混凝土面板堆石壩施工設(shè)計(jì)

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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(gè)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(duì)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(duì)較緩，為35°～45°的坡地。

　　工程計(jì)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(tái)機(jī)組發(fā)電，2005年9月30日完建?？偣て跒?年9個(gè)月，其中第1臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期為4年9個(gè)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(dá)300m，為工程施工關(guān)鍵項(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(hào)支洞，直通陡壁1030m高程，在4號(hào)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(jìn)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(jìn)廠交通洞接3號(hào)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(jìn)度安排

　　左岸壩肩開挖由分岔支線公路進(jìn)入開挖面，分別在1250、1175m高程分上、下游兩區(qū)同時(shí)施工，采用邊坡預(yù)裂、15m一層臺(tái)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(jī)、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(tái)及河床用反鏟及時(shí)清除。邊坡支護(hù)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(shí)18個(gè)月，完成石方明挖98萬m3，平均開挖強(qiáng)度5.4萬m3／月。

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

　　3、壩體填筑

　　3.1上壩運(yùn)輸方式

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

　?。?）自卸汽車直接運(yùn)輸上壩方案。這種方案具有簡單、安全和可靠的特點(diǎn)，被廣泛用于面板堆石壩的施工中，在寬闊河床中它可以達(dá)到很高的運(yùn)輸強(qiáng)度。但是，對(duì)于位于狹窄河床的洪家渡工程，很難布置45t級(jí)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(yùn)輸設(shè)備。道路標(biāo)準(zhǔn)為路面寬10m，平均縱坡6%～7%（個(gè)別路段10%～12%），最小轉(zhuǎn)彎半徑15m。

　?。?）移動(dòng)式斜坡車聯(lián)合運(yùn)輸上壩方案。移動(dòng)式斜坡車聯(lián)合運(yùn)輸系統(tǒng)由兩組軌道構(gòu)成，每組軌道上分別有移動(dòng)式斜坡車通過鋼絲繩和滑輪與卷揚(yáng)機(jī)連接。系統(tǒng)工作時(shí)重車就位于斜坡軌道的上平臺(tái)，靠重力隨斜坡車一同下滑，同時(shí)位于另一軌道上的空車將被拉至上平臺(tái)，斜坡車的制動(dòng)和速度由電動(dòng)機(jī)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(dòng)平臺(tái)，系統(tǒng)工作時(shí)此平臺(tái)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(tái)高程1147m，下平臺(tái)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(dòng)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(jì)算，每一系統(tǒng)所需電動(dòng)機(jī)功率為2×300kW，每一工作循環(huán)需時(shí)5～6min。

　　由于自卸汽車直接運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距在3～3.5km之內(nèi)，屬于經(jīng)濟(jì)運(yùn)距范圍，其臨建設(shè)施投資較少，斜坡道運(yùn)輸方案的臨建工程量和營運(yùn)費(fèi)用則相對(duì)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(gè)枯期填筑到安全渡汛水位，壩體不過流，靠臨時(shí)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(biāo)準(zhǔn)為枯期十年一遇洪水，而渡汛標(biāo)準(zhǔn)（庫水位≥1億m3時(shí)）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(dá)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(shí)斷面要在1098m高程以上，考慮到高水位用堆石擋水存在的風(fēng)險(xiǎn)，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(gè)界線，此高程同時(shí)可滿足首臺(tái)機(jī)發(fā)電水位要求。

　　狹窄河谷上壩強(qiáng)度有限，主要通過臨時(shí)斷面來滿足以上2個(gè)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(jìn)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(shí)相應(yīng)壩體應(yīng)自然沉陷3個(gè)月以上，最好經(jīng)歷一個(gè)汛期；

　?、谑┕すこ塘坎灰诉^大，保證面板施工不占直線工期；

　?、郾M量使壩體提前擋水發(fā)電，提高經(jīng)濟(jì)效益；

　?、鼙苊饪枯^高的填筑堆石體擋水渡汛引起的風(fēng)險(xiǎn)；

　?、菝姘迳嫌蔚姆罎B粘土、保護(hù)石渣（填筑高程1030m）須在圍堰保護(hù)下施工，并應(yīng)有足夠的施工時(shí)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(jìn)行填筑。壩體填筑料源分散，墊層料加工點(diǎn)、過渡料堆放點(diǎn)、保護(hù)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(gè)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(gè)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(hào)支洞、通到壩后1055m高程的5號(hào)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(qiáng)度與工期

　　影響施工強(qiáng)度的主要因素為：運(yùn)輸強(qiáng)度、壩面作業(yè)強(qiáng)度、料場開采強(qiáng)度。

　?。?）運(yùn)輸強(qiáng)度。上壩道路標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)，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(duì)車考慮，32t自卸汽車高峰日強(qiáng)度可達(dá)3.2萬m3，高峰強(qiáng)度可達(dá)72萬m3/月。

　?。?）壩面作業(yè)強(qiáng)度。采用機(jī)械化流水作業(yè)，通過合理的機(jī)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(qiáng)度一般應(yīng)大于運(yùn)輸強(qiáng)度。

　?。?）料場開采強(qiáng)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(hào)塌滑體，料場開采必須考慮對(duì)塌滑體的爆破震動(dòng)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(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)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(jī)械設(shè)備配置、爆破裝藥量控制等因素計(jì)算得出料場開挖強(qiáng)度為30～40萬m3/月。因此，決定洪家渡水電站壩體填筑強(qiáng)度的主要因素為料場開采強(qiáng)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(qiáng)度要求達(dá)到30萬m3/月。

　　4、壩體填筑分期安排

　　水電站壩體填筑設(shè)計(jì)分七期，面板施工分三期，填筑總歷時(shí)31.5月，平均填筑強(qiáng)度29萬m3/月，高峰填筑強(qiáng)度33.7萬m3/月，設(shè)計(jì)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(xiàng)工作正按施工規(guī)劃有序進(jìn)行。從已施工的各標(biāo)段證實(shí)，在施工方案、總體布置、道路系統(tǒng)規(guī)劃、節(jié)點(diǎn)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(jì)和施工實(shí)踐，體會(huì)如下：

　?。?）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(xì)斟酌使用，陡峭壩肩邊緣往往巖石風(fēng)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。

　　（2）峽谷地區(qū)利用公路上壩運(yùn)輸，道路等級(jí)需根據(jù)上壩運(yùn)輸強(qiáng)度、運(yùn)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(yùn)輸?shù)囊苿?dòng)式斜坡軌道車方案，技術(shù)上是可行的，在高差較大地區(qū)是一個(gè)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(qiáng)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(shí)際情況詳細(xì)論證施工強(qiáng)度。施工強(qiáng)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。