大石門水庫(kù)大壩施工技術(shù)探析

劉錫安

（新疆泰達(dá)水利水電工程有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

大石門水庫(kù)是一項(xiàng)承擔(dān)防洪、發(fā)電和供水任務(wù)的綜合型水利樞紐工程。工程由大壩、表孔溢洪洞和發(fā)電引水系統(tǒng)等組成[1]。壩址所在地地形地質(zhì)條件較為復(fù)雜，施工較為困難，為了確保大壩安全順利建設(shè)，現(xiàn)對(duì)大壩建設(shè)方案進(jìn)行分析探討。

1 概況

大石門水庫(kù)壩址位于車爾臣河與托其里薩依河匯合口下游300 m 處，大壩軸線位于自東向西的車爾臣河與自南向北的托其里薩依河匯合處下游300 m處[2]。壩址區(qū)地勘成果顯示：壩址區(qū)基巖為軟巖和中硬巖，基巖承載能力弱，壩址區(qū)又處于強(qiáng)震區(qū)，根據(jù)壩址區(qū)天然建材分布情況選擇修建當(dāng)?shù)夭牧贤潦瘔?。結(jié)合實(shí)際，規(guī)劃大壩建設(shè)類型為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩[3]。壩頂高程2 304.5 m，壩頂寬度12 m，壩長(zhǎng)205 m，最大壩高128.8 m。上游壩坡為1∶2.5～1∶2.75，下游壩坡為1∶1.8～1∶1.6，在下游壩坡設(shè)“之”字形上壩公路，下游綜合壩坡1∶2.32。

2 施工特點(diǎn)

2.1 壩基開(kāi)挖不能在截流前進(jìn)行

壩址兩岸大部分基巖裸露，壩段河谷呈深“V”形，壩址區(qū)附近現(xiàn)代河床寬10～20 m，正常高水位2 300 m高程處谷寬194 m，壩址區(qū)附近兩岸岸坡陡峻，岸坡坡度多在50°～80°，局部近直立[4]。施工場(chǎng)地狹小，施工道路難以布置，施工期緊且不能在截流前施工。

2.2 壩體填筑總量大

壩頂高程2 304.80 m，最大壩高128.5 m，壩體填筑總量359 萬(wàn)m3。本工程填筑強(qiáng)度不大，高峰填筑月強(qiáng)度約34.96 萬(wàn)m3。受導(dǎo)流限制，瀝青心墻的平均上升高度較大。本工程大壩的填筑與心墻混凝土基座澆筑及其灌漿存在施工交叉和干擾。做好大壩工程的土石方開(kāi)挖、壩體填筑、施工道路布置的施工組織至關(guān)重要。

2.3 施工難度大

受地形條件限制，本工程分層填筑道路較少，主要依靠壩后“之”字形道路完成壩體填筑。

3 施工方案

3.1 施工要求

施工進(jìn)度規(guī)劃如下：壩基土石方開(kāi)挖在截流以后開(kāi)始施工，第二年9月開(kāi)始至第三年5月完成壩基土石方開(kāi)挖及河床段基礎(chǔ)處理工作，第三年6 月初開(kāi)始?jí)误w填筑工作，同時(shí)交叉施工岸坡基礎(chǔ)處理，在第四年8 月底壩體全斷面填筑至壩頂高程，上游護(hù)坡施工安排在第四年8—9月施工。

施工程序?yàn)椋喊镀峦潦介_(kāi)挖→河床段壩基處理→壩體填筑及瀝青混凝土施工、岸坡基礎(chǔ)處理施工→上游護(hù)坡施工→壩頂及下游護(hù)坡施工。

（1）截流后，盡早進(jìn)行大壩壩基開(kāi)挖，開(kāi)挖完畢后進(jìn)行河床段心墻基座混凝土澆筑及壩基灌漿等施工。

（2）壩基處理完成后，于第三年6 月開(kāi)始?jí)误w填筑與瀝青混凝土心墻施工，第四年8 月底填筑至壩頂高程。

（3）上游混凝土護(hù)坡分兩期進(jìn)行澆筑，第一期澆筑2 170 m 高程以下部分，第二期澆筑2 170 m 高程—防浪墻底。

3.2 施工措施

3.2.1 施工道路布置

根據(jù)兩岸壩肩和河床開(kāi)挖高程設(shè)計(jì)，本工程在左岸布置有L4 道路；右岸布置有3#永久、臨時(shí)交通洞，主要用于運(yùn)輸施工機(jī)械、設(shè)備以及施工人員進(jìn)出場(chǎng)。棄渣道路利用河道左岸的L5 道路。壩體填筑道路上游利用L3 路，下游利用1#永久交通洞、1-1#永久交通洞及壩后“之”字形路。

