琅琊山抽水蓄能电站上水库主坝填筑施工

潘福营, 史海峰

(中国水利水电第五工程局有限公司第一分局,四川 成都 610066)

1 工程概况

琅琊山抽水蓄能电站位于安徽省滁州市西南郊。电站总装机容量 600 MW,装机 4台。电站枢纽主要由上水库、水道系统、地下厂房系统及地面开关站等组成。电站上水库利用小狼洼、大狼洼和龙华寺等几道沟谷组成的洼地为库盆,在几道沟谷的出口汇合处和库区北岸最低分水岭垭口分别修建主、副坝各一座。主坝为钢筋混凝土面板堆石坝,副坝为混凝土重力坝。

上水库主坝坝顶高程 174.5 m,最大坝高 64.0 m,坝顶宽 8.5 m,坝顶长 668.061 m。主坝坝体上、下游坝坡坡比均为 1∶1.4,主坝坝体从上游到下游填筑料依次为:垫层料(2A)、过渡料(3A)、主堆石(3B)、次堆石(3C)、干砌石护坡(3D)。在主、次堆石区 114 m高程以下为坝基排水区(3F)。150 m高程以下面板上游面底部与趾板之间回填粘土和石渣保护层。面板以下的周边缝与过渡层间设特殊垫层(2B)。主坝结构见图 1。

2 坝体填筑设计技术指标和碾压施工参数

主坝总的填筑工程量为 114.17万 m3。其中大坝上游堆石料填筑 58.67万 m3,主要利用下水库出口明渠开挖料、上水库库区内 1#、2#料场开采料填筑;下游堆石料填筑 41.57万 m3,利用上水库进出水口引水渠开挖料填筑;过渡料填筑5.86万 m3,排水层填筑料 2.55万 m3,采用下水库出口明渠开挖料填筑;垫层填筑料 5.52万 m3,垫层料利用筛分系统的人工砂和小石子掺配而成。坝料填筑质量要求及碾压控制参数见表 1。

图 1 主坝坝体分区图

表1 坝料填筑质量要求及碾压控制参数表

3 坝体填筑施工

3.1 施工准备

对于用于坝体填筑部位的开采石料首先要进行爆破试验,爆破开采石料的级配需满足相应部位设计包络线的要求后才能正式进行爆破开挖。利用合格的爆破开采石料再进行填筑碾压试验,通过碾压试验确定各区料合理的铺料厚度、洒水量、碾压遍数、碾压机具、铺料方式等施工参数。

根据地形特点,在主坝左岸靠近库内料场侧的不同高程布置了两条施工道路,右岸靠近进出水口侧不同高程坝前沿和坝后各布置了一条施工道路。施工道路采用泥结碎石路面,路面宽度大于 8 m,施工道路在跨越趾板部位采用钢架桥形式。

3.2 填筑施工程序

主坝填筑施工程序见图 2。

图 2 主坝填筑施工程序框图

3.3 填筑施工方法

3.3.1 填筑料运输

所有进入坝区的填筑料均须满足不同填筑区填筑料的级配要求。从填筑料挖装开始直至运输到工作面的全过程必须对填筑料质量进行严格控制。料场配置质检人员对料源首先进行控制,对于主、次堆石料、排水层料、过渡层料在挖装中所发现的断层夹泥、风化料、树根等必须及时清除,不合格的料绝对不能上坝。坝面设专职质检人员和试验人员对填筑料进行质量控制。

垫层料采用人工砂石系统生产的粗破混合料和人工砂掺配而成,根据掺配比例分层摊铺掺拌。为确保其级配良好,在挖装时采取立面开采装车。

除垫层料、过渡层料由于条带宽度较窄而采用 10 t自卸车运输外,其它部位的填筑料均采用15 t、20 t自卸车运输上坝。运输过程中,不同填筑料的运输汽车设明显的标志,由专人管理,以防止填筑料混杂。尽量保证运输车辆相对固定且经常保持车厢、轮胎的清洁,防止将残留在车厢和轮胎上的泥土带进清洁的料源及填筑区。坝面上设调度人员专门指挥卸车,防止填筑料出现偏粗或偏细集中的现象。对坝面上出现的个别超径石挖运至坝体填筑区之外进行解小,从装车效率和质量看,有条件的料场应尽量配置大斗容的正铲,采用立面开采,对于料的级配控制和生产效率来说较反铲有很大好处。

