洪家渡混凝土面板堆石坝的施工设计
1、工程概况
洪家渡水电站大坝为混凝土面板堆石坝,坝高179.5 m,坝顶长427.79 m,宽高比为2.38,属狭窄河床高面板堆石坝。其余枢纽建筑物均集中布置在左岸。右岸坝体上、下游分布2个石料场,其底部高程与坝顶高程相近,距坝体水平距离100~150 m.坝址处河谷断面为不对称“V”形,左岸陡峭,为70°~80°的灰岩陡壁,高差300 m左右。右岸相对较缓,为35°~45°的坡地。
工程计划于2001年10月15日截流,2004年4月1日下闸蓄水,2004年10月1日第1台机组发电,2005年9月30日完建。总工期为5年9个月,其中第1台机组发电工期为4年9个月。
2、坝肩开挖
坝肩及坝基开挖工程量大,地形地质条件复杂,其中左坝肩陡峻,开挖边坡高达300 m,为工程施工关键项目之一。开挖施工要尽量石渣落入河床,阻塞河道,另一方面又要求截流前尽可能开挖到河床水位附近,以保证直线工期。左岸坝肩开挖必须通过泄洪洞、引水洞等建筑物进口,施工干扰较大。
2.1 施工布置
左岸开挖结合泄洪、发电引水系统进口开挖统一布置开挖公路,分高程布置了1 087.5 m公路、1 117.5 m公路、1 147.5 m公路、1 227.5 m公路,路基宽8 m,泥结石路面。另外在陡壁上游斜坡1 030 m高程布置了一条4号支洞,直通陡壁1 030 m高程,在4号支洞出口至下游地面厂房1 000 m高程布置一层截渣公路,宽15~30 m,可拦截部分下河床石渣。
右岸开挖公路结合天生桥、卡拉寨两石料场上坝填筑道路进行布置,在高程1 147.5、1 097、1 050、996 m布置了4层开挖公路。其中996 m公路是由进厂交通洞接3号施工支洞以交通洞的形式避开发电厂房基坑,通到上游围堰。
2.2 开挖方法及进度安排
左岸坝肩开挖由分岔支线公路进入开挖面,分别在1 250、1 175 m高程分上、下游两区同时施工,采用边坡预裂、15 m一层台阶微差挤压爆破开挖。为减少石渣下河,爆破作业掌子面尽量垂直河床布置,靠陡壁边缘部分预留岩坎最后爆除。工作面石渣采用4 m3挖掘机、2~5 m3反铲装20~32 t自卸汽车出渣。下河石渣在1 030 m高程截渣平台及河床用反铲及时清除。边坡支护与开挖平行作业。2000年5月开工,2001年10月底完成1 010 m高程以上开挖 ,历时18个月,完成石方明挖98万m3,平均开挖强度5.4万m3/月。
右岸坝肩开挖采取自上而下6~15 m一层台阶开挖。工期安排与左岸坝肩同时开工,截流前要求挖到996 m高程,历时18个月,完成石方明挖34.04万m3,覆盖层17.31万m3,平均开挖强度2.9万m3/月。
3、坝体填筑
3.1 上坝运输方式
坝体填筑着重研究了自卸汽车直接运输上坝和移动式斜坡车联合运输上坝2个方案。
(1)自卸汽车直接运输上坝方案。这种方案具有简单、安全和可靠的特点,被广泛用于面板堆石坝的施工中,在宽阔河床中它可以达到很高的运输强度。但是,对于位于狭窄河床的洪家渡工程,很难布置45 t级自卸汽车行驶的施工道路,因此选用32 t自卸汽车作为坝料的主要运输设备。道路标准为路面宽10 m,平均纵坡6%~7%(个别路段10%~12%),最小转弯半径15 m.
