库什塔依水电站沥青混凝土心墙坝坝体填筑施工技术

2012-10-20吴宪生郭智勇

水力发电 2012年4期

吴宪生，郭智勇

（1.中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安 712000；2.新疆伊犁库克苏河水电开发有限公司，新疆伊犁 835500）

库什塔依水电站为二等大（2）型工程。枢纽建筑物由沥青混凝土心墙坝、右岸导流兼泄洪洞、表孔溢洪洞、发电引水洞及厂房等组成。沥青混凝土心墙坝坝顶高程 1307.60 m，建基面高程1216.5 m，最大坝高 91.1 m，坝顶宽10 m，坝长 439 m，总填筑方量486.8万m3。坝顶采用沥青混凝土路面，上游侧设置 “L”形钢筋混凝土防浪墙，上游坝坡1∶2.25，下游坝坡 1∶1.8，下游坡设 10 m 宽、纵坡为 8%的 “之”字形上坝公路。下游坝坡设预制网格梁，网格梁内种植草皮护坡；上游坝顶至1282.20 m高程采用素混凝土护坡，其下采用抛石护坡。

坝体填筑分区从上游至下游分为上游砂砾料区、上游过渡料区、沥青混凝土心墙、下游过渡料区、下游砂砾料区、下游利用料区、下游排水棱体区。坝体采取分期分序填筑，填筑遵循均衡平起的原则。填筑时段为2010年11月10日～2011年11月30日，冬季不停工。本工程坝体填筑分4期施工，其中Ⅰ期分4序施工，坝体分序填筑示意见图1。

1 坝料开采加工与平衡

1.1 料场复查

库什塔依工程坝体填筑料为砂砾料，主要分布在C2、C4两料场，该料场与坝址直线距离为2.9～3.7 km，料场复查采用探坑进行，方格网布点，探坑距一般采用50～100 m。料场复查的目的为:①复查C2、C4料场储量能否满足工程实际需要；②砂砾石料分布的均匀性，探明是否有有害夹层；③查明料场料源的级配分布情况，通过试验获得料场原型级配曲线，获得C4料场的实际包络线，校核设计包络线的可靠性；④通过所获得的料场原型级配曲线进行室内三因素相关图试验，结合坝料碾压试验以校核设计提出的控制标准的合理性；⑤为料场开采规划提供必要的数据。

图1 坝体填筑分期示意（单位:尺寸mm；高程m）

复查认为该料场覆盖层和无用层厚1.5～5.0 m，可利用料层厚41～50 m，剥采比达到6.7%，料场含泥量1.5%～10.0%，最大粒径670 mm，砾石含量76.47%～85.07%，密度2.71 g/cm3。可用料层砂砾石级配均匀，料源洁净，无有害夹层；每5 m作为一个开采层的设计方案可行，料场储量满足要求。

1.2 料场规划

根据开采时段、面积、数量、强度及机具的不同，将C4料场分为4个开采区，其中3个开采区为坝壳料开采区，每个区以独立工作面分成4个台阶（台阶高度4～5 m）立面交替进行开采。一个开采区作为过渡料开采区，进行过渡料开采及加工。C2料场分为2个区，作为上游围堰坝壳料开采区。

1.3 坝料加工

坝料包括坝壳砂砾石料、过渡料、反滤料Ⅰ、反滤料Ⅱ、排水棱体料、坝前抛石。其中，坝壳砂砾石料、过渡料、反滤料Ⅰ、反滤料Ⅱ分别为粒径为 0～600、 0～80、 5～40、 40～80 mm 的砂砾全料，排水料为粒径≥80 mm的卵石，坝前抛石为粒径300～500 mm的卵石。

（1）过渡料加工。过渡料在C4料场选取适当位置进行开采，1.6 m3挖掘机挖装，20 t自卸汽车运输至蓖条筛作业平台，经蓖条筛过滤后，用3 m3装载机配20 t自卸汽车运输至堆存场；填筑时用3 m3装载机配20 t自卸汽车运输至填筑作业面。

（2）排水棱体料、坝前抛石加工。以上两种料采用过渡料加工的超径石，采用3 m3装载机收集、堆存、装车，填筑时用3 m3装载机配20 t自卸汽车运输至填筑作业面。

（3）反滤料加工。粒径为5～40 mm反滤料利用砂石料厂进行机械化生产；粒径为40～80 mm反滤料利用过渡料二次加工，用自制蓖条筛筛制，蓖条筛间距40 mm，3 m3装载机装车。

