長河壩水電站礫石土心墻堆石壩填筑強度分析

鐘 權，夏 欣

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

心墻堆石壩具有充分利用當地天然材料、適應不同地質條件、施工方法較為簡便及抗震性能好等優點而被廣泛采用[1-2]。隨著我國水利水電工程的大力建設和蓬勃發展，越來越多的高壩大庫采用土石壩型式。堆石壩填筑料用量往往較大，一般可達數百萬至千萬立方米，因而壩體填筑強度較大。然而，堆石壩大多修建于高山峽谷地區，施工場地狹窄、道路布置困難，施工條件差[3-4]；同時，堆石料料源往往分散分布，運距較遠。因此，如何采取合理有效的保證措施，確保壩體大規模、高強度填筑施工，是堆石壩填筑施工面臨的問題[5]。

1 工程概況

1.1 工程概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站[6]。水庫正常蓄水位1 690.00 m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3，調節庫容4.15億m3，具有季調節能力。電站總裝機容量為2 600 MW。

攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，壩頂高程1 697.00 m，最大壩高240 m，壩頂長約502.85 m，上下游壩坡均為1:2，壩頂寬度16 m。壩體填筑料為上游壓重、上游堆石料、上游過渡料、反濾料3、心墻礫石土料、反濾料1、反濾料2、下游過渡料、下游堆石料、下游壓重。大壩設計總填筑量約3 417萬m3，其中，堆石料2 274萬m3，過渡料291萬m3，礫石土心墻料428萬m3，反濾料168萬m3。大壩結構型式見圖1。

圖1 大壩結構型式

1.2 施工特性

長河壩水電站大壩是目前國內外建在深厚覆蓋層上的最高礫石土心墻堆石壩，其壩體填筑施工主要有以下技術特點:

(1)工程所處在深切河谷地段，施工條件差；

(2)兩岸岸坡陡峻，上壩施工道路布置困難，道路及橋梁工程量大；

(3)河谷狹窄，填筑工作面較小，施工機械布置影響填筑強度；

(4)大壩填筑時間長、填筑強度高，能否保證連續供料成為制約填筑強度的因素之一；

(5)填筑質量要求高，從壩料開采與制備到壩面攤鋪、碾壓各工序要求嚴格；

(6)大壩填筑工程量大、施工工序多、施工強度大，還需確保大壩度汛安全。

2 填筑料源規劃

2.1 土料場

高塑性黏土料源開采自距壩址約60 km下游海子坪黏土料場，開采總量22.1萬m3，一次開采后全部堆存于野壩堆場再二次開采上壩。

礫石土心墻料源開采來自距壩址22 km左岸湯壩土料場和距壩址23 km左岸新蓮土料場，開采總量428萬m3。

2.2 反濾料生產場

上游反濾料3、下游反濾料1、下游反濾料2、心墻基礎水平反濾料(分為反濾料1和反濾料2兩層)、下游壩基水平反濾料4均由骨料篩分系統生產摻配而來，人工骨料加工系統工程建于壩址下游約6 km大渡河左岸磨子溝溝口，系統主要進行大壩反濾料以及工程混凝土砂石骨料供應，系統處理能力為1 000 t/h。反濾料毛料來自江嘴石料場及磨子溝明挖料回采場渣料，反濾料總量166萬m3。

2.3 石料場

堆石體料及上下游過渡料、上下游壓重等料源開采自距壩址3.5 km的上游響水溝石料場和距壩址6 km的下游江嘴石料場；金湯河口料場作為備用料場，開采總量3 300萬m3。

3 大壩填筑施工

3.1 填筑道路布置

根據施工總布置并結合料源情況，上壩道路的布置采用岸坡與壩坡相結合的布置方式，充分利用現場原有道路，與壩內、壩外增設的臨時道路合理結合。根據壩體填筑分期要求，在左右岸不同高程分別布置了上壩道路，路面寬6.5～9.0 m，最大縱坡不超過10%。

3.2 施工機械配備

長河壩水電站礫石土心墻壩填筑方量大，施工強度高，大型機械化施工是實現高強度填筑的前提條件。為充分發揮機械效率，所選的機械型號、數量應相互配套，確保大壩填筑循環流水作業。根據工程的地形條件、施工道路及大壩的施工強度，結合現場碾壓試驗成果，選用大中型機械設備施工，主要施工機械型號有1.6～4.0 m3挖掘機；20～25 t自卸汽車；220～320 hp推土機；32 t自行式振動平碾等。

3.3 大壩填筑強度分析

長河壩水電站大壩工程于2010年10月截流，2011年5月圍堰完工，2011年8月開始進入基坑開挖，2012年5月下游堆石區開始填筑，2012年11月大壩防滲墻施工完成，2013年7月開始心墻填筑，大壩隨即進入全斷面填筑施工。至2016年9月，大壩填筑至壩頂高程1 697.00 m，壩體填筑工作完成。2013年7月—2016年9月，壩體填筑強度統計見圖2，同期壩體心墻礫石土和上下游堆石料填筑高程上升統計見圖3。

