雙塔水庫除險加固工程主壩施工方案淺析

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 玉門 735211)

1 項目概況

雙塔水庫位于酒泉市瓜州縣城以東約48km的疏勒河中游河段上，始建于1958年，1960年3月建成蓄水，是一座以灌溉為主，兼顧城鄉(xiāng)和生態(tài)用水、防洪、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。原設(shè)計庫容2.4億m3，興利庫容1.2億m3。水庫樞紐主要建筑物有主壩、1號副壩、2號副壩、輸水洞、1號溢洪道、2號溢洪道、泄洪渠、輸水渠等。主壩為黏土心墻砂礫石壩，壩頂長1040m，壩頂寬8m，最大壩高26.80m，壩基防滲型式為黏土截水槽和混凝土防滲墻。

雙塔水庫自建成后已先后進行過三次除險加固。由于受當時經(jīng)濟、技術(shù)條件的制約，工程質(zhì)量存在一定的缺陷。2015年8月批復進行第四次除險加固，概算總投資1.53億元，計劃2015年12月1日開工，2017年11月30日完工。主壩的主要除險加固內(nèi)容為壩基及壩體防滲處理、下游壩坡培厚、壩頂加寬改造及上游壩坡混凝土面板澆筑等。

由于水庫不能空庫運行，無論是壩頂防滲墻施工，還是下游壩體填筑培厚施工均處在高水位下，加之壩頂狹窄，安全風險大。當主壩0+326～0+371段開挖至設(shè)計基面高程后，未發(fā)現(xiàn)原狀砂礫石層或片麻狀花崗巖層基面，基面以下均為淤泥層，此段原壩體滲漏比較嚴重，在壩基清基后進行壩體填筑，有可能出現(xiàn)壩體滑塌，危及壩體安全。常規(guī)施工順序為先進行防滲墻及帷幕灌漿施工，后進行下游壩體填筑培厚，施工中不僅存在很大的安全風險，而且壩頂施工面寬度達不到機械施工條件，直接影響工期，將造成施工成本大幅增加。故對基于壩體培厚的施工順序進行研究比較，以求獲得最優(yōu)、最經(jīng)濟的施工方案。

2 先進行下游壩體培厚施工方案

此方案(以下簡稱方案1)是先進行下游壩體培厚施工，然后利用加寬后的壩頂作為施工平臺，再進行防滲墻施工。采取平行交叉方式進行施工，即施工平臺加寬(壩體培厚)一段后，隨即用進占法進行防滲墻施工，直至全部平臺和防滲墻施工完畢。

2.1 防滲墻施工平臺設(shè)計

雙塔水庫主壩原壩頂寬8.0m，防滲墻施工設(shè)備液壓抓斗作業(yè)半徑為9.5m，液壓抓斗后方需留出2.5m作為其他設(shè)備進出通道，因此壩頂施工道路需加寬至12.0m后方可形成施工平臺供防滲墻施工。

施工平臺構(gòu)建是防滲墻施工的前置條件，該方案防滲墻施工平臺充分利用原壩頂寬度，并在下游壩坡培厚至1332.8m后作為整個防滲墻施工平臺。施工完成后，多余壩體削坡外運。抓斗和沖擊鉆均布置在防滲墻下游側(cè)，具體如圖1所示。

圖1 主壩防滲墻施工平臺示意圖 (單位：cm)

2.2 總體施工程序

根據(jù)工程項目間的相互關(guān)系，總體施工程序如圖2所示。

圖2 施工總程序

2.3 施工工期

工程計劃于2016年3月14日開工，2016年6月25日完工，總工期103天。

具體施工進度計劃為壩體培厚(含干砌石拆除、外運)自2016年3月14日—6月10日需88天，防滲墻施工自2016年4月21日—6月25日需65天。

先進行左壩肩段(樁號0+000～0+400)壩體培厚，自2016年3月14日—4月20日。防滲墻施工自2016年4月21日開始，可以實現(xiàn)此段防滲墻連續(xù)施工。在進行左壩肩段防滲墻施工期間，同時進行0+400-0+567.9段壩體培厚，2016年5月7日可以完成此段壩體培厚，而后轉(zhuǎn)至右壩肩(0+895～1+015)段施工，依序進行。最后培厚明澆墻段(樁號0+567.9～0+895)壩體。

壩體培厚每完成一段，防滲墻隨即施工。后壩坡壩體培厚與防滲墻施工關(guān)系如圖3所示。

圖3 后壩坡壩體培厚與防滲墻施工關(guān)系

3 先進行防滲墻施工方案

先進行防滲墻施工方案(以下簡稱方案2)是用編織袋裝土加寬壩頂形成臨時施工平臺，進行防滲墻施工，然后進行下游壩體培厚，最后拆除臨時施工平臺。為保證大壩安全，壩體培厚作業(yè)需待防滲墻施工全部完成后方可進行。

3.1 防滲墻施工平臺設(shè)計

防滲墻施工平臺總體寬度同方案1，均為12m。底層鋪設(shè)前應開槽，并沿壩軸線方向在坡腳處打入1～2排木樁，防止編織袋發(fā)生滑動，然后利用編織袋裝土逐層碼放至壩頂1332.80m高程，與原壩頂作為整個防滲墻施工平臺，上鋪鋼板。逐層碼放編織袋時每隔一定高度應用裝載機等機械進行碾壓。抓斗和沖擊鉆均布置在導墻下游側(cè)。具體如圖4所示。

