柴河水库上游坝坡加固水下抛石施工方法

杨玉光，魏鸣冬

(辽宁省观音阁水库管理局，辽宁本溪117100)

柴河水库位于辽河左侧中游的柴河支流上，是一座以了防洪灌溉、工业和城市供水为主，兼顾发电、养鱼等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程。工程主要由大坝、溢洪道、泄洪洞、水电站等建筑物组成，控制流域面积1 355 km2，总库容6.36亿m3。大坝为黏土心墙土石坝，全长982 m，坝高43.2 m。

本次大坝上游坝坡除险加固设计90 m高程以下为水下抛石，水下抛石方量约为63 306 m3，开工后先进行大坝右侧的临时码头施工，然后经过临时码头将石料用船运至施工区域进行水下抛石。水下抛石施工程序为:准备工作、水下测量、划分小区、准确定位、掌握落距、合理挂档、定量抛投、多次抛匀，水下抛石施工工艺流程见图1。

图1 水下抛石施工工艺流程图

1 抛前准备工作

水下抛石抛前准备工作包括抛石试验、块石检验、施工小区(网格)划分、水下地形测量和水上测量放样。

1.1 抛石试验

在进行正式抛石前，进行抛石试验，通过试验以得到冲距与水深、流速、块径之间的关系。

在施工过程中根据流速和水位及时调整定位平台位置，勤测流速、流向、水深等参数，计算调整好抛石落距。

1.2 块石检验

抛石施工的施工材料为块石，块石质量要求见表1。

表1 抛石石质要求

抛石所采用的石料，在填料深度＜50 cm的部位要控制在10～130 kg，在填料深度＞50 cm的部位可以使用10 kg以下的块石料，块石最小重量可外延到1 kg，这部分小块石可占抛石总量的10%～20%，要求抛在沿坝坡法线方向－40 cm以远的抛石体内。要求在施工开始后，首先通过试验作出一条抛石料自然颗分曲线。经设计、监理和施工单位共同商量后，确定一条较为合理的理论颗分曲线供施工单位在施工中作为控制标准。在正常施工中，每抛石10 000 m3要取五组试样，每组试样做3个试件，试件规格按常规试验要求确定。其中两组试样做冻融试验，另两组试样做抗压试验，一组试样备用。

1.3 施工小区(网格)划分

水下抛石施工的关键是合理划分施工小区(网格)，根据抛石试验、装石船的具体情况，结合柴河水库前期水下抛石施工的经验，将施工小区(网格)划分为6 m×6 m的标准网格，根据设计图纸中每个抛区的厚度以及抛前水下地形测量成果，计算出每个网格应抛石数量。

1.4 水下地形测量和水上测量放样

为准确掌握抛石范围内各具体部位的实际情况，以便指导施工控制，因此需要进行施工控制水上测量。测量设纵向控制线两条:其中以坝坡95 m高程顺坝轴线方向按2 m桩号定出一条控制线;在水面内距坝坡95 m高程、水平距离54 m处平行坝轴线方向，以右坝端、输水洞启闭塔为固定点，用钢索连接定出另一条施工控制线。在两条纵向控制线之间用尼龙绳连接为横向控制线，同时用浮球、红绸绳作桩号和尺寸标记。水上测量采用手划橡皮船和平底铅锤的测绳，岸坡设置水准仪，按照纵向桩号和横向水平距离，以6 m×6 m为测量单位，形成方格网图，计算出每格抛填量，定出每格的抛填深度，并绘制成坝坡断面图、实测柱状图，同时计算出总抛石量。在施工前进行抛前水下地形测量报监理工程师审批。

2 抛石平台定位

本工程新投入一座重20 t的钢结构定位平台，单节尺寸为(长 ×宽 ×高)6 m×1.5 m×0.75 m，共 14节，总长为42 m，吃水深度为0.3～0.5 m，用于抛石船准确定位，保证抛投位置准确，抛石平台布置以施工控制测量的水边坝坡95 m高程顺坝轴线方向排出的2 m桩号和水面54 m处钢索为两条纵向控制线，以3 m宽、42 m长的定位平台垂直坝坡摆放，并用4道钢索与坝坡固定作为横向控制线，如图2所示。

3 抛石船石料质量检查和计量

抛石船只的选用:采用15 t的驳船，船仓改装成三个相互独立的船底自卸料仓，每仓由两个手动葫芦用手摇控制料仓卸料。

3.1 石料质量检查

水下抛石要把好石料质量关，块石供应先经试验，确定其符合设计及规范要求，石料上船前，需经项目经理部派驻各料场码头的质检员检查，经检查符合石料质量要求及规格要求，经监理确认合格后，方可装船。杜绝风化石、水解、碎石等不合格的石料。

3.2 石料计量

抛石船到达工地指定地点后，根据船体吃水深度经现场试验标记出不同装载量的船体吃水线，依据抛石量控制装载量。石料验收方法:施工现场设置量方小组进行石料的检查验收工作。

