安康黄石滩水库面板堆石坝工程坝体填筑施工关键技术

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摘要：安康黄石滩面板堆石坝坝体填筑工程根据现场施工条件，制定了经济合理切实可行的施工方案，采用了上游坝坡斜坡碾压施工工艺，小型洞室爆破开采坝料等技术关键技术措施，实现了当年截流当年坝体拦洪度汛的坝体填筑目标任务。大坝经过将近6年的蓄水运行，证明工程施工质量是十分可靠地，组织管理是有效的，对以后类似工程施工有一定的参考价值。

关键词：堆石坝；挡水度汛；坝体填筑；斜坡碾压；坝料开采

中图分类号：U74文献标识码：A

1.工程概况

安康黄石滩水库是一座以灌溉为主，兼防洪、养殖、旅游等综合利用的中型三等水利工程。水库枢纽建筑物主要由拦河坝、导流排砂泄洪洞、溢洪道、输水洞及防渗灌浆等组成，设计总库容4177万m3。

工程地处秦岭东南部中低山区，坝区内基岩以寒武系中上统变质岩为主，岩性为绢云母石英片岩，软弱，易破碎，开挖料都不能上坝利用。所有的坝体填筑料都从距坝址下游将近12km的料场，经爆破开采加工后拉运到坝面。工程所在地处偏远，无基本通讯设施，给工程施工带来诸多困难。

坝趾区河谷深切，呈基本对称“V”字型，基岩，坡度较缓，河谷覆盖第四系松散砂卵石，属强透水层。设计要求距趾板下游30m以内坝基和坝后堆石棱体基础开挖至基岩，其余坝基均开挖至密实砂卵石层后进行碾压处理即可。

2.施工总体方案

2.1施工渡汛方案的确定

安康黄石滩水库工程于2001年12月18 日截流。经多方论证后确定的渡汛方案为：枯水期上游围堰一次性断流，导流洞过水；汛期小断面拦洪，导流洞过流的度汛方案。该方案与原计划采用坝面过流度汛方案相比较可节约投资，但需填筑强度加大。根据设计，结合现场条件和度汛要求，按确保安全的原则，采用小断面填筑，达到安全度汛目标。经过反复研究论证，由业主组织设计、监理、施工并邀请省内相关专家后，确定大填筑坝安全度汛在360m高程以下采用全断面，360m以上只填筑拦洪小断面，小断面填筑顶高程395m，顶宽10m，顶长120m。上游坝坡为按设计坝坡填筑，下游坡1：1.3，并修筑“之”字型上坝路，路面宽6m．坡降为12～14％，转弯半径12m，填筑方量28．5万m3 。

2.2坝体填筑

采用小断面拦洪渡汛方案后，坝体填筑分两期进行。第一期包括360m高程以下全断面填筑和360m 高程以上小断面填筑两部分；第二期施工时，先填筑小断面后坝体，与小断面顶齐平后，坝体全断面填筑上升。两岸坡趾板砼浇筑均以坝面为工作面，始终比坝体填筑坝面高或稍低lm。为减少干扰，将拦洪小断面填筑到395m高程后，再一次性进行上游坝坡碾压和防护。

坝基截流后，根据现场条件和施工安排，将整个坝区分为上、中、下三个施工区，各施工区平行作业。上游区是制约坝体填筑的关键，包括河床以下趾板基础开挖和处理、趾板混凝土浇筑及坝基砂卵石开挖等，而上游区起始填筑面要比中游区低6m，施工用时最长。其次是中游区河床基础要开挖至密实，用20t振动碾压实后做为主堆石料碾压试验场地，其试验成果是坝体填筑质量控制的重要施工参数。最后是下游区，堆石棱体基础要开挖至基岩，比中游段坝基面低7m，是大坝填筑的起始段。为了不影响施工机械进出坝区，下游区开挖和填筑又分为左、右两部分依次施工。中、下游区坝体同时填筑到360m 高程。此时上游区才具备了填筑条件，而中、下游区已填筑坝料7万m3 ，相当于提前填筑一个月，比上游区坝基高出l2m。需集中精力抢填上游区预留坝体，在整个坝面填平后，继续填筑拦洪小断面坝体，实现小断面拦洪度汛的目的。

