府村川水庫均質土壩分期導流、分期填筑施工技術

加 輝

（中國水電十五局三公司,陜西 咸陽 712000）

1 工程概況

府村川水庫位于延安市甘泉縣道鎮五里橋村,壩址距河口8 km左右,距甘泉縣城25 km,距延安市60 km。水庫主要任務是向甘泉縣工業園區供水和道鎮應急供水,多年平均年供水量340 萬m3,水庫總庫容992 萬m3,屬Ⅳ等小（1）型工程。水庫由均質土壩、右岸溢洪道、左岸放水洞三部分組成。

大壩為均質土壩,大壩頂高程為1044.0 m,壩頂寬7 m,最大壩高35 m,壩頂總長433.0 m,壩底最大寬度197.5 m。大壩上游邊坡為1∶3,在高程1021 m處設寬2.0 m的馬道；下游邊坡為1∶2.5和1∶2,在高程1030 m和1015 m處設寬2.0 m的馬道,其中高程1015 m馬道為壩后排水堆石棱體平臺。壩體土方填筑工程量為112.57 萬m3。

2 工程施工基本條件

壩址區多年平均氣溫8.9℃,最高氣溫38.8℃,最低氣溫-27.1℃；最大積雪深度18 cm,最大凍土深度83 cm；多年平均降水量540.4 mm,最大年降水量785.5 mm,最小年降水量312.1 mm,6 月～9 月占全年71.2%。

府村河徑流主要由降水形成,汛期主要由降水補給,枯水季節主要依靠地下水補給,徑流年際變化大,年內分配不均。7 月～10 月徑流量占全年51%,12 月至次年2 月來水較少,占全年的14%。

洪水主要由暴雨形成。暴雨最早發生在4 月,最遲出現在10 月,量級和強度較大的暴雨一般發生在7 月～8 月。主汛期在當年6 月～9 月；枯水期分為2 期,在當年10月～次年5 月和當年11 月～次年5 月。工程壩址分期設計洪水計算成果見表1。

表1 工程壩址分期設計洪水計算成果表 單位：m3/s

壩基長382.0 m,由河床、漫灘、一級階地、二級階地四部分構成。其中河漫灘高出河床0～2.0 m,寬90 mm～110 mm；一級階地高出河床4.6 m～6.0 m,寬50 m～140 m；二級階地高出河床7.0 m～11.0 m,寬11 m～160 m。壩基上部覆蓋層為壤土、黃土,厚2.5 m～7.8 m ；下部覆蓋層為砂礫石,厚2.5 m～7.8 m；壩基巖體為泥巖。

左、右岸壩肩斜坡高約70 m,主要由黃土斜坡和J2 砂巖夾泥巖組成。

3 問題的提出

根據招投標文件,府村川水庫計劃于2016 年11 月1 日開工,2018 年10 月31 日完工,總工期24 個月。由于工程開工滯后,水庫于2016 年12 月20 日正式開工,比招標文件計劃開工日期推遲了50 天。開工后,又由于建設單位無法及時提供工程永久和臨時征地,且由另一施工標段新建的六府改線公路也剛開工,社會車輛和行人仍要沿原六府公路從左壩基穿過后才能通行至上游村莊。故施工外圍條件、環境與合同條件已不相符,且發生重大變化,合同工期中的原控制性節點目標已不能實現。如仍等六府改線公路施工完成、社會車輛改道通行后,再進行河道截流、放水洞導流施工,合同工期將至少推遲1 年。因此,如何保證六府公路正常通行的同時,按期完成河道截流、放水洞導流成為解決問題的關鍵。

為解決上述問題,按期實現工程建設總體目標,在充分論證并征得業主、設計和監理單位同意后,我們調整了施工方案,將大壩分兩期進行導流和填筑施工。

4 大壩分期導流

大壩原施工導流采用壩前圍堰一次擋水斷流,放水洞過流的導流方式。根據工程實際情況,利用壩基長382.0 m,壩底寬197.5 m的有利地形,將大壩導流分兩期進行。

4.1 一期導流

一期導流為原河道過流。根據設計院提供的水利計算成果和水文資料,在當年汛前將河底拓寬至20 m,并沿河道左岸在左壩基填筑一條縱向圍堰,兼作庫區上游臨時交通道路,滿足20 年一遇洪水流量149 m3/s過流要求同時,保證社會車輛和行人正常通行。縱向圍堰利用大壩開挖土料填筑,堰頂高程為1016.7 m,堰頂寬7.5 m。沿堰體迎水面鋪設防滲土工膜,在堰底設1.5 m～3 m寬的防滲心墻。心墻開挖至基巖面后采用粘土回填。堰頂路基為0.5 m厚砂礫石,路面為0.2 m厚泥結石。路面安裝C20 混凝土防撞墩、太陽能路燈和高清監控攝像頭等安全防護設施。縱向圍堰標準斷面見圖1。

