水上拋石施工方法在柴河水庫土壩上游壩坡除險加固中的應用

姜志文

（遼寧省柴河水庫管理局，遼寧 鐵嶺 112000）

1 概況

柴河水庫是遼河中游左側支流柴河上的一座以防洪灌溉、工業和城市供水為主，兼顧發電、養魚、綜合利用的大（2）型水利樞紐工程。水庫大壩采用粘土薄心墻砂殼壩型，最大壩高42.3 m，壩長982 m，控制流域面積1 355 km2，總庫容 6.36 億 m3。

水庫大壩于1972年10月開始動工興建，1974年底基本建成蓄水。水庫建成后，由于自身存在著明顯的質量問題，曾先后4次產生滑坡事故。為此，先后多次進行補強加固。

2 水庫拋石施工

1989～1992年柴河水庫第一次采用水上拋石施工方法對柴河水庫大壩部分壩段進行除險加固，施工中采用經緯儀控制定位，自制駁船運送石材，人工拋填的方法，根據設計的工程量進行作業。第一次拋石施工后，1999～2000年柴河水庫水位降低到建庫以來的最低水位，原來拋石部位的近1/4高程顯露出來，管理人員及時進行了測量、分析。認為水上拋石施工技術在土壩除險加固工程施工中方法可行，但同時也存在需要改進的地方，最主要的問題是拋填位置的準確性和表面平整度、均勻性需要加強。

2002～2003年柴河水庫防汛應急加固工程施工，在這次補強加固工程中，對剩余壩段采用水上拋石施工技術進行補強加固。施工前針對第一次施工的結果進行了系統的分析論證，對第一次施工中存在的拋填位置不夠準確，表面平整度不夠理想，整體均勻性稍差等問題進行了重點分析研究，特別加強了控制定位、拋填方法、檢測、補填相結合，并進行了現場實驗，取得了很好的效果。

1989～1992和2002～2003年柴河水庫上游壩坡抗震除險加固工程采用水上拋石放緩壩坡不棄水方案施工，石料經開采、運輸、拋填、檢測，達到放緩壩坡、增加壩坡穩定性的設計要求。2008年柴河水庫上游壩坡除險加固工程開工，在進一步總結前兩次拋石施工的成功經驗基礎上，制定更為翔實、合理的操作辦法，第三次進行水上拋石施工。

3 第三次拋石施工

3.1 石料的開采、運輸

水上拋石加固壩坡的主要環節是采石、運輸和水上拋填，其它工作都是圍繞這些環節進行的。柴河水庫第三次水上拋石加固施工中的石料仍采自柴河水庫下游3 km的黑油坊石場。該石場的石料儲藏量豐富，運輸距離短，巖石多為花崗片麻巖，巖體致密，質量較好，完全滿足柴河水庫土壩抗震除險加固工程的質量要求。

根據柴河水庫上游壩坡抗震除險加固工程對石料質量、石料級配的要求，在開挖現場對石料進行篩選，滿足質量、級配要求的石料，經裝載機裝車，用自卸汽車運送到壩前拋石碼頭備用。

為了將石料裝船運到施工地點進行拋填施工，施工前，初擬了4種施工方案進行比較。最后，針對柴河流域水流季節性顯著、且為枯水年份水位上漲緩慢的特點，在大壩右壩端93（高程）平臺修建臨時碼頭，利用開闊地儲料，用裝載機裝船上料，運到施工現場拋填。

從臨時裝料碼頭到拋石地點距離50～800 m，第一次拋石施工中船體小、承載力低、多船分散作業定位控制難，效率低且拋填不準。第二次和第三次拋石施工中汲取前次教訓，加大運料船的船身體積和船體載重能力。利用3 mm厚鋼板，焊成長15 m、寬4 m、中間帶有三聯廂式可自卸3 m×3 m的斗倉，船頭裝22 kW柴油機。每船運石料20～30 m3，可一次性拋填在3個3 m×3 m的單元網格內，也可根據缺料情況迭加拋填，大大提高了工作效率，改善了施工質量。

