大石門水庫大壩施工技術探析

劉錫安

（新疆泰達水利水電工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

大石門水庫是一項承擔防洪、發電和供水任務的綜合型水利樞紐工程。工程由大壩、表孔溢洪洞和發電引水系統等組成[1]。壩址所在地地形地質條件較為復雜，施工較為困難，為了確保大壩安全順利建設，現對大壩建設方案進行分析探討。

1 概況

大石門水庫壩址位于車爾臣河與托其里薩依河匯合口下游300 m 處，大壩軸線位于自東向西的車爾臣河與自南向北的托其里薩依河匯合處下游300 m處[2]。壩址區地勘成果顯示：壩址區基巖為軟巖和中硬巖，基巖承載能力弱，壩址區又處于強震區，根據壩址區天然建材分布情況選擇修建當地材料土石壩。結合實際，規劃大壩建設類型為碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩[3]。壩頂高程2 304.5 m，壩頂寬度12 m，壩長205 m，最大壩高128.8 m。上游壩坡為1∶2.5～1∶2.75，下游壩坡為1∶1.8～1∶1.6，在下游壩坡設“之”字形上壩公路，下游綜合壩坡1∶2.32。

2 施工特點

2.1 壩基開挖不能在截流前進行

壩址兩岸大部分基巖裸露，壩段河谷呈深“V”形，壩址區附近現代河床寬10～20 m，正常高水位2 300 m高程處谷寬194 m，壩址區附近兩岸岸坡陡峻，岸坡坡度多在50°～80°，局部近直立[4]。施工場地狹小，施工道路難以布置，施工期緊且不能在截流前施工。

2.2 壩體填筑總量大

壩頂高程2 304.80 m，最大壩高128.5 m，壩體填筑總量359 萬m3。本工程填筑強度不大，高峰填筑月強度約34.96 萬m3。受導流限制，瀝青心墻的平均上升高度較大。本工程大壩的填筑與心墻混凝土基座澆筑及其灌漿存在施工交叉和干擾。做好大壩工程的土石方開挖、壩體填筑、施工道路布置的施工組織至關重要。

2.3 施工難度大

受地形條件限制，本工程分層填筑道路較少，主要依靠壩后“之”字形道路完成壩體填筑。

3 施工方案

3.1 施工要求

施工進度規劃如下：壩基土石方開挖在截流以后開始施工，第二年9月開始至第三年5月完成壩基土石方開挖及河床段基礎處理工作，第三年6 月初開始壩體填筑工作，同時交叉施工岸坡基礎處理，在第四年8 月底壩體全斷面填筑至壩頂高程，上游護坡施工安排在第四年8—9月施工。

施工程序為：岸坡土石方開挖→河床段壩基處理→壩體填筑及瀝青混凝土施工、岸坡基礎處理施工→上游護坡施工→壩頂及下游護坡施工。

（1）截流后，盡早進行大壩壩基開挖，開挖完畢后進行河床段心墻基座混凝土澆筑及壩基灌漿等施工。

（2）壩基處理完成后，于第三年6 月開始壩體填筑與瀝青混凝土心墻施工，第四年8 月底填筑至壩頂高程。

（3）上游混凝土護坡分兩期進行澆筑，第一期澆筑2 170 m 高程以下部分，第二期澆筑2 170 m 高程—防浪墻底。

3.2 施工措施

3.2.1 施工道路布置

根據兩岸壩肩和河床開挖高程設計，本工程在左岸布置有L4 道路；右岸布置有3#永久、臨時交通洞，主要用于運輸施工機械、設備以及施工人員進出場。棄渣道路利用河道左岸的L5 道路。壩體填筑道路上游利用L3 路，下游利用1#永久交通洞、1-1#永久交通洞及壩后“之”字形路。

3.2.2 壩基施工

（1）壩基開挖。壩基開挖主要為河床開挖和岸坡開挖。由于河床較窄，壩基土石方開挖安排在截流后進行，首先進行岸坡段開挖，開挖完成之后再進行河床段開挖。截流后3個月完成壩基所有土石方開挖，開挖強度2.6 萬m3/月。岸坡段采用自上而下分層開挖，履帶設備利用重機道到達開挖開口線位置，人工及手風鉆先清理出鉆爆平臺，2 m3挖掘機向坡下翻渣，土方開挖采用2 m3挖掘機直接開挖，石方開挖采用150型潛孔鉆鉆孔、手風鉆配合，預裂爆破，2 m3挖掘機配合132 kW 推土機推運30 m倒渣到下部集渣平臺，平臺設在河床2 185.0 m 高程；再用2 m3挖掘機挖裝15 t自卸汽車運輸。岸坡開挖完成后進行河床段土石方開挖，采用自上而下的開挖方式，渣料無需倒渣，直接裝運。

（2）壩基處理。壩基處理主要為固結灌漿和帷幕灌漿[5]。本工程兩岸壩坡較陡，無法直接布置鉆機。擬架設灌漿平臺施工，由慢速卷揚機牽引提升，每50 m設置1個牽引平臺。岸坡段壩基處理領先壩體填筑約20 m 進行。壩基處理先進行固結灌漿，后進行帷幕灌漿。固結灌漿施工安排在基座混凝土澆筑完畢后強度達70%以上進行，在基座混凝土面上直接進行鉆孔施工。

