长河坝水电站大坝度汛填筑施工综述

薛　凯/中国水利水电第五工程局有限公司

【摘　要】　本文介绍了长河坝水电站大坝挡水度汛期的填筑施工，包括料源供应、主要施工工艺、质量控制、施工强度、设备配置，并介绍了保证高土石坝施工质量的相关创新工艺与质量快速检测方法以及施工影响因素。总结实现度汛目标的相关经验与不足，可供同类工程参考。

【关键词】　长河坝水电站　大坝　度汛　填筑施工

1　基本情况

1.1　工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站。水库正常蓄水位1690.00m，正常蓄水位以下库容为10.15亿m3，总库容为10.75亿m3。调节库容4.15亿m3，具有季调节能力。电站总装机容量2600MW。

拦河大坝为砾石土直立心墙堆石坝，坝顶高程1697.00m，最大坝高240m，坝顶长502.85m，上、下游坝坡均为1∶2，坝顶宽度16m。坝体填筑料包括上游压重、上游堆石、上游过渡层、反滤料3、心墙砾石土、反滤料1、反滤料2、下游过渡层、下游堆石、下游压重。大坝设计总填筑量约3417万m3（其中，堆石2273.9万m3，过渡料290.97万m3，砾石土428.3万m3，反滤料168.19万m3）。

1.2　大坝填筑工期

根据合同工期，大坝开始全断面填筑时间为2013年5月，填筑到顶时间为2016年12月，心墙填筑时间44个月，心墙最大上升速度9m/月，高峰填筑强度约105万m3/月。

施工过程中，受“4·20”芦山地震等多种因素的影响，心墙实际开始填筑时间为2013年7月下旬，比合同时间滞后3个月。

根据业主深度优化工期要求，大坝填筑到顶时间提前到2016年10月（同年11月初初期导流洞下闸）。以此计划，大坝全断面总填筑时间为39个月，心墙平均上升速度6.15m/月，高峰速度11m/月，平均填筑强度约83万m3/月，高峰填筑强度将超过130万m3/月。

1.3　度汛目标

根据设计文件《长河坝2014年度防洪度汛要求》，2014年度汛目标为：2014年5月底，坝体填筑至1536.00m高程，超过上游围堰顶的1530.50m高程，坝体满足拦挡100年一遇洪水（Q=6230m3/s，H=1533.4m）的条件。

1.4　度汛施工特点与难点

1.有效工期短、强度高

度汛填筑施工期是大坝整个填筑工期中高峰时段，心墙上升总高度79m，填筑时间共10个月，平均上升7.9m/月；要实现度汛目标，全断面填筑总量（不含前期断面堆石填筑）近800万m3。要经历3个月的雨期和一个春节的影响，有效施工时间大幅缩短。为实现度汛目标，前紧后松是高土石坝普遍呈现的工期特点。

2.基坑多工序的制约影响

大坝基坑开挖结束后，制约心墙开始填筑的工序包括主防渗墙、副防渗墙、副防渗墙下帷幕、覆盖层固结灌浆、河床廊道浇筑及表面封闭处理、副防渗墙明浇墙浇筑及表面封闭处理、土工膜铺设等；心墙开始填筑后，伴随心墙填筑平行作业并影响其进度的制约工序包括左、右岸压板浇筑、岩基固结灌浆、三角区帷幕灌浆、灌浆平洞封堵。另外，基坑排水也是影响心墙填筑的重要工序，如果排水系统布置不合理或排水效果不满足，必将严重影响填筑施工。因此，前期度汛所需的高强度、快节奏施工与多工序干扰制约的突出矛盾是高山峡谷地区高土石坝的显著特征。

3.坝料制备与供应强度高

度汛填筑期是大坝整个工期的高峰阶段（高峰超过130万m3/月），各种坝料开采、制备强度高。但大坝前期填筑高强度需求与料场前期开采低强度供应之间存在矛盾，石料场上部开采作业面小，道路布置相对困难，土料、反滤料、过渡料制备工艺还需要改进，因此坝料供应是度汛阶段面临的困难。料场开采供料强度前低后高，制备工艺前生后熟，与大坝填筑前高后低的需求强度不统一，是高山峡谷地区高土石坝供料难点。

4.关键设备投入量大

先进的设备是保证工艺与强度的关键，土石方工程以钻爆、挖装、运输、摊铺、碾压等关键设备为主，各工序的设备选型与配套直接影响生产效率，设备数量应足以满足强度需求，并满足日常出勤率要求。