3.3.2 卸料、铺料及洒水

(1)坝体分区和填筑顺序:对于堆石料的铺筑,根据坝面作业面积划分作业区域,分 2～3个作业区域进行流水铺筑作业。填筑前先用白灰洒出各区料的边线,先填次堆石、再填主堆石,然后填过渡层,最后填垫层,一层主、次堆石,两层过渡层和两层垫层平起作业。具体的填筑顺序为:主次堆石料填筑、碾压→主堆石料上游边线修整→过渡层料铺筑(为主堆石区铺筑厚度的一半)→过渡层料上游边线修整→垫层料铺筑(与过渡层料平)、碾压→过渡层料铺筑(与主堆石层面平)→过渡层料上游边线修整→垫层料铺筑(与过渡料平)、碾压→主堆石料填筑、碾压→……。施工过程中严禁大粒径料区侵占小粒径料区。对特殊垫层料采用人工铺设,超前垫层料一定高度即可。

(2)卸料及铺料方式:由于主、次堆石料粒径较大,为保证碾压作业平整,15 t、20 t自卸车卸料时采用进占法进行,即自卸车在未碾压的层面上行驶,卸料后采用 D85推土机及时平整,防止出现大块径石渣集中等级配分离现象而影响碾压效果及填筑质量。对过渡层料和垫层料采用10 t自卸车后退法沿坝轴线方向间隔卸料,即自卸车在已碾压的坝面上行驶,并使每一料堆相隔一定的距离,然后用反铲平料。

对于垫层料的铺筑,为确保其上游边线碾压密实,在铺筑时垫层料水平宽度超出其设计边线20 cm,同时,垫层料的外边沿应略高 5～10 cm,以确保振动碾的作业安全。

在铺料过程中,为准确控制填筑层厚,在已填筑的坝面上的不同部位设置若干层厚控制标杆,质检员应经常检查铺筑厚度,及时进行纠偏。

(3)填筑料洒水:冬季负温下进行填筑施工时,填筑料不进行洒水施工。其它阶段施工时,填筑料均须进行洒水施工。洒水主要在坝面进行,实际洒水量必须按照碾压试验确定的洒水量进行控制,结合气候因素、填筑料含水情况,可以对实际洒水量进行适当调整。

3.3.3 碾压施工

主、次堆石料、排水料、过渡层料、垫层料的水平碾压均采用碾压试验确定的振动碾型号和碾压遍数进行碾压,碾压顺坝轴线方向按进退错距法进行碾压。振动碾行进速度控制在 2 km/h左右碾压效果较好。

在垫层、过渡层、堆石各分区的交接带,碾压搭接宽度不小于 10～20 cm;在各区之内不小于50 cm。在靠近岸坡时,自行式振动碾可顺岸坡来回碾压,对于 18 t振动碾无法碾压到位的部位采用手扶式振动碾进行碾压夯实。对于上游垫层料,振动碾在保证安全的前提下应尽可能靠近上游边缘进行碾压,以确保垫层料上游边坡的压实效果。

3.3.4 特殊部位的施工

需作特殊填筑处理的部位有:放水底孔混凝土周边的碎石回填,垫层料、过渡层料与主堆石料衔接部位的填筑,坝内层间接缝部位的填筑,坝体与岸坡接坡部位的填筑以及坝内埋设观测仪器设备的周边回填等。

