振沖加密砂礫石基礎(chǔ)筑壩工藝

湯用泉 王維忠

世界上的水電站和水庫(kù)等工程的大壩,為了滿足筑壩的要求,都要進(jìn)行基坑開挖、處理等項(xiàng)目的施工,而在江河等有水的條件下筑壩的地方,為了形成基坑旱地施工條件,還要先進(jìn)行截流、圍堰填筑、閉氣、抽水等工作。總之,必須先形成基坑,然后在基坑內(nèi)進(jìn)行施工的方法,是現(xiàn)代筑壩技術(shù)必須進(jìn)行的程序。

海南大隆水利樞紐大壩工程的施工,創(chuàng)新地采用了無(wú)基坑施工新技術(shù),徹底突破了必須先形成基坑、在基坑內(nèi)施工的筑壩技術(shù)概念框框。該技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于:

(1)不做圍堰;

(2)由于不做圍堰,與圍堰有關(guān)的防滲體系,如:防滲墻、防滲帷幕或高噴、斜墻等都不存在;

(3)不需要進(jìn)行基坑抽水;

(4)不需要進(jìn)行大量的基坑開挖;

(5)該技術(shù)最大的益處在于可以節(jié)約大量的投資和極大地加快施工速度,縮短工程的施工工期。

1 工程概述

大隆水利樞紐工程位于海南省三亞市西部的寧遠(yuǎn)河中下游,是海南省南部水資源調(diào)配的重點(diǎn)工程,其工程任務(wù)是防洪、供水、灌溉為主,結(jié)合發(fā)電。水庫(kù)總庫(kù)容為4.86億m3,規(guī)劃灌溉面積6.6萬(wàn)hm2(9.92萬(wàn)畝),供水規(guī)模近期(2010年)為1.18億m3,遠(yuǎn)期(2020年)為1.98億m3,電站裝機(jī)為6900 kW,為二等大(Ⅱ)型水利樞紐工程。

大壩壩頂寬度9.0m,壩頂長(zhǎng)度535m,壩頂高程76.5m,最大壩高65.5m。壩頂防浪墻高1.2m,上游壩坡采用混凝土護(hù)坡,下游護(hù)坡采用草皮護(hù)坡。

本工程攔水建筑物為碾壓式分區(qū)大壩,依填料分為壩基填砂區(qū)、上游防滲Ⅰ、Ⅱ區(qū)和下游Ⅲ、Ⅳ區(qū),以及高塑性土、堆石、排水棱體等填筑區(qū),壩體內(nèi)采用上昂式排水和水平排水棱體。相應(yīng)大壩的填筑料包含防滲土、高塑性土、中粗砂、石渣和塊石、風(fēng)化料等。

壩基河床砂礫石覆蓋層深度7.0～21.0m,滲透系數(shù)為1×10-2～1×10-1cm/s,屬?gòu)?qiáng)透水層,表層平均約5m厚砂卵石呈松散—稍密狀。壩基處理型式為:上下游坡腳布置堆石戧堤,堤內(nèi)側(cè)設(shè)反濾,反濾內(nèi)充填河床天然砂礫料并進(jìn)行振沖加密至20.00m高程。詳見圖1。

圖1 壩體標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 無(wú)基坑施工技術(shù)

2.1 無(wú)基坑施工設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)把土石壩的上下游坡腳的堆石戧堤作3個(gè)用途:先作為截流的上下游戧堤,然后作為基坑填砂礫料的擋砂堤,最后作為大壩坡腳的堆石體。在上下游戧堤圍成的基坑內(nèi),全部填砂至20.00m高程(后修改為18.00m),再對(duì)填料及河床表層平均5m深的松散砂礫層進(jìn)行振沖擠密,使土壩砂基的相對(duì)密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求,達(dá)到使較松散的天然砂基和回填砂加固為密實(shí)穩(wěn)定壩基的目的。砂基經(jīng)振沖加密后作為大壩基礎(chǔ)。

在河床左右岸深槽內(nèi)采用水下清基方法作業(yè),將河底的朽木、雜物及漂石清除。在河床中心沙洲部位清基深度一般為0.3 m,清除表層草皮及植物根系、生活及工業(yè)垃圾。壩體與兩岸坡連接只需清除草皮、樹根等表層植土層,因此兩岸清除0.3～0.5m的壩基表層土及植物根系,土壩與岸坡連接坡比∶土坡坡度小于1∶1.5,巖石坡度小于1∶0.5。邊坡開挖大致平順,不應(yīng)成臺(tái)階狀、反坡或突然變坡,岸坡上緩下陡,變坡角小于20°。

回填的砂礫料取自大壩上游的河道內(nèi),要求以含礫最大不超過(guò)100mm的中粗砂為主(尤其在防滲墻軸線上游30m和下游35m范圍內(nèi)),不得采用粗礫(D≥100mm)含量大于30%的砂粒料。

2.2 施工方法

2.2.1 施工程序

水下清基→水上清理和開挖→截流→填砂礫料→振沖加密→質(zhì)量檢查。

2.2.2 水下清基

對(duì)于水下部分的基礎(chǔ)主要用人工進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理,清理水下樹枝、草、其他植物等。驗(yàn)收采用水下全面錄像驗(yàn)收。