另外，大量的土石方设备投入，维修工作与备品备件供应是设备管理的重要内容。

5.质量控制与检测是关键

本工程是建立在深厚覆盖层上的超高坝，质量标准高，从坝料开采与制备到坝面摊铺、碾压各工序必须精细作业，否则难以满足质量要求。另外，质量检测频次高，检测合格是进入下道工序的前提，因此质量检测是填筑关键工序，影响直线工期。

2　形象与工期

2.1　度汛填筑完成形象

2014年5月30日大坝心墙填筑到1536.25m高程，实现大坝拦挡100年一遇洪水度汛目标，形象如图1所示。

2.2　施工时间

2013年4月19日河床廊道及防渗墙明浇段完成，但受“4·20”芦山地震等多种因素影响，2013年7月21日开始心墙填筑。到2014年5月30日心墙填筑上升79m，达到1536.00m度汛高程，施工历时314天，期间受降雨、春节及其他因素影响75天，有效施工时间239天。

2.3　度汛填筑工程量

度汛断面填筑总量1454.65万m3，占大坝设计总工程量（3417.75万m3）的42.6％。具体完成量见表1。

3　强度与设备配置

3.1　填筑强度与上升速度

度汛全断面填筑期（10个月）平均填筑强度为71.1万m3/月，高峰填筑强度为134.79万m3/月；心墙平均上升高度7.9m/月，最大上升高度12m/月。

3.2　关键设备配置

爆破钻孔设备选用CM351高风压潜孔钻；挖装设备以1.6～4.5m3液压挖掘机为主，3m3装载机辅助；运输设备选用32t、25t自卸车；铺料设备以SD32推土机为主，土料与反滤料采用平地机精平；心墙碾压选用自行式26t振动凸块碾，堆石料碾压选用26t、33t自行式振动平碾。高峰期设备配置情况见表2。

4　坝料供应

4.1　堆石料

堆石料分别从上游响水沟石料场和下游江嘴石料场爆破开采，炮孔直径120mm，台阶高度15m，爆破平均单耗随料场高程下降在0.5～0.65kg/m3范围逐步增大。堆石料运输以25t自卸车为主，过磅计量，坝外自动加水系统根据载重量向车内加水。

为提高上坝强度，借用引水发电系统与泄洪系统地下开挖的部分合格料作为堆石料源。地下开挖料是人工骨料生产料源，但开挖阶段混凝土骨料用量少，为增加该时段大坝填筑强度，先调整上坝，度汛后料场开采强度将大幅提高，再从下游石料场就近向人工骨料系统归还供料。

4.2　过渡料

过渡料设计最大粒径300mm，小于5mm颗粒含量5％～25％，D15不大于12mm。与同类工程过渡料设计级配对比，本工程过渡料最细，通过近20场次的爆破试验（试验单耗高达2.5kg/m3），始终未爆破出合格料。

为满足大坝度汛填筑进度的需要，采取高单耗爆破加骨料掺配的平铺立采工艺制备过渡料（度汛施工期）。即在石料场按1.8kg/m3单耗爆破半成品，挖掘机装车运至掺配场，按比例掺入中石、小石、砂，级配检测合格后上坝填筑。

4.3　反滤料

反滤料由人工骨料系统生产供应，采取精确计量自动掺配工艺，从分级骨料廊道内布置反滤料掺配生产线，采用胶带机掺配，变频给料器控制给料量，计算机精准控制。一条生产线掺配所需各种反滤料，级配均匀。

由于反滤料掺配场地面积有限，料仓总储量约3000m3，不能满足上坝强度与脱水时间的要求，因此另外布置备料场储备反滤料，当直接生产强度或脱水时间不满足时用备料补充供应。

4.4　心墙砾石土料

砾石土从汤坝料场开采，对于含水量合适的土料采用振动筛分系统剔除超径（大于150mm）后运输上坝。含水量偏大的土料先在晒土场分层翻晒合格后，再过筛剔除超径，然后运输上坝。

由于砾石土料制备工艺相对复杂，土料运距远（24km），运输道路级别低（矿山三级），多段单行道，且沿途还有村庄、厂矿等占道干扰，这些因素都制约土料的供应强度。为确保度汛填筑砾石土供应，采取提前在坝区附近备存措施，且在填筑过程中也保证有不低于7天的动态备存量。