坝体内的观测仪器采用挖沟法进行埋设,在坝体填筑到仪器埋设高程 1 m以上时,用反铲开挖仪器埋设沟槽。仪器按照设计要求埋设完成后1 m范围内采用小型手扶式振动夯板进行夯实,填筑高度超过 1 m后振动碾才能进行振动碾压;对于放水底孔混凝土周边也以同样的方式进行处理。对于各区料接缝部位振动碾要骑缝加强碾压。为了保证主、次堆石料与岸坡接触密实,在主、次堆石料与岸坡接触 2 m范围内填筑过渡料,对于振动碾无法碾压的部位采用小型振动夯进行夯实。

3.3.5 坝坡处理

对于上游垫层料坝坡,坝体每填高 5 m左右反铲即进行一次削坡修整。削坡必须考虑斜坡碾压时的压缩量,削坡修整后的坡面线比设计线高出 5～8 cm(法向)。在采用反铲进行修坡时,先于坝坡面上纵横每隔 10 m打桩挂线,线与设计坡面平行并距设计坡面一定的距离。对于反铲削坡的控制底线,为垫层坡面设计线以上 10～15 cm,将反铲削下来的垫层料甩在填筑面上重新利用,最后人工挂线进行精修坡处理并达设计要求。

当斜坡长达 25 m时即进行一次坡面碾压砂浆施工。斜坡碾压设备采用 CAT320反铲做地锚,D85推土机牵引 YZ10L斜坡碾上下碾压。在人工修整坡面完成后,先分区分片从坝的一侧向另一侧对垫层坡面进行洒水湿润,喷水湿润坡面厚度以 15 cm为宜。洒水喷枪带莲蓬头,使水呈小雨雾状,以避免坡面形成流水冲蚀垫层坡面。开始时上下无振静压 4遍,然后振碾 8遍(具体参数根据碾压试验确定的选用),斜坡碾在振碾过程中,按“上振下不振”的方式进行,上下坡来回一次为一遍。斜坡碾错位后,其振动碾碾迹搭接宽度不小于 100～200 mm。

下游坡面的修整用反铲每填筑 2 m左右即进行一次削坡,坝坡修整完成后反铲配合送一些砌筑块石到坡面,这样做既可以保证砌筑石料的质量,同时亦可减少砌筑石块的翻滚对坡面砌筑人员的威胁。

4 质量控制

4.1 质量控制要求

坝体填筑质量控制首先从料源进行,料场安排专职质检人员对各种料源进行质量控制,不合格的料绝对不能上坝,超径石尽量在料场处理好。同时在坝面安排质检人员控制碾压施工参数,严格按照碾压试验确定的施工参数进行施工。按照设计要求进行的坝料压实检测项目和取样次数见表2。

试验人员按照设计和规范要求的项目和频率进行取样检测。监理工程师实行全过程跟踪,每次抽检的数量根据实际的填筑情况由监理工程师在现场确定。试验检测主要采用挖坑灌水法,渗透系数采用双环注水法进行检测。

4.2 质量检测结果

统计后的本工程试验检测结果汇总见表 3。

表2 坝料压实检测项目和取样次数表

表3 大坝填筑料现场检测试验成果汇总表

从以上各数据统计分析表中可以看到,各填筑区的主要施工指标(如干密度、孔隙率、渗透系数)均达到设计要求。

坝体内部埋设的变形监测仪器的观测数据显示,坝体最大累积沉降量为 184 mm,沉降值约为坝高的 0.3%,沉降量较小,说明坝体填筑密实度高,填筑质量良好。

5 结 语

琅琊山抽水蓄能电站上水库面板堆石坝填筑施工结果表明,以下几点对于填筑施工质量控制是有利的。

(1)对于料场装车,有条件时应尽量利用大斗容的正铲进行立面开采,这样做对于填筑料的级配控制有利。

(2)垫层料采用后退法堆料和反铲铺料相结合的方式,对于减少垫层料的浪费和施工质量以及安全有利。

(3)对于碾压质量来说,严格控制振动碾的行走速度比增加碾压遍数更有效。

(4)对于干砌石护坡应配置应足够的砌筑人员,及时跟进坝体填筑面,对于砌筑人员的安全和保证砌筑石块的质量大有好处。