3.2 施工控制網

水上拋石施工最重要的是控制定位，定位準確可使拋填位置準確、表面平整，消除欠拋、漏拋、超拋現象。第一次拋石施工中，沒有充分研究控制定位問題，致使工程質量不能完全達到設計要求；第二次拋石施工中，重點研究了精確定位問題，根據庫水位的變幅制定3 m×3 m拋石控制網格單元，為最終的拋石施工做好了必要的準備。第三次拋石施工中，結合第二次拋石施工的成功經驗，根據庫水位降至93.00 m左右的特定條件，拋石前先在壩坡95 m高程用全站儀打一平行壩軸線方向的控制線，仍按3 m間隔標定樁號。通過計算，拋石點距“95控制線”最遠為69 m。以此為依據，在“95控制線”上游69 m水域布設定位控制網綱。在控制定位網綱布設方面參照第二次進行，由于第三次拋石施工作業面為整個壩體上游壩坡，為此，在兩岸山體之間平行壩軸線方向布設定位網綱。為防止網綱移位，除用4號鋼絞線作為網綱控制線外，每隔100 m用兩只大錨對網綱進行加固定位。同時，在網綱上每隔3 m作標記，在縱向把壩體分成3 m的等分點。然后，在左右壩端沿平行95控制線和網綱控制線方向，每隔3 m用全站儀打一條平行壩軸線方向的施工控制線，從而，在整個拋填區域形成連續的3 m×3 m的施工網格。

3.3 水上拋石

拋石所用石料，在填料深度小于50 cm的部位控制在10～130 kg之間；填料深度大于50 cm的部位可以使用10 kg以下的塊石料，塊石的最小重量可外延到1 kg，這部分小塊石可占拋石總重量的10%～20%。在正常施工中，每拋填1 000 m3做5組式樣，每組式樣做3個試件，用于凍融、抗壓試驗及備用。每拋填、鋪石1 000 m3，取一組式樣，做出一條顆粒大小級配曲線，以便采取適當措施，調整石料級配使其與設計相吻合。

根據施工圖計算好每個3 m×3 m單元格填料量。為確保填料準確，根據最大拋填距離69 m，用3 mm厚鋼板，焊制69 m×6 m的船式定位平臺，平臺前端與定位網綱相連接，另一端與壩坡靠緊固牢。為防止風浪大，在平臺中部設斜拉定位鋼索，靠壩坡緊固定位。管理人員可在浮橋上行走、檢測、定位指揮施工。運料船在現場指揮人員的指揮下，把船靠緊定位浮船卸料拋填。每拋填好一個斷面，移船重新定位施工。

1989～1992年加固工程竣工以后，在水庫正常運行中，發現有個別部位存在較大的凸凹隆起現象。2002～2003年拋石施工期間認真分析、研究了施工方法，并采用了迭加移位法施工。即：每次移動定位平臺，不按單元間距3 m移動，而按2 m間隔移動，留下1 m迭加拋填；沿平行壩軸線方向，也采用1 m間距迭加法拋填。采用此方法施工后，經現場實驗和單元檢測，消除了大范圍的凸凹、隆起現象，表面平整度得到了很好的改善。

同時，為及時了解拋填后的壩坡狀況，在施工中采取邊拋填、邊檢測、邊補填的辦法，盡量減少和消除返工現象。對經單元檢測欠料的部位，由于采用大船補填，不方便，不靈活，且浪費，經研究采用平板船拉料，人工拋填辦法補填。平板船用3 m鋼板焊接成10 m×4 m廂形封閉平板船，上配22 kW柴油機，每次可運料15 m3。

柴河水庫第三次水上拋石施工中根據第二次的成功經驗，仍采用迭加移位法拋填，并結合跟蹤檢測、人工補填辦法施工。

3.4 水下高程測量

普通水準測量是在地面地形暴露的情況下，采用水準儀、全站儀等測量地面點的高程。水下高程測量則是在完全不清楚水下狀況的情況下進行施測的，為此，照搬普通水準測量方法是不行的。為了盡量避免漏測情況，按3 m×3 m單元網格進行施測，并利用拋填定位網綱和水下測深器測量水下測點水深，根據庫水位確定各單元測點高程，用以計算、分析填料質量。

拋填的準確性直接影響水上拋石的質量，而測量工作則是衡量拋填準確與否的必要手段。為緊密配合施工，測量工作采用邊施工、邊測量，并結合單元驗收測量和竣工驗收測量3個步驟進行。由于第二次拋石施工中使用的自制水下測深器存在一定程度的誤差，為確保檢測的準確性，在第三次拋石施工中購買了專業的水下測深儀，有效改善了檢測的準確性。

4 結語

柴河水庫上游壩坡抗震除險加固中3次采用水上拋石施工技術，施工中不破壞原壩體結構，提高了壩坡的穩定性和抗震強度，施工方法簡單。施工期間，不受庫水位限制，水庫工程可以發揮正常效益。不棄水進行施工，不會給下游工農業生產、城市供水、發電、養魚等造成重大的經濟損失。

施工中，用可自卸式運輸船運料，采用定位網綱進行控制定位，利用大型船式平臺指揮定位，運用迭加移位法施工，邊填邊測、及時補填，提高了施工效率，改善了施工質量，縮短了工期，是一種值得推廣借鑒的水上施工方法。