長河壩水電站復合土工膜心墻上游圍堰快速施工技術

羅文廣

(中國水利水電第五工程局有限公司長河壩施工局，四川康定 626001)

1 工程概述

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。長河壩水電站是以單一發電為主的大型電站，樞紐建筑物由攔河大壩、泄水系統、引水發電系統組成。電站工程為一等大(1)型工程，擋水、泄洪、引水及發電等永久性主要建筑物為1級建筑物，次要建筑物為3級建筑物，上、下游圍堰為3級建筑物。電站總裝機容量2 600 MW，水庫正常蓄水位高程1 690 m，具有季調節能力。攔河大壩為礫石土心墻堆石壩，壩頂高程1 697 m，最大壩高240 m，壩頂長度502.85 m，壩頂寬度16 m。

上游圍堰為復合土工膜心墻堆石結構，擋水標準為全年50年一遇，相應的設計流量為5 790 m3/s。圍堰堰頂高程1 530.5 m，最大堰高54 m，堰頂軸線長185.76 m，圍堰堰頂寬13.5 m。上游迎水面高程1 492.5 m 以上堰坡為 1∶2，1 492.5 m以下堰坡為1∶3;背水面1 487 m以上堰坡為1∶1.8，1 487 m 以下堰坡為 1∶1.5。上下游過渡料設計寬度均為4 m，上下游墊層料設計寬度均為2 m。上游迎水面高程1 492.5 m以上采用干砌石護坡，法線方向厚1 m。總填筑方量為59.6 萬 m3。

圍堰工程于2010年10月23日完成截流施工，2011年4月10日完成防滲墻施工，2011年4月15日開始全斷面填筑，2011年5月28日提前13 d完成圍堰施工。

2 圍堰度汛方案

2.1 圍堰度汛方案

圍堰工程2011年度汛原設計采用過水圍堰。為滿足長河壩電站建設進度總體需求，將圍堰工程2011年度汛變更為全年擋水圍堰。

2.2 擋水圍堰度汛標準

設計單位提出2011年擋水圍堰度汛標準:2011年4月底圍堰具備2011年5月份20年一遇洪水擋水標準，堰體全斷面填筑至1 500 m高程。2011年5月底堰體具備全年20年一遇擋水標準，堰體全斷面填筑至1 521.5 m高程。2011年6月10日堰體具備全年50年一遇擋水標準，堰體全斷面填筑至堰頂設計高程1 530.5 m。

3 堰體填筑分期規劃

根據擋水圍堰設計度汛標準進行了上游圍堰堰體填筑規劃，堰體填筑共規劃三期，分別為Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期，分期規劃及規劃完成時間見圖1。分期規劃特性見表1。

4 施工布置

4.1 施工道路布置

上游圍堰堰體填筑規劃分三期進行施工，新建施工道路根據堰體填筑分期規劃、建設單位已提供的現有交通公路、規劃料源分布及現場實際情況進行布置(圖2)，其中3#施工道路利用圍堰下游1 487 m高程3 m寬馬道以及圍堰下游邊坡設計坡比與道路回填渣料自然穩定坡比差形成。堰體填筑新建施工道路特性見表2。

圖1 圍堰堰體填筑分期規劃圖

表1 圍堰堰體填筑分期規劃特性表

圖2 圍堰填筑新建施工道路布置圖

4.2 堰外新建施工道路使用規劃

3#、4#、6#施工道路:主要承擔左右壩肩開挖利用料、墊層料的運輸。

5#、5 －1#、5 －2#施工道路:主要承擔左右壩肩開挖利用料、墊層料、孟子壩及野壩大橋下游洞渣回采料、磨子溝原河床砂卵石開采料的運輸。

4.3 施工用水

堰體填筑用水主要為堰體填筑料加水，采用4″水泵從大渡河抽水，攤鋪前灑水，輔助8 t灑水車運輸至填筑面供水。

表2 圍堰填筑新建施工道路特性表

4.4 施工區照明

為滿足堰體填筑施工進度要求，堰體填筑施工24 h連續作業。施工區照明主要采用220 V、3.5 kW金鹵燈，分別在左岸12#隧洞、右岸13#隧洞各布置2盞，并在作業面輔助可移動式的6盞1 kW碘鎢燈。

