超高混凝土面板堆石坝施工方案

1 工程概况

    某水利枢纽工程位于湖北省巴东县水布垭境内，上距恩施市117km，下距隔河岩水利枢纽92km，是清江梯级开发的龙头枢纽。水库总库容45.8亿m3，系多年调节水库，水库正常蓄水位400m，相应库容43.12亿m3，装机容量1600MW，是以发电、防洪为主，兼顾其他的水利枢纽。主要建筑物有：砼面板堆石坝、左岸河岸式溢洪道、右岸地下式电站和放空洞等。

水布垭砼面板堆石坝坝顶高程409m，坝轴线长660m，最大坝高233m，坝顶宽度12m，防浪墙顶高程410.4m，墙高5.4m。大坝上游坝坡1：1.4，下游平均坝坡1：1.4。坝体填筑分为七个填筑区，填筑总量（包括上游铺盖）共1563.74万m3。大坝分六期填筑，于2006年9月达到EL：405。

混凝土面板面积13.84万m2，面板厚0.3~1.1m，受压区面板宽为16m，受拉区宽为8m。趾板采用坝前设标准板，下接防渗板的结构形式，标准板宽6~8m，厚为0.6~1.2m，防渗板宽为4~12m，趾板与基岩间设有锚筋联结。周边缝止水结构在高程350m以下采用底、中、顶三道止水,高程350m以上设底、顶两道止水；面板垂直缝设底、顶两道止水。面板分三期浇筑，2005年1月至3月第一期面板浇至EL：276，2006年1月至3月第二期面板浇至EL：342，2007年1月至3月第三期面板浇至EL：405。2008年1月至4月完成防浪墙和大坝公路路面浇筑。

水布垭枢纽布置图见图1-1

图1-1    水利枢纽平面布置图

2 工程地质

2.1大坝工程地质

    大坝位于清江“S”型河段腰部，直线长约800m，流向NE30°。两侧岸坡高峻陡峭，高差约230m，呈不规则“V”字形，409m高程坝轴线处谷宽562m，左岸平均坡角52°，右岸为35°。

    河床覆盖层顶高程为193.0～197.0m，基岩顶面高程为182.0～188.0m，存在四个规模不大的凹槽；上游围堰至坝轴线附近，覆盖层厚度一般为12.0～14.42m，坝轴线以下厚度一般为7.0～11.8m。河床冲积物以砂卵砾石层为主，夹含砂砾漂石、块石层及含砂砾粉土、粉质粘土透镜体。

    坝址地层主要为二叠系茅口组和栖霞组地层，在左坝肩395～400m高程以上还有二叠系上统龙潭组地层分布。茅口组厚层至巨厚层灰岩坚硬完整，栖霞组岩层软硬相间，中厚层灰岩与炭泥质生物碎屑灰岩不等厚互层，其间多层面、多剪切带，龙潭组地层以页岩、硅质炭质页岩为主，岩石风化强烈。

    坝址河段内断层发育，主要有NNW、NNE、NE三组走向。规模较大的Ⅰ、Ⅱ类过江断层有13条。对趾板地基稳定及防渗帷幕可能产生重大不利影响的F1、F12、F13及以F14为代表左岸趾板断层密集带，顺断层发育有规模较大的岩溶洞穴；还有一些规模次之的包括F11、F115、F20、F50等断层延伸穿过部分主堆石区及次堆石区，对堆石区地基的稳定性有一定影响并可能形成局部渗漏通道。

2．2料场地质

    大坝填筑料料场为左岸公山包和右岸桥沟料场。两料场有用层均为茅口组厚层块状灰岩，属强岩溶化地层，地表和地下岩溶十分发育，以垂直发育和顺层发育为主要特征，垂直发育深度较大，窄缝状溶沟、溶槽内充填粘土较为密实，采剥具有较大的难度。

    桥沟料场已征地并剥离的区域可开采岩石量300万m3，公山包料场可开采量为600万m3。

3 施工布置

3．1施工管理、生活设施及辅助企业

安排左岸张家包和右岸顾家坪，为主要生活营地和三厂一库。公山包、桥沟料场设临时炸药库，野猫沟设油库和移动式地面站。

三友坪和桥沟各布置一套砂石系统提供混凝土骨料，大坝填筑垫层料由三友坪砂石系统制备。

左岸三友坪、大岩淌、野猫沟分别设置3XJ3-1.50、HZS90C和HZS50拌和系统，右岸桥沟设置HZS90C拌和系统。

左岸380m高程、右岸329m高程分别设置趾板灌浆施工集中制浆站。

3．2施工供水系统布置

永久供水系统为左岸长淌河水厂和三友坪水厂，供水主管铺至左右岸，施工用水在指定的主干网接口接供水管至用水点，以满足工程和生活用水需要。

3．2．1大坝填筑供水

大坝填筑施工采用坝外加水和坝内洒水相结合的方法，施工高峰期最大用水量约200m3/h。

前期填筑供水分别从上下游自建泵站抽取江水用于填筑加水；主管网投产后，将主管网水引至左岸380m、430m高程水池和右岸329m高程水池，再从水池引水至施工部位。自建泵站作为备用水源。