3.大坝填筑

3.1坝体填筑强度的确定

坝体填筑强度由施工进度要求确定。根据填筑强度制定总体施工方案，规划上坝路和规划坝料开采方案，选择机械设备类型和数量等，使各工序的生产能力配套，形成“一条龙”流水作业的良好局面。但是坝料填筑强度又受到坝面作业场地、道路和施工成本等影响，要反复综合分析后确定，力求做到经济合理、技术可行。黄石滩大坝汛前坝体填筑量为28.5万m3 。历时100天，日填筑强度3420m3，坝料开采日强度2858m3(自然方)；汛期后日填筑强度为3384m3，略小于汛前填筑强度。因此，大坝日填筑强度3420m3 。

坝料开采有两个石料场，开采强度满足供料要求。为了尽早填筑坝体，降低填筑强度，确保实现拦洪目标，坝体360m高程以下是分四个小区填筑的，380m高程以上坝面狭长，机械作业难度大，干扰多，填筑强度明显降低。

3.2施工机械设备配置

3.2.1运输设备

运输道路为砂卵石路面，宽6m，转弯多、急，且为单向循环路，总长22km，河床路段汛期受洪水影响较大，往返需70min，车速25km／h，12h两班制作业。20t车装1lm3 ，理论生产率6．53m3/h(压实方)，实际生产率62．7m3／班，出勤率按65％，需20t自卸运输车40辆。实际24辆新车出勤率86.4％，2O辆旧车出勤率50％，综合出勤率69.85%。由于组织得力，汛前实际有效施工93天。比计划提前1O天实现了小断面拦洪渡汛填筑目标。

3.2.2铺料碾压设备

现有YZT20和YZT18型各1台牵引式振动碾，经计算每1台生产率为3888m3／d，大于日填筑强度要求．坝面碾压只需配备l台YZT20振动碾和一台12OA一1推土机(牵引振动碾)，碾压不到的边角部位，用2台自行式YZT2振动碾和2台电动夯压实即可。按以往工程施工经验，1台220HP推土机在坝面上铺料强度为4200m3／d，大于日填筑强度3420m3 ，可以满足大坝填筑要求。为摊铺垫层料和过渡料，挖除超径石和边角大石，处理接茬松坡，配备了l台反铲。同时，考虑到大坝填筑需要高强度连续作业，设备维修保养等需配置YZT18振动碾、120A推土机和220HP推土机各1台备用设备。实践证明设备配置合理，完全满足施工要求，但备用设备利用率太低，利用达不到26%。

3.2.3开采装料设备

坝料开采以小洞室爆破为主，钻孔爆破为铺。配备了1台露天液压潜 L钻和5台3m3／min油动空压机等设备。

装料用1台4m3液压正铲和1台ZL50装载机，生产率分别为3529m3／d和524m3／d，可满足大坝填筑要求。但考虑垫层料加工、设备维修、覆盖层剥离、不合格料清除等，备用了2台ZL50装载机、1台220HP推土机和1台1m3反铲。

3.3大坝填筑工序和方法

坝面作业主要为铺料、洒水和碾压3道工序，以及下游坡干砌石砌护和上游垫层坡面修整、斜坡碾压和防护，结合部分处理等工序。坝料填筑采用流水作业法组织施工，即把填筑坝面划分成3个填筑区，在填筑块区依次完成铺料、洒水和碾压等工序，使各个填筑区的所有工序都能连续进行，并保持平齐上升，使坝面平整、宽敞，有利于机械化施工。当填筑坝面狭长窄小时，可把坝面划分成左右两个填筑区，使铺料、碾压连续进行，洒水在铺料过程中穿插完成。坝体填筑流程：坝面测量一坝料运输上坝一铺料+洒水一碾压一检测一验收。