3.2 總體施工程序

根據(jù)工程項目間的相互關(guān)系，總體施工程序如下頁圖5所示。

圖4 主壩防滲墻施工平臺示意圖 (單位：cm)

圖5 施工總程序

3.3 施工工期

工程計劃于2016年3月14日開工，2016年10月7日完工。工期204天。其中防滲墻施工 122天，下游壩坡培厚填筑施工88天。

該方案搭建施工平臺是關(guān)鍵。自2016年3月14日開始平臺人工鋪設(shè)，至7月8日鋪設(shè)完畢，總工期116天。加寬時需由人工裝袋后分層鋪設(shè)，用挖機1輛、自卸車1輛輔助轉(zhuǎn)運料土，人工功效3m3/d，人工70人，鋪設(shè)用時大約為88天，因原壩頂路面較窄，施工設(shè)備較多，為了保證設(shè)備進出道路通暢，需待防滲墻完工后才能拆除施工平臺，拆除至少用時20天。

4 施工方案比較

從施工安全、施工成本、施工工期3個方面進行比較，擇優(yōu)確定施工方案。

4.1 施工安全

方案1的防滲墻施工平臺是碾壓后的壩體，密實度已達到設(shè)計干密度，不存在施工時平臺出現(xiàn)滑塌的可能，最大限度降低了安全風險。缺點是進行壩體培厚時清基面臨壩體滑塌的可能。

方案2防滲墻施工平臺用袋裝土填筑，加寬部分無法進行碾壓，建造工序多。液壓抓斗自重約為150t，在液壓抓斗施工時，存在一定的側(cè)滑隱患，易發(fā)生設(shè)備傾覆危險。同時其他施工設(shè)備也需要在填筑的施工平臺上行走，同樣存在一定安全隱患。

4.2 施工成本

方案1在拆除防滲墻施工平臺時，只需將設(shè)計線以外的多余壩體削坡外運。填筑及拆除方量約為5200m3，填筑及拆除成本為每方28元，合計施工成本14.56萬元。

方案2施工平臺的填筑及拆除方量分別約為15680m3。機械運輸、人工裝袋填筑及拆除的綜合單價至少90元/m3，直接施工成本141.12萬元。管理成本35萬元。兩相比較，方案1較方案2節(jié)約成本161.56萬元。

4.3 施工工期

方案1總工期103天，方案2總工期210天，方案1較方案2工期縮短101天，既完全滿足防滲墻施工工期要求，又可以保證防滲墻施工工作面，不產(chǎn)生窩工現(xiàn)象。

綜上所述，先進行壩體培厚，后進行防滲墻施工的方案1，即節(jié)約施工成本，又能縮短工期，安全隱患較小，各工序施工有序進行，是最優(yōu)、最經(jīng)濟、最安全的施工方案。該方案實施后，不僅極大加快施工進度，也為施工單位創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

5 先進行下游壩體培厚后進行防滲墻施工的難點及處理

5.1 壩基處理過程中發(fā)現(xiàn)的問題

雙塔水庫主壩下游壩體培厚是壩體及壩基防滲處理的基礎(chǔ)，為順利完成壩體培厚施工，清基時全面掌握主壩下游壩腳基底地層情況，在壩腳0+326～0+371段原干砌石排水溝位置處開挖7個探坑，對基底情況進行勘察，勘察結(jié)果為設(shè)計開挖基面下均為淤泥層，層厚0.5～3.0m，下部為全風化片麻花崗巖，此段原壩體滲漏比較嚴重，必須對壩基進行換基處理。

5.2 壩體清基換墊處理方案的確定及實施

5.2.1 壩體清基換墊方案確定

為保證壩體培厚的順利進行，防止壩體培厚施工完成后，壩體出現(xiàn)不均勻沉降或局部塌陷等現(xiàn)象，確定采用“砂礫石換填”方式對壩基淤泥進行處理。擬定每段施工長度為3～5m(具體視開挖時坡腳穩(wěn)定性而定)。從0+326向0+371順序施工。

5.2.2 換基材料的選擇

壩基淤泥段換填采用砂礫石，直徑不小于20mm；后壩坡淤泥層護面采用施工時已拆除的干砌石廢棄料，塊石直徑不小于10cm。

5.2.3 壩體清基換墊實施

為確保壩體清基換墊過程中的施工安全，減少開挖臨空面，保證壩坡穩(wěn)定，采用分段換填進占方式進行，嚴格按照擬定的分段長度進行施工。壩基開挖至全風化片麻花崗巖或原狀砂礫石層后，方可進行砂礫料換填。后壩坡挖除淤泥層后，立即將塊石拋入淤泥，用挖掘機斗體將塊石拍入淤泥層，每向前開挖1m，進行一次塊石擠壓，使其完全擠入淤泥層，保證后壩坡淤泥層邊坡穩(wěn)定。

6 結(jié) 語

根據(jù)工程建設(shè)的實際需要，對常規(guī)的先進行壩體防滲施工后進行壩體培厚的施工方案進行認真研究，對原施工順序調(diào)整后，制定了切實可行的先進行壩體培厚，后進行防滲墻施工的施工方案并付諸實施。針對主壩后壩坡淤泥換基過程中隨時可能發(fā)生的后壩坡滑塌、危及大壩安全的問題，及早確定搶險預案，采取了得力措施加以預防，不僅為主壩除險加固施工贏得了寶貴的時間，也創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

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