混凝土面板堆石壩施工設(shè)計

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　　1、工程概況

　　某水電站大壩為混凝土面板堆石壩，壩高179.5m，壩頂長427.79m，寬高比為2.38，屬狹窄河床高面板堆石壩。其余樞紐建筑物均集中布置在左岸。右岸壩體上、下游分布2個石料場，其底部高程與壩頂高程相近，距壩體水平距離100～150m。壩址處河谷斷面為不對稱“V”形，左岸陡峭，為70°～80°的灰?guī)r陡壁，高差300m左右。右岸相對較緩，為35°～45°的坡地。

　　工程計劃于2001年10月15日截流，2004年4月1日下閘蓄水，2004年10月1日第1臺機組發(fā)電，2005年9月30日完建?？偣て跒?年9個月，其中第1臺機組發(fā)電工期為4年9個月。

　　2、壩肩開挖

　　壩肩及壩基開挖工程量大，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，其中左壩肩陡峻，開挖邊坡高達300m，為工程施工關(guān)鍵項目之一。開挖施工要盡量石渣落入河床，阻塞河道，另一方面又要求截流前盡可能開挖到河床水位附近，以保證直線工期。左岸壩肩開挖必須通過泄洪洞、引水洞等建筑物進口，施工干擾較大。

　　2.1施工布置

　　左岸開挖結(jié)合泄洪、發(fā)電引水系統(tǒng)進口開挖統(tǒng)一布置開挖公路，分高程布置了1087.5m公路、1117.5m公路、1147.5m公路、1227.5m公路，路基寬8m，泥結(jié)石路面。另外在陡壁上游斜坡1030m高程布置了一條4號支洞，直通陡壁1030m高程，在4號支洞出口至下游地面廠房1000m高程布置一層截渣公路，寬15～30m，可攔截部分下河床石渣。

　　右岸開挖公路結(jié)合天生橋、卡拉寨兩石料場上壩填筑道路進行布置，在高程1147.5、1097、1050、996m布置了4層開挖公路。其中996m公路是由進廠交通洞接3號施工支洞以交通洞的形式避開發(fā)電廠房基坑，通到上游圍堰。

　　2.2開挖方法及進度安排

　　左岸壩肩開挖由分岔支線公路進入開挖面，分別在1250、1175m高程分上、下游兩區(qū)同時施工，采用邊坡預(yù)裂、15m一層臺階微差擠壓爆破開挖。為減少石渣下河，爆破作業(yè)掌子面盡量垂直河床布置，靠陡壁邊緣部分預(yù)留巖坎最后爆除。工作面石渣采用4m3挖掘機、2～5m3反鏟裝20～32t自卸汽車出渣。下河石渣在1030m高程截渣平臺及河床用反鏟及時清除。邊坡支護與開挖平行作業(yè)。2000年5月開工，2001年10月底完成1010m高程以上開挖，歷時18個月，完成石方明挖98萬m3，平均開挖強度5.4萬m3／月。

　　右岸壩肩開挖采取自上而下6～15m一層臺階開挖。工期安排與左岸壩肩同時開工，截流前要求挖到996m高程，歷時18個月，完成石方明挖34.04萬m3，覆蓋層17.31萬m3，平均開挖強度2.9萬m3/月。

　　3、壩體填筑

　　3.1上壩運輸方式

　　壩體填筑著重研究了自卸汽車直接運輸上壩和移動式斜坡車聯(lián)合運輸上壩2個方案。

　?。?）自卸汽車直接運輸上壩方案。這種方案具有簡單、安全和可靠的特點，被廣泛用于面板堆石壩的施工中，在寬闊河床中它可以達到很高的運輸強度。但是，對于位于狹窄河床的洪家渡工程，很難布置45t級自卸汽車行駛的施工道路，因此選用32t自卸汽車作為壩料的主要運輸設(shè)備。道路標準為路面寬10m，平均縱坡6%～7%（個別路段10%～12%），最小轉(zhuǎn)彎半徑15m。