固結灌漿最大孔深8.0 m，劃分為Ⅰ、Ⅱ序孔，先進行Ⅰ序孔施工，再稍后進行Ⅱ序孔施工。灌漿程序為：施工準備→鉆設并安裝抬動變形觀測裝置→灌前物探測試→Ⅰ序孔施工→Ⅱ序孔施工→檢查孔施工→灌后物探測試→施工場地清理。施工采用YQ80 型風鉆鉆孔、BW-200/60 型液壓柱塞泵全孔一次灌漿法灌漿，按分序加密的原則進行。灌漿壓力以不抬動巖面和基座混凝土為原則。灌漿均采用孔口封閉，孔內循環，自上而下分段進行。段長一般采用3 m，特殊情況下可適當縮減或加長，但不大于5 m。

帷幕灌漿最大孔深約58 m，在基座混凝土澆筑過程預埋塑料管拔管成孔，下部鉆孔采用150 型地質鉆機。防滲墻段帷幕灌漿在防滲墻內預埋灌漿管，下部鉆孔采用150型地質鉆機，自下而上分段灌漿。灌漿設備為BW-200/60 型柱塞泵、高速攪拌機、二參數（壓力、流量）自動記錄儀。采用孔口封閉孔內循環法灌漿。

3.3 壩體填筑

3.3.1 填筑方案

本工程壩體填筑主要包括砂礫料填筑、利用料填筑、過渡料填筑和排水料填筑，填筑總量348.11萬m3。根據天然料場分布特點，主要由C4 料場提供壩殼砂礫石料，排水料和過渡料由C4砂礫石料場開采加工，利用料由2#利用料堆放場提供。

壩體2 195 m 高程以下填筑料由利用料堆放場提供，通過1#交通洞和壩內“之”字形道路運至工作面。壩體2 195～2 220 m 高程之間填筑料由C4 料場提供，通過L2、L3 道路和圍堰后“之”字形道路運至工作面，填筑高峰強度約15.4 萬m3/月，采用3 m3挖掘機裝20 t 自卸車運輸，填筑高峰期考慮采用三班制，每天工作20 h，需配備18 臺自卸車，車輛間距280 m。壩體2 220～2 245 m 高程壩體填筑料由C4料場、利用料堆放場共同提供，其中C4 料場部分經L2、L3 道路和圍堰后“之”字形道路運至工作面填筑，高峰強度約16.2 萬m3/月。壩體2 245 m 高程以上壩體填筑料由C4 料場、利用料堆放場共同提供，經1#永久交通洞、1-1#永久交通洞、壩后“之”字形道路運至工作面，高峰強度約35.5 萬m3/月，采用3 m3挖掘機裝20 t 自卸車運輸，填筑高峰期考慮采用三班制，每天工作20 h，需配備62 臺自卸車，車輛間距125 m。

砂礫石鋪料的填筑采用進占法進行，103 kW 推土機平倉。采用25 t 自行式振動碾碾壓，碾壓遍數及振動行走速度根據現場碾壓試驗確定。過渡料的填筑為C4 料場加工，成品料采用2 m3裝載機裝15 t自卸汽車運輸上壩，采用DF130C 攤鋪機攤鋪，以1.5 tBW90AD 振動碾碾壓。排水棱體的填筑利用1#砂石加工廠成品料，成品料采用2 m3裝載機裝15 t自卸汽車運輸上壩，推土機平料，25 t 自行式振動碾碾壓。

3.3.2 混凝土澆筑

常規混凝土骨料由C4料場砂石加工廠提供，成品混凝土由1#、2#混凝土拌和站提供。瀝青混凝土骨料由P1料場提供，成品瀝青混凝土由瀝青混凝土拌和站提供。

（1）常規混凝土施工。常規混凝土主要包括上游護坡混凝土、心墻基座混凝土、壩頂混凝土等。心墻基座混凝土在壩基土石方開挖完成后開始，岸坡段基座混凝土領先壩體填筑40 m 左右進行。成品混凝土采用3 m3混凝土罐車經1#永久交通洞運至澆筑點，河床部位混凝土采用溜槽入倉，岸坡部位采用60 型泵送入倉，機械振搗，人工灑水養護。上游護坡混凝土分2 期施工，1 期施工安排在第四年4—6月，施工至2 270.0 m 高程，成品混凝土采用3 m3混凝土罐車經1#永久交通洞運至澆筑點；2 期施工安排在第四年9—10 月完成，施工至防浪墻底，成品混凝土采用3 m3混凝土罐車由壩頂2#永久交通洞、灌漿廊道運至施工點，壩面溜槽入倉，組合鋼模板澆筑，機械振搗，人工灑水養護。

防浪墻成品混凝土采用3 m3混凝土罐車由壩頂2#永久交通洞、灌漿廊道運至施工點，采用8 t 汽車吊1 m3混凝土罐入倉（吊高8 m），機械振搗，人工灑水養護。壩頂路面混凝土采用3 m3混凝土罐車運至壩頂，以2 m3裝載機運至施工點，直接入倉，機械振搗，人工灑水養護。

