毛爾蓋大壩堆石料料源規劃及開采

剛永才

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

毛爾蓋水電站是黑水河流域水電規劃二庫五級方案開發的第3級，為單一發電工程。攔河大壩采用礫石土心墻堆石壩梯級電站，大壩壩頂高程2 138.00 m，河床部位心墻底高程1 991.00 m，壩頂寬12.0 m，壩頂長513.77 m，最大壩高147.00 m，上游壩坡1∶2.0，下游壩坡1∶1.8，壩體采用礫石土心墻防滲，心墻上、下游分別設反濾層，上、下游反濾層與壩體堆石之間設置過渡層。

大壩主體堆石料填筑量為742.7萬m3，過渡料填筑量為102萬m3，招標過程中堆石料來自雙溜索料場(60%，填筑方量為469.09萬m3)、西爾料場(40%，填筑方量為273.61萬m3)；過渡料來自雙溜索料場、西爾料場(各50%)。

2008年“5.12”地震導致西爾料場邊坡出現裂縫，嚴重影響開采進度；雙溜索料場石料質量未能達到招標文件中的相應要求，致使大壩填筑進度緩慢。為保證大壩施工進度，中國水利水電第五工程局有限公司根據多年類似壩型的成功施工經驗，在業主、設計、監理的大力配合下，結合該地區的施工工程特點，提出了料源多源化，通過加強對料源動態開采規劃，把內外因帶來的質、量的變化轉化為料源時間與空間的動態調整，合理科學解決了堆石料、過渡料的料源來源問題。

2 多源化料源，轉化供求矛盾

根據毛爾蓋工程的實際情況，只有多料源可以合理科學地解決料場地質條件變化帶來的料源質量問題以及下閘蓄水提前帶來的開采強度增加問題。通過空間上增加料源保證有足夠的滿足設計指標要求的合格石料料源能夠及時開采，同時通過料源在空間上數量的增加來解決時間上供料強度的增加。把內在質量和外在強度的不匹配關系轉化為料源在空間上數量的變化。時間規劃是根據施工強度和壩體填筑部位變化選擇料場使用時機和填料的數量。隨著季節及壩前蓄水情況的變化，料場的工作條件也在變化。在用料規劃上應力求做到上壩強度高時用近料場，低時用較遠的料場，使運輸任務盡量均衡。對近料和上游的料場應先用，遠料和下游的料場后用。

2.1 多源化

針對毛爾蓋水電站大壩上游西爾料場邊坡裂縫和地質條件發生變化以及雙溜索料場坡度較陡導致的開采難度大實際情況，在業主、監理、設計和施工單位的共同努力下，在西爾料場和雙溜索料場的基礎上進行了堆石料料源的多源化規劃思路，在大壩上游規劃了磨子溝、河口、西爾瓜子溝塊石3個堆石料備用料場對兩個主料場進行補充，其儲量分別約為56.5萬、112萬、40萬m3，同時對西爾料場進行了進一步的調整規劃，調整后規劃儲量為550萬m3，雙溜索料場規劃儲量為150萬m3，合計儲量為908.5萬m3，總體基本能滿足大壩塊石料填筑量。整個堆石料空間規劃采取“低料低用，高料高用”的原則，磨子溝、河口備用料場作為低料低用，西爾瓜子溝塊石備用料場作為高料高用。

另外，在堆石料多源化基礎上，石料場的開采規劃儲量也進行了以下優化規劃：

(1)參考以往土石壩工程的施工經驗，在石料場開采的過渡料可以采用河床砂石料，如四川省平武縣華能水牛家水電站大壩工程，過渡料全部采用河床砂礫石料，毛爾蓋大壩的過渡料也全部采用河床砂礫石料。

(2)為了更好地利用建筑物開挖料，根據前期室內力學試驗和現場碾壓試驗，引水隧洞2、3號洞的開挖利用料滿足大壩堆石料技術要求，可以作為大壩堆石料進行填筑上壩，并進行實施填筑。

(3)根據西爾料場和雙溜索料場實際地形條件以及規劃布置，兩個料場還可以有繼續向下挖開采空間。

2.2 料源保證系數

DL/T5129—2013《碾壓式土石壩施工規范》中規定：在進行料場規劃時，要考慮各種因素對儲量的影響，因此其料場儲量規劃與壩體填筑數量的比例一般為土料2.0～2.5(寬級配礫質土取上限)，砂石料1.5～2.0，水下砂礫料2.0～2.5，石料1.2～1.5，并有時選定備用料場，以免施工時被動。在此提出的動態規劃就是在料場開采過程中對儲量系數的動態變化。首先在進行料場初期規劃時，根據設計提供的天然建筑材料的地質報告和料場復查一般儲量系數取上限，后期根據料場開采揭露的地質情況進行動態調整，降低儲量系數，最大化利用料場。

根據毛爾蓋大壩工程料場特性，考慮料場調查精度、開挖與運輸、雨后壩面清理、壩面返工及削坡等損失，石料場規劃儲量與壩體填筑數量的比例初始階段取1.3。但是在實際開采過程出現的地質條件變化和邊坡裂縫等一系列問題，導致在后期規劃時發生變化，最終達到1.7。

2.3 注意事項

雖然對毛爾蓋大壩堆石料的料源進行了多源化規劃，在工程具體實施過程中發揮了很大的作用，取得了一定的經濟效益，但是應注意以下幾個方面：

(1)在進行料源多點化的規劃時要再次考慮料場地形地質條件，特別是料場周圍的外圍環境。同時考慮多點化的規劃帶來的料場前期勘探工作和臨時設施等的工程造價，因此要選擇多點化與少點化的最佳價值點。

