柴河水庫上游壩坡加固水下拋石施工方法

楊玉光，魏鳴冬

(遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧本溪117100)

柴河水庫位于遼河左側中游的柴河支流上，是一座以了防洪灌溉、工業和城市供水為主，兼顧發電、養魚等綜合利用的大Ⅱ型水利樞紐工程。工程主要由大壩、溢洪道、泄洪洞、水電站等建筑物組成，控制流域面積1 355 km2，總庫容6.36億m3。大壩為黏土心墻土石壩，全長982 m，壩高43.2 m。

本次大壩上游壩坡除險加固設計90 m高程以下為水下拋石，水下拋石方量約為63 306 m3，開工后先進行大壩右側的臨時碼頭施工，然后經過臨時碼頭將石料用船運至施工區域進行水下拋石。水下拋石施工程序為:準備工作、水下測量、劃分小區、準確定位、掌握落距、合理掛檔、定量拋投、多次拋勻，水下拋石施工工藝流程見圖1。

圖1 水下拋石施工工藝流程圖

1 拋前準備工作

水下拋石拋前準備工作包括拋石試驗、塊石檢驗、施工小區(網格)劃分、水下地形測量和水上測量放樣。

1.1 拋石試驗

在進行正式拋石前，進行拋石試驗，通過試驗以得到沖距與水深、流速、塊徑之間的關系。

在施工過程中根據流速和水位及時調整定位平臺位置，勤測流速、流向、水深等參數，計算調整好拋石落距。

1.2 塊石檢驗

拋石施工的施工材料為塊石，塊石質量要求見表1。

表1 拋石石質要求

拋石所采用的石料，在填料深度＜50 cm的部位要控制在10～130 kg，在填料深度＞50 cm的部位可以使用10 kg以下的塊石料，塊石最小重量可外延到1 kg，這部分小塊石可占拋石總量的10%～20%，要求拋在沿壩坡法線方向－40 cm以遠的拋石體內。要求在施工開始后，首先通過試驗作出一條拋石料自然顆分曲線。經設計、監理和施工單位共同商量后，確定一條較為合理的理論顆分曲線供施工單位在施工中作為控制標準。在正常施工中，每拋石10 000 m3要取五組試樣，每組試樣做3個試件，試件規格按常規試驗要求確定。其中兩組試樣做凍融試驗，另兩組試樣做抗壓試驗，一組試樣備用。

1.3 施工小區(網格)劃分

水下拋石施工的關鍵是合理劃分施工小區(網格)，根據拋石試驗、裝石船的具體情況，結合柴河水庫前期水下拋石施工的經驗，將施工小區(網格)劃分為6 m×6 m的標準網格，根據設計圖紙中每個拋區的厚度以及拋前水下地形測量成果，計算出每個網格應拋石數量。

1.4 水下地形測量和水上測量放樣

為準確掌握拋石范圍內各具體部位的實際情況，以便指導施工控制，因此需要進行施工控制水上測量。測量設縱向控制線兩條:其中以壩坡95 m高程順壩軸線方向按2 m樁號定出一條控制線;在水面內距壩坡95 m高程、水平距離54 m處平行壩軸線方向，以右壩端、輸水洞啟閉塔為固定點，用鋼索連接定出另一條施工控制線。在兩條縱向控制線之間用尼龍繩連接為橫向控制線，同時用浮球、紅綢繩作樁號和尺寸標記。水上測量采用手劃橡皮船和平底鉛錘的測繩，岸坡設置水準儀，按照縱向樁號和橫向水平距離，以6 m×6 m為測量單位，形成方格網圖，計算出每格拋填量，定出每格的拋填深度，并繪制成壩坡斷面圖、實測柱狀圖，同時計算出總拋石量。在施工前進行拋前水下地形測量報監理工程師審批。

2 拋石平臺定位

本工程新投入一座重20 t的鋼結構定位平臺，單節尺寸為(長 ×寬 ×高)6 m×1.5 m×0.75 m，共 14節，總長為42 m，吃水深度為0.3～0.5 m，用于拋石船準確定位，保證拋投位置準確，拋石平臺布置以施工控制測量的水邊壩坡95 m高程順壩軸線方向排出的2 m樁號和水面54 m處鋼索為兩條縱向控制線，以3 m寬、42 m長的定位平臺垂直壩坡擺放，并用4道鋼索與壩坡固定作為橫向控制線，如圖2所示。

3 拋石船石料質量檢查和計量

拋石船只的選用:采用15 t的駁船，船倉改裝成三個相互獨立的船底自卸料倉，每倉由兩個手動葫蘆用手搖控制料倉卸料。

3.1 石料質量檢查

水下拋石要把好石料質量關，塊石供應先經試驗，確定其符合設計及規范要求，石料上船前，需經項目經理部派駐各料場碼頭的質檢員檢查，經檢查符合石料質量要求及規格要求，經監理確認合格后，方可裝船。杜絕風化石、水解、碎石等不合格的石料。

3.2 石料計量

拋石船到達工地指定地點后，根據船體吃水深度經現場試驗標記出不同裝載量的船體吃水線，依據拋石量控制裝載量。石料驗收方法:施工現場設置量方小組進行石料的檢查驗收工作。