5 圍堰快速施工技術

為滿足圍堰工程2011年度汛要求，進行了堰體填筑分期規劃，土工膜心墻月平均上升高度約22.8 m/月，月最大上升高度 25.9 m/月。為滿足土工膜心墻堰體高強度上升要求，主要應解決的施工關鍵技術項目為堰體填筑料料源保障、環形施工道路布置、防滲墻墻頭鑿除、堰體填筑施工程序、過渡料及墊層料攤鋪措施、復合土工膜錨固施工、復合土工膜焊接及雨天施工措施、跨土工膜心墻措施及設備保障。

5.1 堰體填筑料料源保障

堰體填筑料未設置專門的石料場，料源比較分散。堆石料利用洞渣料、左右岸壩肩高邊坡開挖渣料，過渡料利用洞渣料及磨子溝原河床砂卵石料，墊層料利用河床天然砂礫石料經篩分系統加工生產。堰體填筑料料源規劃情況見表3。

表3 堰體填筑料料源規劃表

堰體堆石料、過渡料規劃料源總量為73.43萬m3，規劃開采系數為1.29。墊層料規劃生產總量4.5萬m3，規劃系數1.8。堰體各填筑料料源規劃開采系數均滿足《碾壓式土石壩施工規范》DL/T 5129－2001。

各規劃料源經顆分試驗、生產性碾壓試驗等試驗檢驗工作，其質量均滿足設計指標要求。

5.2 環形施工道路布置

鑒于堰體填筑料料源均位于上游圍堰的下游，而業主提供的、已修建的2#支洞為單車道，不能滿足圍堰高強度填筑施工要求，需另行規劃一條通行車道。由于場地限制，另行規劃的通行車道只能從大壩河床基坑通過，運輸車輛通行過程中將與左右岸壩肩開挖相互干擾。為減少圍堰填筑與左右岸壩肩高邊坡開挖的相互干擾，規劃3#、4#、6#施工道路與原 S211省道連接成環形施工道路(圖2)。環形施工道路的形成，使堰體填筑料運輸車輛可以分別在左右岸壩肩高邊坡開挖堆渣的間隙通行，從而大大提高了上壩強度。

5.3 防滲墻墻頭鑿除

圍堰防滲墻墻頭鑿除采用液壓破碎錘替代原爆破拆除方案，防滲墻墻頭設計拆除深度為1.3 m，分三層拆除至設計深度。拆除混凝土渣料，用防滲墻導向槽清淤，小型挖掘機清除，拆除施工強度約為25 m/d。混凝土防滲墻錨固土工膜施工于2011年4月10日完成，較原計劃2011年4月20日提前10 d。液壓破碎錘施工情況見圖3。

5.4 堰體填筑施工程序

堰體為土工膜心墻堆石壩，堰體填筑施工過程中，對復合土工膜保護、墊層料碾壓質量、保證墊層料及過渡料設計寬度應為確定堰體填筑施工程序的主要因素。堰體填筑施工程序見圖4。

圖3 液壓破碎錘防滲墻墻頭拆除施工圖

5.5 過渡料及墊層料攤鋪措施

堰體過渡料設計寬度為4 m，墊層料設計寬度為2 m，過渡料設計寬度基本滿足自卸汽車卸料及推土機攤鋪作業寬度要求。過渡料采用后退法施工，用SD32推土機攤鋪。由于墊層料設計寬度不能滿足自卸汽車通行及推土機攤鋪作業寬度要求，遂采用小型挖掘機攤鋪并輔助人工修整、整平。熟練挖掘機操作手每臺挖掘機墊層料攤鋪強度約50 m/h。高峰期施工使用2臺反鏟鋪料。