3.3.1坝料铺填．

坝体填筑前必须先进行各种坝料碾压试验，本工程结合生产进行了各种筑坝材料碾压试验，其试验成果如表1，作为控制填筑质量的施工参数。

表1 筑坝材料碾压试验成果表

坝体铺料采用先砂后土法填筑，即先摊铺、碾压两层垫层料和过渡料，再紧接着过渡料填铺主堆石料，从上游向下游铺填到次堆石区，最后铺填次堆石区。垫层料、过渡料采用后退法卸料，避免石料分离，反铲摊铺，人工整平。主堆石料、次堆石料采用进占法卸料，有利于控制铺料厚度和坝面平度．但卸料必须到位，摊铺要及时，决不允许堆积，尽量避免石料分离。堆石区与岸坡和过渡料相接处提前采用后退法卸料．并且先摊铺过渡料，使大石不集中于边角，便于整平压实。

垫层料铺料设计为3m，实际铺料平均4m，坡面修整时超填平均15cm，浪费较大，削坡费用高。后期采用竹板架在坡面上临时拦挡滚落垫层料，反铲摊铺，且每填筑升高2～3m就削坡一次，才是垫层料浪费减小，削坡费用降低。

3.3.2坝料洒水碾压

坝料铺填完且不影响运输车辆行驶时，利用两岸的压力水管给坝料均匀洒水，再用一辆洒水车配合洒水。然后用120A推土机牵引20t振动碾碾压，采用进退错距法，每次错距宽度不小于15cm。垫层料碾压距上游边线20cm， 坝体填筑到一定高程或到坝顶后进行斜坡碾压，碾压干密度能满足设计要求。坝面下游边线2m 以内区域因大石较为集中，平整度差，碾压难到位，要加强碾压。下游坡面干砌石砌护，要随坝体填筑同步进行。

3.3.3接合部的坝料填筑

1)坝体与岸坡接合部的填筑

岸坡不允许有倒坡，坡比不陡于1：0．3，以有利于坝料和岸坡的密实结合。同一填筑层应采用后退法铺料，先摊铺与两岸坡结合处的过渡料，宽2.5m，全部摊铺完成后，采用振动碾尽量沿岸坡方向碾压，压不到的局部小区，使用YZT2型手扶式自行振动碾碾压：趾板处垫层小区边角用电动夯压实。

(2)坝体分期填筑结合部的填筑

对一坡到顶的结合部，靠近外坡都有一定厚度的松散料无法压实，在后期填筑时需进行逐层削坡处理。即在每层铺新料前，利用反铲将松坡石料挖运摊铺，直至压石坝料露出，与新铺料一起碾压，这样逐层处理松坡。并一定要预防滚石和滑坡．如发现应极早处理。对台阶式的结合部，每层预留2m宽的台阶，与后期填筑层齐平相接，并同时碾压。台阶式接合部施工简单，施工质量好控制，但占用场地较大。平均坡比为1：2；一坡到顶接合部施工困难，质量难以控制，但占用场地小，拦洪选断面工程量小，坡比不陡于1：1.2。

3.3.4大坝上游坡碾压和防护

由于大坝分两期填筑，坝面场地较小，各工序之间干扰较大，所以在拦洪前和大坝封顶后各进行一次上游坝坡碾压。坡面碾压前要人工削坡，碾压后要防护。修整坡面一定要有坡面放样基线，力争一次性完成，二次修整时，人工作业非常困难。预留压缩沉降值比垫层料水平碾压沉降值小1～2cm。

斜坡碾压都是利用坝面作业机械。距上游坡线lm处设置1台30t重的反铲，作为活动地锚，将牵引振动碾的钢丝绳导向轮，挂在反铲的行走大梁上，用1台120A推土机和通过导向轮的￠20钢丝绳，牵引10t振动碾上下碾压。斜坡碾压前经生产性碾压试验，确定施工参数为用lOt振动碾振碾6遍，加水量为9％ ，即碾压时不沾碾，就能达到设计要求。碾压时要提前1小时以上洒水，使坡面内外层含水量都符合要求，采用错距重复碾压综合法施工，上下全振，但错距始端要位于下端，反铲沿错距方向慢慢移动，每次为0．5m，使碾压过程能连续进行，既保证了质量．又提高了生产效率。碾压结束后．用MIO砂浆和乳化沥青防护坡面，全部采用人工抹面和涂刷．砂浆厚8cm，乳化沥青厚3～5mm。

