路，运输反滤料及过渡料的大型自卸汽车不横穿防渗料区，同时也有利于减小料界偏差和相邻料平起填筑时的跨缝碾压。

虽然整体填筑施工具有上述优点，但在越来越多的工程实践中，为满足度汛和分期蓄水提前发挥效益的要求，均要求施工单位在短时间内将大坝上升到某一高程而受多方面的制约，全断面填筑不具备可能性，故一般均采用临时挡水断面填筑的施工方法，在冬、雨季心墙部位不能进行填筑的情况下，只能进行堆石料临时断面的填筑。临时断面的设计应考虑多方面的因素并通过稳定性复核，在临时断面填筑至设计高度后，再进行其他断面坝料的填筑。为加快施工进度，在临时断面填筑中，应正确分析临时断面尺寸与坝体填筑的需要，不可一味减少临时断面填筑量而影响到大型机械的正常施工，其反而达不到经济、快速的目的。在后期填筑中，接缝、接坡、削坡工作将增加很多工程量，为保证施工质量，这也是必须要确保施工到位的项目，同时也是填筑临时断面必须多付出的代价。

(3)大型设备的投入。在坝体填筑量一定的情况下，要缩短填筑时间，必然要增大填筑强度，因此，设备的投入是极为重要的。虽然目前新型设备、大型设备不断地投入到工程中，但目前水电建设整体处于恶性竞争、低价中标的大环境下，要在一个工程中投入大量新型设备、大型设备进行高强度的施工也比较困难，因此，在许多工程中，使用中小型工程的设备去完成大型工程的修建较为常见，实践证明，这种小马拉大车的情况并不能保证大坝快速、正常的施工，比如使用先进的碾压设备，堆石料的铺料厚度就可以达到1.5m甚至2m，而往常使用的16t平面碾仅能 碾 压0.8～1.0m左右，可以明显地看出设备对填筑进度的影响。

在这种情况下，施工单位已进行了积极的探讨，其中一个最重要的方面就是充分发挥社会资源，组织社会上的设备进场，实践证明:这是解决施工单位自身设备不足的良好办法。通过社会引进的设备新、数量多，可挑选的余地大，能够最大限度地满足施工需要;同时，利用当地设备，可以减少很多不必要的麻烦和协调工作。但引进社会上的设备，对施工单位的管理水平提出了更高的要求:搞好了，可以节省投资、加快施工进度，如管理不好，将施工寄希望于协作单位，如果协作单位不能按有关要求进行作业则欲速则不达，反而影响了快速施工。因此，施工单位应吸取经验教训，逐步完善管理机制，才能达到快速施工、节约费用的目的。

(4)快速进行现场试验。狮子坪水电站拦河坝为碎石土心墙堆石坝，共有五种填筑料，分别为:心墙高塑性粘土、心墙碎石土、上游反滤料、下游反滤料及坝壳堆石料。为确保碎石土心墙堆石坝的填筑质量，一般均要求对各种料的物理力学指标和填筑质量进行试验，只有在填筑面碾压合格并通过验收后方可进行上一层填筑，故现场试验能否快速得出碾压结果也是影响快速施工的因素，因此，试验人员和试验设备的配置就显得尤为重要，特别是防渗土料，按传统的酒精燃烧法、干炒法、烘箱烘、红外线灯烘烤等方法，含水量测定时间长，至少需要1个多小时;如果采用微波炉烘取试样，确定干容重仅需要30min;如果采用核子密度仪进行防渗土料取样，结果当场即可出来，平均时间不足10min，可以大大缩短取样时间，为快速填筑提供依据。

(5)加强冬季施工方法的研究和组织，是加快坝体填筑的一个方向。由于受冬季的影响，大坝(特别是防渗土料部位)往往在该阶段不能填筑或填筑强度极低，致使坝体填筑受到影响。在狮子坪水电站，冬季施工影响期为2～3个月。如何在冬季保持正常施工是加快坝体填筑的一个方向性问题，如果该问题得到突破性进展，将对碎石土心墙堆石坝快速填筑带来质的飞跃。

碎石土心墙堆石坝的冬季施工原则要求进行保温，一般均搭设暖棚进行施工。实践证明:搭设暖棚准备期长、投入大、效率低，不在万不得已的情况下，施工单位是不会搭设暖棚进行冬季施工的。

