深基坑土石坝底部关键部位施工技术研究

孙周辉

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都610072)



深基坑土石坝底部关键部位施工技术研究

孙周辉

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都610072)

长河坝水电站基坑开挖方量约320万m3，上下游宽约900 m，开挖深度达30 m以上，基坑开挖与其他施工之间的干扰大。基坑底部的防渗墙施工、廊道施工、墙下帷幕灌浆施工、覆盖层灌浆施工及质量检查等工序之间有着紧密联系，故基坑施工必须合理计划，否则将影响电站的直线工期。对长河坝水电站基坑底部关键部位的施工流程和主要施工技术进行了详细的介绍。

土石坝；施工技术；深基坑；防渗墙；基坑抽水；长河坝水电站

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，正常蓄水位下库容为10.75亿m3，是一等大(1)型水电工程。长河坝水电站枢纽建筑物主要由砾石土心墙坝、泄洪系统、引水发电系统组成，电站装机容量2 600 MW。长河坝坝顶高程1 697 m，最大坝高240 m，基坑底部最大宽1 030 m，坝顶宽16 m，大坝底部长165 m，顶部长502.85 m，上下游坝坡均为1∶2。心墙上、下游侧设反滤层、过渡层及堆石区，堆石与两岸岩坡之间设置厚3 m的水平过渡层，大坝整体填筑量3 417万m3，大坝底部设计2道防渗墙，下游为主墙上部设置廊道，上游14 m的位置设置副防渗墙，顶部为刺墙，2道混凝土防渗墙墙下都设置帷幕灌浆，心墙底部基坑覆盖层布置固结灌浆，左右岸坡坝肩基础面设置混凝土盖板及固结灌浆和三角区帷幕灌浆。

2 土石坝底部关键部位施工技术

2.1 施工关键线路及施工流程

防渗墙施工及质量检查6个月，廊道及刺墙混凝土浇筑3个月，连接帷幕及副墙下帷幕施工2个月，底部3层盖板浇筑3个月，底部盖板固结灌浆2个月，心墙底部水位线以下30 m心墙填筑施工需要5个月，到度汛高程需要6个月，按照关键项目的施工进度安排填筑到大坝度汛高程需要36个月，但是按照整体施工规划节点目标必须在33个月内完成上述项目的施工达到大坝度汛高程，在大坝填筑高度超过围堰高程的当年大坝必须在汛前达到100年一遇的度汛标准。经过分析，大坝底部的施工项目关键线路是基坑及岸坡开挖8个月，后续大坝施工进度可以根据电站整体进度计划进行安排。底部的项目施工进度是必须按照节点目标完成，否则将不允许大坝填筑超过围堰高程，大坝填筑必须暂停施工待汛后再施工，这样大坝就是至少要暂停施工5～6个月，这样的停工是不能接受的。大坝底部的施工工作面狭窄，施工程序环环相扣，必须采取措施对关键项目进行优化组合，这样才能保证底部关键项目的施工在33个月内完成。心墙底部关键项目施工流程如图1所示。

图1 大坝底部关键施工流程

2.2 心墙底部关键项目的工期分析及计划安排

大坝心墙底部目前按照大坝填筑超过围堰具备防洪度汛高程的形象面貌来计算，长河坝大坝围堰为50年的度汛标准，大坝挡水的度汛标准为100年一遇的标准，要求大坝在超过围堰高程的当年，汛期前必须要到1 536 m高程，具备挡100年一遇洪水的要求。按照初步规划，基坑底部的主要项目必须要在3个水文年内全部完成并具备度汛条件。基坑底部的施工项目内容非常繁多，相互之间的关系复杂，交叉施工众多，工艺搭接时间紧密，施工环环相扣，一步不到位就会影响整体的进度计划安排。大坝底部关键部位基坑开挖320万m3，大坝度汛高程以下填筑方量1 330万m3，包括主副防渗墙施工，副墙下帷幕灌浆施工及质量检查，主防渗墙上廊道施工，左右岸坝肩基岩开挖，底层灌浆平洞开挖及衬砌，盖板混凝土浇筑，盖板固结灌浆，主副墙之间平面连接帷幕施工，三角区帷幕灌浆施工，基础覆盖层固结灌浆施工，心墙底部仪器安装埋设，底部反滤料、底部高塑性粘土砾石土、过渡料、堆石料填筑等项目施工。

