实例探析水利水电工程施工重点、难点

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  【摘 要】 由于我国水利水电工程施工建设的快速发展,有关工程施工组织成为了施工单位研究重点。本文我们结合观音岩水库工程实例,研究分析该工程施工涉及的主要问题,着重剖析工程施工的重点和难点,阐述了拟采取的施工措施,并探讨了各施工方案的作用及其技术经济意义。
  【关键词】 水利水电工程;施工组织;重点;难点;灌浆;施工措施;剖析
  一、工程概况
  观音岩水库是以工业供水、灌溉及人畜饮水、发电等综合效益为主的水利枢纽工程,位于贵州省六盘水市水城县阿戛乡仲河村,处于珠江流域西江水系北盘江一级支流月亮河上游的巴都河段。水库正常蓄水位1430m,校核洪水位1432.25m,总库容为2167万m3,年工业供水量1902.6万m3,设计灌溉面积14748亩,电站装机容量3.2MW。水库枢纽由大坝枢纽、发电厂房及供水系统三大部分组成,主要建设内容有碾压砼双曲拱坝、坝顶溢流表孔、右岸放空底孔及取水口、发电厂房及供水管道系统。大坝最大坝高109m,坝顶高程1434m,坝顶中心弧长267.3m;厂房为河岸地面式,砖混结构;供水管道及高位水池等主要布置于大坝下游河流右岸沿线。
  二、施工条件
  (一)交通运输
  本工程施工场外运输以公路运输为主,工程距水城县25km,距六盘水市约60km,大坝下游1.5km处有仲河村~盐井三级公路通过,对外交通方便。场内交通布置则根据坝址地形特点、工程枢纽建筑和施工需要进行,牛场坝~盐井公路1405m高程处分岔新建两条公路,一条到右坝肩,作为永久上坝公路,其路面宽7m,泥结石路面;另一条至厂房,延伸至大坝基坑,作为场内施工运输主干道,路面宽6m,泥结石路面。本工程坝区需新建永久公路2.5km,新建临时公路7.7km。
  (二)主要建筑材料及水、电供应
  工程所需水泥由六盘水瑞安水泥厂供应,粉煤灰由水城县野马寨电厂供应,钢筋、木材、火工产品、油料、管道等就近从六盘水市采购。生产、生活用水可直接抽取河水。施工用电可从大坝下游约1200m的牛场坝10KV高压线路引接。
  工程所需砂石料为现场机制,其中首部枢纽区拟选石料场运距约4km,开采条件较好,地层岩性为薄至厚层灰岩,完整性较好,强度高,抗变形能力强,储量及质量均满足设计要求;输水系统区砂石料需求量少而分散,近坝段采用枢纽料场,其余均可分散开采灰岩石料。工程所需土料用量少,大坝下游岸坡零星分布。
  (三)水文气象
  观音岩水库坝址以上流域集水面积97.2km2,多年平均径流量6780万m3,多年平均流量2.15m3/s。工程区域属亚热带夏湿春干温暖气候,冬无严寒夏无酷暑,年均气温12.3℃,年均日照1509.3h,相对湿度83%,年均降雨量1193.8mm,集中在5~10月份(约占全年降雨量的85.3%),主要灾害性天气为干旱、冰雹、秋季低温绵雨、倒春寒、霜冻等。洪水主要由暴雨形成,历时短、陡涨陡落。
  (四)地形地质条件
  工程地处乌蒙山脉东南坡、黔西高原中山峡谷地带,区域地震基本烈度VI度,构造稳定性较好。
  库区两岸山体雄厚完整,岸坡稳定,地形起伏大,出露地层以碳酸盐岩为主,可溶岩与碎屑岩相间分布,喀斯特岩溶发育强烈,表现形态有落水洞、洼地、地下岩溶管道等,岩体风化、卸荷现象普遍。库盆地形封闭条件好,与两岸低邻谷之间分布有多层连续出露的碎屑岩相对隔水层,不存在邻谷渗漏问题,仅限于水库蓄水后存在库首绕坝裂隙性渗漏,水库蓄水成库条件较好。
  坝址河谷为基本对称的“V”型谷,地形坡度20~50°,山高坡陡、地势狭窄,施工布置困难。出露地层主要为薄至厚层灰岩、泥质灰岩,岩体完整,属中硬岩,饱和抗压强度大于50Mpa,岩层倾向上游偏右岸,岩层倾角56~64°,左岸为顺~斜向坡,右岸为逆~斜向坡。坝区未见大的地质构造形迹,基岩基本裸露,岩体风化卸荷强烈,节理裂隙发育,有夹泥现象,至弱风化层后转为闭合或尖灭。
