西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝施工

西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝施工夏中伏郑方品吕文强宋崔蓉（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程，四川成都，611130）【摘要】介绍西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝施工工艺和质量控制，施工中采用的试验和检测方法，保证大坝填筑顺利进行，为高海拔心墙堆石坝施工提供参考依据。【关键词】西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝施工质量控制1、工程概况西藏直孔水电站位于西藏自治区墨竹工卡县境内拉萨河中下游交界处，距上游墨竹工卡县直孔区3.0km，距下游墨竹工卡县22.0km，再下行78.0km至拉萨市。电站装机容量100MW，电站枢纽建筑物由混凝土坝、堆石坝、引水系统及岸边厂房系统组成。工程等级为二等工程，永久主要水工建筑物为二级，永久次要水工建筑物为三级。碎石土心墙堆石坝全长为1330.0m，最大坝高为47.0m。主要水工建筑物为左岸碎石土心墙堆石坝。土石坝工程位于拉萨河河心岛左侧河床及左岸台地上，左河床枯水期水面宽60.0m，河床中砂卵石覆盖层厚0～28.0m，左岸台地地势宽阔，宽度1500.0m左右。堆石坝为碎石土心墙，坝壳料为砂砾石，坝顶宽6.0m，上游坝坡1：2.1，下游坝坡1：1.9，坝顶高程3892.60m，上设高1.20m、厚0.30m的混凝土防浪墙。碎石土心墙顶高程为3892.00m，顶宽3.00m，上、下游边坡均为1：0.25，心墙与大坝坝壳料之间设反滤层，见图1。图1西藏直孔水电站心墙堆石坝结构图2、现场土工试验大坝开工前，项目部委托“中国水利水电第七工程局科研设计院”组织大坝碾压试验。通过碾压试验校核设计提出的技术指标，确定施工机械的最优参数，提出相应的施工规程和作业指导书，以此指导整个填筑施工。在施工过程中进一步总结和完善，通过该工程的施工，对心墙堆石坝在高原施工总结一套较完善的施工技术，见表1。表1土石坝坝体填筑施工参数填筑料类别质量控制标准P5含量（%）压实干密度（g/cm3）压实相对密度压实空隙率（%）压实度（%）铺料厚度（cm）碾压遍数（遍）高塑性粘土料—≥1.74——≥98308（凸8）砾石土0≥1.781——≥983010（凸10） 5≥1.81210≥1.84215≥1.86820≥1.89425≥1.91730≥1.94上游反滤料35≥2.040≥0.75——308（光8）40≥2.06045≥2.07750≥2.09355≥2.105下游反滤料15≥1.957≥0.80——308（光8）20≥1.97925≥1.99930≥2.019坝壳料—≥2.30≥0.75≤23—608（光8）3、心墙堆石坝进度及质量控制3.1施工进度及试验检测成果统计西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝于2004年8月8日开始进行坝体填筑，2006年5月底大坝填筑至3875.0m高程，满足50年一遇洪水的设计高程,为2006年12月首台机组发电签定基础,整个大坝填筑于2006年6月20日完工。