圖1 縱向圍堰標準斷面圖

一期導流期間,主要進行放水洞、大壩左右岸坡和左壩基開挖、大壩左岸攔洪度汛高程1030 m以下壩體填筑施工。

4.2 二期導流

二期導流為放水洞導流,即六府改線公路施工完成且大壩截流后,采用壩前上游橫向圍堰擋水、放水洞導流。大壩截流后至第二年5 月,圍堰攔擋20 年一遇、洪水流量為149 m3/s的洪水。第二年進入汛期后,大壩填筑至壩頂高程,放水洞過流,大壩攔擋50 年一遇、洪水流量為251 m3/s的洪水。

二期導流期間,主要進行右壩基和河道開挖、大壩右岸1030 m高程以下壩體填筑施工,待大壩左、右兩岸均填筑至1030 m高程后,最后進行1030 m高程以上壩體填筑施工。

4.3 實際導流情況

府村川水庫受移民征地、六府改線公路進度滯后等諸多外界因素影響,2017 年3 月1 日完成大壩左岸征地,2017 年5 月9 日左壩基縱向圍堰兼上游臨時交通道路完成并通車；2018 年4 月1 日完成上游毛家安土料場征地,2018 年4 月6 日左岸壩體開始填筑；2018 年6 月2 日左岸放水洞全部完工；2018 年9 月30 日完成大壩上游橫向圍堰截流,放水洞過流。

即一期導流時段為2016 年12 月20 日至2018 年9 月30 日,原河道過流；二期導流時段為2018 年10 月1 日至2019 年5 月31 日,大壩上游橫向圍堰擋水,放水洞過流；2019 年6 月1 日進入汛期后,大壩攔洪度汛,放水洞過流。

實踐證明,通過新修縱向圍堰兼上游臨時交通道路,將大壩分兩期進行導流,保證了六府公路的正常通行,滿足了度汛要求,節約了工期。

5 大壩分期填筑

大壩分期填筑就是通過設置壩體橫向接縫,在高差允許范圍值內將壩體分為左右岸兩期進行填筑。即先完成左岸1030 m高程以下壩體填筑,大壩截流后,再進行右岸1030 m高程以下壩體填筑。待左右岸均填筑至1030 m高程后,最后完成1030 m高程以上壩體填筑施工。

5.1 施工工藝流程

基礎面清理→測量放樣→壩橫接坡面處理→土料運輸、攤鋪→土料碾壓→質量檢測→下一層填筑

5.2 施工方法

（1）基礎面清理

壩體填筑前,將壩基和岸坡巖石面上的砂礫石、表面松散浮石、虛渣等清除干凈,使基礎面無雜物,無污垢,無積水。基巖面上的反坡、陡坎尖角,混凝土結構面上的泥土、銹斑等不符合質量要求的部位及時清理。基礎面清理由人工采用掃帚、鐵鍬、洋鎬等工具配合輪式裝載機、液壓挖掘機完成。基礎面清理完成、驗收合格后進行土料鋪填施工。

（2）測量放樣

在壩體輪廓外圍布置測量控制點,利用GPS測量放樣。壩體填筑施工前,采用GPS測放出壩體上、下游的填筑邊線,由人工撒出白灰線標示在基巖面上。壩體填筑施工中,一般壩體填筑平均每升高1.8 m進行一次測量放樣,在壩面上放樣出大壩上、下游的填筑邊線,壩體橫向接坡面的削坡邊線,用白灰線和示坡樁在填筑面上標示清楚,由液壓挖掘機自下而上按照設計坡比削坡。