　　（2）移動式斜坡車聯(lián)合運輸上壩方案。移動式斜坡車聯(lián)合運輸系統(tǒng)由兩組軌道構(gòu)成，每組軌道上分別有移動式斜坡車通過鋼絲繩和滑輪與卷揚機連接。系統(tǒng)工作時重車就位于斜坡軌道的上平臺，靠重力隨斜坡車一同下滑，同時位于另一軌道上的空車將被拉至上平臺，斜坡車的制動和速度由電動機控制。軌道坡度與地形坡度基本相同，伸入壩體的軌道將埋在壩內(nèi)，底部端頭使用移動平臺，系統(tǒng)工作時此平臺與軌道固定在一起，隨著壩體的上升而上升，斜坡車下行的最低位置由鋼絲繩控制。用32t自卸汽車作載體，上平臺高程1147m，下平臺位于壩體內(nèi)，最低高程990m，最大高差為157m，斜坡道最大長度320m，斜坡車的加速度將限制在0.1～0.2m/s2，制動加速度將限制在0.11～0.174m/s2，行駛最高速度為6.67m/s，最大牽引力為43t.按照以上參數(shù)計算，每一系統(tǒng)所需電動機功率為2×300kW，每一工作循環(huán)需時5～6min。

　　由于自卸汽車直接運輸?shù)倪\距在3～3.5km之內(nèi)，屬于經(jīng)濟運距范圍，其臨建設(shè)施投資較少，斜坡道運輸方案的臨建工程量和營運費用則相對較高。因而，最終推薦自卸汽車直接上壩方案。

　　3.2壩體填筑分期

　　壩體分期主要滿足壩體施工安全、壩體渡汛方式、提前發(fā)電、壩體均勻上升等要求。

　　壩體渡汛的最優(yōu)方式是壩體在截流后的第1個枯期填筑到安全渡汛水位，壩體不過流，靠臨時斷面擋水。洪家渡面板堆石壩體采用斷流圍堰隧洞導(dǎo)流方式，圍堰導(dǎo)流標準為枯期十年一遇洪水，而渡汛標準（庫水位≥1億m3時）為頻率P=1%洪水，相應(yīng)水位1021.7m高程。因此，確定截流后2002年5月底前壩體第Ⅰ期填筑要求達到1023m高程。

　　后期導(dǎo)流洞封堵后按P=0.2%洪水度汛，壩前最高水位到1098m高程，要求封堵導(dǎo)流洞后汛前壩體臨時斷面要在1098m高程以上，考慮到高水位用堆石擋水存在的風險，1100m高程以下面板也要求完成。因此確定1102m高程為壩體分期的一個界線，此高程同時可滿足首臺機發(fā)電水位要求。

　　狹窄河谷上壩強度有限，主要通過臨時斷面來滿足以上2個重要分期高程，其余分期在此基礎(chǔ)上以方便施工、滿足壩體均勻上升、保證施工質(zhì)量等要求進行劃分。

　　3.3面板分期

　　面板分期原則：

　?、侔才旁跉鉁剌^低的枯水期施工，且面板施工時相應(yīng)壩體應(yīng)自然沉陷3個月以上，最好經(jīng)歷一個汛期；

　?、谑┕すこ塘坎灰诉^大，保證面板施工不占直線工期；

　　③盡量使壩體提前擋水發(fā)電，提高經(jīng)濟效益；

　?、鼙苊饪枯^高的填筑堆石體擋水渡汛引起的風險；

　?、菝姘迳嫌蔚姆罎B粘土、保護石渣（填筑高程1030m）須在圍堰保護下施工，并應(yīng)有足夠的施工時間。

　　按以上原則面板分三期施工，一期面板為1031m高程，要求相應(yīng)堆石為1033m高程，二期面板為1100m高程、相應(yīng)堆石為1102m高程，三期面板到1142.7m高程。