3.2.2 壩基施工

（1）壩基開(kāi)挖。壩基開(kāi)挖主要為河床開(kāi)挖和岸坡開(kāi)挖。由于河床較窄，壩基土石方開(kāi)挖安排在截流后進(jìn)行，首先進(jìn)行岸坡段開(kāi)挖，開(kāi)挖完成之后再進(jìn)行河床段開(kāi)挖。截流后3個(gè)月完成壩基所有土石方開(kāi)挖，開(kāi)挖強(qiáng)度2.6 萬(wàn)m3/月。岸坡段采用自上而下分層開(kāi)挖，履帶設(shè)備利用重機(jī)道到達(dá)開(kāi)挖開(kāi)口線位置，人工及手風(fēng)鉆先清理出鉆爆平臺(tái)，2 m3挖掘機(jī)向坡下翻渣，土方開(kāi)挖采用2 m3挖掘機(jī)直接開(kāi)挖，石方開(kāi)挖采用150型潛孔鉆鉆孔、手風(fēng)鉆配合，預(yù)裂爆破，2 m3挖掘機(jī)配合132 kW 推土機(jī)推運(yùn)30 m倒渣到下部集渣平臺(tái)，平臺(tái)設(shè)在河床2 185.0 m 高程；再用2 m3挖掘機(jī)挖裝15 t自卸汽車運(yùn)輸。岸坡開(kāi)挖完成后進(jìn)行河床段土石方開(kāi)挖，采用自上而下的開(kāi)挖方式，渣料無(wú)需倒渣，直接裝運(yùn)。

（2）壩基處理。壩基處理主要為固結(jié)灌漿和帷幕灌漿[5]。本工程兩岸壩坡較陡，無(wú)法直接布置鉆機(jī)。擬架設(shè)灌漿平臺(tái)施工，由慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引提升，每50 m設(shè)置1個(gè)牽引平臺(tái)。岸坡段壩基處理領(lǐng)先壩體填筑約20 m 進(jìn)行。壩基處理先進(jìn)行固結(jié)灌漿，后進(jìn)行帷幕灌漿。固結(jié)灌漿施工安排在基座混凝土澆筑完畢后強(qiáng)度達(dá)70%以上進(jìn)行，在基座混凝土面上直接進(jìn)行鉆孔施工。

固結(jié)灌漿最大孔深8.0 m，劃分為Ⅰ、Ⅱ序孔，先進(jìn)行Ⅰ序孔施工，再稍后進(jìn)行Ⅱ序孔施工。灌漿程序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→鉆設(shè)并安裝抬動(dòng)變形觀測(cè)裝置→灌前物探測(cè)試→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→檢查孔施工→灌后物探測(cè)試→施工場(chǎng)地清理。施工采用YQ80 型風(fēng)鉆鉆孔、BW-200/60 型液壓柱塞泵全孔一次灌漿法灌漿，按分序加密的原則進(jìn)行。灌漿壓力以不抬動(dòng)巖面和基座混凝土為原則。灌漿均采用孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，自上而下分段進(jìn)行。段長(zhǎng)一般采用3 m，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長(zhǎng)，但不大于5 m。

帷幕灌漿最大孔深約58 m，在基座混凝土澆筑過(guò)程預(yù)埋塑料管拔管成孔，下部鉆孔采用150 型地質(zhì)鉆機(jī)。防滲墻段帷幕灌漿在防滲墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管，下部鉆孔采用150型地質(zhì)鉆機(jī)，自下而上分段灌漿。灌漿設(shè)備為BW-200/60 型柱塞泵、高速攪拌機(jī)、二參數(shù)（壓力、流量）自動(dòng)記錄儀。采用孔口封閉孔內(nèi)循環(huán)法灌漿。

3.3 壩體填筑

3.3.1 填筑方案

本工程壩體填筑主要包括砂礫料填筑、利用料填筑、過(guò)渡料填筑和排水料填筑，填筑總量348.11萬(wàn)m3。根據(jù)天然料場(chǎng)分布特點(diǎn)，主要由C4 料場(chǎng)提供壩殼砂礫石料，排水料和過(guò)渡料由C4砂礫石料場(chǎng)開(kāi)采加工，利用料由2#利用料堆放場(chǎng)提供。

