卡拉貝利水利樞紐工程壩體填筑優(yōu)化設(shè)計(jì)

李鵬，李召朋

(中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，西安710065)

摘要：新疆卡拉貝利水利樞紐工程因泄洪排沙放空洞工程工期滯后一年多，對(duì)工程截流及后續(xù)壩體施工項(xiàng)目進(jìn)度產(chǎn)生了重大影響。通過(guò)壩體填筑方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅使壩體度汛、壩體填筑及蓄水目標(biāo)能夠按照原定進(jìn)度實(shí)現(xiàn)，還節(jié)省了工程投資，得到了建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位的一致認(rèn)可，為土石壩工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：卡拉貝利水利樞紐工程；壩體填筑；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TV641.4+3

Optimized Design of Kala Beili Water Conservancy Project Dam Filling

LI Peng, LI Zhao-peng

(SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.,Ltd.,Xi’an710065,China)

Abstract：Construction duration of Xinjiang Kala Beili water conservancy project was delayed for more than one year due to flood discharge, desilting and emptying tunnel works, thereby seriously affecting the progress of work closure and subsequent dam construction works. By optimal design of dam filling plan, objectives of dam flood-passing, dam filling and water accumulation can be realized according to original schedule, in addition project investment can also be saved, which is consistently recognized by construction unit and design unit, thereby accumulating experience for embankment dam project construction.

Keywords：Kala Beili water conservancy project； dam filling; optimal design

1工程概況

卡拉貝利水利樞紐工程位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)75°15′、北緯39°35′，東距喀什市165km，北距烏恰縣城70km，距阿圖什市204km、距烏魯木齊市1606km。工程等別為Ⅱ等，工程規(guī)模為大(2)型。

大壩采用50年超越概率2%的地震動(dòng)參數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)基巖水平向地震動(dòng)峰值加速度為375.1gal；大壩以外的其他建筑物的抗震設(shè)防烈度同基本烈度，地震動(dòng)峰值加速度為0.3g。

大壩為鋼筋混凝土面板砂礫石壩，壩頂高程為1775.50m，最大壩高92.5m，壩長(zhǎng)760.7m，壩頂寬12m，為1級(jí)建筑物。上游壩坡1∶1.7，下游壩坡1∶1.8，在下游坡設(shè)10m寬、縱坡為6%的“之”字形上壩公路(混凝土路面)。土石方開挖總量為108.94萬(wàn)m3，壩體總填筑量約760萬(wàn)m3。

2原填筑方案及工期要求

與傳統(tǒng)面板堆石壩施工方案一樣，卡拉貝利壩體填筑原計(jì)劃工程初期采用上、下游枯期圍堰一次截?cái)嗨鲹跛?號(hào)泄洪排沙放空洞泄流；后期導(dǎo)流由壩體臨時(shí)斷面擋水，1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙放空洞聯(lián)合泄流；然后進(jìn)行大壩基坑開挖、趾板混凝土澆筑、大壩壩體自上而下全斷面填筑、鋼筋混凝土面板澆筑的方案。原計(jì)劃工期如下：

a. 2014年6月15日完成1號(hào)泄洪洞洞身混凝土施工，2014年6月30日完成2號(hào)泄洪洞洞身混凝土施工，2014年7月底具備通水條件。

b. 2014年9月下旬河道截流，至2015年5月下旬，采用枯期導(dǎo)流方式，上、下游圍堰擋水，1號(hào)泄洪排沙放空洞泄流，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)采用枯水期10年一遇(10月～次年5月)，相應(yīng)洪峰流量363.9m3/s，上游最高洪水位1709.28m，1號(hào)泄洪排沙放空洞最大下泄流量為304.79m3/s，上游圍堰堰頂高程1712.00m。

c.壩體臨時(shí)斷面度汛標(biāo)準(zhǔn)。2016年汛期(6月1日～8月31日)采用壩體臨時(shí)斷面擋水度汛，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，相應(yīng)洪峰流量2310m3/s，由1號(hào)、2號(hào)泄洪排沙放空洞泄洪，壩前最高洪水位1732.23m，要求2016年5月31日前壩體臨時(shí)斷面最低填筑至1736.00m高程，具備擋水度汛條件。

d. 2016年12月31日之前壩體全斷面填至1773.00m高程。

e. 2017年4月30日之前完成一期面板澆筑，高程為1738.00m。

f. 2016年12月31日之前壩體全斷面填至1773.00m高程。

g. 2017年8月31日之前大壩具備蓄水條件。

3壩體填筑優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

目前，由于其他原因，預(yù)計(jì)在2015年8月底泄洪排沙放空洞具備通水條件，與計(jì)劃工期相比滯后13個(gè)月之多，因此對(duì)工程截流及后續(xù)壩體施工項(xiàng)目產(chǎn)生了重大影響。而建設(shè)單位要求2017年8月31日前大壩具備蓄水條件的目標(biāo)不變，因此，對(duì)于原壩體填筑施工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。