西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝坝体填筑工程量共计110.00万m3，各种填筑料检测成果统计如下：（1）坝壳卵砾石料填筑坝壳卵砾石料填筑共计72.0万m3，每层填筑铺料厚度为60.0cm，共计392个单元工程。会同监理工程师试坑检测共1094个点，实测干密度为2.30～2.35g/cm3，合格率100%；原材料小于5.0mm颗粒含量小于25.0%，最大颗粒小于50.0cm，小于0.075mm颗粒含量小于3.0%，压实后的空隙率小于23.0%，渗透系数大于1×10-2cm/s，压实后相对密度大于0.75，全部满足设计要求。（2）上游反滤料填筑上游反滤料填筑5.60万m3，每层填筑铺料厚度为30.0cm，共计757个单元工程。会同监理工程师试坑检测858个点，实测干密度为2.09～2.18g/cm3，合格率100%；原材料最大颗粒小于4.0cm，小于0.075mm的含量小于或等于2%，0.2mm≤D15≤0.7mm。合格率100%，压实后相对密度大于0.75，全部满足设计颗分要求。（3）下游反滤料填筑下游反滤料填筑7.00万m3，每层填筑铺料厚度为30.0cm，共计788个单元工程，会同监理工程师试坑检测891点次，实测干密度为1.99～2.25g/cm3，合格率100%；原材料最大颗粒小于4.0cm，小于0.075mm的含量小于或等于2%，0.2mm≤D15≤0.7mm 。合格率100%，相对密度大于0.80，全部满足设计颗分要求。（4）心墙砾石土防渗料填筑心墙砾石料填筑17.40万m3，施每层填筑铺料厚度为30.0cm，共计757个单元工程，实测干密度为1.74～1.94g/cm3。会同监理工程师试坑检测1512点次，原材料最大颗粒小于150mm，小于5mm的颗粒大于15%，小于0.005mm的含量应大于5%，压实后的渗透系数小于1×10-5cm/s,压实度合格率100%，全部满足设计颗分要求。（5）高塑性粘土料填筑坝壳卵砾石料填筑1.10万m3，填每层填筑铺料厚度为30.0cm，会同监理工程师试坑检测425点次，压实度合格率100%。通过以上试验成果证明，直孔水电站心墙堆石坝填筑各项技术指标均满足设计要求，坝体质量优良，在整个填筑施工过程中，碾压试验所选取的各种施工参数是正确、可行。3.2施工工艺及质量控制过程（1）高塑粘土料填筑质量控制高塑性粘土布置于混凝土防渗墙上下游侧，设计参数：①河床段坝轴线上下游侧各1.50m，防渗墙顶3.0m，总高7.0m。②岸坡段坝轴线上下游侧各1.50m，防渗墙顶3.0m，总高4.0m。③碎石土心墙坝与5#混凝土导墙接触部位，铺筑一层3.00m厚的高塑性粘土。用于本标段的高塑性粘土料场，由于土料超径石块较多，颗粒级配不能满足设计要求。首先对土料进行翻晒，碾子进行压细，再采用人工进行筛分。由于筛分过的土料含水率只有3%左右，因此需对土料含水率进行调整。首先测设筛分出来的土料含水率后，根据设计含水率之间的差值，计算每立方土所加入的水量，以20cm一层进行洒水，一般堆3m左右，再用彩料布进行封闭，以达到闷土的目的，闷土时间为5至7天。当土料闷好以后，上坝前采用装载机进行拌合，使含水率达到均匀。填筑时根据各部位施工进度及供料需要采用5T自卸汽车运输上坝。高塑性粘土填筑与同层坝体其他填料同时进行，同一层填筑施工时高塑性粘土领先于碎石土心墙料进行填筑。高塑性粘土运至工作面后自卸入仓，采用人工或神钢210（1.00m3）液压反铲，分层铺料平仓，分层铺料厚度为30.0cm。采用YZTY22A型凸块振动碾（22T ）进行碾压；岸坡地形突变的地方、以及其它局部边角部位采用HW60型蛙式打夯机夯实。