靈東水庫除險(xiǎn)加固工程大壩壓坡水下拋石施工

錢勇生

（安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，合肥 230601）

1 工程概況

靈東水庫座落在廣西欽州市主要河流欽江干流的上游，控制集雨面積145 km2，靈東水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、供水、發(fā)電等綜合利用的大（2）型水利工程。靈東水庫始建于1958 年10 月，1963 年5 月建成并開始投入使用，大壩為均質(zhì)土壩，壩高最大為30.88 m，壩頂長、寬分別為1824 m、7 m，壩頂高程105.78 m（珠江高程），正常蓄水位97.9 m。經(jīng)大壩安全鑒定，大壩上游壩坡抗滑不足，需對壩坡高程91.0 m以下壓坡拋石加固處理，形成上口7 m 寬的平臺(tái)并起坡1∶4 的拋石加固區(qū)（壩底高程80.0 m左右，拋填塊石74819 m3）。針對庫區(qū)水深和無法從壩頂運(yùn)輸石料的情況，采用拋石船定位定量、水上運(yùn)輸移動(dòng)的大壩水下拋石施工方法。

2 施工布置

采取“備料便捷、水運(yùn)合適”的布置原則，將儲(chǔ)備料場、臨時(shí)碼頭等集中布置在水庫陸路交通通暢，泊船水深及水運(yùn)拋石線路較近且距離左壩端約1 800 m 庫區(qū)公路邊的靈東水庫第二砂場附近開闊灘地上。

2.1 儲(chǔ)備料場

現(xiàn)場踏勘的情況選擇距左壩頭4～10 km 范圍內(nèi)的3 個(gè)石料開采場的石料，其石料加工產(chǎn)能（10萬m3）、粒徑級配、物理力學(xué)指標(biāo)均達(dá)到現(xiàn)場拋石要求。靈東水庫第二砂場附近開闊灘地符合總儲(chǔ)量10萬m3能力，石料從開采加工場到拋石儲(chǔ)備料場以自卸車運(yùn)輸為主。

2.2 臨時(shí)碼頭

水庫第二砂場附近布置臨時(shí)碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。碼頭的長度為3艘石駁船的長度取30 m，碼頭高程超過平時(shí)水庫水位89.0 m，取91.5 m，即水庫水位89.0 m 時(shí)泊船深度可達(dá)2 m，滿足10萬m3片石裝卸量要求。采用40 t鐵駁船從水庫臨時(shí)碼頭裝料運(yùn)輸至大壩拋石區(qū)域進(jìn)行拋填，水運(yùn)平均距離為2 km。臨時(shí)碼頭平面布置圖見圖1。

3 施工方法

3.1 施工工藝流程

（1）拋投順序。從左壩肩向右壩肩依次拋石，橫斷面上先深后淺、從庫中向壩邊先遠(yuǎn)后近進(jìn)行連續(xù)施工。

（2）網(wǎng)格拋石步驟。拋前水下地形斷面測量→拋石設(shè)備選擇→劃定拋投網(wǎng)格→網(wǎng)格控制樁→拋投參數(shù)確定→計(jì)算網(wǎng)格拋石方量→拋石定位→拋石施工→拋投后水下地形斷面測量→調(diào)整補(bǔ)充再拋→拋投點(diǎn)向大壩側(cè)橫向移位→重復(fù)以上拋石步驟到本拋投點(diǎn)完成→再移位直至這個(gè)網(wǎng)格區(qū)域拋滿→拋投區(qū)移下個(gè)網(wǎng)格區(qū)域進(jìn)行拋石。

3.2 關(guān)鍵工序

3.2.1 拋石設(shè)備選擇

船運(yùn)拋石設(shè)備主要為3艘40 t特制柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的全鐵甲散裝石駁船，拋石的石駁船裝石的甲板長度為10 m（寬6 m），船底具有開關(guān)功能可控機(jī)械卸石裝置，每次最大拋投量控制為1 m3，便于滿足拋投厚度和坡度要求。

3.2.2 劃定拋投網(wǎng)格

網(wǎng)格法是水下拋石施工的拋投方法，根據(jù)全鐵甲散裝石駁船只的長寬，結(jié)合施工拋石區(qū)位置的起止點(diǎn)劃定拋投網(wǎng)格，即在沿大壩長度方向20 m，垂直大壩方向1.5 m，形成尺寸為20 m×1.5 m平面區(qū)域網(wǎng)（方）格。再由平面區(qū)域網(wǎng)格所在的大壩加固坐標(biāo)位置對照設(shè)計(jì)要求計(jì)算出對應(yīng)的每個(gè)施工網(wǎng)格的理論拋石量，最后以計(jì)算需要拋填的每個(gè)網(wǎng)格石量進(jìn)行單元控制拋投。定位船及拋石船布置示意圖見圖2。