經(jīng)計(jì)算，按照目前進(jìn)度進(jìn)行施工，若要實(shí)現(xiàn)2016年1736.00m高程度汛及2016年12月底之前壩體全斷面填至1773.00m高程目標(biāo)，在1736.00m高程以下壩體填筑月平均強(qiáng)度為63萬(wàn)m3，月最大強(qiáng)度為76萬(wàn)m3，而之后壩體填筑月平均強(qiáng)度為30.38萬(wàn)m3，月最大強(qiáng)度為36.45萬(wàn)m3，壩體填筑極不均衡，難以完成，且在資源配置上造成極大浪費(fèi)。

經(jīng)對(duì)施工圖紙和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析，卡拉貝利樞紐壩址區(qū)河谷屬較寬的“U”形谷，谷底寬300～500m，谷底高程1694.00～1697.00m，現(xiàn)代河床寬250～300m，河流擺動(dòng)性大，河心灘發(fā)育，兩岸地形不對(duì)稱。左岸坡在壩軸線附近形成凸岸狀；河床右岸約460m發(fā)育Ⅰ、Ⅲ～Ⅴ級(jí)基座階地，呈階梯狀分布。

基于這一特點(diǎn)，經(jīng)研究該工程采用分期導(dǎo)流、左右岸壩體分區(qū)分期填筑方案，具體如下：

a. 2014年8月修筑一期縱向圍堰擋水，束窄河床泄流，進(jìn)行一期右岸至0+453趾板開挖、混凝土澆筑(包括灌漿)、1736.00m高程以下壩體填筑。

b. 2015年9月下旬進(jìn)行主河床截流，由二期上、下游枯期圍堰擋水，1號(hào)泄洪排沙放空洞泄流，再進(jìn)行河床段趾板基礎(chǔ)開挖、混凝土澆筑，2015年11月開始左岸1735.00m高程以下Ⅱ期壩體填筑，以確保2016年壩體小斷面度汛、2017年壩體一期面板度汛的目標(biāo)。

c. 2016年6月前壩體左、右岸全斷面均衡填筑上升，2016年12月31日之前壩體全斷面填至1773.00m高程，見圖1。

圖1　左右岸壩體分區(qū)分期填筑

4優(yōu)化方案可行性分析

4.1壩體橫向接縫技術(shù)分析

左右岸分期分區(qū)填筑后，左岸階地壩體一期填筑1683.00～1736.00m高程區(qū)，使壩體形成橫向接縫。針對(duì)這一問(wèn)題，為了控制壩體填筑質(zhì)量，施工時(shí)壩體一期填筑與二期填筑結(jié)合邊坡采用1∶3.0，收坡采用臺(tái)階法施工，臺(tái)階寬度不小于1.0m，二期填筑接坡處時(shí)，削坡至合格面后鋪料，并使振動(dòng)碾緊貼接坡面碾壓，見圖2。

圖2　壩體橫向分期填筑臺(tái)階法收坡施工

4.2施工強(qiáng)度分析

4.2.1右岸一期施工強(qiáng)度分析

壩體右岸一期填筑區(qū)全斷面填筑至1736.00m高程，壩體分期樁號(hào)為0+453，縱向坡比為1∶3，各類壩料填筑總量為172萬(wàn)m3；該期壩體填筑可分2序：1序?yàn)楹哟仓喊鍧仓瓿珊筮M(jìn)行墊層料及上游段開挖槽坑的填補(bǔ)，與下游原河床填平；2序?yàn)楹哟惨陨喜课惶钪珨嗝嫣钪?736.00m高程。填筑自2015年5月1日開始，至2015年9月30日結(jié)束，平均月填筑強(qiáng)度為34.3萬(wàn)m3。經(jīng)分析，右岸一期填筑可以降低壩體填筑的峰值，不占主線工期，與以往工程相比填筑強(qiáng)度適中。

4.2.2左岸主河床截流后施工強(qiáng)度分析

左岸主河床截流后，影響壩體填筑的主要施工項(xiàng)目?jī)?nèi)容及程序?yàn)椋憾谏?、下游圍堰填筑→左?697.00m高程常水位以下河床段趾板開挖→左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土澆筑→左岸二期1736.00m高程以下壩體填筑→大壩1736.00～1773.00m高程填筑。