圖2 長河壩水電站壩體填筑強度

圖3 長河壩水電站壩體填筑高程上升趨勢

從圖2～3中可以得出：

(1)自2013年7月大壩進入大規模、高強度填筑期后，填筑時長達39個月，月填筑強度基本都在50萬m3以上，平均月填筑強度約72.9萬m3，最大月填筑強度達125萬m3，且在高峰期填筑強度持續時間長，超過90萬m3/月的達17個月。

(2)壩體填筑初期，隨著施工資源投入不斷增加、填筑施工協同作業逐漸成熟，壩體填筑強度呈現逐漸增加的趨勢；壩體填筑末期，隨著壩體上部斷面逐漸縮小，壩體填筑強度也逐漸降低。

(3)礫石土心墻料填筑受到汛期降雨的影響較大，2014年及2015年汛期，礫石土心墻料填筑強度明顯降低，2014年7月不足1萬m3；堆石料則基本不受汛期的影響，2014年及2015年汛期，堆石料均為大規模高強度填筑，2015年6月甚至超過100萬m3。

(4)壩體礫石土心墻上升速度與上下游堆石料的總體上升速度基本保持一致。大壩礫石土心墻填筑高程由2013年7月的1 457.00 m上升至2016年9月的1 697.00 m，月平均上升高度6.15 m；壩體填筑高程基本呈直線上升趨勢，可以看出各月高程上升速度較為均勻。

(5)壩體填筑強度往往會受到度汛目標的限制。為滿足2014年5月底壩體填筑至1 536 m高程的度汛要求，該年4月及5月的堆石料填筑強度由3月的35萬m3顯著提高至75萬m3和81萬m3，且主要用于上游堆石壩；礫石土心墻料填筑強度則穩定在21～25萬m3/月。規劃設計及實施過程中，必須重視度汛目標對壩體填筑強度的要求。

(6)壩體填筑施工受春節假日的影響，填筑強度有較明顯的降低，如2014—2016年春節前后，壩體填筑強度分別僅為46萬m3/月、67萬m3/月和38萬m3/月，均低于壩體大規模填筑期間的平均水平。因此，在前期規劃設計時，應充分考慮節假日對壩體填筑施工的影響。

4 大壩填筑強度的保證措施

(1)大壩礫石土心墻應分區填筑施工。心墻在高程147.00～1 588.00 m之間，礫石土劃分為4個區，分別為鋪料區、碾壓區、檢測區和合格區，并按照鋪料、碾壓、檢測組織流水作業[7]。為了防止路面土料超壓破壞，要求土料運輸車輛分別以上下游方向進料，即上游2個作業區從上游進料，下游2個作業區從下游進料。此外，為防止沿左右岸分段碾壓形成貫通上下游的搭接條帶，上游兩區碾壓分界線與下游兩區碾壓分界線錯位布置。

(2)料源供應保障充足。①堆石料:前期借用地下開挖的部分合格料作為堆石料源，地下開挖料是人工骨料生產料源，但開挖階段混凝土骨料用量少，為增加該時段大壩填筑強度，先調整上壩，待后期料場開采強度大幅提高后，再就近向人工骨料系統歸還供料。②過渡料:采取高單耗爆破加骨料摻配的平鋪立采工藝制備過渡料，即在石料場按高單耗爆破半成品，挖掘機裝車運至摻配場，按比例摻入中石、小石、砂，級配檢測合格后上壩填筑。③反濾料:反濾料由人工骨料系統生產供應，考慮到反濾料摻配場地面積有限，料倉總儲量不能滿足上壩強度與脫水時間的要求，因此需要另外布置備料場儲備反濾料。④礫石土心墻料:由于礫石土心墻料制備工藝相對復雜，土料運距較遠，施工期采取在壩區附近備存措施，確保滿足汛期填筑強度要求。

(3)加強施工交通安全管理。加強工程場內交通安全管理，建立健全交通安全管理體系，制定切實可行的交通安全管理制度和交通安全管理目標；加強場區交通安全管理制度培訓和交通安全教育，減少道路交通違法行為；嚴把車輛準入制管理，制定車輛維修、保養、自查制度，提高安全性能；完善道路安全設施，不斷改善道路條件。

通過上述措施，最大限度降低和避免交通安全事故，為大壩高強度填筑提供了強有力的保障[8]。

5 結 語

長河壩水電站大壩進入大規模、高強度填筑期后，填筑時長達39個月，月填筑強度均超過50萬m3，平均月填筑強度約72.9萬m3，最大月填筑強度達125萬m3，且填筑強度高峰期持續時間長，填筑強度超過90萬m3/月的達17個月，與高山峽谷修建的同類工程相比，屬正常偏先進水平。

長河壩水電站地處深山峽谷地區，施工條件較差。實踐證明，只要能做好填筑料源科學規劃、施工道路合理布置、機械設備配備充足、現場施工組織管理得當，即可滿足大規模、高強度壩體填筑施工。