坝外采用固定加水站加水，每个加水站设水表，采用的2m长φ150花管给水，花管可随坝体的上升而拆移，用水表控制上坝15t、20t、32t运料自卸汽车加水量。坝外加水站在左岸布置四个、右岸布置三个，布置情况详见表3-1。

表3-1                                坝外加水站布置一览表

从左右岸水池引管沿趾板敷设供水管道，每隔40~50m设一个接口，再接支管至用水点，以保证大坝各施工时段用水。 

3．3施工供电

利用工区已建成10kV供电网路，架设现场施工用电线路，确保大坝基坑开挖回填、砼拌和系统、混凝土浇筑、基础处理等施工用电。

大坝填筑施工照明采用左右岸、坝轴线上下游方向安装氙灯集中照明。布设位置、高程随坝体填筑分期范围和上升高度而相应调整，满足现场需要。

3．4开挖供风系统布置

根据施工总体布置安排，设置5个集中供风站为建筑物开挖和坝料开采提供施工用风，其他零星部位用风采用移动式空压机供风。

3．5．1业主提供的交通条件

业主提供的主要施工道路有：左岸1#、3#、5#、7#、9#、11#、13#、15#、17#、19#道路；水布垭大桥；右岸2#、4#、6#、12#、14#、18#、20#道路，其中能用于直接上坝的道路左岸有3#、5#、7#、17#道路，右岸有2#、6#、12#、14#、18#道路。

3．5．2坝体填筑施工道路

    为满足大坝填筑高强度施工，在左岸利用已建的3#、5#、7#、17#四条道路，另修筑一座跨趾板钢珩架桥，两条临时施工道路，一条交通隧道；右岸利用已建的2#、6#、12#、14#、18#五条道路，另修筑三座跨趾板钢珩架桥，三条临时施工道路。

坝体内施工便道随着填筑体的上升，在填筑体坡面形成“之”字形临时运输道路。

施工道路详见图3-1。

图3-1    大坝填筑道路布置图

3.6 料源规划

水布垭大坝料源主要是利用建筑开挖利用料，约1140万m3。其中，左岸溢洪道建筑物开挖利用料约703万m3，占建筑物利用料的61.7%。其它料源从左右岸料场开采补充，大坝填筑和建筑物开挖料分期利用规划见表3-2。

4.1 主要工程项目

水布垭面板堆石坝大坝工程施工项目有：两岸岸坡清理、趾板及防渗板基础处理、电站引水渠二期开挖、右岸庙包滑移体开挖、大坝基础覆盖层开挖、大坝基础覆盖层强夯处理、面板坝坝体填筑、RCC围堰浇筑、趾板开挖及砼浇筑、面板砼浇筑、防浪墙及公路浇筑以及上下游围堰等工程施工项目。

4.2  工程量

    大坝工程、临时工程等项目的土建主要工程量见表4-1。

表4-1    大坝工程、临时工程等项目的土建主要工程量

大坝工程从2002年7月开始，2008年4月结束。主要控制性工期如下：

（1）上下游土石围堰2002年10月开始预进占，2002年10月下旬截流；2002年12月上旬完成防渗墙施工，围堰闭气，具备抽水条件；2002年11月～4月，完成上、下游土石围堰填筑、堰面过水保护、下游RCC围堰施工，2003年4月下旬拆除下游围堰。

（2）两岸坝肩2002年7月开始整修，围堰闭气前降至河床高程。2002年12月～2003年1月完成河床趾板、坝基开挖、清理和强夯处理。2004年12月完成右岸庙包滑移体和趾板基础开挖。

（3）2003年2月初开始坝体填筑，2003年4月底，除上游40~50米回填至200m高程外，其余均达到208m高程，具备过水度汛条件；2003年11月～2004年5月底，完成上游288m高程，下游218m高程以下部分坝体填筑具备挡水度汛条件；2006年1月前完成上游355m高程，下游340m高程以下部分填筑；2006年9月完成405m高程以下坝体填筑；坝前铺盖区和任意料在2005年3～5月、2005年11月至2006年4月完成。

