卡拉貝利水利樞紐工程壩體填筑優化設計

卡拉貝利水利樞紐工程壩體填筑優化設計

李鵬，李召朋

(中國水電建設集團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，對工程截流及后續壩體施工項目進度產生了重大影響。通過壩體填筑方案的優化設計，不僅使壩體度汛、壩體填筑及蓄水目標能夠按照原定進度實現，還節省了工程投資，得到了建設單位、設計單位的一致認可，為土石壩工程施工積累了經驗。

關鍵詞：卡拉貝利水利樞紐工程；壩體填筑；優化設計

中圖分類號：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，地理坐標為東經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，工程規模為大(2)型。

大壩采用50年超越概率2%的地震動參數值進行設計，相應基巖水平向地震動峰值加速度為375.1gal；大壩以外的其他建筑物的抗震設防烈度同基本烈度，地震動峰值加速度為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760.7m，壩頂寬12m，為1級建筑物。上游壩坡1∶1.7，下游壩坡1∶1.8，在下游坡設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m3，壩體總填筑量約760萬m3。

2原填筑方案及工期要求

與傳統面板堆石壩施工方案一樣，卡拉貝利壩體填筑原計劃工程初期采用上、下游枯期圍堰一次截斷水流擋水，1號泄洪排沙放空洞泄流；后期導流由壩體臨時斷面擋水，1號、2號泄洪排沙放空洞聯合泄流；然后進行大壩基坑開挖、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。原計劃工期如下：

a. 2014年6月15日完成1號泄洪洞洞身混凝土施工，2014年6月30日完成2號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，采用枯期導流方式，上、下游圍堰擋水，1號泄洪排沙放空洞泄流，導流洪水標準采用枯水期10年一遇(10月～次年5月)，相應洪峰流量363.9m3/s，上游最高洪水位1709.28m，1號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.壩體臨時斷面度汛標準。2016年汛期(6月1日～8月31日)采用壩體臨時斷面擋水度汛，設計洪水標準為50年一遇，相應洪峰流量2310m3/s，由1號、2號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壩體填筑優化設計方案

目前，由于其他原因，預計在2015年8月底泄洪排沙放空洞具備通水條件，與計劃工期相比滯后13個月之多，因此對工程截流及后續壩體施工項目產生了重大影響。而建設單位要求2017年8月31日前大壩具備蓄水條件的目標不變，因此，對于原壩體填筑施工方案進行優化設計勢在必行。

經計算，按照目前進度進行施工，若要實現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，在1736.00m高程以下壩體填筑月平均強度為63萬m3，月最大強度為76萬m3，而之后壩體填筑月平均強度為30.38萬m3，月最大強度為36.45萬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。

經對施工圖紙和現場進行分析，卡拉貝利樞紐壩址區河谷屬較寬的“U”形谷，谷底寬300～500m，谷底高程1694.00～1697.00m，現代河床寬250～300m，河流擺動性大，河心灘發育，兩岸地形不對稱。左岸坡在壩軸線附近形成凸岸狀；河床右岸約460m發育Ⅰ、Ⅲ～Ⅴ級基座階地，呈階梯狀分布。

基于這一特點，經研究該工程采用分期導流、左右岸壩體分區分期填筑方案，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月下旬進行主河床截流，由二期上、下游枯期圍堰擋水，1號泄洪排沙放空洞泄流，再進行河床段趾板基礎開挖、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。

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　左右岸壩體分區分期填筑

4優化方案可行性分析

4.1壩體橫向接縫技術分析

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

圖2　壩體橫向分期填筑臺階法收坡施工

4.2施工強度分析

4.2.1右岸一期施工強度分析

壩體右岸一期填筑區全斷面填筑至1736.00m高程，壩體分期樁號為0+453，縱向坡比為1∶3，各類壩料填筑總量為172萬m3；該期壩體填筑可分2序：1序為河床趾板澆筑完成后進行墊層料及上游段開挖槽坑的填補，與下游原河床填平；2序為河床以上部位填筑，全斷面填筑至1736.00m高程。填筑自2015年5月1日開始，至2015年9月30日結束，平均月填筑強度為34.3萬m3。經分析，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度適中。

4.2.2左岸主河床截流后施工強度分析

左岸主河床截流后，影響壩體填筑的主要施工項目內容及程序為：二期上、下游圍堰填筑→左岸1697.00m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度分析

根據優化后的方案，該工程主河床截流擬在2015年9月下旬進行，二期上、下游圍堰在截流戧堤閉氣后進行施工，上、下游圍堰為土石圍堰，基礎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m3，其中高壓旋噴灌漿防滲平臺以下圍堰填筑7.7萬m3、高壓旋噴灌漿4448m。

圍堰填筑料運距約為1.5km，施工資源結合壩體填筑配備2m3液壓反鏟6臺、20t自卸汽車30輛，高壓旋噴灌漿采用2臺SM400跟管鉆機造孔，高壓旋噴灌漿防滲平臺以下圍堰填筑及防滲施工可在1個月內完成，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m3，其中石方開挖約10.65萬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行，即從2015年9月底開始、11月初結束，歷時38d。

根據招標文件，趾板開挖料可用于壩體下游次堆石區填筑，運距約0.5km，配備LM-500C鉆機2臺、2.0m3液壓反鏟8臺、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為趾0+178.38～趾0+409.77，長231.39m，混凝土澆筑總量為2295m3。施工時段擬定為2015年11月11日～12月10日。

河床段趾板混凝土采用分塊“跳倉法”澆筑，混凝土采用拌和站集中拌制，運輸主要采用8m3混凝土罐車運輸，皮帶機入倉，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載重汽車運至現場，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填筑至1736.00m高程的填筑工程量為341.23萬m3。填筑時段擬為2015年10月1日～2016年5月31日，平均月填筑強度為42.12萬m3，最大月強度48.44萬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序為上游趾板澆筑前，自趾板及墊層槽坑預留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行上游預留段的填補，填筑至1708.00m高程；3序為1708.00～1736.00m高程壩體填筑。

壩體填筑料綜合運距約3km，配備2m3液壓反鏟12臺、20t自卸汽車76輛、22t與26t自行式振動碾各2臺，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m3。填筑時段為2015年7月16日～2016年12月31日，平均月填筑強度為30.38萬m3，最大月強度36.45萬m3。設備資源配置參照左岸二期1736.00m高程以下壩體填筑。

5結語

通過分析，卡拉貝利樞紐工程實施左、右岸壩體分區分期填筑，能在導流分流建筑物工期滯后的情況下，滿足2016年度汛目標，壩體填筑能夠按照原定進度目標實現，使工程早日實現興利蓄水，造福南疆。經與監理、設計單位溝通，均認為優化后的施工方案切實可行，符合《碾壓式土石壩施工規范》(DL/T 5129—2001)的施工要求，同意按該優化后的方案實施。

同時在分析該方案時也體會到：國內在70m以上高土石壩施工中，沿水流方向上壩內橫向分縫很少，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點、壩址區較寬的“U”形河谷地形優勢得以實施，為今后類似土石壩工程施工積累了經驗。