根据目前的技术发展，逐渐取消了费用昂贵的暖棚，而采取简单易行的施工措施，利用土壤自身保温性能进行冬季施工。狮子坪水电站冬季施工的月份为每年的12月至翌年的2月份，冬季日气温变化较大，夜间周围气温均在0℃以下，最低气温达到－15℃左右，其冬季施工采取的主要措施为:①在料场，应优先在向阳、背风处取土。开采前应清除表面的冻土，以保证装料时的土料为正温。②含水量应符合规定要求，上坝土料的含水量应在规范允许范围内，并且不大于塑限含水量的90%。③对表面风干冻土必须进行剔除处理。含水量应适合无风干的轻微冻土，迅速翻耙、整平，并用凸块碾击碎后快速铺料，在任何情况下其不允许含有冰雪。④施工温度应符合规定.碾压前的松土温度不得低于－1°C。⑤搞好流水作业，做到快铺、快压、快检。⑥做好雪后复工，复工前须将坝面积雪、不合格土层清理干净，待检查合格后方可复工。⑦注意防寒防冻.随时掌握气温变化，作好寒潮预报，在寒潮到来之前，作好压实土的防冻工作。

(6)成立强有力的协调机构是保证快速施工的重要方面。归根到底，能不能保证快速施工，主要还是取决于人的能动性和创造力。由于碎石土心墙堆石坝具有填筑坝料多、工序衔接多、机械设备投入多等特点，坝面(包括料场)协调范围广、事情繁琐，成立强有力的协调机构，能够根据坝体填筑的需要从整体上把握全局，合理进行设备调配和场面调配，可以做到事半功倍，节约很多时间，否则，快速填筑难以实现。

3.4 充分考虑其它因素的影响

为确保碎石土心墙堆石坝快速施工，须充分考虑外部施工环境。没有一个良好的外部环境，也无法进行快速施工。从多个工程实例看，大坝施工存在着极为复杂的外部环境，治安环境、移民征地均可能制约工程施工。因此，需提前作好各项协调工作，及时化解风险，为正常施工创造一个相对宽松的作业环境。另一方面，工程能否达到预期目标，是业主、监理单位、设计单位及施工单位共同努力的结果。多个工程实例表明:各单位如果配合的好、群策群力，工程就能顺利施工，遇见困难也能较顺利的解决;相反，则可能陷入漫长的解决问题的困境，工程自然是想快都快不起来。

4 快速施工需认真对待的几个问题

虽然碎石土心墙堆石坝快速施工已成为潮流，也是未来发展的方向，但从多个已施工或完建工程的情况看，碎石土心墙堆石坝快速施工的水平主要依据坝高、填筑工程量、实际施工工期、平均月升高速度及平均月上坝强度等施工技术指标来进行综合分析、评价，而不是简单一味的求快及追求上升速度。快速施工应建立在科学论证及安全评审的基础上，否则将有可能带来不可预料的后果。

4.1 快速施工对坝体的影响

如果碎石土心墙堆石坝施工速度过快，坝体碾压完成或投入运行后，将造成本应在施工期完成的沉降而留在运行期完成，大坝蓄水后增加的附加沉降量及附加水平位移量亦较大，各种料在沉降速率与时间方面均不同步;同时，空隙水压力消散较慢，在防渗土料中易形成低应力区并可能形成拱效应，从而造成心墙开裂等潜在的安全隐患。

4.2 短期的快速施工不利于均衡施工，给施工单位造成巨大的压力

由于短时间内追求过高的施工强度，一味将填筑量和大坝上升速度指标作为施工单位的考核目标，从而给施工单位带来了巨大的压力和不便，特别是在为度汛及分期蓄水填筑上表现的更为明显。一般情况下，施工单位考虑进场施工设备时多从施工高峰期着手，以该阶段的施工强度配备机械数量，故设备数量较大。这样的考虑易造成两种情况:一方面，施工高峰期(度汛断面填筑等临时断面)一过，易造成设备的闲置，从而使富余的施工机械不能完全发挥其经济效益，造成浪费;另一方面，由于施工高峰期出现在整个工程施工的前期，施工单位要在很短的时间内调配大量的设备进场，无论从人力、物力和财力上都给施工单位造成巨大的压力。

5 结语

业主及施工单位应正确看待碎石土心墙堆石坝快速施工的利和弊。一方面作好各项准备工作，采用大型、重型振动碾压机具等措施，提高压实度、降低孔隙率，做到均衡施工，从科学的角度，全面、正确的分析工期，以实现资源利用最大化的目标;另一方面重视坝料级配和碾压参数的控制。良好的级配和最优的碾压参数能够在施工期降低运行期的沉降和变形;最后，应及时消除不利影响，如沉降及拱效应等问题。可以采用有限元分析、埋设原型观测仪器等进行实际量测，监控大坝应力及变形情况，以达到快速施工、业主及施工单位“双赢”的目标。