(2)移动式斜坡车联合运输上坝方案。移动式斜坡车联合运输系统由两组轨道构成,每组轨道上分别有移动式斜坡车通过钢丝绳和滑轮与卷扬机连接。系统工作时重车就位于斜坡轨道的上平台,靠重力随斜坡车一同下滑,同时位于另一轨道上的空车将被拉至上平台,斜坡车的制动和速度由电动机控制。轨道坡度与地形坡度基本相同,伸入坝体的轨道将埋在坝内,底部端头使用移动平台,系统工作时此平台与轨道固定在一起,随着坝体的上升而上升,斜坡车下行的最低位置由钢丝绳控制。用32 t自卸汽车作载体,上平台高程1 147 m,下平台位于坝体内,最低高程990 m,最大高差为157 m,斜坡道最大长度320 m,斜坡车的加速度将限制在0.1~0.2 m/s2,制动加速度将限制在0.11~0.174 m
由于自卸汽车直接运输的运距在3~3.5 km之内,属于经济运距范围,其临建设施投资较少,斜坡道运输方案的临建工程量和营运费用则相对较高。因而,最终推荐自卸汽车直接上坝方案。
3.2 坝体填筑分期
坝体分期主要满足坝体施工安全、坝体渡汛方式、提前发电、坝体均匀上升等要求。
坝体渡汛的最优方式是坝体在截流后的第1个枯期填筑到安全渡汛水位,坝体不过流,靠临时断面挡水。洪家渡面板堆石坝体采用断流围堰隧洞导流方式,围堰导流标准为枯期十年一遇洪水,而渡汛标准(库水位≥1亿m3时)为频率P=1%洪水,相应水位1 021.7 m高程。因此,确定截流后2002年5月底前坝体第Ⅰ期填筑要求达到1 023 m高程。
后期导流洞封堵后按P=0.2%洪水度汛,坝前最高水位到1 098 m高程,要求封堵导流洞后汛前坝体临时断面要在1 098 m高程以上,考虑到高水位用堆石挡水存在的风险,1 100 m高程以下面板也要求完成。因此确定1 102 m高程为坝体分期的一个界线,此高程同时可满足首台机发电水位要求。
狭窄河谷上坝强度有限,主要通过临时断面来满足以上2个重要分期高程,其余分期在此基础上以方便施工、满足坝体均匀上升、保证施工质量等要求进行划分。
3.3 面板分期
面板分期原则:①安排在气温较低的枯水期施工,且面板施工时相应坝体应自然沉陷3个月以上,最好经历一个汛期;②施工工程量不宜过大,保证面板施工不占直线工期;③尽量使坝体提前挡水发电,提高经济效益;④避免靠较高的填筑堆石体挡水渡汛引起的风险;⑤面板上游的防渗粘土、保护石渣(填筑高程1 030 m)须在围堰保护下施工,并应有足够的施工时间。
按以上原则面板分三期施工,一期面板为1 031 m高程,要求相应堆石为1 033 m高程,二期面板为1 100 m高程、相应堆石为1 102 m高程,三期面板到1 142.7 m高程。
3.4 上坝道路布置
洪家渡水电站坝址处河谷狭窄,只能在截流、基坑基本开挖完成后才能进行填筑。坝体填筑料源分散,垫层料加工点、过渡料堆放点、保护石渣、部分次堆石料均位于左岸上游小冲堆渣场,须从左岸上坝;其余主、次堆石料由天生桥、卡拉寨两个石料场及下游右岸王家渡堆渣场从右岸上坝。道路布置的原则是不论料源在上游还是下游均采用从下游上坝方式,且能控制整个坝体的填筑施工。按此要求,左岸上游布置了3层交通洞,即通到坝体内部1 030 m高程的4号支洞、通到坝后1 055 m高程的5号支洞、通到坝顶1 147.5 m高程的上坝交通洞;右岸布置了高程为996、1 032、1 050、1 097、1 147.5 m的5层公路。按此布置结合坝内、坝后公路即可满足坝体填筑要求。
3.5 施工强度与工期
影响施工强度的主要因素为:运输强度、坝面作业强度、料场开采强度。
(1)运输强度。上坝道路标准为三级,混凝土路面,路宽10 m,最大纵坡12%,双车道交通洞断面10 m×8 m、单行洞6 m×6 m,通行能力按昼夜2 000对车考虑,32 t自卸汽车高峰日强度可达3.2万m3,高峰强度可达72万m3/月。
(2)坝面作业强度。采用机械化流水作业,通过合理的机械设备配置、坝面分区及高效的组织管理,坝面作业强度一般应大于运输强度。
(3)料场开采强度。由地质地形条件和开采工作面大小决定。两堆石料场距大坝水平距离仅100~150 m,且卡拉寨料场下游又紧靠1号塌滑体,料场开采必须考虑对塌滑体的爆破震动影响;两石料场地形坡度25°~35°,岩层倾向与地表基本一致,倾角略小于地表坡角 ,为顺向坡;开挖岩层中存在软弱夹层,要求开挖过程中要对边坡进行支护处理;开挖工作面宽度300~400 m,平均厚度40~60 m.综合上述因素,按合理的机械设备配置、爆破装药量控制等因素计算得出料场开挖强度为30~40万m3/月。因此,决定洪家渡水电站坝体填筑强度的主要因素为料场开采强度。按照洪家渡水电站2004年9月发电的工期要求,确定平均施工强度要求达到30万m3/月。
4、坝体填筑分期安排
洪家渡水电站坝体填筑设计分七期,面板施工分三期,填筑总历时31.5月,平均填筑强度29万m3/月,高峰填筑强度33.7万m3/月,设计坝体填筑分期见图1、表1.
5、结语
洪家渡水电站于2000年11月8
(1)峡谷地区堆石坝陡峭坝肩开挖石渣下河床一直是难于解决的问题,为减少石渣下河床往往采用预留岩坎开挖,最后岩坎一次爆破的方案。该方案应仔细斟酌使用,陡峭坝肩边缘往往岩石风化、裂隙发育,岩坎不一定留得住,留住后的岩坎爆后大块率较高,使得河床清渣难度加大。