加快上阿特巴拉水利樞紐B標(biāo)粘土心墻壩施工的技術(shù)措施

李 秋 石

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

蘇丹上阿特巴拉水利樞紐B標(biāo)工程主要由左右岸土堤、左岸土石壩、河床粘土心墻壩、溢流壩組成，樞紐總長6 615 m。河床粘土心墻壩壩高為44 m，基礎(chǔ)高程481 m，壩頂高程為525 m。

工程分兩期施工，一期利用原河床過流進(jìn)行溢流壩及左右岸土石壩施工，二期利用已建溢流壩過流進(jìn)行河床粘土心墻壩施工。

2 方案優(yōu)化的背景及目標(biāo)

工程原合同工期規(guī)劃為：2011年7月開始溢流壩混凝土施工；2012年9月底溢流壩具備過流條件，進(jìn)行二期河床截流；2013年5月底河床壩填筑至505 m高程，具備度汛條件；2014年8月壩體到頂，水庫開始蓄水。但由于業(yè)主工程款支付不及時，工程材料供應(yīng)、人員組織困難等原因，導(dǎo)致溢流壩施工進(jìn)度滯后，不能滿足2012年9月底截流的條件，且河床土石壩涉及到第二年汛期度汛的問題，因此截流時間只有推后一年。但經(jīng)與業(yè)主談判達(dá)成協(xié)議，在業(yè)主給予一定補(bǔ)償?shù)那闆r下，2014年9月壩體填筑到519 m高程并開始蓄水。河床壩段的施工工期壓縮了近一年。為確保施工進(jìn)度，在施工過程中對各環(huán)節(jié)進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)化。

3 河床粘土心墻壩的施工項(xiàng)目

河床壩段施工內(nèi)容包括：上下游二期圍堰、減壓井、基礎(chǔ)開挖、基礎(chǔ)振沖處理、帷幕灌漿、主壩防滲墻施工、壩體填筑等。河床大壩原設(shè)計(jì)方案的典型剖面如圖1所示。

4 加快河床粘土心墻壩施工采用的技術(shù)措施

4.1 圍堰及度汛方式

原設(shè)計(jì)的二期圍堰及度汛方式為：首先進(jìn)行上下游枯期圍堰施工(不進(jìn)行基礎(chǔ)防滲)，然后利用強(qiáng)排水進(jìn)行基礎(chǔ)開挖和壩體度汛斷面施工，在度汛斷面下設(shè)防滲墻，上游側(cè)設(shè)粘土斜墻覆蓋防滲，汛期利用度汛斷面擋水。

優(yōu)化方式：(1)將度汛斷面下的防滲墻移至枯期圍堰下，以改善基坑施工條件；(2)提前在2013年初的枯期將圍堰的基礎(chǔ)防滲墻施工完成，并通過在頂部加設(shè)鋼筋網(wǎng)片的方式對防滲墻進(jìn)行保護(hù)，確保在汛期過水的情況下防滲墻不被破壞，這樣可以減少截流后的工作量，節(jié)省45 d的基礎(chǔ)處理時間；(3)加強(qiáng)心墻部位的施工，直接利用永久防滲墻及心墻壩度汛，以節(jié)省度汛斷面上游面的防滲及防沖結(jié)構(gòu)的施工時間。調(diào)整后的二期圍堰及壩體度汛剖面見圖2。

4.2 減壓井的施工

由于壩體粉砂層基礎(chǔ)需進(jìn)行振沖處理，因此要求將地下水位必須降到粉砂層以下1 m，即476 m高程。經(jīng)計(jì)算，壩體上下游各需布設(shè)5個減壓井。因此，減壓井盡快投入運(yùn)行既是基礎(chǔ)振沖處理的前提條件，也是改善表層粉砂開挖交通的關(guān)鍵。為提前開始進(jìn)行減壓井施工，在戧堤進(jìn)占過程中提前在基坑側(cè)填筑減壓井施工平臺，利用該平臺進(jìn)行減壓井施工。工程實(shí)施過程中，在截流前已將上游側(cè)減壓井施工完成，截流閉氣后5個減壓井立即投入運(yùn)行，節(jié)省了12 d的直線工期并改善了基礎(chǔ)開挖交通條件。

4.3 壩體基礎(chǔ)面的提升

河床的天然基礎(chǔ)情況為泥巖上覆蓋約20 m厚的砂礫石，上部另有7 m厚的粉細(xì)砂層。原設(shè)計(jì)方案為將上部7 m厚的粉砂層全部挖除，挖至高程477 m的砂礫石層，然后進(jìn)行基礎(chǔ)處理及壩體填筑。

