嘉陵江草街航电枢纽厂房及冲沙闸工程围堰施工技术

王成远，熊惠，刘振山

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

1 工程概况

重庆嘉陵江草街航电枢纽主体工程采用分两期导流施工，本标段工程为一期，施工时段为全年，导流标准采用20 a一遇，相应流量为41 100 m3/s。本工程围堰为临时建筑物，等级4级，根据合同要求于2009年1月31日前拆除。虽然为临时工程，但由于草街位于三江交汇（涪江、嘉陵江、渠江），水位陡涨陡落，因此土石围堰按碾压土石坝进行设计，结构形式为土质防渗体分区坝。上游围堰最大高度48 m，堰顶高程212.0 m；下游围堰最大高度39.5m，堰顶高程209.5m。坝顶宽6m，迎水面设计坡比为1∶2.5（196.0 m高程以下）和1∶2.25（196.0 m高程以上），背水面设计坡比为1∶2.0。并设二至三级马道，马道宽度皆为2 m。坝体标准剖面结构自上游至下游依次为：干砌块石护坡、砂砾石垫层料、堆石区、过渡层、复合土工膜、黏土防渗心墙、反滤层、过渡层、堆石区，背水面坡脚设置排水棱体。坝体总填筑方量为238.6万m3，坝体结构见图1[1]。

围堰工程于2006年12月30日正式进行坝体填筑，至2007年7月坝体填筑全部完成，共计6个多月填筑238.6万m3，平均填筑强度为39.77万m3/月，坝体升高48m。

2 围堰填料设计参数及取料规划

围堰填筑料分为黏土心墙防渗料、反滤料、过渡料、堆石料、表面护坡及垫层过渡料等，详见表1。

图1 围堰典型断面图Fig.1 Typical cross-section of the cofferdam

表1 围堰填筑料设计参数表Table 1 Design parameter of cofferdam fillingmaterials

基坑强风化料不能用于堰体填筑，必须考虑从外部运进堆石料；基坑强风化层挖除后，基坑料可直接上堰填筑。堰体填筑各种物料要求和规划如表1。

3 施工道路布置

坝料运输采用重型自卸汽车，机械化程度高，故要求各施工道路畅通，而且施工道路的布置既要经济合理，又要满足车辆流量强度的要求。除场外道路外，场内填筑施工所用工程道路结合基坑开挖道路进行布置。填筑施工共分为4个阶段，各阶段道路根据填筑情况做相应布置[2]。

4 生产性试验

根据围堰土石混合料所使用的填筑土石料特性、铺层厚度、进料方式、平料方式、碾压遍数，力求得到最佳压实效果，以满足设计要求的最大干容重、压实度等。通过试验，得出最佳组合结果。工地现场碾压试验共进行了2次。第1次试验共36个组合，除了确定含水量、铺料厚度、碾压遍数等施工参数外，还验证了碾压机具、土料压实情况、层间结合情况等工艺是否可行。通过第1次试验基本确定了施工含水量、铺料厚度和碾压遍数的合理组合。但由于芯墙土料含水量较大，且受到重庆气候的影响无法翻晒，在碾压过程中反弹现象明显，因此，针对芯墙土料又进行了第2次实验。根据碾压试验各种物料的碾压参数及控制指标见表2。

表2 各填筑料的碾压参数Table 2 Rolling parameter ofevery fillingmaterial

5 围堰填筑施工

5.1 填筑分区及填筑程序

围堰填筑分3大块进行施工，分别为上游堆石区、下游堆石区和防渗区，防渗区包括黏土心墙区、反滤料区和过渡料区。均沿围堰轴线方向按铺料、碾压、质检顺序分为3个施工区；施工过程中反滤料和过渡料Ⅰ区合并为一个施工区施工，以保证碾压宽度。