3.2.3 網(wǎng)格控制樁

為保證船只拋投塊石的準(zhǔn)確率，確保護(hù)壩坡的工程質(zhì)量，施工中采用岸上標(biāo)識(shí)和水上標(biāo)識(shí)同步進(jìn)行的方式。順壩方向在岸上用打測量控制樁的方式定出各橫斷面位置，測量控制樁每隔20 m設(shè)置一個(gè)，布置在岸坡上。測量控制樁采用鋼筋結(jié)構(gòu)，便于埋設(shè)。

3.2.4 拋投參數(shù)確定

拋投參數(shù)確定的工具儀器為測桿、鉛魚式垂球和流速儀，每次參數(shù)測定在拋石前進(jìn)行，水深用測桿、鉛魚式垂球，流速用流速儀。漂距按照經(jīng)驗(yàn)公式（1）計(jì)算，依據(jù)計(jì)算出的漂距和方向，再調(diào)整拋投網(wǎng)格大小及方位。

式中：S為石塊的水平落距，m；V為拋石時(shí)水面的流速，m/s；H為拋石時(shí)相對應(yīng)的水深，m；W為石塊的重量，kg。

3.2.5 拋石定位

用全站儀結(jié)合經(jīng)緯儀實(shí)施放樣，確定主導(dǎo)線、深度線及副導(dǎo)線的具體位置，在水面區(qū)域設(shè)置標(biāo)志性浮球作為拋石外邊線，岸上標(biāo)定每個(gè)單元網(wǎng)格的分界線（點(diǎn)），并以“先粗后精、參照邊線”的方式準(zhǔn)確定位，然后將駛到拋石網(wǎng)格上游處的駁船的內(nèi)、外錨分別拋固于壩上、拋石區(qū)外，拋投點(diǎn)的位置以網(wǎng)格位置并結(jié)合測定的漂距計(jì)算確定。為使石駁船拋石范圍按指定的網(wǎng)格準(zhǔn)確落拋，通過岸上已設(shè)置的測量控制樁上的全站儀，絞動(dòng)纜繩使定位船上、下游及橫向移動(dòng)而精確定位，同時(shí)在岸上設(shè)兩根、船上設(shè)一根標(biāo)志桿作為橫斷面控制桿。當(dāng)駁船需移位拋填作業(yè)時(shí)，在駁船的船頭船尾各向岸上拉一根測繩，以控制船在斷面上的上下移位，其左右移位利用橫向標(biāo)志桿來測控。

3.2.6 拋石

按照“先深后淺、從左到右、步步銜接”的原則進(jìn)行拋石，即先庫中后壩坡，從左壩肩往右壩肩，縱橫網(wǎng)格區(qū)域重疊的順序施工拋石，確保投拋塊石部位的準(zhǔn)確性、密實(shí)性和均勻性。施工中可自控機(jī)械駁船輔以人工投拋，可以減少漏拋，更能控制區(qū)域外和重復(fù)投拋的出現(xiàn)，但由于水上作業(yè)顛簸較大，考慮人工拋石過程的安全和拋石效果，在駁船兩側(cè)安排3 人間距1.5～2.0 m 進(jìn)行輔助操作拋石，拋投人員增減及船單雙邊作業(yè)主要是以區(qū)域網(wǎng)格所拋石料量和部位水深淺情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2.7 移位

靈東水庫大壩拋石的駁船尺寸10 m×6 m，可控下料口寬度1.5 m。以10 m×1.5 m 作為劃分單元施工網(wǎng)格控制區(qū)來拋投，即拋石的寬度1.5 m，每拋投點(diǎn)拋滿（10 m×1.5 m 施工網(wǎng)格）其鐵甲散裝石駁船向壩坡方向移位一個(gè)施工網(wǎng)格控制區(qū)。每次按距離1.5 m 小移位4 次的順序推進(jìn)，然后縱向大移位1次10 m，再小移位4次，每次1.5 m，大移位1次10 m的方式循環(huán)前進(jìn)。由于大壩有一定斜坡比，離大壩越近區(qū)域水位越淺導(dǎo)致大船不能靠近投拋，其淺水部位只有利用小船來完成拋投。每次大的區(qū)域斷面完成拋投后，定位船隨之移位至緊鄰的下一個(gè)位置再次重復(fù)作業(yè)已測量規(guī)劃的新區(qū)域。

3.2.8 拋投前后檢測

每個(gè)單元區(qū)域拋投前后，由測量施工員用水下測深儀同時(shí)加以測桿、鉛魚式垂球輔助測出每個(gè)斷面，包含淤泥層厚度線，測量結(jié)果按1∶200繪制出水下地形圖（斷面線）。計(jì)算出拋石厚度，檢測拋投結(jié)果，保證每一個(gè)網(wǎng)格的拋石滿足設(shè)計(jì)要求。并對拋投的結(jié)果進(jìn)行分析研究，用以指導(dǎo)下階段的拋投施工。拋石斷面圖見圖3。

