長河壩水電站大壩度汛填筑施工綜述

薛　凱/中國水利水電第五工程局有限公司

【摘　要】　本文介紹了長河壩水電站大壩擋水度汛期的填筑施工，包括料源供應、主要施工工藝、質量控制、施工強度、設備配置，并介紹了保證高土石壩施工質量的相關創新工藝與質量快速檢測方法以及施工影響因素。總結實現度汛目標的相關經驗與不足，可供同類工程參考。

【關鍵詞】　長河壩水電站　大壩　度汛　填筑施工

1　基本情況

1.1　工程概況

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。水庫正常蓄水位1690.00m，正常蓄水位以下庫容為10.15億m3，總庫容為10.75億m3。調節庫容4.15億m3，具有季調節能力。電站總裝機容量2600MW。

攔河大壩為礫石土直立心墻堆石壩，壩頂高程1697.00m，最大壩高240m，壩頂長502.85m，上、下游壩坡均為1∶2，壩頂寬度16m。壩體填筑料包括上游壓重、上游堆石、上游過渡層、反濾料3、心墻礫石土、反濾料1、反濾料2、下游過渡層、下游堆石、下游壓重。大壩設計總填筑量約3417萬m3（其中，堆石2273.9萬m3，過渡料290.97萬m3，礫石土428.3萬m3，反濾料168.19萬m3）。

1.2　大壩填筑工期

根據合同工期，大壩開始全斷面填筑時間為2013年5月，填筑到頂時間為2016年12月，心墻填筑時間44個月，心墻最大上升速度9m/月，高峰填筑強度約105萬m3/月。

施工過程中，受“4·20”蘆山地震等多種因素的影響，心墻實際開始填筑時間為2013年7月下旬，比合同時間滯后3個月。

根據業主深度優化工期要求，大壩填筑到頂時間提前到2016年10月（同年11月初初期導流洞下閘）。以此計劃，大壩全斷面總填筑時間為39個月，心墻平均上升速度6.15m/月，高峰速度11m/月，平均填筑強度約83萬m3/月，高峰填筑強度將超過130萬m3/月。

1.3　度汛目標

根據設計文件《長河壩2014年度防洪度汛要求》，2014年度汛目標為：2014年5月底，壩體填筑至1536.00m高程，超過上游圍堰頂的1530.50m高程，壩體滿足攔擋100年一遇洪水（Q=6230m3/s，H=1533.4m）的條件。

1.4　度汛施工特點與難點

1.有效工期短、強度高

度汛填筑施工期是大壩整個填筑工期中高峰時段，心墻上升總高度79m，填筑時間共10個月，平均上升7.9m/月；要實現度汛目標，全斷面填筑總量（不含前期斷面堆石填筑）近800萬m3。要經歷3個月的雨期和一個春節的影響，有效施工時間大幅縮短。為實現度汛目標，前緊后松是高土石壩普遍呈現的工期特點。

2.基坑多工序的制約影響

大壩基坑開挖結束后，制約心墻開始填筑的工序包括主防滲墻、副防滲墻、副防滲墻下帷幕、覆蓋層固結灌漿、河床廊道澆筑及表面封閉處理、副防滲墻明澆墻澆筑及表面封閉處理、土工膜鋪設等；心墻開始填筑后，伴隨心墻填筑平行作業并影響其進度的制約工序包括左、右岸壓板澆筑、巖基固結灌漿、三角區帷幕灌漿、灌漿平洞封堵。另外，基坑排水也是影響心墻填筑的重要工序，如果排水系統布置不合理或排水效果不滿足，必將嚴重影響填筑施工。因此，前期度汛所需的高強度、快節奏施工與多工序干擾制約的突出矛盾是高山峽谷地區高土石壩的顯著特征。

3.壩料制備與供應強度高

度汛填筑期是大壩整個工期的高峰階段（高峰超過130萬m3/月），各種壩料開采、制備強度高。但大壩前期填筑高強度需求與料場前期開采低強度供應之間存在矛盾，石料場上部開采作業面小，道路布置相對困難，土料、反濾料、過渡料制備工藝還需要改進，因此壩料供應是度汛階段面臨的困難。料場開采供料強度前低后高，制備工藝前生后熟，與大壩填筑前高后低的需求強度不統一，是高山峽谷地區高土石壩供料難點。

4.關鍵設備投入量大

先進的設備是保證工藝與強度的關鍵，土石方工程以鉆爆、挖裝、運輸、攤鋪、碾壓等關鍵設備為主，各工序的設備選型與配套直接影響生產效率，設備數量應足以滿足強度需求，并滿足日常出勤率要求。