4.5　高塑性黏土

高塑性土从泸定海子坪料场开采，运距约70km，业主提前购买备存在大坝下游7km处，采用土工膜覆盖保护。大坝填筑时采取端进法立采上坝，提前检测含水率，上部含水率偏低土层采取钻孔法补水或分层平铺闷水。

4.6　备料量

根据上述坝料开采、制备方式，备料是确保高强度填筑坝料供应的有效措施。度汛填筑期各种坝料备料及借料工程量见表3。

5　填筑程序与工艺

5.1　大坝填筑施工程序

基坑开挖结束后，上、下游堆石区作为先期断面填筑，先期断面一方面可以降低全断面填筑强度，另一方面相当于提前备存堆石，为料场拓展开采面提高出料强度创造条件。心墙区基坑的所有工序位于关键线路，首先是主、副防渗墙施工，覆盖层固结灌浆、两岸压板混凝土浇筑同步跟进；副防渗墙结束后接着进行墙下帷幕灌浆，然后浇筑明浇段副墙；主防渗墙结束后浇筑廊道。压板混凝土由低向高浇筑，并平行跟进固结灌浆、三角区帷幕灌浆（为确保填筑不受影响，压板固结与帷幕灌浆面宜高于填筑面20m以上）。明浇段副墙与廊道混凝土结束后，施工表面封闭防水层，并跟进铺设基础面土工膜。至此，心墙区具备填土条件。另外，基坑排水是重要的保障工序，一直持续到心墙区填筑高程略高于导流洞进口水位后拆除排水系统。

大坝填筑施工程序如图2所示。

5.2　填筑工艺

5.2.1　填筑单元划分

填筑单元按铺料、碾压、检测工序组织流水作业作为划分的基本原则，划分面积适合成龙配套机械作业要求。砾石土分为四个单元，坝轴线上、下游各两个，为避免重车过压，分别从上、下游两个方向单独进料。反滤料、过渡料按各自料区划分独立单元。堆石料以平行坝轴线按1万～2万m3划分单元。

5.2.2　施工参数

填筑施工参数见表4。

5.2.3　铺料

砾石土料采用进占法卸料，结合面须形成毛面，并视情况用高压洒水车补水。推土机平料，再用平地机精平。

反滤料先用界线摊铺器铺土砂分界带，砾石土与反滤料同时各摊铺1.5m宽。其余部分后退法卸料，推土机平料，平地机精平。

过渡料后退法卸料，推土机平料，平料过程中用挖掘机剔除超径或集中粗粒料。

堆石与压重料进占法卸料，推土机平料。

铺料厚度采取测量网格法检测控制，厚度满足要求并验收后才能进入下道工序。铺料过程中采用标杆法、标准堆法综合控制。

5.2.4　碾压

碾压工序采用数字大坝系统监控，铺料面验收合格后建碾压仓，再调入碾压设备。采取搭接法碾压，碾压方向平行于坝轴线。砾石土料碾压遍数合格比率大于95％，其他坝料碾压遍数合格比率大于90％。

边角部位及仪器周围采用3t振动碾或HCD型夯板压实。

5.2.5　泥浆喷涂

设计要求心墙压板混凝土表面涂刷泥浆5～6mm。根据类似工程经验，人工涂刷难以保证厚度，且不均匀，效率低。经试验，本工程采用喷涂工艺，厚度有保证，而且均匀，每次喷涂高度与铺土厚度保持一致，随喷随铺土覆盖。

5.2.6　粗粒集中与超径处理

超径料首先在料场严格控制，砾石土料、反滤料都有过筛工序，基本没有超径上坝。堆石与过渡料在装车时精心挑选，对于未挑选出来的超径料，铺料过程中安排专用装载机或挖掘机剔除，并装车运出坝外。

过渡料与堆石料在卸料、铺料过程因分离易产生粗粒集中，要随卸随铺，减少分离，另外坝面安排挖掘机、装载机及时分散集中的粗粒，特别对分界面、接坡面、岸边接触带等部位的粗粒及时清除分散到其他部位。

5.2.7　心墙雨季施工

降雨主要影响土料填筑，根据天气预报选择晴天施工。土料场加强含水率检测，选择含水合适的土料开采过筛后上坝。坝面分单元组织快速作业，心墙区做成横坡约2％的龟背形，降雨前采用平碾快速压成光面。雨后及时采取泵排并配合人工清除局部积水，复工前先检测填筑面含水率，刨毛后再铺料。对局部因雨水浸泡严重的土料采取清除后补填，以利加快施工进度。

