水牛家電站碎石土心墻堆石壩工程施工技術(shù)與管理

朱 平, 周武林

(四川華能涪江水電有限責(zé)任公司,四川成都 610041)

1 工程概述

水牛家水電站位于四川省平武縣境內(nèi)涪江的一級(jí)支流火溪河上游,壩址位于平武縣白馬鄉(xiāng)稿史瑙村賴子灣附近,距平武縣城約 60km,距成都市約 317km。整個(gè)工程包括首部樞紐、引水系統(tǒng)和地下廠房三大部分,主要建筑物由碎石土心墻堆石壩、放空(兼導(dǎo)流)洞、泄洪洞(及泄洪陡槽)、引水隧洞、雙室式調(diào)壓井、壓力管道、主(副)廠房系統(tǒng)、輸出變電站等樞紐建筑物組成。該工程為二等大(2)型工程,大壩壩高 108m,提高一級(jí)按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì),攔河大壩的抗震設(shè)防類別為乙類、設(shè)計(jì)烈度為 8度。工程建設(shè)單位為四川華能涪江水電有限責(zé)任公司,設(shè)計(jì)單位為中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,監(jiān)理單位為長江三峽發(fā)展經(jīng)濟(jì)技術(shù)有限責(zé)任公司,主體工程——大壩由中國水利水電第五工程局有限公司承建。

大壩于 2003年 5月 27日正式開工,2006年11月大壩主體工程完建,至今已運(yùn)行超過 3年,期間(2008年)蓄水時(shí)經(jīng)歷了“5.12”地震。經(jīng)震前、震后較長時(shí)間運(yùn)行表明大壩運(yùn)行良好,各項(xiàng)監(jiān)測(cè)成果滿足工程正常運(yùn)行要求。

2 壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工程為二等大(2)型工程,提高一級(jí)按 1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。大壩為碎石土心墻堆石壩,壩頂高程 2274m,壩頂寬 10.00m,壩頂總長 320.60m,最大壩高 108m。上游壩坡為 1∶2.0～1∶2.2,下游壩坡為 1∶2.0。心墻頂高程為 2273m,頂寬 4.00m,心墻上下游坡均為 1∶0.2,底高程為 2166m,河床部位心墻座落在覆蓋層上。大壩地基防滲采用混凝土防滲墻與墻下基巖帷幕灌漿聯(lián)合防滲的處理方式,兩壩肩采用灌漿帷幕的方式防滲。壩體填筑總量約 510萬 m3(含圍堰與壩體結(jié)合部分)。

大壩上游壩面采用六角形預(yù)制混凝土塊護(hù)坡、下游壩面采用六角形預(yù)制無砂混凝土塊護(hù)坡。

為加強(qiáng)壩體頂部的抗震穩(wěn)定性,在 2234m高程以上每隔 2.0m高度鋪設(shè)一層土工隔柵。

3 工程施工

3.1 工程施工進(jìn)度

2005年 9月 6日大壩開始全斷面填筑,在此之前完成了壩體填筑 172萬 m3(主要為下游利用料區(qū)和上游臨時(shí)斷面填筑)。同年 11月 25日大壩全斷面填筑至 2203m高程,2006年 7月 20日大壩全斷面填筑至蓄水高程 2248m。2006年11月 20日,壩體填筑到頂。月平均填筑強(qiáng)度為25.5萬 m3,最大月填筑量 50萬 m3。大壩填筑到頂后按照設(shè)計(jì)要求預(yù)留 6個(gè)月的沉陷期后開始進(jìn)行防浪墻施工,2007年 10月 3日工程竣工。在大壩施工過程中作了大量的技術(shù)創(chuàng)新和研究工作,推廣運(yùn)用了新工藝、新材料、新技術(shù),大壩填筑施工單項(xiàng)工期較投標(biāo)工期提前了 10個(gè)月左右,搶回了前期由于地質(zhì)條件復(fù)雜而延誤的工期。

3.2 施工質(zhì)量檢測(cè)

竣工統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明水牛家水電站大壩各種壩料壓實(shí)檢測(cè)的項(xiàng)目及取樣次數(shù)滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)要求。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,針對(duì)不同壩料采用不同指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià),將施工檢測(cè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)給定指標(biāo),對(duì)壩體填筑質(zhì)量采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和過程能力分析法對(duì)大壩施工過程質(zhì)量進(jìn)行了全面評(píng)價(jià),均滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 工程取得的主要技術(shù)成果

在工程建設(shè)過程中,面對(duì)惡劣的氣候條件和復(fù)雜的地質(zhì)條件,通過主動(dòng)積極地解決料場(chǎng)施工過程中出現(xiàn)的諸多技術(shù)難題,成功的優(yōu)化了反濾、過渡料的生產(chǎn)工藝并克服了冬季、雨季施工困難,推廣和應(yīng)用了新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝,通過科技創(chuàng)新保證了工程質(zhì)量、進(jìn)度和安全。在水牛家工程中采用的主要技術(shù)工作為:

施工新材料的應(yīng)用:排水洞使用 40m深排水孔 PVC排水管技術(shù);高強(qiáng)土工格柵抗震材料;1.0mm厚土工膜防滲材料;SR防滲止水材料;無砂混凝土護(hù)坡。

施工新工藝:在河床 30m厚砂礫石中進(jìn)行灌漿、大壩 113m測(cè)壓計(jì)造孔成功應(yīng)用偏心跟管成孔技術(shù);反濾、過渡料生產(chǎn)加工的兩采一摻新工藝;砂石料超徑石綜合利用料場(chǎng)、壩面摻和新工藝;碎石土的摻和工藝。

科研試驗(yàn)工作:碎石土心墻冬季施工研究;高塑性土替代材料的研究;砂石料利用的綜合研究;大孔無砂植草混凝土研究;核子密度儀在碎石土快速檢測(cè)中的研究;土石壩施工仿真研究、快速施工研究;碎石土料的摻和研究。

4 工程進(jìn)度及質(zhì)量管理

4.1 工程進(jìn)度管理

大壩填筑施工單項(xiàng)工期實(shí)際時(shí)間為 14.5個(gè)月,扣除冬季因負(fù)溫停工 3個(gè)月,實(shí)際工期不到12個(gè)月,填筑單項(xiàng)工期較投標(biāo)減少了 9.5個(gè)月。考慮到實(shí)際施工時(shí)間段大壩從全斷面填筑到大壩完工施工時(shí)間僅僅一年,創(chuàng)造了行業(yè)新記錄。在工程建設(shè)過程中,主要采取了以下幾個(gè)方面的技術(shù)管理措施:

(1)公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視技術(shù)與創(chuàng)新管理工作,成立了以國內(nèi)知名專家組成的專家咨詢組,每年至少定期 2次到現(xiàn)場(chǎng)解決重大技術(shù)方案,從而確保了重大方案決策的科學(xué)性。對(duì)于關(guān)系到工程進(jìn)度的重大技術(shù)方案如工程截流、度汛、石料場(chǎng)的開采、砂石料的綜合利用、臨時(shí)斷面填筑方案,均經(jīng)過專家組審查咨詢后執(zhí)行。

(2)高度重視大壩填筑前期的準(zhǔn)備工作,從而保證了填筑施工過程正常有效進(jìn)行。前期準(zhǔn)備工作主要集中在料場(chǎng)開采、備料和壩料的試驗(yàn)工作,一旦壩面具備條件即可做到有料可填。

(3)定期召開施工生產(chǎn)進(jìn)度會(huì)議、技術(shù)專題討論會(huì)、現(xiàn)場(chǎng)會(huì),及時(shí)解決施工中遇到的問題。施工中出現(xiàn)的一般性問題由業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工四方召開現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議解決;重大問題召開專題會(huì)議解決;定期召開生產(chǎn)進(jìn)度會(huì)議檢查進(jìn)度完成情況,分析偏差,提出加快進(jìn)度的措施。

(4)立足項(xiàng)目,開展與大專院校、科研機(jī)構(gòu)的合作。通過技術(shù)創(chuàng)新工作,創(chuàng)造性地超前解決了施工中的技術(shù)難題,達(dá)到了有利于節(jié)約成本、加快進(jìn)度和保證工程質(zhì)量的綜合效益。

經(jīng)過分析得知,工程施工進(jìn)度提前的原因主要有以下幾點(diǎn):

(1)建設(shè)過程中,業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工四方密切配合,一切以工程施工為中心。監(jiān)理、業(yè)主、施工三方為加強(qiáng)過程控制,24h在施工現(xiàn)場(chǎng)跟班檢查、服務(wù)現(xiàn)場(chǎng),包括質(zhì)量檢測(cè)過程全程跟蹤。

(2)選擇專業(yè)施工隊(duì)伍。在施工過程中制定管理流程、作業(yè)指導(dǎo)書,實(shí)現(xiàn)施工過程的作業(yè)規(guī)范化和流程化管理。

(3)技術(shù)創(chuàng)新對(duì)工期進(jìn)度提前貢獻(xiàn)最大,加快了進(jìn)度約 7個(gè)月,科學(xué)管理加快進(jìn)度約 3個(gè)月。經(jīng)過分析,石料料源的選擇與使用對(duì)該工程工期提前貢獻(xiàn)最大,達(dá) 6個(gè)月左右,碎石土料冬季施工研究成果貢獻(xiàn)約 1個(gè)月,科學(xué)管理加快進(jìn)度約 3個(gè)月。