進(jìn)場后，項(xiàng)目部立即安排進(jìn)行了河床壩段壩體基礎(chǔ)區(qū)的貫入度(CPT)試驗(yàn)并將試驗(yàn)資料整理后報送工程師，為工程師優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)資料。后經(jīng)工程師復(fù)核，最終將壩體基礎(chǔ)高程提升到481 m,進(jìn)而減少了4 m厚的開挖及填筑，節(jié)省開挖及填筑量各12萬m3。

圖2 調(diào)整后的圍堰及壩體典型剖面圖

4.4 帷幕灌漿施工高程的調(diào)整

原河床壩段的施工程序見圖3。

圖3 原河床壩的施工程序圖

在實(shí)際實(shí)施過程中，將帷幕灌漿作業(yè)高程調(diào)整到高程481 m，即區(qū)域基礎(chǔ)振沖結(jié)束后立即開始帷幕灌漿工作。這樣實(shí)施，首先減少了在填筑砂礫石中的鉆孔量，從而為帷幕灌漿鉆孔作業(yè)節(jié)約了時間；其次，減少了一次基礎(chǔ)振沖與填筑間的工序銜接，可以提前進(jìn)行帷幕灌漿施工，從而加大了基礎(chǔ)振沖與帷幕灌漿間平行施工的時間，為關(guān)鍵線路施工壓縮了15 d的施工時間。

4.5 心墻料的制備

該工程土料場大致分三層：第一層為高液限、高塑性粘土，第二層為低液限、低塑性砂質(zhì)粉土，第三層為高塑性和高液限粘土。其中第二層砂質(zhì)粉土的天然含水率為9.5%左右，其他兩層的天然含水率均在18%左右。料場區(qū)域內(nèi)平均最優(yōu)含水率為23.56， 平均最大干密度為1.57(g/cm3)，最大干密度為1.73。

通過對土料場進(jìn)行勘探及試驗(yàn)結(jié)果可知：(1)土料上壩前需進(jìn)行含水量的調(diào)整；(2)第一層、第三層高液限、高塑性粘土細(xì)粒含量及膨脹性等方面不能滿足上壩料的技術(shù)要求，若不進(jìn)行處理而直接上壩，必須對填筑部位進(jìn)行限制以限制其遇水膨脹脫水開裂的特性；(3)第二層砂質(zhì)粉土塑性指數(shù)及防滲不能滿足要求，因此，壩體防滲料必須通過制備獲得。

通過現(xiàn)場試驗(yàn)及研究發(fā)現(xiàn)：(1)土料在自然狀態(tài)下灌水后含水量略大于最優(yōu)含水量；(2)粘性土在接近最優(yōu)含水量的情況下具備可摻拌性，含水量控制的好，可以避免結(jié)塊現(xiàn)象出現(xiàn)。

經(jīng)現(xiàn)場與工程師進(jìn)行溝通及生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果證明，最終工程師同意采取先灌水，再進(jìn)行一、二層土料或二、三層土料混合立采的方式獲得合格土料并直接上壩填筑。

最終，僅通過加強(qiáng)現(xiàn)場控制的手段就解決了土料制備的問題。

4.6 反濾料級配曲線的調(diào)整

由于砂礫石料場的粉細(xì)砂含量偏高，按照工程師設(shè)計(jì)的反濾料級配曲線要求棄料多，系統(tǒng)生產(chǎn)效率下降。具體原料級配及設(shè)計(jì)要求見圖4。

圖4 原反濾料控制指標(biāo)和料場原料級配指標(biāo)對比圖

針對這一情況，項(xiàng)目部仔細(xì)研究了相關(guān)規(guī)范并進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算、論證后，向工程師提出了反濾料級配調(diào)整的建議，最終經(jīng)工程師批準(zhǔn)，在蘇丹上特巴拉項(xiàng)目生產(chǎn)過程對反濾料的控制指標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整，具體控制要求及原料對比情況見圖5。

圖5 調(diào)整后的反濾料控制指標(biāo)和料場原料級配指標(biāo)對比圖

調(diào)整的效果主要體現(xiàn)在兩個方面：(1)棄料量從原來毛料的30%左右降到10%以內(nèi)；(2)反濾料系統(tǒng)的生產(chǎn)能力由原來的1.4萬m3/月提高到2萬m3/月。

5 結(jié) 語

項(xiàng)目實(shí)施過程中，在充分了解現(xiàn)場實(shí)際情況的條件下，通過仔細(xì)分析、研究后，有些項(xiàng)目在技術(shù)上還是有可以改進(jìn)、優(yōu)化的空間。以上內(nèi)容是筆者通過在上阿特巴拉等項(xiàng)目施工過程中所遇到情況的思考與總結(jié)，希望能為今后類似項(xiàng)目施工提供一定的借鑒。