（4）2003年2月～2005年4月完成三期趾板砼浇筑；2003年4月～2006年10月完成趾板帷幕灌浆；2005年1～3月浇筑高程276m以下面板，2006年1～3月浇筑高程276m～342m面板，2007年1～3月浇筑高程342m～405m面板；2007年12月～2008年3月浇筑坝顶防浪墙。

6 施工导截流

根据坝址处的地形地质条件、水文特征和枢纽总体布置，施工导流采用围堰一次拦断河床，隧洞导流，枯水期围堰挡水，汛期淹没基坑的方式。

    设上游土石过水围堰、下游低土石围堰和碾压砼过水围堰。枯水期由围堰挡水，导流洞过水，2003年汛期导流由导流洞、围堰和坝面过水；2004～2006年导流由坝体挡水，导流洞和放空洞联合泄流；2007年汛期导流由坝体挡水，放空洞、引水发电系统、溢洪道联合导流。施工导流标准见表6-1

表6-1                      水布垭工程施工导流标准表

7．1  坝肩整修

7．1．1 边坡保护和不稳定岩体的处理

（1）两岸坝肩及趾板开挖边坡上危岩体、悬空弧石等，影响大坝、趾板边坡施工安全，分别采用挖除、锚杆、喷护、预应力锚索等措施及时处理。

（2）岸坡高度大于2m的陡坎及反坡，采用机械配合人工将岸坡削成不陡于1∶0.3的坡，或用浆砌块石（回填砼）恢复顺坡。

7.1.2坝肩削坡

两岸坝坡削坡坝轴线以上部分修整为1：0.5顺坡，局部地段不小于1：0.3，坝轴线以下修整为1：0.3顺坡。对于根植层和腐质层采用人工配合机械清除。对于两岸坝坡的危岩体、较大孤岩以及设计要求进行处理的陡坡、反坡，采用爆破法开挖。

钻孔深度≤4.0m的开挖梯段或岩层，采用手风钻浅孔爆破；钻孔深度大于4.0m的开挖梯段或岩层，采取梯段微差爆破。

为保证边坡的完整性和平整度，坡面采用光面爆破和预裂爆破技术施工。孔径φ90105mm，预裂孔间距1.0~1.1m。，选用φ32~50mm乳化炸药，选用线装药密度300~360g/m。

7．2  趾板基础开挖

7.2.1基础开挖程序为：技术交底测量放样覆盖层开挖岩面清理下达爆破作业指导书边坡预裂爆破深孔梯段爆破水平保护层开挖斜坡光面爆破坡面清理基岩清理基岩验收。

7.2.2边坡预裂爆破

趾板内侧直立边坡预裂爆破，采用QZJ-100B型支架式钻机造孔，孔径φ8090mm，预裂孔间距0.9~1.0m。，选用φ32mm乳化炸药，经爆破效果和岩石级别调整线装药密度、孔底及孔口的装药密度，选用线装药密度260~280g/m，采用导爆索传爆，电力起爆方式。

7.2.3深孔梯段爆破

梯段高度控制在15米以内，底部预留2.02.5m基础保护层。选用露天液压钻机和CM-351高风压钻机造主爆孔，QZJ-100B支架式钻机造缓冲孔。采用大孔距、小抵抗线的布孔，主爆孔全耦合装药、缓冲孔延长药包装药，非电起爆网路电起爆方式爆破。

7.2.4斜坡面光面爆破

预留保护层采取斜坡光面爆破施工。斜坡面光爆孔选用QZJ-100B支架式钻机在搭设固定的斜面排架上造孔，孔距1.0m,φ32mm乳化炸药不耦合装药,线装药密度为250270g/m，导爆索传爆。

7.2.5水平保护层开挖

马道平台预留2.0m左右的基础保护层，进行水平光面爆破。孔径为φ105mm/φ42mm的光爆孔选用φ32mm/φ25mm乳化炸药，线装药密度分别为240260g/m、180220g/m，根据地质条件进行调整。采用导爆索传爆。

7.3  河床覆盖层的处理

7.3.1河床覆盖层开挖

河床覆盖层在趾板及其下游段135m范围内全部挖至基岩面设计高程；RCC围堰及其上游100m范围内全部清至基岩；中部清挖至新鲜砂砾石层；对右岸坝子沟附近洪积物及坝轴线上游夹含砂砾粉土、粉质粘土透镜体予以挖除。