基坑施工最关键的为防渗墙施工、廊道及覆盖层固结灌浆、大坝底部土料填筑。为了更清楚、更透彻地掌握施工进度目标及相关影响因素，对大坝标的关键线路及关键项目做了进一步的梳理和分析，研究现场最优施工布置方案，制定了“633进度目标”(简称633目标)，即防渗墙施工6个月，廊道及覆盖层固结灌浆3个月，大坝心墙底部15 m施工3个月。经过对大坝标的关键线路分析，633目标是确保后期施工的关键目标，对保证电站按期发电有着至关重要的影响，必须确保目标实现。

2.3 大坝基坑底部关键项目进度保证措施

抽水是基坑施工的核心保证措施，基坑开挖下去要做好降水排水措施和水位控制，基坑填筑起来也必须做好水位控制和抽排水方案的调整。必须有足够的备用电源、备用水泵、备用管路，采用多套管路抽水，还要根据施工的需要及时调整抽水管路。长河坝工程基坑内面积达到了14.4万m2，必须分段分区设置抽排水管路和集水坑才能保证基坑的干地施工。基坑必须做好排水方案设计并根据渗水情况进行优化调整，基坑上下游距离1 000多米，必须采用分期排水，不能将基坑的所有渗水流到基坑最低的部位来抽排，在基坑的围堰脚下设置比较大汇水集水坑，集水坑尺寸为20 m×30 m，基坑内施工项目众多，必须提前规划好道路，特别是上下游道路和过心墙区道路，基坑内的防渗墙施工排污也是关键必须提前安排妥当。

2.4 主要施工技术

(1)基坑开挖施工。基坑开挖主要包括覆盖层、砂层透镜体、基坑内大漂卵砾石层、大孤石、心墙区岸坡基岩、底层灌浆平洞等开挖。基坑的开挖深度约30 m，开挖方量约320万m2。基坑开挖是基坑内其他工作开展的基础，必须高度重视基坑开挖工作，只有基坑开挖出来了，才能为其他项目的施工提供工作面，特别是基坑内涉及爆破开挖的项目，必须在其他项目开始前全部完成，否则将对其他项目的施工及临建造成严重影响。

(2)基坑防渗墙施工。大坝防渗墙的施工是整个基坑施工的关键项目，处于基坑施工的关键线路上。大坝设置了2道防渗墙，主墙设置在坝轴线上，最大深度53 m，墙厚1.4 m，成墙面积5 700 m2，混凝土浇筑方量9740 m3，墙下设置帷幕灌浆，最大深度120 m，上部设置灌浆廊道；副墙设置在上游侧距离主墙14 m，最大深度55 m，墙厚1.2 m，成墙面积5 826 m2，混凝土浇筑方量8 995 m3，墙下设置帷幕灌浆，最大深度36 m，墙上设置刺墙混凝土，外包SR止水材料。防渗墙工期初步安排为6个月，要在漂卵砾石地层6个月内完成厚1.4 m的防渗墙，这样的施工工期是非常紧张的，必须做好各种应急措施。针对大孤石采用了墙下聚能爆破，液压抓斗带重锤破碎岩石比较完整和坚硬的地层，确保能按期完成节点目标。墙下基岩面入岩鉴定采用岩渣加先导孔钻孔取芯进行签到，先导孔深15 m。防渗墙施工的关键是确保现场布置能连续施工，防渗墙施工平台高出基坑最低水面2 m，这样既有利于槽壁的稳定，也有利于防渗墙的施工，同时高出的槽段顶部混凝土结构可以采用低标号混凝土，有利于廊道施工时墙头的拆除和帷幕灌浆预埋管的保护。防渗墙的质量检查也占用直线工期，所以在防渗墙完成后应尽早开始防渗墙的质量检查工作。