查看吃水线是否到位;丈量石方体积，折算吨位，按实收验;如发现有吨位不足，及时进行过磅;卸完货后，查看船舱内有无积水、压舱货，如发现有，则扣除相应吨位。

图2 钢结构抛石平台布置示意图

4 抛石施工

4.1 施工技术要求

1)施工开始时，按图纸要求达到的断面尺寸，首先在坝脚前抛一层直径＞50 cm的大块石进行挤淤，挤淤方向由坝脚向库内方向挤推。

2)抛石顺序由坝脚向坝轴线方向一次按排进行，每一排石料必须由坝体一端始抛到坝体另一端止，在第一排石料抛完后，经测量检验合格后，再抛第二排，依此类推，连续进行。不得将坝体分成几个施工段进行局部超高抛填。

3)为了保证坝体安全，不得在坝体上和坝体两端进行危机坝体安全的施工作业。

4)施工预留沉陷量为:填料深度超过3.0 m的部位为0.4 m，其余部位最小为0.2 m，抛石表面平顺过渡，不得出现陡坎。

5)施工过程中如遇到与设计出入较大的情况，必须及时与监理沟通，监理在必要时再与业主沟通。

6)一个单元抛投结束后，分析抛投结果，以便及时调整分条网格抛投计划和水上作业定位位置。

7)水上堆石:施工时靠近坝坡部位时，由于水位原因，局部地方船只无法抛投时，必须采用岸上人工抬抛，这样能保证护坡的质量。

4.2 施工方法

采用双向移位叠加抛石方法，即抛填石料运至大坝右侧临时码头处装船，抛石船按照现场抛填部位靠紧抛石平台，船体横向、纵向完全固定后再采用人工手摇葫芦自动卸料抛填。利用坝坡95 m高程顺坝轴线方向排出的2 m桩号移动抛石平台，可进行纵向移位叠加抛投;沿着平台上标记的轴距，前后错位可进行横向移位抛投。抛石船每抛一船后对该部位进行再次测量，指导下船抛填量和具体位置。同时结合另一小船进行人工抛石，以解决缺料较少部位及岸边大船不能到位的部位抛石。

5 完工水下地形测量

水下抛石工程结束后，对抛投区域及相邻的部分水域联合进行水下地形测量，并绘制比例为1∶2 000的水下地形图，将抛前抛后的水下地形图进行对比，确定抛投成果。

定点测量增厚控制在70%～130%，如增厚＜70%，则须补抛块石，如＞130%，则须安排潜水员进行水下埋坡工作。

6 存在问题及建议

通过柴河水库除险加固工程上游坝坡加固的双向移位叠加抛石方法质量得以保证，避免出现“地隆沟”和漏抛等现象，同时工期按计划完成，但还有些问题值得注意和完善。

1)抛石船运输时要由专人负责查验确定船的装载吨位，并复核抛石船吃水线，查验船只有无积水、压舱货等。建议对查验合格的船只统一编号，发放专用运输旗帜。

2)加强验收组织程序:抛石施工验收由验收小组验收员、记录员、施工员组成，共同负责验收工作，具体程序如下:先由验收员按《施工验收规定》进行初验，提出主导意见;验收员及时将验收意见告知验收小组成员，如无异议，则报请监理复查、抽查;验收员将验收结果通知各运输船(队)，并编号发往定位平台施工;凭验收单在定位平台安排卸货。卸货前，再由定位平台施工员进行复检，确认无误后，由档位记录员排档抛布。块石抛完后，由施工员负责查看船舱有无积水和压舱货。确认无误后，签发回单。

3)每天做好详细的施工记录，包括水文、气象、块石冲距、定位平台定位、移位、施工桩号、抛石船舶号及载石量，当天船只数，过磅船吨位及数量抛石船抛石档位图及总抛石量等原始施工记录。

4)开始抛投前准确测量水下地形，并划分抛投区域，计算每个区域的抛填量，抛填时准确计量已抛石料量，保证不多抛也不少抛。抛石施工进度必须严格按照设计进度要求分段、分区实际控制，未经监理工程师批准不得提前结束抛填或改变区域抛填，一个单元抛填结束后，须经监理工程师验收合格同意后方可移动定位平台进行下一个单元施工。

5)切实做好石料试验工作。每抛石10 000 m3取一组试样，并注明其投放在坝体的位置，作出一条颗粒大小分配曲线，以便采取适当措施，调整石料级配使其与设计相吻合。必要时，经与有关部门磋商，可临时增加试验组数。

6)加强施工现场管理。抛填区域内，露出杂草或其它漂浮杂物，立即予以清除;钢结构定位平台固定牢固，且用经纬仪准确定位，保证抛石位置准确;大风天气定位平台不稳定时停止施工。

［1］ 谷长叶.柴河水库除险加固工程初设计报告［R］.沈阳:辽宁省水利水电勘测设计研究院，2006.

［2］ 牛运光.水库土石坝滑坡事故经验教训综述［R］.土石坝工程论文集.北京:北京勘测设计研究院，水利水电土石坝工程信息网，1998.