7.3.2河床覆盖层强夯

河床覆盖层保留区，设计要求进行300吨米的强夯处理。在正式施工前先降低强夯区地下水位，进行强夯试验，强夯试验完成后，根据试验结果进行强夯处理。施工机械选用25t履带式起重机，配合夯锤进行夯击处理。夯锤为钢制圆形，底面为圆弧形，锤底直径2.0m。

7.3.2.1强夯处理要求

（1）砂砾石层夯后的干密度≥2.15kg/cm3；

（2）砂砾石层夯后的相对密度≥0.7；

（3）强夯最后两击相对夯沉量不大于5cm；

（4）强夯后地面最终夯沉量不小于表5-6控制值。

表7-1             地面最终夯沉量控制表

强夯处理施工工艺流程为：测量放线清基检测 平整放样夯击下一循环检验验收。

（1）测量放线  首先根据设计图纸要求，放出上下游边线桩号，并标识清楚。

（2）清基  采用人工配合反铲清除强夯范围内表层浮渣污物。

（3）检测  在强夯区域内，进行原状样颗粒分析、渗透、干密度和动力触探测试。 

（4）平整  表面用推土机整平，其平整度不超过±10cm。

（5）测量放样  在平整后的覆盖层表面布置夯点，夯点间距2.5m，排间交错成梅花型布置。

（6）夯击   间隔跳夯、逐渐加密进行点夯，然后用推土机整平，再满夯一遍。 

  ①夯区布点：确定夯击间排距4m×4m，梅花型Ⅰ、Ⅱ序点间隔布置并做好标记；

  ②夯击能：点夯300tm（20t夯锤提升15m高），满夯160tm（16t夯锤提升10m高）；

  ③夯击遍数：2遍（点夯一遍，满夯一遍）；

  ④单点击数：夯击8~10次，最后两次相对沉降量不大于5cm。

（7）检验  采用测量夯击沉量、钻孔旁压、超重型动探、探坑取样等手段对强夯效果进行了检测，了解河床砂卵石层在经过强夯处理后，其密实度、模量、承载力等参数变化。

（8）验收  强夯满足设计要求后，报监理工程师验收。

7.4坝基基础处理

（1）堆石坝岸坡基础分二次开挖，第一次开挖挖除覆盖层和松动的岩石。为避免在填筑石料前坝基发生软化、干裂和损坏，待大坝上升后，再进行第二次开挖，整修成设计的坡面形态。如若坝基局部部位表层出现软化等现象时，将其受影响的范围挖除。挖至设计开挖高程及边坡线后，清除基岩面上的松动岩块及有碍物。

（2）断层和夹层尽可能采用人工撬挖处理，局部需放炮开挖时，采用小炮爆破，减少对开挖线以外保留岩体的影响和扰动，坑槽内清除浮渣、充填物渣至设计规定的深度。

（3）大坝趾板下游覆盖层清挖范围内出露的断层，软弱夹层，均进行清理，人工清挖充填物，排除积水，坝体填筑之前回填反滤料、过渡料、并予以压实或

击实。

（4）溶洞、勘探洞采用砼回填，勘探孔采用砂浆回填。

（5）大坝岸坡溶蚀系统，采用回填砼施工，出口部位设置排水受将水引出坝外，洞内5m长度范围清理干净后，由洞内向洞外依次堆填砂、碎石、块石、并予以压实。

8 坝体填筑施工 

8．1 坝体填筑分区及工程量

坝体填料分七个主要填筑区，从上游至下游分别为盖重区（ⅠB）、粉细砂铺盖区（ⅠA）、垫层区（ⅡA包括小区垫层料ⅡAA）、过渡区（ⅢA）、主堆石区（ⅢB）、次堆石区（ⅢC）、下游堆石区（ⅢD）和下游坡面干砌块石。见图8-1。

图8-1  水布垭面板堆石坝大坝填筑分区图

大坝填筑总量为1563.74万m3，祥见表8-1。

表8-1                         大坝填筑分区工程量表 

8．2  填筑设计技术要求

由于工程枢纽各建筑物部位开挖量大，因此尽量利用其开挖料作为填筑料物，不足部分从石料场开采补充。根据坝体填筑的不同部位的填筑料要求不一，结合各建筑物基础开挖确定大坝填筑料主要来源及材料特性见表8-2。