4.2 工程建設(shè)質(zhì)量管理

大壩工程在 2008年 5月 12日地震中震損輕微,3年多時(shí)間運(yùn)行情況良好,大壩各項(xiàng)指標(biāo)正常。至今,大壩僅為設(shè)計(jì)最大沉降量的 60%,下游水位低于建基面,表明工程施工質(zhì)量良好。在工程建設(shè)過程中,主要采取了以下幾個(gè)方面的措施進(jìn)行質(zhì)量管理:

(1)質(zhì)量管理體系健全,質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)、制度完善,能夠正常有效地開展工作。政府監(jiān)督、監(jiān)理檢查、施工控制從不同層面對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行全程管理與控制。

(2)對(duì)于大壩填筑施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量管理,采取全程、全方位監(jiān)控,監(jiān)理、業(yè)主、施工單位 24h在施工現(xiàn)場(chǎng)跟班控制,控制范圍從料場(chǎng)、壩面到檢測(cè)并進(jìn)行確認(rèn)。

(3)制定管理流程、作業(yè)指導(dǎo)書,實(shí)現(xiàn)施工過程的作業(yè)規(guī)范化和流程化管理,在過程中保證質(zhì)量。

(4)開展質(zhì)量 QC小組活動(dòng),提升關(guān)鍵工序的質(zhì)量水平,確保工程質(zhì)量。

(5)以政府年度質(zhì)量監(jiān)督檢查、階段性質(zhì)量驗(yàn)收為契機(jī),提升質(zhì)量管理水平。

(6)委托第三方進(jìn)行過程質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià),確保工程建設(shè)質(zhì)量客觀可信。

(7)施工設(shè)備、施工方法是工程質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。大壩填筑施工過程中的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明:在本工程中配備的施工設(shè)備與采用的施工方法對(duì)保證工程施工質(zhì)量起到了根本性的作用,大壩各項(xiàng)指標(biāo)均超過了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

5 工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)的主要結(jié)論

5.1 “5.12”地震災(zāi)害評(píng)估

地震災(zāi)害評(píng)估:大壩防浪墻發(fā)生十余處拉裂,開裂寬度一般為 1～20mm;壩頂混凝土路面有 2處細(xì)小裂縫。總體情況:大壩主體結(jié)構(gòu)完好,未見明顯異常現(xiàn)象,未出現(xiàn)影響安全運(yùn)行的損壞。

監(jiān)測(cè)資料表明:水牛家水電站壩基土壓力計(jì)成果過程線在地震前呈下降走勢(shì),在地震后大壩基礎(chǔ)所有土壓力計(jì)有小幅度上升;大壩及防滲墻滲壓基本穩(wěn)定,沒有突變現(xiàn)象,沒有發(fā)生新增加的漏水通道和滲漏途徑,表明滲漏正常;大壩心墻與岸坡之間的相對(duì)位移變化量小,沒有發(fā)生異常的錯(cuò)動(dòng);沉降成果過程線成小幅度上升趨勢(shì),說明大壩沉降量增加,大部分水平位移成果過程線成小幅度上升趨勢(shì);大壩的繞壩滲流沒有增加,繞滲成果沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。

地震安全性評(píng)價(jià):根據(jù) 2008年 5月 21日四川省地震局提供的“5.12汶川地震 -極重災(zāi)區(qū)地震烈度情況表”:平武縣峰值加速度分區(qū) 0.15g,地震基本烈度 7度;汶川 8.0級(jí)地震的影響烈度范圍為 8度,建議設(shè)防參數(shù)峰值加速度分區(qū) 0.20 g,地震基本烈度為 8度。

技施設(shè)計(jì)階段,攔河大壩工程抗震設(shè)防設(shè)計(jì)烈度為 8度,滿足 2008年 5月 21日四川省地震局提供的“5.12汶川地震 -極重災(zāi)區(qū)地震烈度情況表”的要求。

總體評(píng)價(jià)大壩震損輕微,工程抗震設(shè)防設(shè)計(jì)烈度滿足要求。

5.2 監(jiān)測(cè)的主要結(jié)論

通過 3年多時(shí)間的運(yùn)行表明大壩各項(xiàng)指標(biāo)正常,截至 2010年 2月大壩監(jiān)測(cè)的主要成果為:大壩累計(jì)最大沉降值為 0.609m,滿足土石壩規(guī)范要求,在設(shè)計(jì)允許最大沉降量 1m的范圍內(nèi);心墻與堆石體之間結(jié)合較好,沒有發(fā)生異常的錯(cuò)動(dòng);大壩下游測(cè)壓管孔內(nèi)水位均低于大壩建基面;大壩防滲墻與心墻工況良好,大壩沒有出現(xiàn)異常漏水的通道和滲漏途徑,大壩滲漏正常。