4 施工控制要點(diǎn)及效果

4.1 施工控制要點(diǎn)

4.1.1 拋石生產(chǎn)性試驗(yàn)

選取有代表性開采區(qū)的石料進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，為獲得現(xiàn)場拋石的施工參數(shù)，其試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際施工的現(xiàn)場條件相似。

（1）對拋填石料進(jìn)行運(yùn)輸船舶定位和拋投試驗(yàn)。

（2）根據(jù)石料粒徑及重量的差異而在水下成型時(shí)相對應(yīng)的水深、流速不同條件下的漂移距離等提出試驗(yàn)成果。

（3）按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行分序設(shè)置網(wǎng)格，控制塊石漂距，施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）做好水下測量工作，根據(jù)水下成型實(shí)測資料，做好分析統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)正式施工。

4.1.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）塊石質(zhì)量。不同料源產(chǎn)地或不同批次的石料，按每1000 t石料至少抽檢一次，塊石要求石質(zhì)堅(jiān)硬，防止遇水破碎或水解，塊石粒徑0.15～0.50 m，單塊重量不得小于10 kg，拋填塊石不使用薄片、條狀、尖角等形態(tài)的塊石。塊石質(zhì)量要求見表1。

表1 塊石質(zhì)量要求

（2）拋投位置控制（測量、拋投試驗(yàn)、定位船定位、拋石船掛檔）。測量放樣精度等級按設(shè)計(jì)等級布控并設(shè)置牢靠控制標(biāo)志。按預(yù)定步驟進(jìn)行不同水深、流速條件下的漂距試驗(yàn)取得原始記錄數(shù)據(jù)用于工程施工。定位船每次移位和定位對比水深和流速測量，據(jù)此計(jì)算和查對平均漂距值，定位船停泊位置考慮漂距、前艙距等修正值后在岸上全站儀的輔助下準(zhǔn)確定位。定位船掛靠側(cè)船舷的擋位標(biāo)記準(zhǔn)確、清晰，擋位間距符合施工方案規(guī)定。

（3）拋投數(shù)量控制。鐵駁船每船的噸位可以利用其吃水深度標(biāo)定在船體外側(cè)，按照運(yùn)輸趟數(shù)和每船吃水標(biāo)定噸位匯總即可計(jì)量每天每方格區(qū)域拋投的工程量。

（4）拋投均勻性控制。主要通過網(wǎng)格量細(xì)化、每方格區(qū)域拋投數(shù)量與理論計(jì)算數(shù)量一致來實(shí)現(xiàn)。

（5）確保拋投料的厚度和坡度要求。一次拋投量最大控制在1 m3以內(nèi)，每次投料完及時(shí)安排人員乘船采用竹篙探測水底拋石情況，探到有空缺部位及時(shí)定位補(bǔ)拋。再通過超聲波測深儀和水垂法對每一斷面拋前拋后水下測量結(jié)果進(jìn)行判定和控制，測點(diǎn)實(shí)際厚度與設(shè)計(jì)厚度誤差在±30 cm 以內(nèi)為合格，若局部不達(dá)標(biāo)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)拋。

（6）施工人員持證上崗。備料場及水上調(diào)度分別設(shè)專人管理，尤其在備料場裝船按照石塊大小均衡搭配堆放，水上調(diào)度有序且分工明確，同時(shí)對拋投區(qū)域信息狀況了解透徹，裝船、運(yùn)輸及拋石各過程組織統(tǒng)一指揮，按拋石方案執(zhí)行控制有力且做到拋石準(zhǔn)、均、穩(wěn)。

4.2 拋石效果

施工完成后，采用超聲波測深儀和水垂法并結(jié)合蛙人對水下拋石效果進(jìn)行檢測，其水下壩坡高程91.0 m 位置拋石平臺(tái)及坡面飽滿均勻，整體拋石地形斷面與設(shè)計(jì)斷面一致。水庫除險(xiǎn)加固驗(yàn)收后，經(jīng)多年運(yùn)行，枯水期或灌溉后，有幾次庫水位降到高程91.0 m以下，裸露在外面的拋石平臺(tái)及坡面觀感良好，拋石區(qū)沒有出現(xiàn)溝壑起伏及漏拋空缺，水下拋石效果達(dá)到施工設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

靈山縣靈東水庫除險(xiǎn)加固工程大壩壓坡水下拋石的施工方法，施工干擾最小，避免了與其他部位施工的交叉作業(yè)，保證了整個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施。對水下拋石效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明大壩水下拋石壓坡加固是一種經(jīng)濟(jì)安全、質(zhì)量可控的方法。