(3)基坑盖板混凝土施工。盖板混凝土也是处于基坑底部施工的关键项目上，特别是最下部3层盖板混凝土，心墙底部宽126 m，心墙盖板按照设计划分第1、2层均有9～10仓，第3层是8～9仓，心墙下部共有28仓混凝土。按照常规，一周浇筑1仓，则需要6.5个月的工期；这样的进度根本无法满足大坝填筑的要求，心墙下部的盖板混凝土的工期是非常紧张，为了加快心墙盖板的浇筑速度，在第3层盖板底部利用工字钢搭设施工支撑排架，从第3层已经具备工作面的部位开始浇筑盖板，同时采用3～4个工作班组浇筑盖板混凝土，这样就可以保证每周浇筑3～4仓混凝土，一个月可以完成9～12仓的混凝土浇筑，可以为后续盖板固结灌浆提前提供施工工作面。

(4)基坑覆盖层固结灌浆施工。心墙基础范围内的覆盖层设计了固结灌浆，灌浆区域面积接近2.6万m2，固结灌浆2.6万m2，固结灌浆处在施工的关键线路上，必须利用现场的施工作业面，分块分区进行施工，尽量少占用直线工期。固结灌浆必须选择合适的施工工艺和灌浆方式及质量检查标准，特别是廊道基础的三角区采用2次灌浆的方式来保证灌浆质量和廊道杯形基础的稳定，覆盖层灌浆造孔工艺的选择，必须通过试验选择合适的钻机和钻具才能保证施工进度。

(5)左、右岸盖板固结灌浆施工。坝基盖板上的固结灌浆也是处于关键线路上的项目，特别是下部的固结灌浆是大坝填筑的基础条件，所以盖板的固结灌浆必须在盖板浇筑后尽早开始。部分部位的灌浆可以采用裸岩灌浆，待盖板浇筑完成后只进行少量的接触段灌浆和质量检查及补充灌浆，这样可以有效加快盖板固结灌浆的施工进度。盖板灌浆施工的关键是施工通道和施工排架及施工排污系统的布置，由于盖板的灌浆是在岸坡上进行，处于上下交叉作业的部位，因此必须做好上下作业的防护和隔离施工，这样才能保证施工安全，减少相互之间的干扰。

(6)墙下帷幕灌浆施工。副防渗墙的帷幕灌浆处于大坝基坑施工的关键项目上，该部位的施工直接制约后续的刺墙施工及大坝填筑，所以必须做好施工方案的优化和方案设计，副墙下帷幕灌浆进度的控制因素是造孔和墙下帷幕的质量检查，根据施工经验，在防渗墙内布置足够数量的预埋管，可以大幅度的加快防渗墙的质量检查进度和帷幕灌浆的进度，可以按照灌浆单元划分提前预埋穿墙的孔，在保证墙体刚度的同时为质量检查和补灌浆提供通道。

(7)大坝基坑廊道施工。廊道位于主防渗墙的顶部，为加快廊道施工，必须提前做好混凝土的配合比设计和混凝土温控措施。为加快施工进度，可以在防渗墙施工完成后，提前开挖杯形基础，提前浇筑开挖的基础面，为后续廊道钢筋施工和混凝土施工提供良好的基础面。为了减少覆盖层廊道后续变形对结构钢筋的影响，可以在廊道表面喷涂一层厚5 mm的聚脲材料，以有效保护廊道钢筋不受地下水的浸蚀，同时也能减少底层廊道的渗漏量。廊道施工的关键是做好防裂和养护避免出现大量的裂缝。

(8)大坝刺墙施工。刺墙高9 m、长155 m，其分层和分段浇筑是关键，必须做好施工组织计划，刺墙浇筑分2层，划分6个仓位进行浇筑，在右岸第2仓预留缺口作为后续高塑性粘土施工的通道。