另外，大量的土石方設備投入，維修工作與備品備件供應是設備管理的重要內容。

5.質量控制與檢測是關鍵

本工程是建立在深厚覆蓋層上的超高壩，質量標準高，從壩料開采與制備到壩面攤鋪、碾壓各工序必須精細作業，否則難以滿足質量要求。另外，質量檢測頻次高，檢測合格是進入下道工序的前提，因此質量檢測是填筑關鍵工序，影響直線工期。

2　形象與工期

2.1　度汛填筑完成形象

2014年5月30日大壩心墻填筑到1536.25m高程，實現大壩攔擋100年一遇洪水度汛目標，形象如圖1所示。

2.2　施工時間

2013年4月19日河床廊道及防滲墻明澆段完成，但受“4·20”蘆山地震等多種因素影響，2013年7月21日開始心墻填筑。到2014年5月30日心墻填筑上升79m，達到1536.00m度汛高程，施工歷時314天，期間受降雨、春節及其他因素影響75天，有效施工時間239天。

2.3　度汛填筑工程量

度汛斷面填筑總量1454.65萬m3，占大壩設計總工程量（3417.75萬m3）的42.6％。具體完成量見表1。

3　強度與設備配置

3.1　填筑強度與上升速度

度汛全斷面填筑期（10個月）平均填筑強度為71.1萬m3/月，高峰填筑強度為134.79萬m3/月；心墻平均上升高度7.9m/月，最大上升高度12m/月。

3.2　關鍵設備配置

爆破鉆孔設備選用CM351高風壓潛孔鉆；挖裝設備以1.6～4.5m3液壓挖掘機為主，3m3裝載機輔助；運輸設備選用32t、25t自卸車；鋪料設備以SD32推土機為主，土料與反濾料采用平地機精平；心墻碾壓選用自行式26t振動凸塊碾，堆石料碾壓選用26t、33t自行式振動平碾。高峰期設備配置情況見表2。

4　壩料供應

4.1　堆石料

堆石料分別從上游響水溝石料場和下游江嘴石料場爆破開采，炮孔直徑120mm，臺階高度15m，爆破平均單耗隨料場高程下降在0.5～0.65kg/m3范圍逐步增大。堆石料運輸以25t自卸車為主，過磅計量，壩外自動加水系統根據載重量向車內加水。

為提高上壩強度，借用引水發電系統與泄洪系統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，度汛后料場開采強度將大幅提高，再從下游石料場就近向人工骨料系統歸還供料。

4.2　過渡料

過渡料設計最大粒徑300mm，小于5mm顆粒含量5％～25％，D15不大于12mm。與同類工程過渡料設計級配對比，本工程過渡料最細，通過近20場次的爆破試驗（試驗單耗高達2.5kg/m3），始終未爆破出合格料。

為滿足大壩度汛填筑進度的需要，采取高單耗爆破加骨料摻配的平鋪立采工藝制備過渡料（度汛施工期）。即在石料場按1.8kg/m3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。

4.3　反濾料

反濾料由人工骨料系統生產供應，采取精確計量自動摻配工藝，從分級骨料廊道內布置反濾料摻配生產線，采用膠帶機摻配，變頻給料器控制給料量，計算機精準控制。一條生產線摻配所需各種反濾料，級配均勻。

由于反濾料摻配場地面積有限，料倉總儲量約3000m3，不能滿足上壩強度與脫水時間的要求，因此另外布置備料場儲備反濾料，當直接生產強度或脫水時間不滿足時用備料補充供應。

4.4　心墻礫石土料

礫石土從湯壩料場開采，對于含水量合適的土料采用振動篩分系統剔除超徑（大于150mm）后運輸上壩。含水量偏大的土料先在曬土場分層翻曬合格后，再過篩剔除超徑，然后運輸上壩。

由于礫石土料制備工藝相對復雜，土料運距遠（24km），運輸道路級別低（礦山三級），多段單行道，且沿途還有村莊、廠礦等占道干擾，這些因素都制約土料的供應強度。為確保度汛填筑礫石土供應，采取提前在壩區附近備存措施，且在填筑過程中也保證有不低于7天的動態備存量。

4.5　高塑性黏土

高塑性土從瀘定海子坪料場開采，運距約70km，業主提前購買備存在大壩下游7km處，采用土工膜覆蓋保護。大壩填筑時采取端進法立采上壩，提前檢測含水率，上部含水率偏低土層采取鉆孔法補水或分層平鋪悶水。

