抽水蓄能電站風化土心墻堆石壩土石方調配問題探究

趙偉國

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000)

1 引言

抽水蓄能電站由上、下水庫及輸水系統組成。風化土心墻堆石壩是抽水蓄能電站的一個重要組成，進入高速發展時期。相對于其他大壩類型，土石壩的最大的特點之一就在于能夠根據壩址附近自然材料的特性因地制宜地加以利用，靈活地對填料進行分區。但是在壩體填筑施工過程中，經常會發生沒規劃好土石方平衡而出現可用于填筑的開挖料直接利用比例偏低，增加了土石料中轉和料場的開采量，導致工程成本增加的情況。如何有效利用工程開挖有用料，減少專用料場的設置，節省工程投資，縮短工期，加快壩體填筑成為了人們關心的問題。下面就從此方面進行討論分析。

2 目前土石方調配中存在的問題

在以往的工程實踐中，不夠重視挖、棄渣規劃以及工程建設的土石方平衡問題，主要存在以下幾方面的問題：

(1)土石方不合理使用問題。由于挖填進度等因素限制，使得用于填筑的開挖料(直接上壩料)比例偏低，增加料場料的開采數量，從而增大施工費用。

(2)施工干擾問題。這種干擾通常反映在施工道路、施工場地及重大施工設備(如拌合樓)利用方面，由此帶來的糾紛常引起窩工損失。

(3)由于棄渣規劃考慮欠妥，開挖料有時被棄在可用料料場之上。使得有用料被覆蓋，輕則帶來二次搬運問題，增加料物開采難度與成本，重則要更改設計，另辟料場進行開采。

(4)沒有合理利用場地，造成渣場征地面積或移民數量增大，大大增加工程投資。

土石方調配是一項十分復雜的系統工程，許多因素都會影響到整個調配過程，從而導致調配規劃方案設計的復雜性。本文針對抽水蓄能電站工程土石方調配規劃目前所存在的主要問題，通過對某抽水蓄能電站土石方調配分析，優化土石方調配規劃。

3 工程概況

某抽水蓄能電站上水庫位于鹽田區北面的小三洲盆地內，主要建筑物包含4座副風化土心墻石渣壩。

壩體填筑料主要有：高塑性黏土、風化土心墻料、反濾料、過渡料、墊層料、上下游堆石料、全風化料、壩前干砌塊石、開挖多余料等填筑料。

根據合同文件相關要求，大壩防滲心墻的風化土料來源庫盆內土料場。墊層料和反濾料料源由砂石骨料系統承包人供給。主次堆石及干砌塊石等填筑料源來自于本標段各部位(包括壩基、導流洞等)開挖的合格石料及其他標段提供至石料轉運場的10萬立方米塊石料。全風化料采用本標的開挖料作為其填筑料源。

4 土石方平衡規劃原則及說明

(1)根據合同文件中規定的填筑料來源、填筑料技術要求，結合現場料源開采區與填筑區的實際情況，進行土石方平衡計算。

(2)土石方平衡綜合考慮各部位的開挖或填筑的時間、強度、方式及方法等因素，確保土石方的合理流向，最大限度地利用開挖料直接上壩填筑，努力提高石料的可利用率，盡量減少填筑料二次倒運和土料場的開采量。

(3)各種渣料的棄放或中轉盡量遵循就近料場堆存中轉的原則。

5 主要工程量

5.1 開挖工程量

根據設計圖紙，除料場外工程土石方開挖工程量共計379 720 m3，各壩開挖情況詳見表1。

表1 土石方開挖工程量表(自然方)

注：表中土料場土方開挖儲量引用招標圖紙《天然建筑材料Ⅱ16土料場綜合圖》(DZ14C.4-3-02)中的儲量計算結果。

5.2 填筑工程量

根據設計圖紙，工程填筑石方量(含上游堆石、下游堆石、過渡料、砌石)為： 172 208 m3；匯總后的摻合料方量為：52 825 m3；匯總后的填筑土方量(含全強風化料、風化土心墻)為：128 618 m3。填筑工程量詳見表2。

表2 土石方填筑工程量表(壓實方)

6 土石方平衡計算及分析

6.1 轉換系數

根據合同文件及填筑技術要求所提供的設計指標，參考地質資料提供的巖石天然干容重和有關定額規定以及類似工程施工經驗，土石方平衡時各種填筑(砌筑)材料的壓實方(砌筑方)換算成自然方(或骨料的堆存方量)的松實換算系數具體見表3所示。

表3 土石方填筑松實換算系數表

6.2 土石方平衡情況

所有表土均棄至上下庫連接公路K6+000附近。

(1)主壩。主壩石方開挖主要棄于壩后回填管理用地1，部分有用石料轉存于石塊轉運場，用于1#副壩填筑。

(2)1#副壩。石方開挖、土方開挖棄于壩后回填管理用地2。部分堆石填筑來源于4#副壩石方開挖，其余堆石、過渡料、砌石來源于石料轉運場，反濾料、墊層來源于砂石加工系統經摻配后使用；全強風化土及風化土心墻填筑部分來源于4#副壩開挖土料，其余土來源于土料場L區。

(3)2#副壩。石方開挖、土方開挖均棄于壩后回填管理用地2。堆石、過渡料、砌石來源于石塊轉運場，反濾料、墊層來源于砂石加工系統經摻配后使用；風化土心墻填筑來源于土料場L區。

(4)3#副壩。石方開挖、土方開挖棄于壩后回填管理用地1。堆石、過渡料、砌石來源于石塊轉運場，反濾料、墊層來源于砂石加工系統經摻配后使用；全強風化土、風化土心墻填筑來源于土料場L區。

(5)4#副壩。石方開挖盡量用于1#副壩填筑；土方開挖部分用于1#副壩填筑，其余棄于壩后回填管理用地1。

(6)5#副壩。土方開挖棄于壩后回填管理用地1。堆石、過渡料、砌石來源于石塊轉運場，反濾料、墊層來源于砂石加工系統經摻配后使用；高塑性土來外購，風化土心墻填筑來源于土料場L區。

7 小結

經平衡規劃，本標從碎石生產系統外調碎石料(不含混凝土骨料)105 455 m3(堆方)，從其他標調塊石料65 359 m3(自然方)即100 000 m3(松方)。本標利用塊石43 998 m3(自然方)。直接利用開挖土料38 200 m3，從L區料場開挖土方44 750 m3，外購高塑性黏土800 m3(自然方)。

通過土石方平衡計算，綜合考慮各部位的開挖或填筑的時間、強度、方式及方法等因素，確保土石方的合理流向，最大限度地利用開挖料直接上壩填筑或進行其他部位的回填，努力提高石料的可利用率，盡量減少填筑料二次倒運和土料場的開采量，以降低施工成本。

8 結論及展望

國民經濟的高速發展，促進了抽水蓄能電站的大發展。隨著抽水蓄能電站的發展，風化土心墻堆石壩施工技術管理要求也越來越高，施工成本控制、進度控制、質量管控對整個風化土心墻堆石壩施工管理至關重要。

本文通過從抽水蓄能電站風化土心墻堆石壩施工技術管理研究入手，通過合理土石方平衡規劃，為抽水蓄能電站風化土心墻堆石壩施工階段工程管理制定出較為先進的管理方案，從根本上控制施工進度及成本。

然而風化土心墻堆石壩施工技術的研究是一項浩大的系統工程，本文所作的工作僅僅是對風化土心墻堆石壩施工技術管理的應用和總結。還需深入對這一課題進行研究，力求對抽水蓄能電站風化土心墻堆石壩施工技術管理這一課題有一個更深入更全面的認識。