壩體2 195 m 高程以下填筑料由利用料堆放場(chǎng)提供，通過(guò)1#交通洞和壩內(nèi)“之”字形道路運(yùn)至工作面。壩體2 195～2 220 m 高程之間填筑料由C4 料場(chǎng)提供，通過(guò)L2、L3 道路和圍堰后“之”字形道路運(yùn)至工作面，填筑高峰強(qiáng)度約15.4 萬(wàn)m3/月，采用3 m3挖掘機(jī)裝20 t 自卸車運(yùn)輸，填筑高峰期考慮采用三班制，每天工作20 h，需配備18 臺(tái)自卸車，車輛間距280 m。壩體2 220～2 245 m 高程壩體填筑料由C4料場(chǎng)、利用料堆放場(chǎng)共同提供，其中C4 料場(chǎng)部分經(jīng)L2、L3 道路和圍堰后“之”字形道路運(yùn)至工作面填筑，高峰強(qiáng)度約16.2 萬(wàn)m3/月。壩體2 245 m 高程以上壩體填筑料由C4 料場(chǎng)、利用料堆放場(chǎng)共同提供，經(jīng)1#永久交通洞、1-1#永久交通洞、壩后“之”字形道路運(yùn)至工作面，高峰強(qiáng)度約35.5 萬(wàn)m3/月，采用3 m3挖掘機(jī)裝20 t 自卸車運(yùn)輸，填筑高峰期考慮采用三班制，每天工作20 h，需配備62 臺(tái)自卸車，車輛間距125 m。

砂礫石鋪料的填筑采用進(jìn)占法進(jìn)行，103 kW 推土機(jī)平倉(cāng)。采用25 t 自行式振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)及振動(dòng)行走速度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)確定。過(guò)渡料的填筑為C4 料場(chǎng)加工，成品料采用2 m3裝載機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)輸上壩，采用DF130C 攤鋪機(jī)攤鋪，以1.5 tBW90AD 振動(dòng)碾碾壓。排水棱體的填筑利用1#砂石加工廠成品料，成品料采用2 m3裝載機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)輸上壩，推土機(jī)平料，25 t 自行式振動(dòng)碾碾壓。

3.3.2 混凝土澆筑

常規(guī)混凝土骨料由C4料場(chǎng)砂石加工廠提供，成品混凝土由1#、2#混凝土拌和站提供。瀝青混凝土骨料由P1料場(chǎng)提供，成品瀝青混凝土由瀝青混凝土拌和站提供。

（1）常規(guī)混凝土施工。常規(guī)混凝土主要包括上游護(hù)坡混凝土、心墻基座混凝土、壩頂混凝土等。心墻基座混凝土在壩基土石方開(kāi)挖完成后開(kāi)始，岸坡段基座混凝土領(lǐng)先壩體填筑40 m 左右進(jìn)行。成品混凝土采用3 m3混凝土罐車經(jīng)1#永久交通洞運(yùn)至澆筑點(diǎn)，河床部位混凝土采用溜槽入倉(cāng)，岸坡部位采用60 型泵送入倉(cāng)，機(jī)械振搗，人工灑水養(yǎng)護(hù)。上游護(hù)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混凝土罐車經(jīng)1#永久交通洞運(yùn)至澆筑點(diǎn)；2 期施工安排在第四年9—10 月完成，施工至防浪墻底，成品混凝土采用3 m3混凝土罐車由壩頂2#永久交通洞、灌漿廊道運(yùn)至施工點(diǎn)，壩面溜槽入倉(cāng)，組合鋼模板澆筑，機(jī)械振搗，人工灑水養(yǎng)護(hù)。

防浪墻成品混凝土采用3 m3混凝土罐車由壩頂2#永久交通洞、灌漿廊道運(yùn)至施工點(diǎn)，采用8 t 汽車吊1 m3混凝土罐入倉(cāng)（吊高8 m），機(jī)械振搗，人工灑水養(yǎng)護(hù)。壩頂路面混凝土采用3 m3混凝土罐車運(yùn)至壩頂，以2 m3裝載機(jī)運(yùn)至施工點(diǎn)，直接入倉(cāng)，機(jī)械振搗，人工灑水養(yǎng)護(hù)。

（2）碾壓式瀝青混凝土施工。碾壓式瀝青混凝土心墻采用水平分層、全軸線不分段一次攤鋪碾壓的施工方法，全線均衡上升。瀝青混凝土鋪筑按1 d 2 層控制。如遇特殊情況須留橫縫時(shí)，其結(jié)合部做成1∶3 的緩坡。每層瀝青混凝土鋪筑前，須將基礎(chǔ)面心墻表面加熱至70℃。

根據(jù)已建工程的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮壩體過(guò)渡料的壓實(shí)、瀝青混凝土心墻的變形等原因，碾壓式瀝青混凝土心墻每層鋪筑厚度25 cm，每天鋪筑3層。根據(jù)新疆在建或已建工程實(shí)際施工情況，碾壓式瀝青混凝土心墻每天鋪筑2 層、每層鋪筑厚度30 cm（碾壓后厚25～27 cm），月均上升高度12.5 m，本工程月均上升高度10.0 m，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)組織協(xié)調(diào)，制定詳細(xì)施工計(jì)劃。瀝青混凝土心墻鋪筑與過(guò)渡料填筑工序?yàn)椋簽r青混凝土、過(guò)渡料鋪填、碾壓→取樣合格→轉(zhuǎn)入下道工序。

