瑯琊山抽水蓄能電站上水庫主壩填筑施工

潘福營, 史海峰

(中國水利水電第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概況

瑯琊山抽水蓄能電站位于安徽省滁州市西南郊。電站總裝機容量 600 MW,裝機 4臺。電站樞紐主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統及地面開關站等組成。電站上水庫利用小狼洼、大狼洼和龍華寺等幾道溝谷組成的洼地為庫盆,在幾道溝谷的出口匯合處和庫區北岸最低分水嶺埡口分別修建主、副壩各一座。主壩為鋼筋混凝土面板堆石壩,副壩為混凝土重力壩。

上水庫主壩壩頂高程 174.5 m,最大壩高 64.0 m,壩頂寬 8.5 m,壩頂長 668.061 m。主壩壩體上、下游壩坡坡比均為 1∶1.4,主壩壩體從上游到下游填筑料依次為:墊層料(2A)、過渡料(3A)、主堆石(3B)、次堆石(3C)、干砌石護坡(3D)。在主、次堆石區 114 m高程以下為壩基排水區(3F)。150 m高程以下面板上游面底部與趾板之間回填粘土和石渣保護層。面板以下的周邊縫與過渡層間設特殊墊層(2B)。主壩結構見圖 1。

2 壩體填筑設計技術指標和碾壓施工參數

主壩總的填筑工程量為 114.17萬 m3。其中大壩上游堆石料填筑 58.67萬 m3,主要利用下水庫出口明渠開挖料、上水庫庫區內 1#、2#料場開采料填筑;下游堆石料填筑 41.57萬 m3,利用上水庫進出水口引水渠開挖料填筑;過渡料填筑5.86萬 m3,排水層填筑料 2.55萬 m3,采用下水庫出口明渠開挖料填筑;墊層填筑料 5.52萬 m3,墊層料利用篩分系統的人工砂和小石子摻配而成。壩料填筑質量要求及碾壓控制參數見表 1。

圖 1 主壩壩體分區圖

表1 壩料填筑質量要求及碾壓控制參數表

3 壩體填筑施工

3.1 施工準備

對于用于壩體填筑部位的開采石料首先要進行爆破試驗,爆破開采石料的級配需滿足相應部位設計包絡線的要求后才能正式進行爆破開挖。利用合格的爆破開采石料再進行填筑碾壓試驗,通過碾壓試驗確定各區料合理的鋪料厚度、灑水量、碾壓遍數、碾壓機具、鋪料方式等施工參數。

根據地形特點,在主壩左岸靠近庫內料場側的不同高程布置了兩條施工道路,右岸靠近進出水口側不同高程壩前沿和壩后各布置了一條施工道路。施工道路采用泥結碎石路面,路面寬度大于 8 m,施工道路在跨越趾板部位采用鋼架橋形式。

3.2 填筑施工程序

主壩填筑施工程序見圖 2。

圖 2 主壩填筑施工程序框圖

3.3 填筑施工方法

3.3.1 填筑料運輸

所有進入壩區的填筑料均須滿足不同填筑區填筑料的級配要求。從填筑料挖裝開始直至運輸到工作面的全過程必須對填筑料質量進行嚴格控制。料場配置質檢人員對料源首先進行控制,對于主、次堆石料、排水層料、過渡層料在挖裝中所發現的斷層夾泥、風化料、樹根等必須及時清除,不合格的料絕對不能上壩。壩面設專職質檢人員和試驗人員對填筑料進行質量控制。

墊層料采用人工砂石系統生產的粗破混合料和人工砂摻配而成,根據摻配比例分層攤鋪摻拌。為確保其級配良好,在挖裝時采取立面開采裝車。

除墊層料、過渡層料由于條帶寬度較窄而采用 10 t自卸車運輸外,其它部位的填筑料均采用15 t、20 t自卸車運輸上壩。運輸過程中,不同填筑料的運輸汽車設明顯的標志,由專人管理,以防止填筑料混雜。盡量保證運輸車輛相對固定且經常保持車廂、輪胎的清潔,防止將殘留在車廂和輪胎上的泥土帶進清潔的料源及填筑區。壩面上設調度人員專門指揮卸車,防止填筑料出現偏粗或偏細集中的現象。對壩面上出現的個別超徑石挖運至壩體填筑區之外進行解小,從裝車效率和質量看,有條件的料場應盡量配置大斗容的正鏟,采用立面開采,對于料的級配控制和生產效率來說較反鏟有很大好處。