振动碾平行大坝轴线方向行走，采用进退错距法碾压，且在进退方向上依次延伸至每个单元，保证连续施工，每次错距30.00cm。(2)碎石土心墙料填筑质量控制大坝防渗心墙采用碎石土料，碎石土心墙最低底部高程为3855.00m，顶部高程为3892.00m，总高度为37.00m，底部最大宽度为20.50m，顶部宽度为3.00m。上下游设计填筑坡度均为1：0.25。①施工放线根据施工图纸在填筑基础面上逐层放出各区的分界线，作出明显的标记（洒白灰线），为保证边缘压实度、预留接头碾压收边。②刨毛在每一层填筑前采用TY220推土机履带在填筑面上匀速碾压一遍，将上一层填筑压实面表面刨毛，以防止出现层间光面造成结合不良及剪切破坏。③铺料、平仓填筑料采用自卸汽车水平运输至填筑工作面的前沿（离端点2.00～3.00m处）卸料，采用进占法铺料，TY220型推土机推料摊铺、平仓，保证仓面基本平整，平整度不超过5.00cm。碎石土料与基础高塑粘土料及两侧反滤料相接时，相邻层次间应做到材料界限分明，并做好接缝处的连接，防止层间产生过大的错动或混杂现象，在斜面上的横向接缝收成1：3.00的锯齿状斜坡。施工工作面配备三位现场管理人员，负责卸料指挥、保证进料质量、控制层厚；工作面配备足够数量的推土机及时推平工作面，以避免进料、铺料困难及窝工现象，填料之间的接头连接平整，非接头处注意收坡。块间的虚坡采取台阶式接坡方式，碎石土心墙料填筑完成、反滤料施工前采用人工将接坡处超填未经压实的碎石土料清理挖除。④洒水或晾晒填筑时严格控制碎石土心墙料的含水率，保证在最优含水率的允许的范围内（不大于最优含水率的3%，不小于最优含水率的2%）。每层填筑碾压之前，根据现场检测含水率情况采用洒水车补水。在雨后复工前，须对已填筑面心墙料的含水率进行检测，如超出允许的范围，则须采用翻晒等措施调整其含水量直至合格。施工中杜绝出现弹簧土层等，确保心墙填筑施工质量。⑤碾压心墙料大面碾压采用22T拖式振动凸块碾碾压，岸坡、接头处等局部边角部位采用HW60型蛙式打夯机碾压夯实。施工中严禁欠碾、漏碾和过碾，工作面之间交接处进行搭接碾压，搭接宽度为0.50m ，振动碾的行使方向以及铺料方向平行于大坝轴线。大面碾压采用进退错距法碾压，且在进退方向上依次延伸至每个单元，保证连续施工，每次错距30.00cm。碾压过程中及时标定振动碾的工作质量、频率、振幅，确保其始终保持良好的性能和状态投入运行。（3）反滤料填筑施工①反滤料填筑反滤料填筑工程施工，设计参数：反滤料布置于碎石土心墙上下游侧，高程3887.00m以下铺料宽度3.0m，填筑坡度1：0.25，高程3887.0m～3892.0m，铺料宽度由3.00m变到1.40m。反滤料成品料由业主指定位置提供，填筑时根据各部位填筑强度采用15T自卸汽车运输上坝。反滤料填筑与同层坝体其他填料同步进行，同一层填筑施工时反滤料应滞后于碎石土心墙料进行填筑。②反滤料填筑碾压根据施工图纸在填筑基础面上逐层放出各区的分界线，作出明显的标记（如洒白灰线），为保证边缘压实度、预留接头部位碾压收边量。反滤料运至工作面后自卸入仓，采用神钢210（1.00m3）液压反铲铺料平仓。凸块振动碾或平碾振动压实。岸坡、地形突变的地方、及其它局部边角部位采用HW60型蛙式打夯机碾压夯实。振动碾平行大坝轴线方向行走，采用进退错距法碾压，且在进退方向上依次延伸至每个单元，保证连续施工，每次错距30.0cm。反滤层严格按照设计断面与碎石土心墙跟进填筑。反滤料中不得夹杂有泥土、块石和杂物。对已铺好的反滤层作必要的保护、禁止车辆通行或抛掷石料以及其它物件，防止反滤料被混杂污染。（4）坝壳卵砾石料填筑施工大坝上下游坝壳料由卵砾石料构成。