鋪筑包括人工攤鋪和攤鋪機(jī)攤鋪：①人工攤鋪段。按設(shè)計(jì)要求處理基座混凝土表面，驗(yàn)收合格后噴涂2 遍冷底子油，再涂刷1.5～2 cm 厚的砂質(zhì)瀝青瑪蹄脂。支立專門制作的鋼模板，上、下游模板之間采用可調(diào)節(jié)拉桿支撐。瀝青混凝土由15 t自卸汽車運(yùn)至工作面，以3 m3裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)入倉(cāng)、132 kW 推土機(jī)平料、心墻攤鋪機(jī)攤鋪。攤鋪厚度為25 cm（碾壓后厚度）左右。②攤鋪機(jī)攤鋪段。瀝青混合料攤鋪前，清掃基層瀝青心墻表面，標(biāo)出軸線位置，并用金屬絲定位。采用裝載機(jī)將瀝青混合料卸入DF130C心墻攤鋪機(jī)料斗內(nèi)。攤鋪厚度與人工攤鋪段相同，攤鋪機(jī)行走速度控制在1～3 m/min。

碾壓步驟和標(biāo)準(zhǔn)如下：人工攤鋪段的瀝青混合料模板拔出后，采用2.5 t 振動(dòng)碾碾壓。機(jī)械攤鋪段采用1.5 tBW90AD 碾碾壓。最佳碾壓溫度控制在l30～l50 ℃。振動(dòng)碾行走速度控制在25～30 m/min。采用錯(cuò)位碾壓方式，每次錯(cuò)位半碾寬，按從左到右或從右到左的順序依次碾壓，保證表面平整、無(wú)錯(cuò)臺(tái)。橫向接縫處重疊碾壓30～50 cm。與岸坡結(jié)合部位及振動(dòng)碾碾壓不到的邊角或斜坡部位，采用小型振動(dòng)夯或人工夯實(shí)，夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以瀝青混凝土表面返油為止。

3.4 冬季施工技術(shù)

根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃安排，本工程瀝青混凝土心墻在冬季低溫季節(jié)不停工，需采取冬季施工措施，以保證施工質(zhì)量。

3.4.1 冬季低溫期施工準(zhǔn)備

冬季低溫期瀝青拌和系統(tǒng)的骨料輸送器、骨料加熱器、熱骨料篩分機(jī)、自動(dòng)稱量系統(tǒng)、成品運(yùn)輸系統(tǒng)、瀝青脫桶設(shè)備和瀝青加熱系統(tǒng)必須完好并且沒(méi)有被凍結(jié)，生產(chǎn)的控制系統(tǒng)必須完好。常規(guī)瀝青混合料拌和運(yùn)輸車的底板、廂板加裝保溫隔熱層，并加裝車廂保溫隔熱蓋板適應(yīng)冬季低溫期的瀝青混合料運(yùn)輸。

3.4.2 瀝青混合料制備

在成品儲(chǔ)料罐的外層加設(shè)保溫層，出料口增加保溫層和加溫裝置，使混合料在成品儲(chǔ)料罐儲(chǔ)存的過(guò)程中盡量減小溫度損失；在罐內(nèi)設(shè)置管式紅外線加熱器，適當(dāng)補(bǔ)償混合料的溫度損失；成品瀝青混合料在儲(chǔ)料罐內(nèi)儲(chǔ)存的時(shí)間不能超過(guò)6 h，盡量減少存放時(shí)間，避免溫度損失。

3.4.3 瀝青混合料攤鋪

冬季低溫期心墻瀝青混凝土攤鋪機(jī)作業(yè)時(shí)，必須保證攤鋪機(jī)前部的遠(yuǎn)紅外線加熱器正常工作，把已鋪筑的瀝青混凝土層面（深l0～15 mm）加熱到70.0 ℃左右；減少所攤鋪的混合料在基礎(chǔ)瀝青混凝土接觸面的溫度損失，確保底部混合料碾壓密實(shí)。

3.4.4 瀝青混合料碾壓

冬季低溫期鋪筑作業(yè)時(shí)要及時(shí)對(duì)攤鋪的瀝青混合料進(jìn)行初碾，封閉攤鋪的瀝青混合料，確保瀝青混合料的層面碾壓密實(shí)，防止表面龜裂現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)分析大石門水庫(kù)碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫堆石壩施工難點(diǎn)和特點(diǎn)，在施工進(jìn)度上采取交叉施工，壩基處理上采用固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，壩體填筑技術(shù)上利用進(jìn)占法，碾壓上采用水平分層、全軸線不分段一次攤鋪碾壓的方法，同時(shí)冬季不停工并采取保溫措施，保障大壩如期完工建設(shè)。這為同類工程建設(shè)提供了借鑒和參考。