3.3.2 卸料、鋪料及灑水

(1)壩體分區和填筑順序:對于堆石料的鋪筑,根據壩面作業面積劃分作業區域,分 2～3個作業區域進行流水鋪筑作業。填筑前先用白灰灑出各區料的邊線,先填次堆石、再填主堆石,然后填過渡層,最后填墊層,一層主、次堆石,兩層過渡層和兩層墊層平起作業。具體的填筑順序為:主次堆石料填筑、碾壓→主堆石料上游邊線修整→過渡層料鋪筑(為主堆石區鋪筑厚度的一半)→過渡層料上游邊線修整→墊層料鋪筑(與過渡層料平)、碾壓→過渡層料鋪筑(與主堆石層面平)→過渡層料上游邊線修整→墊層料鋪筑(與過渡料平)、碾壓→主堆石料填筑、碾壓→……。施工過程中嚴禁大粒徑料區侵占小粒徑料區。對特殊墊層料采用人工鋪設,超前墊層料一定高度即可。

(2)卸料及鋪料方式:由于主、次堆石料粒徑較大,為保證碾壓作業平整,15 t、20 t自卸車卸料時采用進占法進行,即自卸車在未碾壓的層面上行駛,卸料后采用 D85推土機及時平整,防止出現大塊徑石渣集中等級配分離現象而影響碾壓效果及填筑質量。對過渡層料和墊層料采用10 t自卸車后退法沿壩軸線方向間隔卸料,即自卸車在已碾壓的壩面上行駛,并使每一料堆相隔一定的距離,然后用反鏟平料。

對于墊層料的鋪筑,為確保其上游邊線碾壓密實,在鋪筑時墊層料水平寬度超出其設計邊線20 cm,同時,墊層料的外邊沿應略高 5～10 cm,以確保振動碾的作業安全。

在鋪料過程中,為準確控制填筑層厚,在已填筑的壩面上的不同部位設置若干層厚控制標桿,質檢員應經常檢查鋪筑厚度,及時進行糾偏。

(3)填筑料灑水:冬季負溫下進行填筑施工時,填筑料不進行灑水施工。其它階段施工時,填筑料均須進行灑水施工。灑水主要在壩面進行,實際灑水量必須按照碾壓試驗確定的灑水量進行控制,結合氣候因素、填筑料含水情況,可以對實際灑水量進行適當調整。

3.3.3 碾壓施工

主、次堆石料、排水料、過渡層料、墊層料的水平碾壓均采用碾壓試驗確定的振動碾型號和碾壓遍數進行碾壓,碾壓順壩軸線方向按進退錯距法進行碾壓。振動碾行進速度控制在 2 km/h左右碾壓效果較好。

在墊層、過渡層、堆石各分區的交接帶,碾壓搭接寬度不小于 10～20 cm;在各區之內不小于50 cm。在靠近岸坡時,自行式振動碾可順岸坡來回碾壓,對于 18 t振動碾無法碾壓到位的部位采用手扶式振動碾進行碾壓夯實。對于上游墊層料,振動碾在保證安全的前提下應盡可能靠近上游邊緣進行碾壓,以確保墊層料上游邊坡的壓實效果。

3.3.4 特殊部位的施工

需作特殊填筑處理的部位有:放水底孔混凝土周邊的碎石回填,墊層料、過渡層料與主堆石料銜接部位的填筑,壩內層間接縫部位的填筑,壩體與岸坡接坡部位的填筑以及壩內埋設觀測儀器設備的周邊回填等。