填筑程序见图2。

图2 围堰填筑程序Fig.2 Procedure of filling cofferdam

5.2 填筑方法

5.2.1 黏土心墙施工

黏土心墙布置在围堰中心，顶宽3 m，上下游边坡坡比为1∶0.15。根据碾压试验确定每层压实厚度为30 cm，松铺系数为1.27，故每层铺料厚度控制为38 cm，施工时按铺料、碾压、质检沿轴线方向分为3块，循环作业。为防止自卸汽车对心墙产生剪切破坏，黏土料主要采用进占法铺料施工，采用D85型推土机平仓，18.0 t凸块碾碾压，局部边角部位采用夯板、HW60型蛙式打夯机碾压夯实。

5.2.2 过渡料Ⅰ和反滤料的填筑施工

因反滤料宽度较窄，为了施工方便，把反滤料和过渡料Ⅰ区做为1个碾压区进行施工。反滤料布置在黏土心墙背水侧，过渡料Ⅰ布置在反滤料背水侧。根据碾压试验确定每层压实厚度为30 cm，松铺系数为1.09，故每层铺料厚度控制为33 cm。采用“先土后砂法”，即先铺黏土心墙料，后铺反滤料，齐平碾压。为防止分离，反滤料和过渡料Ⅰ主要采用进占法或后退法铺料施工，采用D85型推土机平仓，18.0 t振动碾碾压，局部边角部位采用夯板、HW60型蛙式打夯机碾压夯实。

5.2.3 堆石料施工

根据碾压试验，确定堆石料的每层压实厚度为115 cm，松铺系数为1.05，即松铺厚度为120 cm。堆石料每层填筑施工前先根据设计确定上下游的边界，利用石灰粉标识，并沿轴线方向按铺料、碾压、质检工序分为3块，采用进占法铺料。块与块之间搭接采用反铲挖松后碾压，块与块之间的搭接长度不小于50 cm。

5.2.4 岸坡接触部位的填筑施工

各种料物与岸坡接触部位，大型碾压设备一般很难就位。在18 t碾压机碾不到的地方采用蛙式打夯机进行碾压，过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ、反滤料每层的碾压厚度控制在20 cm以内，堆石料每层的碾压厚度控制在30 cm以内。碾压之前应对碾压部位充分洒水。蛙式打夯机对各料物的夯实遍数为8～10遍。

在岸坡接触部位过渡料Ⅰ、过渡料Ⅱ、反滤料、堆石料的铺料均采用人工铺料平仓，过渡料的铺料粒径不大于10 cm，堆石料的铺料粒径不大于30 cm。对局部接触出现反坡部位应进行削坡及回填混凝土（或浆砌石）处理。

堰体与岸坡或贴坡混凝土、混凝土丁字墙结合部填筑时，采用填筑过渡料并减薄铺土层厚，然后尽可能使振动碾沿岸坡方向碾压，压不到的局部地方使用打夯机夯实或用蛙式打夯机夯实，同时应多洒水[3]。

5.3 土工膜施工

土工膜焊接采土工膜专用焊接机，焊接时根据土工膜焊接试验得到的不同气温、风力、湿度对应的施焊温度、焊机行走速度进行焊接，并随时根据气温、风力、湿度调整。在土工膜边角不适于焊接机焊接的部位或烫伤、折皱等缺陷部位采用KS胶粘接。

在浇筑混凝土基座时，把拼接好的土工膜预埋入混凝土中。对于混凝土面和混凝土丁字墙处土工膜使用橡胶垫片+扁钢垫片、螺母进行固定。

6 填筑强度

本工程2006年12月30日开始坝体填筑，6个月填筑238万m3，体现了现代碾压土石坝工程施工准备时间短、施工强度高的特点。从实施情况看，只要制定切实可行的施工方案和行之有效的过程控制措施，科学组织安排施工，其施工进度和施工质量皆能满足要求。大坝逐月填筑完成量及强度见表3。

表3 大坝逐月填筑完成量及强度表Table3 The com pleted amountand intensity for filling cofferdam variedmonth bymonth

7 填筑设备

各种填筑材料运输根据料源位置、运输量及运距选配设备，主要装载设备为1.9 m3挖掘机和4 m3装载机，主要运输设备为20 t自卸汽车，摊平设备采用YT220、D85推土机，碾压设备根据部位不同分凸块和平碾2种，黏土心墙采用18 t凸块振动碾，其他部位采用18 t振动平碾。