5.6 復合土工膜錨固施工

復合土工膜的錨固分為:基礎混凝土防滲墻錨固與兩岸壓板混凝土錨固。

(1)基礎混凝土防滲墻錨固。

混凝土防滲墻錨固復合土工膜施工主要應解決好土工膜的鋪設、限位、固定等幾個問題。本工程采用簡易鋼管架，鋼管架高1 m，寬50 cm。簡易鋼管架上部伸出一排懸臂桿，寬50 cm，外露鋼管端頭采用軟墊包裹，用于鋪設、保護土工膜。挑架前沿設置一根縱向鋼管，其平面位置與設計土工膜位置一致，用于限位土工膜。土工膜鋪設完畢，采用縱向鋼管固定放置于挑架上的土工膜(圖5)。

(2)壓板混凝土錨固。

圖4 堰體填筑施工程序圖

圖5 土工膜鋪設、限位、固定鋼管架圖

岸坡錨固采取隨填筑面上升、分期分層澆筑的方式。采用干硬性混凝土并添加早強劑，以保證堰體填筑時已經澆筑的混凝土具有一定強度。

5.7 復合土工膜焊接及雨天施工措施

復合土工膜選用成都鑫天路工程材料有限公司生產的350 g/m2/0.8 mm HDPE/350 g/m2土工膜，該廠土工膜在溪洛渡、向家壩等工程中使用，經檢測質量滿足設計要求。經過綜合計算，選擇幅寬6 m的土工膜較為經濟、合理。本工程選用的復合土工膜(兩布一膜)為新材料，可直接采用2PH－213型熱合爬行機進行焊接，無需先進行膜的焊接，再進行縫布。

雨天影響主要為土工膜焊接施工，采取的主要措施:

(1)采用彩條布覆蓋待焊接的土工膜，并采用10 cm×10 cm方木墊高彩條布及土工膜，以防止雨水淋濕及雨水浸泡;

(2)對于局部淋雨受影響的部位，安排專人采用大功率吹風機吹干;

(3)加強天氣預報資料的收集，土工膜焊接施工時間根據天氣預報情況進行調整，以避開雨天焊接。

5.8 跨土工膜心墻措施

堰體全部填料均來自圍堰下游，堰體上游填筑料運輸需跨越復合土工膜心墻。對土工膜心墻采用跨越鋼棧橋的保護措施，防止土工膜被壓壞。跨越堰體復合土工膜心墻簡易鋼橋寬4 m，長4 m，共加工3座，2座使用，1座備用。單座簡易鋼橋由兩榀組成，每榀寬2 m，長4 m。堰體填筑施工過程中，心墻部位架設2座，即重車與空車分別設置，以滿足堰體填筑料運輸的通車要求以及土工膜焊接施工時的交叉使用。簡易鋼橋采用攤鋪墊層料的小型挖掘機吊裝，簡易鋼橋見圖6。

跨心墻簡易鋼橋吊裝頻次要求主要考慮土工膜焊接施工及心墻施工因素，一般按照每填筑2層(單層厚50 cm)吊裝一次簡易鋼橋較為合理。

圖6 簡易鋼橋結構示意圖

5.9 設備保障

為保證圍堰高強度施工，其設備配置的保證尤為關鍵。設備配置數量根據施工強度及作業條件進行計算，然后按照0.75的保證系數進行確定。主要配置數量見表4。

表4 圍堰主要設備配置表

6 結語

通過復合土工膜心墻堆石壩圍堰快速施工技術的研究與應用，大幅度提高了心墻上升強度，心墻月最大上升高度達到28.9 m/月。盡管在圍堰工程施工期間，降雨時間占施工時間的40%，但由于快速施工技術措施得力、有效，施工組織嚴密、緊湊，長河壩水電站圍堰僅用了43 d即填筑到頂，比原計劃提前13 d，確保了2011年度圍堰工程的安全度汛。