查看吃水線是否到位;丈量石方體積，折算噸位，按實收驗;如發現有噸位不足，及時進行過磅;卸完貨后，查看船艙內有無積水、壓艙貨，如發現有，則扣除相應噸位。

圖2 鋼結構拋石平臺布置示意圖

4 拋石施工

4.1 施工技術要求

1)施工開始時，按圖紙要求達到的斷面尺寸，首先在壩腳前拋一層直徑＞50 cm的大塊石進行擠淤，擠淤方向由壩腳向庫內方向擠推。

2)拋石順序由壩腳向壩軸線方向一次按排進行，每一排石料必須由壩體一端始拋到壩體另一端止，在第一排石料拋完后，經測量檢驗合格后，再拋第二排，依此類推，連續進行。不得將壩體分成幾個施工段進行局部超高拋填。

3)為了保證壩體安全，不得在壩體上和壩體兩端進行危機壩體安全的施工作業。

4)施工預留沉陷量為:填料深度超過3.0 m的部位為0.4 m，其余部位最小為0.2 m，拋石表面平順過渡，不得出現陡坎。

5)施工過程中如遇到與設計出入較大的情況，必須及時與監理溝通，監理在必要時再與業主溝通。

6)一個單元拋投結束后，分析拋投結果，以便及時調整分條網格拋投計劃和水上作業定位位置。

7)水上堆石:施工時靠近壩坡部位時，由于水位原因，局部地方船只無法拋投時，必須采用岸上人工抬拋，這樣能保證護坡的質量。

4.2 施工方法

采用雙向移位疊加拋石方法，即拋填石料運至大壩右側臨時碼頭處裝船，拋石船按照現場拋填部位靠緊拋石平臺，船體橫向、縱向完全固定后再采用人工手搖葫蘆自動卸料拋填。利用壩坡95 m高程順壩軸線方向排出的2 m樁號移動拋石平臺，可進行縱向移位疊加拋投;沿著平臺上標記的軸距，前后錯位可進行橫向移位拋投。拋石船每拋一船后對該部位進行再次測量，指導下船拋填量和具體位置。同時結合另一小船進行人工拋石，以解決缺料較少部位及岸邊大船不能到位的部位拋石。

5 完工水下地形測量

水下拋石工程結束后，對拋投區域及相鄰的部分水域聯合進行水下地形測量，并繪制比例為1∶2 000的水下地形圖，將拋前拋后的水下地形圖進行對比，確定拋投成果。

定點測量增厚控制在70%～130%，如增厚＜70%，則須補拋塊石，如＞130%，則須安排潛水員進行水下埋坡工作。

6 存在問題及建議

通過柴河水庫除險加固工程上游壩坡加固的雙向移位疊加拋石方法質量得以保證，避免出現“地隆溝”和漏拋等現象，同時工期按計劃完成，但還有些問題值得注意和完善。

1)拋石船運輸時要由專人負責查驗確定船的裝載噸位，并復核拋石船吃水線，查驗船只有無積水、壓艙貨等。建議對查驗合格的船只統一編號，發放專用運輸旗幟。

2)加強驗收組織程序:拋石施工驗收由驗收小組驗收員、記錄員、施工員組成，共同負責驗收工作，具體程序如下:先由驗收員按《施工驗收規定》進行初驗，提出主導意見;驗收員及時將驗收意見告知驗收小組成員，如無異議，則報請監理復查、抽查;驗收員將驗收結果通知各運輸船(隊)，并編號發往定位平臺施工;憑驗收單在定位平臺安排卸貨。卸貨前，再由定位平臺施工員進行復檢，確認無誤后，由檔位記錄員排檔拋布。塊石拋完后，由施工員負責查看船艙有無積水和壓艙貨。確認無誤后，簽發回單。

3)每天做好詳細的施工記錄，包括水文、氣象、塊石沖距、定位平臺定位、移位、施工樁號、拋石船舶號及載石量，當天船只數，過磅船噸位及數量拋石船拋石檔位圖及總拋石量等原始施工記錄。

4)開始拋投前準確測量水下地形，并劃分拋投區域，計算每個區域的拋填量，拋填時準確計量已拋石料量，保證不多拋也不少拋。拋石施工進度必須嚴格按照設計進度要求分段、分區實際控制，未經監理工程師批準不得提前結束拋填或改變區域拋填，一個單元拋填結束后，須經監理工程師驗收合格同意后方可移動定位平臺進行下一個單元施工。

5)切實做好石料試驗工作。每拋石10 000 m3取一組試樣，并注明其投放在壩體的位置，作出一條顆粒大小分配曲線，以便采取適當措施，調整石料級配使其與設計相吻合。必要時，經與有關部門磋商，可臨時增加試驗組數。

6)加強施工現場管理。拋填區域內，露出雜草或其它漂浮雜物，立即予以清除;鋼結構定位平臺固定牢固，且用經緯儀準確定位，保證拋石位置準確;大風天氣定位平臺不穩定時停止施工。

［1］ 谷長葉.柴河水庫除險加固工程初設計報告［R］.沈陽:遼寧省水利水電勘測設計研究院，2006.

［2］ 牛運光.水庫土石壩滑坡事故經驗教訓綜述［R］.土石壩工程論文集.北京:北京勘測設計研究院，水利水電土石壩工程信息網，1998.