壩體內的觀測儀器采用挖溝法進行埋設,在壩體填筑到儀器埋設高程 1 m以上時,用反鏟開挖儀器埋設溝槽。儀器按照設計要求埋設完成后1 m范圍內采用小型手扶式振動夯板進行夯實,填筑高度超過 1 m后振動碾才能進行振動碾壓;對于放水底孔混凝土周邊也以同樣的方式進行處理。對于各區料接縫部位振動碾要騎縫加強碾壓。為了保證主、次堆石料與岸坡接觸密實,在主、次堆石料與岸坡接觸 2 m范圍內填筑過渡料,對于振動碾無法碾壓的部位采用小型振動夯進行夯實。

3.3.5 壩坡處理

對于上游墊層料壩坡,壩體每填高 5 m左右反鏟即進行一次削坡修整。削坡必須考慮斜坡碾壓時的壓縮量,削坡修整后的坡面線比設計線高出 5～8 cm(法向)。在采用反鏟進行修坡時,先于壩坡面上縱橫每隔 10 m打樁掛線,線與設計坡面平行并距設計坡面一定的距離。對于反鏟削坡的控制底線,為墊層坡面設計線以上 10～15 cm,將反鏟削下來的墊層料甩在填筑面上重新利用,最后人工掛線進行精修坡處理并達設計要求。

當斜坡長達 25 m時即進行一次坡面碾壓砂漿施工。斜坡碾壓設備采用 CAT320反鏟做地錨,D85推土機牽引 YZ10L斜坡碾上下碾壓。在人工修整坡面完成后,先分區分片從壩的一側向另一側對墊層坡面進行灑水濕潤,噴水濕潤坡面厚度以 15 cm為宜。灑水噴槍帶蓮蓬頭,使水呈小雨霧狀,以避免坡面形成流水沖蝕墊層坡面。開始時上下無振靜壓 4遍,然后振碾 8遍(具體參數根據碾壓試驗確定的選用),斜坡碾在振碾過程中,按“上振下不振”的方式進行,上下坡來回一次為一遍。斜坡碾錯位后,其振動碾碾跡搭接寬度不小于 100～200 mm。

下游坡面的修整用反鏟每填筑 2 m左右即進行一次削坡,壩坡修整完成后反鏟配合送一些砌筑塊石到坡面,這樣做既可以保證砌筑石料的質量,同時亦可減少砌筑石塊的翻滾對坡面砌筑人員的威脅。

4 質量控制

4.1 質量控制要求

壩體填筑質量控制首先從料源進行,料場安排專職質檢人員對各種料源進行質量控制,不合格的料絕對不能上壩,超徑石盡量在料場處理好。同時在壩面安排質檢人員控制碾壓施工參數,嚴格按照碾壓試驗確定的施工參數進行施工。按照設計要求進行的壩料壓實檢測項目和取樣次數見表2。

試驗人員按照設計和規范要求的項目和頻率進行取樣檢測。監理工程師實行全過程跟蹤,每次抽檢的數量根據實際的填筑情況由監理工程師在現場確定。試驗檢測主要采用挖坑灌水法,滲透系數采用雙環注水法進行檢測。

4.2 質量檢測結果

統計后的本工程試驗檢測結果匯總見表 3。

表2 壩料壓實檢測項目和取樣次數表

表3 大壩填筑料現場檢測試驗成果匯總表

從以上各數據統計分析表中可以看到,各填筑區的主要施工指標(如干密度、孔隙率、滲透系數)均達到設計要求。

壩體內部埋設的變形監測儀器的觀測數據顯示,壩體最大累積沉降量為 184 mm,沉降值約為壩高的 0.3%,沉降量較小,說明壩體填筑密實度高,填筑質量良好。

5 結 語

瑯琊山抽水蓄能電站上水庫面板堆石壩填筑施工結果表明,以下幾點對于填筑施工質量控制是有利的。

(1)對于料場裝車,有條件時應盡量利用大斗容的正鏟進行立面開采,這樣做對于填筑料的級配控制有利。

(2)墊層料采用后退法堆料和反鏟鋪料相結合的方式,對于減少墊層料的浪費和施工質量以及安全有利。

(3)對于碾壓質量來說,嚴格控制振動碾的行走速度比增加碾壓遍數更有效。

(4)對于干砌石護坡應配置應足夠的砌筑人員,及時跟進壩體填筑面,對于砌筑人員的安全和保證砌筑石塊的質量大有好處。