(9)大坝前期断面填筑。由于大坝基坑底部的填筑方量比较大，为了消减大坝前期填筑强度，可以规划上下游堆石先期填筑，大坝前期断面提前进行填筑，这样基坑底部的施工才能整体向前推进。先期断面的填筑高差根据堆石坝施工规范要求最好不要超过30 m，先期断面填筑尽量多靠近过渡区以减少心墙区的施工强度，先期断面必须解决好集水坑的处理，避免大的集水坑在填筑阶段还保留，后续排水尽量采用分散的井点降水方案，减少集水坑对大坝填筑整体性的影响。

(10)基坑底部心墙部位填筑施工。心墙底部的施工必须严格按照设计要求进行，尽量在开始阶段选择质量比较稳定的料源。填筑初期应加强施工的质量控制，特别是加强含水率的控制，减少心墙填筑初期就出现超孔隙水压力。底部施工必须严格控制土料的含水率和施工进度，同时做好底部施工的水流控制，将抽水坑的水面高程控制在填筑面以下2 m，以免地下水位过高影响压实质量。心墙底部的施工开始阶段必须加强质量检查的频次，确保各项质量指标都能满足设计要求，底部水流控制必须采用分散抽水和降水的措施以减少对大坝填筑的影响和已经填筑面基础的影响，尽量在远离心墙的区域多设置井点进行排水，减少抽水和大坝填筑之间的干扰，同时也要避免在填筑阶段基坑内出现比较大的集水坑。

3 结 语

深大基坑土石坝底部施工项目多，质量标准高，工期非常紧张，各项施工间的干扰大，且施工受天气条件的影响大，所以在施工前必须做好施工规划和方案研究工作，设置明确的节点目标，通过各种措施保证关键项目的施工质量和进度。

基坑抽水必须作为最重要的保证措施来设计和实施，初期排水可以采用集中排水，后期填筑阶段排水要采用分散布置以减少对填筑进度和质量的影响。心墙底部的15 m高塑性粘土和砾石土施工应尽量安排在非雨季，否则降雨会影响心墙的施工质量。大坝底部施工是整个大坝工期的关键，必须高度重视，应设立心墙底部施工协调领导小组，确保现场的施工协调与技术服务能同步跟进。砾石土心墙坝填筑在不同的阶段控制大坝填筑进度的主要因素不同：开始填筑阶段主要受周边基础条件影响；填筑到大坝中间部位时，大坝断面最大，填筑方量巨大成为主要控制因素；大坝填筑到顶部高程，由于道路布置困难，现场工作面狭窄，交叉作业增多，填筑层数成为坝体上升的主要控制因素。因此在安排大坝工期时要综合考虑上述影响因素及雨季的影响，不能以填筑方量或者心墙上升高度等单一指标作为进度目标。

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[2]天津大学水利水电工程系. 心墙堆石坝施工质量实时监控与系统集成技术及工程应用研究报告[R]. 天津： 天津大学， 2009.

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(责任编辑 王 琪)

Construction Technology Research of Key Parts of Earth-rock Dam in Deep Foundation Pit

SUN Zhouhui

(Sichuan Ertan International Engineering Consulting Co., Ltd., Chengdu 610072, Sichuan, China)

The excavation volume of foundation pit in Changheba Hydropower Station is about 3.2 million m3, the width of foundation pit along upstream and downstream channel is about 900 m, and the excavation depth is more than 30 m. The interference between foundation pit excavation and other construction is serious. Because the cutoff wall constructions, gallery construction, curtain grouting under cutoff wall, grouting in deep overburden and quality inspection are closely connected, the constructions in foundation pit must be reasonably planned in order to avoid the delay of construction duration. The construction process and main construction technologies of key parts of dam in foundation pit of Changheba Hydropower Station are introduced in detail．

earth-rock dam; construction technology; deep foundation pit; cutoff wall; foundation pit pumping; Changheba Hydropower Station

2016- 07- 22

孙周辉(1980—)，男，陕西宝鸡人，高级工程师，从事水电工程监理工作．

TV641.1(271)；TV223.4

A

0559- 9342(2016)10- 0066- 04