表8-2                         大坝填筑料源及材料特性表

大坝

（1） 水布垭面板堆石坝坝高233m。其填筑技术要求和质量标准高。

（2） 坝体填筑量大、施工强度高。高峰时段平均强度45.75万m3/月，高峰强度达58万m3/月。

（3） 两岸坝坡陡峭，左岸平均坡角52°，局部地段几乎直立，施工道路布置困难，确保运输道路畅通是保证填筑强度的关键。

（4） 填筑料主要来源于左岸，给填筑物料平衡增加一定的困难。

（5） 坝体两岸地表、地下溶洞十分发育，断层破碎带密集，趾板坝基附近的岩溶出水点渗流量大，施工困难。 

（6） 右岸坝子沟等特殊部位及结合部的填筑量大、工序多，制约全断面填筑上升。

（7） 坝体第一期填筑开始时，由于趾板下游防渗板要进行固结灌浆施工，使趾板下游的小区料、垫层料不能及时填筑，增加了截流后第一个枯水期的施工难度。

8．4  坝体填筑的分期、工程量和施工时段

8．4．1  坝体填筑的分期原则

（1）满足坝体对各个时段渡汛和挡水面貌要求。

（2）填筑分期方案有利于减少坝体不均匀沉降。

（3）每期面板浇筑前，相应填筑体满足设计规定的高度要求。

（4）在满足上述要求的的前提下，各期填筑强度尽量均衡合理。

8．4．2  坝体填筑的分期

根据坝体填筑的分期原则，坝体填筑共分6期进行。 见图8-2

图8-2  水布垭大坝填筑分期图

   大坝填筑分期工程量、填筑时段及平均强度见表8-3。

表8-3                          大坝填筑分期工程量 

（1）Ⅰ期坝体填筑  

Ⅰ期坝体填筑先填筑坝体中部主堆石区和下游堆石区，上游侧预留45m宽条带,待该范围趾板和砼防渗板固结灌浆完成具备填筑条件时，再进行该部位的坝体填筑；下游随RCC围堰浇筑上升同步进行该部位的坝体填筑。填筑总量84.97万m3。平均强度27.15万m3/月。2003年4月30日全面完成Ⅰ期填筑及坝面的过流保护，具备坝体过流条件。

  （2）Ⅱ期坝体填筑

    2003年汛期过后，拆、清除坝面过流保护的钢筋笼块石及填筑面淤积物，开始Ⅱ期填筑。Ⅱ期填筑先从208m高程开始，重点填上游288m经济断面的填筑体。2004年5月31日，完成上游坝体经济断面填筑，具备挡200年一遇洪水条件。

    上游坝体经济断面填筑到288m高程，经济断面顶宽25m，下游坝体填筑分别上升到高程250m和高程218m，其中高程250m平台宽35m，下游边坡按1∶1.4控制。填筑总量280.77万m3，平均强度40.11万m3/月。

  （3）Ⅲ期坝体填筑

2004年6月至12月，下游坝体从高程220m全断面填筑到280m高程。具备2005年1月一期面板混凝土施工的条件。Ⅲ期填筑料主要是ⅢB、ⅢC、ⅢD区料，避开了垫层料、过渡料区的填筑工作，因此该时段填筑较简单，具备高强度填筑条件。平均强度45.75万m3/月，填筑总量320.28万m3，高峰强度58.08万m3/月。

  （4） Ⅳ期坝体填筑

    2005年1月1日至3月31日，大坝一期面板混凝土施工，同时进行下游坝体全断面填筑。到2005年10月底，上游先填筑宽度30m、355m高程的条带，下游年底填筑到340m高程，为上游斜坡面保护和二期面板施工准备提供工作面，增加填筑和面板砼浇筑之间的间隔期。该时段坝前铺盖的填筑施工于2005年3月1日至5月31日，完成高程225m以下的填筑，汛后开始继续进行坝前铺盖的填筑施工。施工期共12个月，填筑总量539.66万m3。平均强度44.97万m3/月，高峰强度58万m3/月。

   （5）Ⅴ期坝体填筑.

    2006年1月1日至3月31日，二期面板混凝土的施工，坝体从高程340m开始填筑。期间，下游坝体填筑上升到355m高程，坝前区留出30m宽的面板施工平台，下游坝体全断面继续填筑上升。面板浇筑完毕后，坝体全断面填筑，2006年9月填至防浪墙底版405m高程。2005年10月至次年1月31日，完成坝前铺盖的填筑施工。填筑总量266.24万m3，平均强度29.58万m3/月。

   （6）Ⅵ期坝体填筑

    坝体从高程405m填筑到409m高程。在坝顶防浪墙浇筑完成后，即进行该范围的填筑。施工期0.5个月，填筑工程量3.67万m3，平均强度7.34万m3/月。 

坝体填筑各分期、分区工程量及施工时段，详见表8-4。