8 施工中相关问题的讨论

1） 深槽段施工

上游围堰0+236—0+286深槽段底标高约在176.60 m，如果按照设计图纸进行混凝土齿槽施工，然后分层进行黏土心墙施工，工期最少在1.5个月。通过论证，最终该深槽段浇筑C15混凝土垫层，取代混凝土齿槽及173 m高程以下黏土心墙，简化了施工，加快了施工进度。

2） 坝基处理

本工程围堰坝基要求为岩基且防渗心墙的底部设1～3m深齿槽与基岩连接。由于基岩多为泥岩、泥质砂岩，从施工情况看，齿槽施工程序繁琐，质量也不容易得到保证。土质防渗体与坝基连接有多种方法，如上提到的是一种。根据本工程实际情况，可采用混凝土盖板方案，这一方案的优点是将防渗土料与岩石表面完全隔开，而且使基础面平顺，施工速度快，但采用何种材料和结构形式才能有效防止横向裂缝，是值得深入研究的问题。国外不少中、高坝均采用混凝土盖板方法，如美国的奥洛维尔、阿尔巴尼亚的菲尔泽、前苏联的努列克等。

3） 风化料的应用

根据设计要求，基坑风化料不能用于堰体填筑。根据土石方平衡，一方面基坑风化层需挖除外弃，另一方面必须考虑从外部料场运进石料堆筑。应该说，如果片面追求所谓的“材料高质量”，既不利于充分发挥土石坝就地取材、就近取材的优势，同时也加大了工程造价。随着科技的进步，筑坝材料的应用范围越来越广，风化料、软岩等越来越多地用于筑坝，如鲁布革采用风化的砂页岩填筑防渗体，十三陵上库坝采用风化安山岩、大广坝采用风化花岗岩等。但由于风化岩石、软岩堆石料碾压前后的级配变化较大，因此必须进行专门的碾压试验。另外，根据现场和试验观测，堆石距表面的深度超过0.5 m时，遭受风化的影响很小，如在堆石料表面铺一层1～1.5m厚的新鲜岩石保护层，可防止内部继续风化。

4）取消反滤料分区

原设计反滤料分a、b区，两种料级配接近，同时由于填料宽度较窄（a、b区各50 cm宽），无法采用机械施工，影响效率。在以后的工程中，可在充分论证的前提下取消分区。

5）反滤料及过渡料混合

传统的反滤层和过渡层是分层设计的，本工程亦是如此设计。在工程实施前期反滤层及过渡料施工非常麻烦，而且施工效率不高。经过试验段证明，如果将该两种材料混合为一体，既对防渗体起反滤保护又对坝壳料起过渡双重作用，且大大提高了施工效率，简称反滤过渡层。采用这种连续级配料可以降低工程造价，简化施工。目前，天然砂砾料级配连续性较好，可以保证充填效果，既可防止土颗粒流失，又起到很好的渗水效果。

9 结语

本工程围堰填筑施工的难点是施工强度高，围堰结构分区复杂，由于在施工中采取一系列有效的措施，保证了围堰填筑高强度有序施工。

1）确保施工道路的畅通，对保证施工进度至关重要。

2）做好围堰填筑分区调度工作，使施工工序有序进行。

3）保证坝体填筑顺利进行的关键是技术参数的选定，因此，在填筑前期加强级配料开采试验和填筑碾压试验，根据试验结果结合当地特点选用合理参数，并在填筑时加强取料试验，对有变化的参数及时调整。

[1]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽工程施工图设计[R].2005.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Construction drawing design of Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigation-power junction lock project[R].2005.

[2]中交第一航务工程局有限公司.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽工程围堰施工组织设计[R].2006.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Construction management plan for cofferdam of Chongqing Jialing River shipping developmentCaojienavigation-power junction project[R].2006.

[3] 夏仲平，刘少林，周良景.水利水电施工手册：第五卷[M].北京：中国电力出版社，2002.XIA Zhong-ping,LIU Shao-lin,ZHOU Liang-jing.Water conservancy and hydropower constructionmanual:volumeⅤ[M].Beijing:China Electric Power Press,2002.