　　3.4上壩道路布置

　　該水電站壩址處河谷狹窄，只能在截流、基坑基本開挖完成后才能進行填筑。壩體填筑料源分散，墊層料加工點、過渡料堆放點、保護石渣、部分次堆石料均位于左岸上游小沖堆渣場，須從左岸上壩；其余主、次堆石料由天生橋、卡拉寨兩個石料場及下游右岸王家渡堆渣場從右岸上壩。道路布置的原則是不論料源在上游還是下游均采用從下游上壩方式，且能控制整個壩體的填筑施工。按此要求，左岸上游布置了3層交通洞，即通到壩體內(nèi)部1030m高程的4號支洞、通到壩后1055m高程的5號支洞、通到壩頂1147.5m高程的上壩交通洞；右岸布置了高程為996、1032、1050、1097、1147.5m的5層公路。按此布置結(jié)合壩內(nèi)、壩后公路即可滿足壩體填筑要求。

　　3.5施工強度與工期

　　影響施工強度的主要因素為：運輸強度、壩面作業(yè)強度、料場開采強度。

　?。?）運輸強度。上壩道路標準為三級，混凝土路面，路寬10m，最大縱坡12%?，雙車道交通洞斷面10m×8m、單行洞6m×6m，通行能力按晝夜2000對車考慮，32t自卸汽車高峰日強度可達3.2萬m3，高峰強度可達72萬m3/月。

　?。?）壩面作業(yè)強度。采用機械化流水作業(yè)，通過合理的機械設(shè)備配置、壩面分區(qū)及高效的組織管理，壩面作業(yè)強度一般應(yīng)大于運輸強度。

　?。?）料場開采強度。由地質(zhì)地形條件和開采工作面大小決定。兩堆石料場距大壩水平距離僅100～150m，且卡拉寨料場下游又緊靠1號塌滑體，料場開采必須考慮對塌滑體的爆破震動影響；兩石料場地形坡度25°～35°，巖層傾向與地表基本一致，傾角略小于地表坡角，為順向坡；開挖巖層中存在軟弱夾層，要求開挖過程中要對邊坡進行支護處理；開挖工作面寬度300～400m，平均厚度40～60m。綜合上述因素，按合理的機械設(shè)備配置、爆破裝藥量控制等因素計算得出料場開挖強度為30～40萬m3/月。因此，決定洪家渡水電站壩體填筑強度的主要因素為料場開采強度。按照洪家渡水電站2004年9月發(fā)電的工期要求，確定平均施工強度要求達到30萬m3/月。

　　4、壩體填筑分期安排

　　水電站壩體填筑設(shè)計分七期，面板施工分三期，填筑總歷時31.5月，平均填筑強度29萬m3/月，高峰填筑強度33.7萬m3/月，設(shè)計壩體填筑分期見圖1、表1

　　5、結(jié)語

　　該水電站于2000年11月8日正式開工，各項工作正按施工規(guī)劃有序進行。從已施工的各標段證實，在施工方案、總體布置、道路系統(tǒng)規(guī)劃、節(jié)點工期安排等各方面，施工規(guī)劃均是合理的。通過前期設(shè)計和施工實踐，體會如下：

　　（1）峽谷地區(qū)堆石壩陡峭壩肩開挖石渣下河床一直是難于解決的問題，為減少石渣下河床往往采用預(yù)留巖坎開挖，最后巖坎一次爆破的方案。該方案應(yīng)仔細斟酌使用，陡峭壩肩邊緣往往巖石風化、裂隙發(fā)育，巖坎不一定留得住，留住后的巖坎爆后大塊率較高，使得河床清渣難度加大。

　?。?）峽谷地區(qū)利用公路上壩運輸，道路等級需根據(jù)上壩運輸強度、運輸設(shè)備選型確定，因路陡、彎多最好選擇混凝土路面。利用重力運輸?shù)囊苿邮叫逼萝壍儡嚪桨?，技術(shù)上是可行的，在高差較大地區(qū)是一個值得研究的課題。

　?。?）導(dǎo)流、渡汛方式是確定壩體填筑分期的首要因素；施工強度不但決定分期，而且往往決定渡汛方式、發(fā)電工期。因此，應(yīng)根據(jù)實際情況詳細論證施工強度。施工強度如受料場開采控制可通過提前備料方式調(diào)節(jié)。

　?。?）面板施工分期也直接影響填筑分期。面板施工應(yīng)安排在合適的季節(jié)，以保證面板質(zhì)量；面板施工不占直線工期；堆石填筑必須高于相應(yīng)分期面板高度，保證面板施工質(zhì)量。