4.6　備料量

根據上述壩料開采、制備方式，備料是確保高強度填筑壩料供應的有效措施。度汛填筑期各種壩料備料及借料工程量見表3。

5　填筑程序與工藝

5.1　大壩填筑施工程序

基坑開挖結束后，上、下游堆石區作為先期斷面填筑，先期斷面一方面可以降低全斷面填筑強度，另一方面相當于提前備存堆石，為料場拓展開采面提高出料強度創造條件。心墻區基坑的所有工序位于關鍵線路，首先是主、副防滲墻施工，覆蓋層固結灌漿、兩岸壓板混凝土澆筑同步跟進；副防滲墻結束后接著進行墻下帷幕灌漿，然后澆筑明澆段副墻；主防滲墻結束后澆筑廊道。壓板混凝土由低向高澆筑，并平行跟進固結灌漿、三角區帷幕灌漿（為確保填筑不受影響，壓板固結與帷幕灌漿面宜高于填筑面20m以上）。明澆段副墻與廊道混凝土結束后，施工表面封閉防水層，并跟進鋪設基礎面土工膜。至此，心墻區具備填土條件。另外，基坑排水是重要的保障工序，一直持續到心墻區填筑高程略高于導流洞進口水位后拆除排水系統。

大壩填筑施工程序如圖2所示。

5.2　填筑工藝

5.2.1　填筑單元劃分

填筑單元按鋪料、碾壓、檢測工序組織流水作業作為劃分的基本原則，劃分面積適合成龍配套機械作業要求。礫石土分為四個單元，壩軸線上、下游各兩個，為避免重車過壓，分別從上、下游兩個方向單獨進料。反濾料、過渡料按各自料區劃分獨立單元。堆石料以平行壩軸線按1萬～2萬m3劃分單元。

5.2.2　施工參數

填筑施工參數見表4。

5.2.3　鋪料

礫石土料采用進占法卸料，結合面須形成毛面，并視情況用高壓灑水車補水。推土機平料，再用平地機精平。

反濾料先用界線攤鋪器鋪土砂分界帶，礫石土與反濾料同時各攤鋪1.5m寬。其余部分后退法卸料，推土機平料，平地機精平。

過渡料后退法卸料，推土機平料，平料過程中用挖掘機剔除超徑或集中粗粒料。

堆石與壓重料進占法卸料，推土機平料。

鋪料厚度采取測量網格法檢測控制，厚度滿足要求并驗收后才能進入下道工序。鋪料過程中采用標桿法、標準堆法綜合控制。

5.2.4　碾壓

碾壓工序采用數字大壩系統監控，鋪料面驗收合格后建碾壓倉，再調入碾壓設備。采取搭接法碾壓，碾壓方向平行于壩軸線。礫石土料碾壓遍數合格比率大于95％，其他壩料碾壓遍數合格比率大于90％。

邊角部位及儀器周圍采用3t振動碾或HCD型夯板壓實。

5.2.5　泥漿噴涂

設計要求心墻壓板混凝土表面涂刷泥漿5～6mm。根據類似工程經驗，人工涂刷難以保證厚度，且不均勻，效率低。經試驗，本工程采用噴涂工藝，厚度有保證，而且均勻，每次噴涂高度與鋪土厚度保持一致，隨噴隨鋪土覆蓋。

5.2.6　粗粒集中與超徑處理

超徑料首先在料場嚴格控制，礫石土料、反濾料都有過篩工序，基本沒有超徑上壩。堆石與過渡料在裝車時精心挑選，對于未挑選出來的超徑料，鋪料過程中安排專用裝載機或挖掘機剔除，并裝車運出壩外。

過渡料與堆石料在卸料、鋪料過程因分離易產生粗粒集中，要隨卸隨鋪，減少分離，另外壩面安排挖掘機、裝載機及時分散集中的粗粒，特別對分界面、接坡面、岸邊接觸帶等部位的粗粒及時清除分散到其他部位。

5.2.7　心墻雨季施工

降雨主要影響土料填筑，根據天氣預報選擇晴天施工。土料場加強含水率檢測，選擇含水合適的土料開采過篩后上壩。壩面分單元組織快速作業，心墻區做成橫坡約2％的龜背形，降雨前采用平碾快速壓成光面。雨后及時采取泵排并配合人工清除局部積水，復工前先檢測填筑面含水率，刨毛后再鋪料。對局部因雨水浸泡嚴重的土料采取清除后補填，以利加快施工進度。