上游迎水面填筑坡度为1：2.10，下游背水面填筑坡度为1：1.90。在坝体下游面3861.0m、3875.00m高程各布置一道宽2.50m的马道。上游围堰堰体为大坝坝体的一部分，上游围堰顶部高程为3857.00m。坝壳卵砾石料底部填筑高程为3848.00m，顶部高程为3892.00m，坝壳卵砾石料底部填筑最大宽度182.00m。①原材料的控制根据设计参数的级配和含泥量，每层填筑之前，需对上坝材料进行检测。满足设计要求的坝壳料方可进行上坝，如原材料不能满足设计要求的，经现场进行配料，项目部会同监理、业主、设计四方检测，满足设计要求时方可进行上坝填筑。 ②施工放线根据施工图纸逐层放出各区的分界线，并洒白灰线作出明显的标记，为保证边缘压实度、预留斜坡碾压沉陷量，上游坡面法线方向超填1.26m，下游坡面法线方向超填1.14m。为满足填筑强度要求，测量放线标示在单元填筑工作面范围以外。③铺料平仓自卸汽车运料至现场在填筑工作面的前沿（离端点2.00～3.00m处）卸料，采用进占法铺料，T220推土机推料摊铺平仓，仓面保证基本平整，平整度不超过5.00cm。坝壳卵砾石料铺筑分层厚度60.00cm，上下游每层水平宽度保证超填，以便保证填筑完成后碾压、削坡要求。坝壳卵砾石料与反滤料相接时，相邻层间做到界限分明，并做好接缝处的连接，防止层间产生过大的错动或混杂现象，在斜面上的横向接缝收成1：3.0的锯齿状斜坡。每一个工作面配备三位现场管理人员，负责进料指挥、保证进料质量、控制层厚、保护并及时移动标尺；各工作面配备足够数量的推土机及时推平工作面，以避免进料、铺料困难及窝工现象，填料之间的接头连接平整，非接头处注意收坡。块间的虚坡采取台阶式接坡方式或将接坡处未压实的虚坡石料挖除。④洒水坝壳卵砾石料填筑碾压时根据需要充分洒水，加水应在碾压开始前进行一次，然后边加水边压实，加水必须均匀、连续、不间断。⑤水平碾压坝壳卵砾石料大面采用YZ18J（18T）振动碾碾压，左右端与岸坡接头处、岸坡地形突变或坡度过陡的地方采用修整边坡使用振动碾碾压到位，其它局部狭小的边角部位采用HZR500型夯板碾压夯实。严禁无振碾压、欠碾、漏碾和过碾，工作面之间交接处进行搭接碾压，搭接宽度为1.00m。振动碾平行大坝轴线方向行走，采用进退错距法碾压，且在进退方向上依次延伸至每个单元，保证连续施工，每次错距30.00cm。每个工作面配备1台振动碾，振动碾的工作质量、频率、振幅应及时标定，满足高强度的填筑碾压施工需要。⑥削坡处理及斜坡碾压坝体填筑每上升3.00m，采用全站仪精确的测放点线，标示出每层坝体的削坡边线，然后再考虑30.00～50.00cm削坡体积后确定出实际施工的填筑轮廓线， 做好标记、打出界桩。在填筑施工中严格遵照标示的填筑控制边线进行施工。每层坝体填筑完成，再采用全站仪测放点线，定出该层坝体底面和顶面的设计边线并做出明显的标记，然后采用神刚210型液压反铲在专人指挥下进行削坡整平，局部在由人工辅以铁锹等进行削坡处理。经削坡处理后的坡面采用斜坡振动碾沿坡面方向顺坡进行碾压，碾压完毕后施工单位自检、监理工程师抽检。大坝填筑施工中对坡面及高程进行控制时，还应充分考虑大坝在施工过程中及完工后的坝体沉降影响，因此在填筑施工时应在施工详图规定的高程上加上沉降影响的超高体积。上下游土石大坝水上部分坝体的坡面修整采用机械为主，人工为辅的方式进行。削坡分层为坝壳卵砾石料填筑3.00m一层。配以全站仪在坡面上放出控制点并标出高程（高于设计边线10.00cm），采用白石灰等逐层标示出坝体预留沉降影响后的轮廓线。