（2）碾壓式瀝青混凝土施工。碾壓式瀝青混凝土心墻采用水平分層、全軸線不分段一次攤鋪碾壓的施工方法，全線均衡上升。瀝青混凝土鋪筑按1 d 2 層控制。如遇特殊情況須留橫縫時，其結合部做成1∶3 的緩坡。每層瀝青混凝土鋪筑前，須將基礎面心墻表面加熱至70℃。

根據已建工程的經驗，綜合考慮壩體過渡料的壓實、瀝青混凝土心墻的變形等原因，碾壓式瀝青混凝土心墻每層鋪筑厚度25 cm，每天鋪筑3層。根據新疆在建或已建工程實際施工情況，碾壓式瀝青混凝土心墻每天鋪筑2 層、每層鋪筑厚度30 cm（碾壓后厚25～27 cm），月均上升高度12.5 m，本工程月均上升高度10.0 m，施工時應加強現場組織協調，制定詳細施工計劃。瀝青混凝土心墻鋪筑與過渡料填筑工序為：瀝青混凝土、過渡料鋪填、碾壓→取樣合格→轉入下道工序。

鋪筑包括人工攤鋪和攤鋪機攤鋪：①人工攤鋪段。按設計要求處理基座混凝土表面，驗收合格后噴涂2 遍冷底子油，再涂刷1.5～2 cm 厚的砂質瀝青瑪蹄脂。支立專門制作的鋼模板，上、下游模板之間采用可調節拉桿支撐。瀝青混凝土由15 t自卸汽車運至工作面，以3 m3裝載機轉運入倉、132 kW 推土機平料、心墻攤鋪機攤鋪。攤鋪厚度為25 cm（碾壓后厚度）左右。②攤鋪機攤鋪段。瀝青混合料攤鋪前，清掃基層瀝青心墻表面，標出軸線位置，并用金屬絲定位。采用裝載機將瀝青混合料卸入DF130C心墻攤鋪機料斗內。攤鋪厚度與人工攤鋪段相同，攤鋪機行走速度控制在1～3 m/min。

碾壓步驟和標準如下：人工攤鋪段的瀝青混合料模板拔出后，采用2.5 t 振動碾碾壓。機械攤鋪段采用1.5 tBW90AD 碾碾壓。最佳碾壓溫度控制在l30～l50 ℃。振動碾行走速度控制在25～30 m/min。采用錯位碾壓方式，每次錯位半碾寬，按從左到右或從右到左的順序依次碾壓，保證表面平整、無錯臺。橫向接縫處重疊碾壓30～50 cm。與岸坡結合部位及振動碾碾壓不到的邊角或斜坡部位，采用小型振動夯或人工夯實，夯實標準以瀝青混凝土表面返油為止。

3.4 冬季施工技術

根據施工進度計劃安排，本工程瀝青混凝土心墻在冬季低溫季節不停工，需采取冬季施工措施，以保證施工質量。

3.4.1 冬季低溫期施工準備

冬季低溫期瀝青拌和系統的骨料輸送器、骨料加熱器、熱骨料篩分機、自動稱量系統、成品運輸系統、瀝青脫桶設備和瀝青加熱系統必須完好并且沒有被凍結，生產的控制系統必須完好。常規瀝青混合料拌和運輸車的底板、廂板加裝保溫隔熱層，并加裝車廂保溫隔熱蓋板適應冬季低溫期的瀝青混合料運輸。

3.4.2 瀝青混合料制備

在成品儲料罐的外層加設保溫層，出料口增加保溫層和加溫裝置，使混合料在成品儲料罐儲存的過程中盡量減小溫度損失；在罐內設置管式紅外線加熱器，適當補償混合料的溫度損失；成品瀝青混合料在儲料罐內儲存的時間不能超過6 h，盡量減少存放時間，避免溫度損失。

3.4.3 瀝青混合料攤鋪

冬季低溫期心墻瀝青混凝土攤鋪機作業時，必須保證攤鋪機前部的遠紅外線加熱器正常工作，把已鋪筑的瀝青混凝土層面（深l0～15 mm）加熱到70.0 ℃左右；減少所攤鋪的混合料在基礎瀝青混凝土接觸面的溫度損失，確保底部混合料碾壓密實。

3.4.4 瀝青混合料碾壓

冬季低溫期鋪筑作業時要及時對攤鋪的瀝青混合料進行初碾，封閉攤鋪的瀝青混合料，確保瀝青混合料的層面碾壓密實，防止表面龜裂現象發生。

4 結語

經過分析大石門水庫碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫堆石壩施工難點和特點，在施工進度上采取交叉施工，壩基處理上采用固結灌漿和帷幕灌漿，壩體填筑技術上利用進占法，碾壓上采用水平分層、全軸線不分段一次攤鋪碾壓的方法，同時冬季不停工并采取保溫措施，保障大壩如期完工建設。這為同類工程建設提供了借鑒和參考。