4.2.2.1二期上、下游圍堰填筑施工強(qiáng)度分析

根據(jù)優(yōu)化后的方案，該工程主河床截流擬在2015年9月下旬進(jìn)行，二期上、下游圍堰在截流戧堤閉氣后進(jìn)行施工，上、下游圍堰為土石圍堰，基礎(chǔ)采用高壓旋噴灌漿防滲，主要工程量為土石方填筑約18.15萬(wàn)m3，其中高壓旋噴灌漿防滲平臺(tái)以下圍堰填筑7.7萬(wàn)m3、高壓旋噴灌漿4448m。

圍堰填筑料運(yùn)距約為1.5km，施工資源結(jié)合壩體填筑配備2m3液壓反鏟6臺(tái)、20t自卸汽車30輛，高壓旋噴灌漿采用2臺(tái)SM400跟管鉆機(jī)造孔，高壓旋噴灌漿防滲平臺(tái)以下圍堰填筑及防滲施工可在1個(gè)月內(nèi)完成，即可在2015年10月20日前完工。

4.2.2.2左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板開挖施工強(qiáng)度分析

左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板開挖工程量為31.61萬(wàn)m3，其中石方開挖約10.65萬(wàn)m3，該部位可在主河床截流戧堤閉氣與基坑初期抽水完成后進(jìn)行，即從2015年9月底開始、11月初結(jié)束，歷時(shí)38d。

根據(jù)招標(biāo)文件，趾板開挖料可用于壩體下游次堆石區(qū)填筑，運(yùn)距約0.5km，配備LM-500C鉆機(jī)2臺(tái)、2.0m3液壓反鏟8臺(tái)、20t自卸汽車25輛，即可滿足施工要求。

4.2.2.3左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土澆筑

左岸1697.00m高程常水位以下河床段趾板混凝土澆筑樁號(hào)為趾0+178.38～趾0+409.77，長(zhǎng)231.39m，混凝土澆筑總量為2295m3。施工時(shí)段擬定為2015年11月11日～12月10日。

河床段趾板混凝土采用分塊“跳倉(cāng)法”澆筑，混凝土采用拌和站集中拌制，運(yùn)輸主要采用8m3混凝土罐車運(yùn)輸，皮帶機(jī)入倉(cāng)，用φ70、φ50軟軸振搗器人工振搗，鋼筋在加工廠集中加工制作，10t載重汽車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，人工焊接安裝。

4.2.2.4左岸二期1736.00m高程以下壩體填筑

壩體左岸二期填筑區(qū)填筑至1736.00m高程的填筑工程量為341.23萬(wàn)m3。填筑時(shí)段擬為2015年10月1日～2016年5月31日，平均月填筑強(qiáng)度為42.12萬(wàn)m3，最大月強(qiáng)度48.44萬(wàn)m3。

考慮上游壩前趾板開挖及混凝土施工，該期壩體填筑分3序： 1序?yàn)樯嫌沃喊鍧仓埃灾喊寮皦|層槽坑預(yù)留30m下游部位填筑，填筑至1708.00m高程；2序在河床趾板澆筑完成后進(jìn)行上游預(yù)留段的填補(bǔ)，填筑至1708.00m高程；3序?yàn)?708.00～1736.00m高程壩體填筑。

壩體填筑料綜合運(yùn)距約3km，配備2m3液壓反鏟12臺(tái)、20t自卸汽車76輛、22t與26t自行式振動(dòng)碾各2臺(tái)，即可滿足施工要求。

4.2.2.5大壩1736.00～1773.00m高程填筑

大壩1736.00～1773.00m高程填筑為壩體左、右兩岸全斷面填筑，工程量為216.69萬(wàn)m3。填筑時(shí)段為2015年7月16日～2016年12月31日，平均月填筑強(qiáng)度為30.38萬(wàn)m3，最大月強(qiáng)度36.45萬(wàn)m3。設(shè)備資源配置參照左岸二期1736.00m高程以下壩體填筑。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析，卡拉貝利樞紐工程實(shí)施左、右岸壩體分區(qū)分期填筑，能在導(dǎo)流分流建筑物工期滯后的情況下，滿足2016年度汛目標(biāo)，壩體填筑能夠按照原定進(jìn)度目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，使工程早日實(shí)現(xiàn)興利蓄水，造福南疆。經(jīng)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位溝通，均認(rèn)為優(yōu)化后的施工方案切實(shí)可行，符合《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DL/T 5129—2001)的施工要求，同意按該優(yōu)化后的方案實(shí)施。

同時(shí)在分析該方案時(shí)也體會(huì)到：國(guó)內(nèi)在70m以上高土石壩施工中，沿水流方向上壩內(nèi)橫向分縫很少，在瀝青心墻土石壩、黏土心墻土石壩施工中更是少之又少。而卡拉貝利樞紐工程以其面板堆石壩的壩型優(yōu)點(diǎn)、壩址區(qū)較寬的“U”形河谷地形優(yōu)勢(shì)得以實(shí)施，為今后類似土石壩工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。