（3）壩橫接坡面處理

左岸1030 m高程以下壩體填筑時,采用1.2 m3挖掘機對壩橫接坡面進行削坡,使坡比不陡于1∶3。右岸1030 m高程以下壩體填筑前,先用挖掘機將橫向接坡面上的表層干土挖除,使邊坡為新鮮土層,且開挖后坡比仍不陡于1∶3。土料攤鋪時,再用SD16 型推土機對坡面逐層進行削坡,把接坡面開挖成小臺階狀。每層臺階高度為35 cm,與每層土料虛鋪厚度一致。臺階每層水平寬度為1.05 m。推土機削坡示意圖見圖2。

圖2 推土機削坡示意圖

覆蓋上一層土料前,采用灑水車對下層填筑土料和接坡面進行灑水,減小鋪填土料含水率的損失。

（4）土料運輸、攤鋪

土料由25 t自卸汽車拉運至壩體回填區,沿平行壩軸線方向進占法卸料。土料卸料后先由推土機按照鋪土厚度進行攤鋪。每層土料虛鋪厚度35 cm,攤鋪厚度采用人工插入鋼釬法檢測。土料攤鋪過程中,安排專人拾撿土料中的樹根、雜物。土料大面積攤鋪完后,再由XG31802 平地機對壩面土料進一步平整。平地機平整時,適當調整刮土深度,使壩面中央略高于上、下游,便于雨水排泄。為保證壩體壓實質量,土料攤鋪邊線一般超出壩體設計填筑邊線1.0 m寬。

大壩岸坡巖石面和壩橫接坡面的土料攤鋪,均由人工配合機械薄層鋪填,每層土料虛鋪厚度20 cm左右,攤鋪土料含水率按照最優含水率的+1%～+3%控制。

（5）土料碾壓

土料碾壓采用22 t自行式凸塊振動碾,平行壩軸線進退錯距法進行碾壓。碾壓時控制行車速度,一般為2 km/h～3 km/h。碾壓遍數為8 遍,先靜碾2 遍,再振動碾壓6 遍。壩體巖石岸坡和局部碾壓不到的邊角部位,人工采用HW60 A蛙式打夯機壓實。

壩橫接坡面的土料碾壓,采用22 t自行式凸塊振動碾進行騎縫碾壓。碾壓示意圖見圖3。

圖3 騎縫碾壓示意圖

（6）質量檢測

壩體每層土料碾壓完畢后,質檢人員按1 次/（200 m3～500 m3）采用環刀法進行檢測,壓實度不小于0.96。在岸坡邊角、壩橫接合面上的取樣,按照每層不少于3 次的頻率進行,壓實度仍為不小于0.96。碾壓區取樣檢測合格后,進行下一層土料填筑。

5.3 大壩填筑情況

左岸壩體填筑施工時段為2018 年4 月6 日至2018 年10 月17 日,歷時195 天（扣除阻工、雨天等停工天數,有效施工天數為101 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m壩體土方填筑40.84 萬m3。

右岸壩體填筑施工時段為2018 年10 月22 日至2019 年5 月13 日,歷時204 天（扣除冬休、雨天等停工天數,有效施工天數63 天）,完成了高程1010.0 m～1030.0 m壩體土方填筑49.21 萬m3。

大壩左、右岸分期填筑至1030.0 m高程后,壩體開始全斷面填筑施工。壩體全斷面填筑從2019 年5 月13 日開始至2019 年6 月30 日完成,歷時48 天（扣除雨天停工天數,有效施工天數38 天）,完成了高程1030.0 m～1044.0 m間壩體土方填筑22.51 萬m3。

6 大壩施工質量情況

右岸壩體填筑期間,對壩橫接坡面使用環刀法進行質量檢測共252 次,其中含水率最大值為18.5%,最小值為17.3%；干密度最大值為1.78/cm3,最小值為1.72 g/cm3,壓實度全部大于0.96,質量檢測全部合格。

大壩填筑完成后, 2019 年7 月至9 月期間共對壩體進行3 次變形觀測（每月/1 次）。通過對壩體變形觀測點的測量及數據分析,發現壩體在縱、橫方向未發生位移,大壩豎向位移沉降最大值為0.04 m,且最大豎向位移發生在壩體河床段壩頂部位,為壩體高度的1/1000,該值小于壩頂預留沉降超高的工程經驗1%壩高。

7 結語

府村川水庫均質土壩通過分期導流、分期填筑施工,促進了工程總體施工進度。在壩體分期填筑施工中,通過采取一系列技術措施,保證了接坡面的施工質量,有效消除了均質土壩在壩橫分縫處產生的不均勻變形,為類似工程施工提供了借鑒經驗。