  发电及供水管道系统主要布置于大坝下游右岸,沿线地形坡度20~60°,下伏基岩岩性为灰岩、粉砂质泥岩、碎屑岩及火山岩等,属软至中硬岩,无大的不良地质问题,开挖边坡多为岩质斜向坡,岩体完整性较好,自然边坡稳定。
  三、施工重点、难点剖析
  观音岩水库工程碾压混凝土拱坝最大坝高109m,地处峡谷山区,地形陡峭,施工布置及交通极为困难。因此,精心做好峡谷区碾压混凝土高拱坝施工组织是保证工程顺利实施的关键。其中施工布置、大坝开挖、混凝土入仓方式、温控措施、坝基固结灌浆、防渗帷幕灌浆等是施工的关键控制环节,也是本工程的重点和难点。
  (一)施工布置
  1)上坝公路
  枢纽施工区域地形狭窄,山高坡陡。工程开工对坝区植被清除进行地形复后,发现右坝肩山脊部位坝顶高程(1434m)以上地形坡度陡(约70°),顺河向陡倾角裂隙发育,边坡稳定性差,原设计近坝位置地表公路布置方式在技术经济方面已不合理,而且坝肩开挖时将中断交通妨碍大坝上游村民通行,施工干扰大,安全隐患突出。经与设计及各方沟通后,将该段公路改为交通洞,长120m,线路缩短了50m。
  2)施工营地
  原设计施工营地及附属仓库均布置在至盐井的盘山公路下面,上坝及坝厂间公路从施工营地前后绕行,弯急坡陡,重车穿梭,安全风险大。因此,经与业主、监理等各方协调,按趋利避害、减少施工干扰、利于管理的原则,将分散布置的施工营地调整为集中布置方案,经对工程区域进行充分调查,选择在大坝下游厂房斜对面的左岸坡布置施工营地最为合适,一是有效规避了工程施工安全风险;二是与当地村民居住地隔离,干扰小;三是距枢纽施工区域近,利于施工管理;四是營地一体化布置可节约临建工程费用,方便驻地人员文化生活。
  3)砂石料加工及混凝土拌合系统   首部枢纽施工区地形狭窄,河谷两岸山高坡陡,砂石料加工及混凝土拌合系统布置困难,砂石料开采、运输难度大,材料制备、储备数量有限,灵活机动性不足,制约了大坝填筑施工进度。
  枢纽施工石料场位于右岸距坝肩约150m处地势较高的第二个山头,基本平行河流呈条带状展布。进场施工后,结合库首右岸上游侧崩坍堆积体整治(以削坡减载为主)方案,可充分利用崩坍堆积体开挖形成的平台,将砂石料加工和混凝土拌合系统集中布置于此。相比松散式布置的原施工方案,砂石料运输距离缩短了4.5km,有效解决了运输、储备问题,生产效率可大幅度提高,施工成本节省约300万元,施工进度保证程度得以增强。
  (二)大坝开挖
  观音岩水库大坝为高拱坝,由于两岸地形不对称、起伏变化大,而大坝体型较为复杂,故坝基(肩)开挖控制严,开挖技术要求高。坝址位置地形狭窄、山高坡陡,岩性为薄至厚层灰岩、泥质灰岩,岩层陡倾上游偏右岸,岩体风化卸荷强烈,尤其右岸坝肩上部及左岸中上部岩体岩层较薄、斜切河向陡倾角节理裂隙发育,局部夹泥,大坝两岸坡爆破开挖控制难度极大。大坝初始开挖时,开挖岩面残孔率低,坡面成型差、呈犬牙交错的斜柱状。为此,施工各方多次会审,特邀专家现场指导,组织类似工程考察取经等,有针对性地调整了爆破方案,在每一循环的钻孔、装药、起爆之前进行预研究,详细至钻孔深度、装药量、预裂掏槽及起爆方式等。在坝顶高程以上部位的开挖以提取爆破试验参数为主;在坝肩中上部卸荷裂隙发育、岩体风化较深的部位采取浅孔台阶爆破法,减小每轮开挖进尺、小药量、先预裂再整体起爆;在坝肩下部岩体完整性较好则适当增加开挖进尺,按常规开挖方式,边坡预裂,梯段爆破。通过改进爆破开挖方式后,炮孔残孔率由初始开挖时的53%提高到71%左右,光面效果佳,开挖效果明显。
  (三)坝体混凝土入仓方式