1.4 坝料平衡计划

坝体填筑总量为486.8万m3，其中，过渡料21.89万m3，反滤料 3523.9 m3，排水棱体料 16130 m3，砂砾石填筑料442.95万m3，利用料20万m3。坝体填筑平衡计划见表1。

表1 坝体填筑料平衡计划

2 碾压试验

坝体填筑碾压生产性试验选择在施工区下游侧进行，主要进行坝体过渡料及坝体填筑砂砾石料碾压试验，包括坝体不同区域铺料方式、铺料厚度、振动碾的类型及质量、碾压遍数、铺料过程中的加水量、压实层的孔隙率和干密度等试验。

试验场地面积50 m×120 m，在该场地中按不同层厚和碾压遍数布置试验单元，每一试验单元面积14 m×30 m，每个单元内布置2.0 m×2.0 m的方格网。经过现场碾压试验，具体的碾压参数见表2。

表2 可利用料、坝壳料控制标准及施工参数

3 现场施工

坝体填筑总体上遵循与沥青混凝土心墙碾压全断面平起均衡上升的施工方法。对坝壳料，根据坝面面积大小及各类坝料分序、分区的不同，将坝面沿坝轴线方向按50～100 m分成若干个单元。在各单元依次完成填筑的各道工序，使各单元上所有工序能够连续流水作业。各单元之间进行鲜明标识，标明摊铺、碾压、检验等工作状态，以避免超压或漏压。坝体填筑施工工序见图2。

图2 坝体填筑施工工序

3.1 建基面基础清理与验收

在坝基最终开挖线以下的所有勘探坑槽和平洞均按施工图纸的要求回填密实，防渗帷幕线附近的勘探钻孔亦予以封堵。坝基中布置有观测设备时，在观测设备埋设完毕并经监理工程师验收合格后才能开始坝体填筑。

3.2 砂砾料填筑

砂砾石料必须在坝基处理及隐蔽工程验收合格后才能填筑。铺筑前，采用莱卡TCR-402型全站仪测量放样确定各填筑料区的界线，白灰撒线并插标志牌标识，在两岸岸坡基岩面上标写高程及桩号。

自卸汽车卸料时，采用 “进占法”或 “后退法”，堆料高度不大于1.5 m，砂砾石料中不允许夹杂粘土、草、木等有害物质，在装卸时特别注意避免分离，不允许从高坡向下卸料。

砂砾石料碾压质量重在过程控制，重点监控碾压遍数、振幅、行驶速度、碾轮搭接宽度等。碾压方向一般平行于坝轴线，岸坡一般沿坡脚碾压。碾压完成后，按布点测量其高程，以控制压实厚度。碾压后的表面平整度按0～±10 cm控制，若出现0～±30 cm的不平整现象，推平表面重新铺压。

填料的纵横坡部位，优先用台阶收坡法，碾压搭接长度不小于1.5 m，如无条件时，接缝坡度不陡于1∶3。岸坡处不允许有倒坡，防止大径料集中，其2 m范围内，用较细砂砾石料（d＜200 mm）填筑，而且先于坝体填筑料填筑，此处施工按小面积施工法铺筑压实，严防出现架空现象。

砂砾石料压实后，按规范要求由工地试验室取样，取样数量不小于5000～10000 m3一个，根据土工试验要求，试坑按直径 D≥（3～5）dmax和D≥100 cm控制，压实度试验采用灌水法。试坑测试项目主要为湿密度、含水量、含泥量、颗粒级配（包括粗料d＞5 mm颗粒含量），最终求出干密度和相对密度。碾压后取样结果满足设计要求，否则再次进行铺压，直至满足质量控制指标要求为止，且每层必须检查边坡结合部，检查合格后，发碾压合格证，并组织三检，合格后方可进行下道工序。坝基砂砾石料永久坡位置，每填筑3 m厚进行测量放线，对坝坡进行修整，以保证边坡符合要求。

3.3 过渡料填筑

沥青混凝土心墙两侧过渡料与心墙施工同时进行，上下游分区宽度均为3.0 m。过渡料由自卸汽车拉运至坝面，后退法卸料，其中1.5 m由沥青混凝土摊铺机自行摊铺、整平，剩余部分由1.6 m3反铲挖掘机配合修整，其摊铺厚度为25 cm，并由2.7 t自行式振动碾碾压。对振动碾无法到达的边角部位，由人工配合小型振动夯压实。

对过渡料与坝壳料搭接处，总体遵循平起施工原则，即三层过渡料（层厚25 cm）与一层坝壳料（层厚75 cm）平起施工，并在最后一层填平后进行骑缝碾压。