前期采用了覆盖塑料布措施，但经实践对比，由于塑料布拼缝多，且有风的影响，边角容易被掀开，覆盖后往往在分缝接头处形成集中浸泡，造成填筑面含水严重不均匀，处理难度大。相反，找坡后压光面措施效果更好，排水顺畅，大面基本不积水，雨后表面水分易蒸发，平面含水分布较均匀。

6　质量控制

6.1　质量管理

建立了完善的大坝填筑质量管理体系，包括料场质量管理小组与坝面填筑质量管理小组，管理小组由业主、设计、监理、施工各方相关人员组成。

编制了《长河坝电站大坝填筑施工工法》《大坝填筑工艺细则》《大坝填筑质量管理办法》，对各级人员进行详细的技术与质量交底。

管理小组严格执行检测与验收程序，料场小组严格控制爆破参数、级配、含水率指标；填筑小组控制铺料、碾压、检测及边角处理工序，严格控制工序验收。

大坝数字化系统重点监控坝料加水量、碾压速度、碾压遍数、激振状态、碾压层厚等关键参数，监控报告作为下道工序的验收依据。

6.2　质量检测

填筑过程中严格按照《大坝填筑施工技术要求》及规范要求的项目与频次进行质量检测，包括颗粒级配、含水率、干密度、孔隙率、渗透、直剪、大三轴等。检测成果统计见表5（不含固定断面）。

6.3　砾石土快速检测

砾石土压实干密度检测是心墙填筑的关键工序，按照传统的烘干法，一组试样至少需要8h以上才能出结果，难以满足度汛填筑快节奏施工要求。采用砾石平均饱和面干吸水率替代试坑砾石含水率的快速检测方法，大大缩短了检测时间，2h内可出成果，彻底解决了检测制约进度的问题。为了验证快速检测的可靠性，前期采用烘干法平行检测，两种方法结果对比见表6。

根据平行检测统计结果，两种方法试验偏差低于规范允许值，快速检测方法满足精度要求，结果可靠。

7　结语

长河坝水电站大坝度汛填筑，有经验也有不足，体会如下：

（1）两岸压板浇筑、固结灌浆、三角帷幕灌浆是制约心墙前期填筑进度的关键项目，从施工组织上应高度重视，尽量拉开填筑面与灌浆面的距离（宜20m以上）。

（2）提前适当的备料以及利用地下厂房合格的开挖料，都是保证度汛填筑强度的有效措施。正常填筑过程中，关键坝料也应有动态储备量，以防意外影响因素导致停工。

（3）通过本工程研究与实践，偏细过渡料在高强度的花岗岩、闪长岩地质条件下难以爆破直采，从理论上分析再增大单耗有可能爆破成功，但从爆破安全性、生产经济性、规模开采可操作性几方面分析，再提高单耗研究已没有实际意义。度汛填筑采取的高单耗爆破再平铺立采掺配骨料的工艺，是为满足进度要求而采取的临时措施，从经济角度分析也不宜推广。但机加工是偏细过渡料值得研究与试验的工艺，有利于保证质量的稳定性，且经济指标相对较优。

（4）振动筛分法剔除砾石土超径、反滤料精确自动掺配、界线双料摊铺器、泥浆喷涂工艺等的应用，有利于促进精细化作业，并保证施工质量，值得推广。

（5）数字大坝系统的应用，使碾压速度、遍数、激振状态、压实层厚、碾压合格比率等关键参数全天候受到监控，真正实现了过程可控，是高土石坝保证施工质量不可缺少的先进技术手段。但其系统的稳定性、智能化程度等还有待进一步完善与提高。

（6）砾石含水替代法检测是本工程研究应用的砾石土压实质量快速检测新方法，有力促进了心墙施工进度，可以在类似工程中参考应用，但需要验证。

（7）关键设备的选型与配套以及配置数量是保证高强度施工的关键，应有一定的富裕储备，防止设备故障影响进度。另外，设备的维修应高度重视，是设备出勤率的保障。

（8）度汛填筑过程中暴露出砾石土孔隙压力高于同类工程的问题，一方面与土料含水有关，另一方面与心墙上升速度直接相关。关于孔隙压力、土料含水率、心墙上升速度几者之间的关系目前没有量化指标限制，相关方提出过适当控制上升速度，但这与高土石坝的前期度汛目标相悖。如何协调上升速度与孔隙压力消散的问题有待进一步研究。