前期采用了覆蓋塑料布措施，但經實踐對比，由于塑料布拼縫多，且有風的影響，邊角容易被掀開，覆蓋后往往在分縫接頭處形成集中浸泡，造成填筑面含水嚴重不均勻，處理難度大。相反，找坡后壓光面措施效果更好，排水順暢，大面基本不積水，雨后表面水分易蒸發，平面含水分布較均勻。

6　質量控制

6.1　質量管理

建立了完善的大壩填筑質量管理體系，包括料場質量管理小組與壩面填筑質量管理小組，管理小組由業主、設計、監理、施工各方相關人員組成。

編制了《長河壩電站大壩填筑施工工法》《大壩填筑工藝細則》《大壩填筑質量管理辦法》，對各級人員進行詳細的技術與質量交底。

管理小組嚴格執行檢測與驗收程序，料場小組嚴格控制爆破參數、級配、含水率指標；填筑小組控制鋪料、碾壓、檢測及邊角處理工序，嚴格控制工序驗收。

大壩數字化系統重點監控壩料加水量、碾壓速度、碾壓遍數、激振狀態、碾壓層厚等關鍵參數，監控報告作為下道工序的驗收依據。

6.2　質量檢測

填筑過程中嚴格按照《大壩填筑施工技術要求》及規范要求的項目與頻次進行質量檢測，包括顆粒級配、含水率、干密度、孔隙率、滲透、直剪、大三軸等。檢測成果統計見表5（不含固定斷面）。

6.3　礫石土快速檢測

礫石土壓實干密度檢測是心墻填筑的關鍵工序，按照傳統的烘干法，一組試樣至少需要8h以上才能出結果，難以滿足度汛填筑快節奏施工要求。采用礫石平均飽和面干吸水率替代試坑礫石含水率的快速檢測方法，大大縮短了檢測時間，2h內可出成果，徹底解決了檢測制約進度的問題。為了驗證快速檢測的可靠性，前期采用烘干法平行檢測，兩種方法結果對比見表6。

根據平行檢測統計結果，兩種方法試驗偏差低于規范允許值，快速檢測方法滿足精度要求，結果可靠。

7　結語

長河壩水電站大壩度汛填筑，有經驗也有不足，體會如下：

（1）兩岸壓板澆筑、固結灌漿、三角帷幕灌漿是制約心墻前期填筑進度的關鍵項目，從施工組織上應高度重視，盡量拉開填筑面與灌漿面的距離（宜20m以上）。

（2）提前適當的備料以及利用地下廠房合格的開挖料，都是保證度汛填筑強度的有效措施。正常填筑過程中，關鍵壩料也應有動態儲備量，以防意外影響因素導致停工。

（3）通過本工程研究與實踐，偏細過渡料在高強度的花崗巖、閃長巖地質條件下難以爆破直采，從理論上分析再增大單耗有可能爆破成功，但從爆破安全性、生產經濟性、規模開采可操作性幾方面分析，再提高單耗研究已沒有實際意義。度汛填筑采取的高單耗爆破再平鋪立采摻配骨料的工藝，是為滿足進度要求而采取的臨時措施，從經濟角度分析也不宜推廣。但機加工是偏細過渡料值得研究與試驗的工藝，有利于保證質量的穩定性，且經濟指標相對較優。

（4）振動篩分法剔除礫石土超徑、反濾料精確自動摻配、界線雙料攤鋪器、泥漿噴涂工藝等的應用，有利于促進精細化作業，并保證施工質量，值得推廣。

（5）數字大壩系統的應用，使碾壓速度、遍數、激振狀態、壓實層厚、碾壓合格比率等關鍵參數全天候受到監控，真正實現了過程可控，是高土石壩保證施工質量不可缺少的先進技術手段。但其系統的穩定性、智能化程度等還有待進一步完善與提高。

（6）礫石含水替代法檢測是本工程研究應用的礫石土壓實質量快速檢測新方法，有力促進了心墻施工進度，可以在類似工程中參考應用，但需要驗證。

（7）關鍵設備的選型與配套以及配置數量是保證高強度施工的關鍵，應有一定的富裕儲備，防止設備故障影響進度。另外，設備的維修應高度重視，是設備出勤率的保障。

（8）度汛填筑過程中暴露出礫石土孔隙壓力高于同類工程的問題，一方面與土料含水有關，另一方面與心墻上升速度直接相關。關于孔隙壓力、土料含水率、心墻上升速度幾者之間的關系目前沒有量化指標限制，相關方提出過適當控制上升速度，但這與高土石壩的前期度汛目標相悖。如何協調上升速度與孔隙壓力消散的問題有待進一步研究。