4.筑坝材料的开采和加工

坝体填筑的两个料场都是沟谷型地貌单元，岩性为中生代侵入辉长岩，块状构造，节理裂隙发育。节理间距0.4～0.5m，最大一处1.5～3.0m。周围都有村庄，最近距民房只有70m。由于两个料场开采面都只有150m长，山势陡峭，场地较小，开采量仅75多万m3 ，采用钻爆法施工条件太差，所以坝料采用小洞室爆破开采，过渡料在岩石裂隙较发育的地方。

4.1爆破参数的确定和药包布置

首先根据岩石性质和岩石结构估测石料的自然级配，按照“小抵抗线、条形药包、大间距、单药包起爆”的原则。确定爆破的主要参数：最小抵抗线w值和爆破作用指数n。W值太大将是外部岩体破碎减弱，防护要求高；W值太小，成本增大，以12～I6m为宜。因山势陡峭为崩塌爆破，n=1.75-1.15。这样就可以根据药包间距、埋深高度和地形。综合考虑药包布置方式后采用两排两层或两排单层，药包为长条形，每米装药440～480kg．使爆破岩石受到均匀破坏。

4.2装药量计算和起爆网络

为使硬质岩石充分破碎，得到良好级配和平缓爆堆，同时考虑到周围民房安全防护要求，装药时外排药室采用加强松动爆破，内排药室采用抛掷爆破。并使用毫秒微差塑料导爆管和导爆索延时起爆各药包，微差间隔时段为50～200ms。控制堆料方向，且利用块石抛出的功能，互相挤压碰撞，再次破碎岩石。

4.3垫层料加工

垫层料和垫层小区料原计划采用人工碎石和人工砂掺配加工，但因人工砂加工困难，改用汉江河砂掺配，掺入量为25％～30％ ，而汉江砂中1～5mm的含量较少，0.1～lmm 的含量较多，致使掺配后的垫层料、垫层小区料在1～5mm位置处的级配曲线平缓，超出设计包络线。随后送样品南京水利科学研究所进行试验。在无保护情况下，垫层渗透坡降达到124.6时，试样没有破坏：在组合体试验中，垫层料的渗透坡降为154，没有发生渗透破坏，足以证明用该垫层料、垫层小区料填筑75.6m高的堆石坝是安全可靠的。

5.填筑质量评价

坝体填筑共完成112个单元，合格率100％ ，其中优良102个，优良率91．1％。填筑施工质量按照“碾压参数和干密度”两项指标监控，经过多次检验，干密度都符合要求。大坝填筑时，在380m 和400m高程坝体内分别埋设了一套四点式和一套两点式水管式沉降仪和引张线式水平位移计，坝顶420.43m高程埋设了三个表面观测点。截止2009年底，埋设时间最长的已将近8年，从坝体沉降过程线中可以看出，坝体各处沉降在3个月后趋于平缓，6个月后基本稳定，最大沉降值为318mm．坝体表面没有裂缝，混凝土面板浇筑6个月后也没有裂缝，填筑质量良好。同时，通过渗流观测资料分析，最大渗流量不足设计允许渗流量的1/3，渗流水质透明，说明坝体防渗结构设计合理，施工措施得当，运行管理安全可靠。另外，通过大坝将近6年的运行情况来看：整个坝体填筑质量是可靠地的,项目施工、运行等管理措施也是十分到位有效的。

6.结语

安康黄石滩面板堆石坝坝体填筑工程根据现场施工条件，制定了经济合理切实可行的施工方案，采用了上游坝坡斜坡碾压施工工艺，小型洞室爆破开采坝料等技术关键技术措施，实现了当年截流当年坝体拦洪度汛的坝体填筑目标任务。大坝经过将近6年的蓄水运行，证明工程施工质量是十分可靠地，组织管理是有效的，对以后类似工程施工有一定的参考价值。