机械修坡指派专人指挥神刚210液压反铲沿坡面自下而上进行施工，严格控制超挖和欠挖；对局部边角部位及其它机械无法运行的部位采用人工配铁锹、锄头等进行修坡。修整后的边坡预留10.00cm厚的保护层，使碾压后的边坡满足设计轮廓尺寸。碾压后的坡面在垂直方向上不超出设计边线+5.00cm，深度超过15.00cm的凹坑，面积较小的采用坝壳料回填压实。经削坡处理后的边坡应力求平整顺直，无陡坎、无凹凸、无孔洞、无松散块体及其他杂物堆积。坝体上下游坡面碾压应分层、分块、分条带进行，大面采用10t斜坡振动碾进行压实，碾压方法：下行时静碾，上行时采用振动碾压，共碾压4～6遍，局部边角部位采用夯板等小型机械夯实。经压实后的边坡坡面必须平整顺直。坝体主堆石体填筑施工必须严格按照技术条款和有关规范进行组织施工，遵照规定的分层铺料厚度、碾压遍数、施工含水量等施工参数，分层碾压密实，确保填筑施工质量。4、土工试验在过程监控的作用通过填筑坝料碾压试验，确定坝体填筑各项施工参数和施工机具，作为现场施工依据。在填筑过程中，严格按照试验室提供的参数进行控制，确保大坝填筑质量。在填筑过程中严格控制各种料的铺筑厚度、材料粒径、含水量、渗透系数、相对密度、压实度。对颗粒级配分析，及时调整相应的施工参数。4.1单元划分根据现场施工条件，为保证现场施工质量和检测要求，以坝轴线每100m为一个单元。在施工过程中，为了减少单元之间的反搭接，一般工作面达到300m左右时再进行整体填筑。确保填筑质量。4.2填筑料压实度和相对密度的检测 现场压实度和相对密度的检测，每层每个单元进行检测，每个单元检测3个点。其中高塑性粘土和心墙料采用罐砂法和洒精燃烧法；坝壳料和上下游反滤料采用罐水法和室内烘干法。4.3颗粒级配分析根据设计要求，对心墙料和上下游反滤料每试验孔进行一次级配分析，然后再确定压实度和相对密度；而对坝壳料每30000m3取一组，但如果料场固料有明显变化时，应做相应的级配分析，然后及时调整压实度。以满足填筑质量。4.4渗透系数的检测高塑性粘土渗透试验采用变水头，制样干密度为1.828g/cm3（最大干密度为1.858g/cm3，压实度为98.4%）,渗透系数K20=2.79×10-8cm/s。施工中严格按照以上要求进行检测，如单元检测不合格时，找出原因，及时采取补救措施，直到合格为止。截止2021年，西藏直孔水电站发电已经快一年，然而整个心墙堆石坝防渗效果非常好，业主比较满意。5、结语通过西藏直孔水电站心墙堆石坝施工，得出以下结论：在海拔3000m以上的西藏，由于各种原材料的成本昂贵，四季气温相差较大，温差相差最大近50。C，对混凝土要求比较高的地方，大坝采用心墙堆石坝的方式，对施工要求也比较简单，具有一定的适应变象能力，对基础的地质条件降低，对材料可就地取材料，大大节约成本，降低了工程投资。对于在高海拔上施工具有其它结构型式无法取代的优越性，对下步开发西藏电力事业将起到十分重要意义。参考文献1《碾压式土石坝施工技术规范））SDJ213－83，中国水利部2、《西藏直孔水电站碎石土心墙堆石坝施工措施》，西藏直孔水电站大坝项目部作者简介：夏中伏(1965～),男,湖南望城人,中国水利水电第七工程局成都水电建设工程副总经理,高级工程师,长期施工技术及管理工作。郑方品（1975～）男，云南武信人，中国水利水电第七工程局成都水电建设工程，从事水电施工技术管理，助理工程师。吕文强（1980～）男，四川成都温江人，中国水利水电第七工程局成都水电建设工程，从事水电施工技术管理，助理工程师。宋崔蓉（1979～）女，四川梓潼人，中国水利水电第七工程局成都水电建设工程，从事水电施工技术管理，助理工程师。