2.2.3 水上清理和開挖

對(duì)于水面以上的基礎(chǔ)采用機(jī)械配人工清理,清除樹、草等植物和有機(jī)物等。

2.2.4 截流

與一般工程截流施工方法相同,不再綴述。

2.2.5 填砂礫料

砂礫料取自大壩上游的河道內(nèi),采用液壓挖掘機(jī)開挖,15～20 t自卸運(yùn)輸,推土機(jī)平整,一次拋填至設(shè)計(jì)高程。

2.3 振沖加密施工

2.3.1 振沖施工機(jī)具及施工參數(shù)(見表1)

表1 振沖施工機(jī)具及施工參數(shù)

2.3.2 質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)

(1)D區(qū)(16.0m高程,布樁間距1.6m),采用重型(Ⅱ)動(dòng)力觸探對(duì)樁體進(jìn)行檢測(cè),相應(yīng)重(Ⅱ)擊數(shù)控制指標(biāo)為:1.0～3.0m深重(Ⅱ)擊數(shù)不小于10擊,3.0～9.0m深重(Ⅱ)擊數(shù)不小于12擊,振沖填料量按不小于1.3 m3/m進(jìn)行控制。

(2)A、B、C區(qū)及D區(qū)(20.0m高程),布樁間距2.5m,采用重型(Ⅱ)動(dòng)力觸探對(duì)樁間土進(jìn)行檢測(cè),質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 重型(Ⅱ)動(dòng)力觸探錘擊數(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)

3 實(shí)施效果

(1)無(wú)基坑施工共劃分為38個(gè)質(zhì)量評(píng)定單元,通過(guò)評(píng)定,36個(gè)單元為優(yōu)良,2個(gè)單元合格,優(yōu)良率為94.7%。

(2)大隆水利樞紐工程于2004年12月16日開工,2005年2月6日大壩截流,2005年4月22日完成臨時(shí)壩體擋水?dāng)嗝?高程達(dá)到51.1m(設(shè)計(jì)20年一遇度汛高程),6月26日臨時(shí)壩體擋水?dāng)嗝娓叱踢_(dá)到57 m(設(shè)計(jì)100年一遇度汛高程)。2006年3月4日完成壩體填筑,壩體高程達(dá)到76.5m設(shè)計(jì)高程。2007年4月大壩所有分部工程全部完成。實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年截流,當(dāng)年達(dá)到100年一遇度汛高程的目標(biāo)。

(3)采用了無(wú)基坑施工技術(shù),簡(jiǎn)化了施工程序,加快了施工進(jìn)度,為汛前大壩填筑至攔洪高程創(chuàng)造了條件,使本工程施工期在遭遇2005年7月“天鷹”臺(tái)風(fēng)和9月“達(dá)維”臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的100年一遇洪水得以安全度汛。

2005年9月27日,大壩度汛斷面經(jīng)歷了海南省32年來(lái)最大的“達(dá)維”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的襲擊,最大入庫(kù)洪峰流量為11500m3/s(100年一遇為9070m3/s),水位1 h內(nèi)最高漲幅達(dá)7.6m,上游水位達(dá)51.04m,大壩安然無(wú)恙。

(4)大隆水庫(kù)大壩建于砂礫石覆蓋層上,若按傳統(tǒng)筑壩技術(shù),在一個(gè)枯水期內(nèi),壩體難以在汛前完成度汛斷面填筑。

采用傳統(tǒng)的有基坑開挖方法,需要對(duì)圍堰進(jìn)行防滲處理,開挖截水槽和壩基范圍內(nèi)河床上部松散層和淤泥質(zhì)透鏡體,需要開挖河床覆蓋層100萬(wàn)m3以上,并回填相應(yīng)的土料,計(jì)入上下游圍堰及堰體防滲和基坑抽排水后,采用無(wú)基坑施工技術(shù)可以節(jié)約投資3000萬(wàn)元以上[1]。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)大隆水利樞紐大壩采用無(wú)基坑施工新技術(shù)的創(chuàng)新和成功實(shí)踐,是現(xiàn)代筑壩技術(shù)的成功突破。該技術(shù)不僅可以極大地加快施工速度、縮短工程的施工工期,同時(shí)還可以節(jié)約大量的工程投資,有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,有較大的推廣和應(yīng)用價(jià)值。

(2)大隆水利樞紐大壩采用無(wú)基坑施工技術(shù),自2004年12月開工到2007年12月全部完工,完成土石方填筑工程量546.43萬(wàn)m3。工程自2006年3月全線達(dá)設(shè)計(jì)高程后至今已安全運(yùn)行多年,間接地證明無(wú)基坑施工技術(shù)是安全、可靠和成功的。

(3)由于大隆水庫(kù)大壩是在河床沙礫石的地基情況下進(jìn)行的,其加密方法使用的是振沖加密的方法,在與此類型相似的沙性土河床中應(yīng)可以采用其他的方法進(jìn)行加密和加固,如:強(qiáng)夯、攪拌等方法,而這些方法需要進(jìn)行研究和實(shí)踐,已完善無(wú)基坑施工方法。

(4)大隆水利樞紐工程2006年10月被水利部授予“全國(guó)水利系統(tǒng)文明建設(shè)工地”;2008年4月被水利部授予“2008年全國(guó)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持示范工程”;2008年9月被中國(guó)水利工程協(xié)會(huì)授予“中國(guó)水利優(yōu)質(zhì)工程(大禹)獎(jiǎng)”;2009年10月獲得國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)——魯班獎(jiǎng)。

[1] 陳松濱,陳共建.無(wú)基坑水下筑壩技術(shù)的探討和實(shí)踐[J].人民珠江,2008(3):31-34.