(2)規劃時遵循”高料高用，低料低用”的原則，同時考慮大壩上下游不同方向的來料對壩體整體填筑的平衡關系，盡量減少跨心墻運輸。

(3)在進行多源化規劃時，盡量考慮庫區淹沒線以下的位置，有利于保證工程安全及征地移民工作。

3 動態規劃

質量要滿足設計要求，數量要滿足填筑的要求。在選擇和規劃使用料場時，應對料場的地質成因、產狀、埋深、儲量以及各種物理力學參數進行全面勘探和試驗。在施工組織設計中，進行用料規劃，不僅應使料場的總儲量滿足壩體總方量的要求，而且要滿足施工各階段最大上壩強度的要求。壩料的使用規劃，應根據壩型、料場地形、施工方法、倒流方式和施工分期等具體條件，按照施工方便、投資經濟、保證質量、不占或少占耕地以及在施工期間各種壩料的綜合平衡的原則進行規劃編制，簡單可概括為“先開采山包、其次開采山脊、最后開采山坡，同時考慮剝采比和坡采比兩個指標”的原則。

毛爾蓋水電站大壩工程在初期料場勘探和規劃時，規劃開采的是山坡，規劃時開采坡面面積約9.8萬m2，料場最大開采面積為5.2萬m2，坡采比為1.88，開采高差達280 m，開采過程中由于料場地質發生變化，開采100 m高差后，料場無用料發生110萬m3，有用料出料28萬m3，剝采比為3.9，同時開采后料場坡面面積較大，地質條件差，后邊坡出線裂縫，因此停止開采，調整開采范圍和規劃，變山坡開采為山脊開采，調整后開采坡面面積為6.6萬m2，料場最大開采面積為4.6萬m2，坡采比為1.57，開采高差264 m，根據目前開采揭露的地質情況，調整后地質條件比較好，無用料為98萬m3，有用料為554萬m3，剝采比為0.17。通過以上分析，料場規劃參數對比如表1所示。

表1 材料規劃參數對比

從表1可以看出，料場規劃后，有用料數量得到很大提高，節約了工程造價并且提高了工程安全性。

4 料場開采

針對料場開采，西爾料場位于壩址上游黑水河右岸西爾村麻窩溝上游側，距壩址約5 km，有公路相通，交通便利。受到“5.12”汶川特大地震及其多次余震影響，料場邊坡擾動強烈，料場橫Ⅱ～橫Ⅴ斷面開口邊坡上部出現不同程度裂縫，并且發生局部塌方事故，為確保施工安全，經業主、設計、監理現場踏勘后確定對西爾料場開采方案進行調整，調整方案如下：將料場開采區向外擴(麻窩溝溝口)，開采區域為料場橫Ⅳ～橫Ⅴ以及溝口山脊部分，料場橫Ⅱ～橫Ⅳ之間原規劃開采區域不再進行開采。

考慮料場的現狀、料場的實際地形條件和料場開采的安全風險等因素，結合大壩填筑施工進度計劃(提前下閘蓄水計劃)，擬將料場擴采區分兩期進行開采：一期開采B區，二期開采A區，其中，B區為麻窩溝溝口山脊部分，開采高程為2 155～2 060 m，考慮料場開采的安全風險，B區又劃分為B-1區和B-2區；A區為料場橫Ⅳ～橫Ⅴ以及橫Ⅴ于B區之間區域，開采高程為2 344～2 080 m。

料場開采時先進行一期B-1區開采，一期B-2區暫不開采，后期根據大壩填筑情況再行確定是否開采；料場二期開采受料場原采區邊坡開裂、塌方等因素制約，只能在處理完成后才能進行開采施工。

由于料場開挖邊坡高差大，后期受降雨等影響和風化作用容易產生飛石，危及下方施工人員和設備，鑒于此，開挖后地質較差的坡面采用C20素噴混凝土(厚度10 cm)封閉，避免出現飛石威脅下方施工人員及設備，同時根據開挖后邊坡地質情況，業主方、設計方、施工方、監理方需現場確定是否進行深層支護。

5 結 論

毛爾蓋水電站大壩堆石料填筑比重較大，地形地質條件在在實際施工時發生變化，故在實際施工期間協調石料場的開挖、運輸以及壩面填筑各個環節之間的關系；對石料料源在空間、時間、質量與儲量方面進行全面規劃；根據現場施工情況，快速及時分析各種方案，以獲得最為可行且經濟的方案是十分必要的。從工程實際施工成果來看，料源規劃及開采調整效果是顯著的。

[1] DLT 5129—2013 碾壓式土石壩施工規范[S]．

[2] 全國水利水電施工技術信息網. 水利水電工程施工手冊(土石方工程)[M]. 北京： 中國電力出版社, 2002．

[3] 李剛, 楊丹漢. 亭子口水利樞紐混凝土骨料料源規劃與施工工廠的設置[J]. 水力發電, 2009, 35(10)： 37- 39．

[4] 黃騰, 吳剛. 糯扎渡高心墻堆石壩料源選取與開采規劃[J]. 水利水電技術, 2011, 42(5)： 15- 16．

[5] 齊江鵬. 阿爾塔什水利樞紐爆破料源選擇及開采規劃[J]. 陜西水利, 2014(2)： 76- 77．

[6] 李宏祥, 楊燕峽, 饒建勇, 等. 阿海水電站工程施工總布置綜述[J]. 水力發電, 2012, 38(11): 38- 41．