  原设计大坝混凝土浇筑采用自卸汽车+左右岸塔机+右坝肩和溢洪道左边墩满管溜筒联合入仓的方案。工程施工准备工作开展后,根据大坝所处地形条件、施工交通,结合改进后集中布置的砂石料及混凝土拌合系统,参考类似工程经验,调整了混凝土入仓方式:大坝垫层常态混凝土浇筑采取汽车水平入仓,其他部位碾压砼入仓均采取从右岸坝肩设置的BOX溜管直接进入坝仓,汽车配合水平二次转运方式进行斜层碾压浇筑,可有效防止由于混凝土骨料分离产生离析,改善混凝土和易性、溜送速度快、传输能力强,避免混凝土碾压VC值沿程损失过大。同时可减少汽车入仓为主造成仓面二次人为污染过重问题,以及汽车入仓口部位混凝土受轮胎重复碾压造成的过压问题,可有效保证大坝碾压混凝土填筑施工强度和质量。
  (四)大坝混凝土浇筑温控
  本工程大坝混凝土工程量约24万m3,为大体积混凝土,筑坝材料为碾压混凝土。大坝浇筑原计划在汛期停工度汛,避开高温季节施工。但由于坝体填筑时工期非常紧,必须在温度较高的汛期持续浇筑。因此,做好高温时段坝体混凝土温度控制对坝体防裂、限裂极为重要,拟采取的措施有:
  1)结合施工强度进行坝体分缝分块,薄层碾压,加快散热。
  2)采用低发热水泥,最大限度地加大粉煤灰掺量,掺高效减水剂等,减少水灰比,降低混凝土发热量。
  3)在混凝土浇筑层间埋设蛇形冷却水管,通水冷却,加速降温。
  4)加冰或加冰水拌和,对成品料堆高度超过6m的深层取料,冷水喷淋,以降低混凝土的出机温度。
  5)混凝土运输途中设置遮阳防晒及保温设施,碾压完成的混凝土面立即覆盖保温材料直到摊铺上层混凝土,仓面采取冷水喷雾形成水雾,必要时搭设遮阳棚以形成人工小气候,从而可有效减少混凝土浇筑过程中温度回升。
  6)选择每日低温时段浇筑,当日平均氣温高于25℃时,大幅度消减层间浇筑间隔时间。
  (五)坝基固结灌浆
  设计大坝基础固结灌浆在坝基垫层混凝土浇筑完成后进行,施灌高程为1329m。由于工期紧,大坝一期度汛压力大,则将固结灌浆施灌高程升至1347m(一期度汛高程和下层帷幕灌浆廊道底部高程),坝基下游边侧钻孔改为2~3°的斜孔。这样虽然增加无效灌浆进尺约2000m,但可节省工期约1.5个月,以确保度汛目标,并且增加1329~1347m高程间坝体带压灌浆,可有效消除大坝底部水压力较大部位碾压混凝土浇筑缺陷,增强抗渗能力。
  (六)大坝防渗帷幕灌浆
  库区水文地质条件复杂,岩溶发育强烈,帷幕灌浆施工可能会遇到溶洞、岩溶管道等不利因素,水库防渗体系的施工质量控制是水库能否正常蓄水的关键。
  本工程施工准备期,进行了必要的补充勘探、溶洞联通试验,要求先行实施先导孔,辅以电磁波(声波)CT扫描等工作,进一步查明库区水文地质特性,分析岩溶成因、发育规律、分布情况、岩溶类型及规模,借鉴岩溶地区成功的防渗处理技术,制定有针对性的堵漏防渗施工方案:控制灌浆压力,防止浆液过量流失;对岩溶裂隙不进行冲洗,利用浆液高压挤密,将裂隙内松散物与周围岩体固结形成防渗帷幕;对溶洞空腔采取先充填、再灌浆的方法处理;对溶洞空腔充满松散软弱的砂、砾、淤泥则采用高压旋喷灌浆固结后再进行帷幕灌浆施工;对渗漏通道吸浆量过大的,采取变换浆液浓度、降低灌浆压力、掺加速凝剂、间歇性灌浆等处理措施;帷幕灌浆施工完成后及时进行钻孔检查,对缺陷部位进行补灌,以确保水库防渗系统可靠。
  四、结束语
  总之,每一个水利工程都有其自身特点,不同项目间仅有类似绝无雷同,经验仅供参考、探索必须继续。因此,施工组织措施、施工布置方案应注重理论与实践的紧密结合,在理论研究与创新的基础上,反复实践以检验施工措施的科学合理性,在实践中积累施工经验,不断提高施工技术水平,为保质保量完成水利工程建设项目打下基础。
  参考文献:
  [1]冯其政.浅谈水利水电工程的特点与质量控制[J].湖南水利水电,2013,04:88-89.
  [2]李学青.水利工程施工组织设计需要注意的问题[J].科技信息.2011.
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