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任明海 萬春來 付 偉（中國水利水電第十工程局，四川都江堰 611830)
摘要：伊朗塔里干水利樞紐工程由大壩和發(fā)電工程兩部分組成，其中粘土心墻堆石壩填筑量約1600萬m3。大壩填筑施工中采取了一系列行之有效的施工管理措施和技術措施，并采用了現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)，實時掌握運料車輛運行情況及各施工點的工作狀況。大壩填筑施工歷時38個月，期間，創(chuàng)造了大壩填筑月強度105萬m3的紀錄。 關鍵詞：粘土心墻；填筑施工；管理措施；施工技術措施 中圖分類號：TV443 文獻標識碼：C 1.工程概述 伊朗塔里干工程是一個以供水、防洪、灌溉為主，發(fā)電為輔的水利樞紐工程。該工程位于德黑蘭（Oehran）西北135km的塔里干山谷處，由大壩和發(fā)電工程兩部分組成；其中粘土心墻堆石壩壩高110.2m，壩頂長度為1111.2m，填筑量約1600萬m3。 塔里干河流域降水量很少，降雨主要集中在冬季；極限最低氣溫約-30.5℃；大壩填筑料源主要分布在大壩上游12km范圍內，平均運距約7km；拋石料場在大壩下游約3km處；粘土心墻料場主要在大壩上游，平均運距約1.5km。 2.主要設計要求和施工參數(shù) 根據設計要求和《ASTMD698試驗標準》，普通芯墻粘土料的攤鋪厚度25-30cm，用BW216PDH-3型（15t）的凸塊振動碾碾壓8遍，其現(xiàn)場壓實度不低于98%；反濾砂料的攤鋪厚度20-30cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振動碾碾壓6遍，其相對密度大于（或等于）80%；過渡料的攤鋪厚度70-80Cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振動碾碾壓6-8遍，其相對密度大于（或等于）70%，排水體料的攤鋪厚度70-80cm，用BW216PD-3型(15t）的光面振動碾碾壓6-8遍，其相對密度大于（或等于）70%；壩殼料的攤鋪厚度70-80cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振動碾碾壓6-8遍，其上游壩殼料的相對密度大于（或等于）80%；EL.1755m高程以下的下游壩殼料的相對密度大于（或等于）75%;EL.1755m高程以上的下游壩殼料的相對密度大于（或等于）8O%；拋石護坡料采用EX300-5BH1.38m3液壓反挖鋪料，并夯實合格后再修整表面。 3.大壩填筑施工準備工作 根據施工總進度安排，在2002年8月底完成了大壩河床右岸段的覆蓋層基礎開挖、填筑前的基礎壓實和壩殼料填筑生產性試驗后，于9月中旬開始穿插進行大壩上游右岸河床段的壩殼料填筑施工。 3.1主要臨建設施布置 根據施工設備維修和管理需要，在大壩上游用推土機等設備形成平臺 ，布置了約600m2的設備維修、保養(yǎng)和管理車間及占地約1.5萬m3主要設備停放場地；根據填筑要求，在上游布置了兩套篩分系統(tǒng)生產混凝土骨料和反濾砂料、過渡料、排水體料，布置了成品料堆放場地；在主要的壩殼料運料道路上，布置了車輛計量和監(jiān)控系統(tǒng)。 3.2主要施工道路 根據主要運料車輛TERX33O7（載重45t車）的運行安全要求，主要施工道路寬度都在15-2Om。主要包括：上下游圍堰和縱向圍堰道路、右岸到上游壩殼料場、粘土料場、棄渣場、修理車間、砂石加工系統(tǒng)的道路；下游到溢洪道（含棄渣場）、采石場的道路，連接庫區(qū)的繞壩道路左岸到廠房和粘土料場的道路、壩體內隨大壩填筑在壩殼料區(qū)域形成的臨時施工道路、在芯墻區(qū)域需經常變換位置和隨時進行保護的穿越粘土芯墻的臨時施工道路，總長度約80km。 3.3主要料場準備 由于芯墻粘土填筑區(qū)域和部位不同，所要求的含水率和分散性指標也不同，須提前按需加水和加石灰拌制而成，用反挖裝自卸汽車運到大壩。反濾料、過渡料和排水體料均選用分布在大壩上游右岸河灘地上的Cl、C4料場的砂卵石料，需要篩分生產和提前儲備第二年又在C4料場的二次沖積料場（頭年開采后經洪水沖填形成）直接挖運過渡料和經篩分生產排水體料和反濾砂料；根據多次現(xiàn)場生產性試驗，優(yōu)先采用了主體工程明挖和洞挖石渣料和洪積料場的砂卵石料，作為大壩下游EL.1755m高程以下的壩殼料的主要填筑料。 在采石場鉆爆開采護坡料，液壓鉆機鉆孔，分臺階進行梯段爆破，反挖裝自卸汽車運到大壩。 3.4填筑施工試驗 根據設計要求須提前進行芯墻粘土料、高塑性土、摻石灰粘土、反濾料、過渡料、排水體料和壩殼料、開挖石渣料填筑試驗，取得不同填筑材料的各種參數(shù)，報業(yè)主代表審批后形成內部規(guī)范化的指導施工手冊，保證了大壩填筑自始至終都能規(guī)范化、標準化地施工。 3.5基礎準備 基礎開挖達到設計要求后，根據其承載能力，并檢查有無泥化夾層、砂層透鏡體和其它不良地質結構存在，合格基礎表面采用推土機平整，BW216PD-3型（1st）的光面振動碾碾壓6-8遍，達到相對密度大于或等于80％的壩殼料填筑碾壓標準后，即可進行大壩填筑施工了。 4.現(xiàn)代化的施工管理 4.1 現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng) 塔里干大壩工程施工中，在大壩上布置有車輛計量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構成，其硬件主要由車道控制器、讀寫器、天線、車載電子識別卡、紅綠燈、固定式廣角攝像機、管理工作站、打印機、紅綠燈 、網絡集線器組成；軟件主要由車道控制軟件、寫卡軟件、驗卡軟件和管理軟件組成。 (1）監(jiān)控系統(tǒng)功能該監(jiān)控系統(tǒng)能自動識別裝卡車輛，車速在4Okm/h內可進行正常識別；車輛在識別成功后，紅綠燈閃爍，攝像機自動抓拍車輛全景，并在計算機內作車輛、車輛全景、經過時間、對應車輛運輸明細記錄；在設定的車輛最低周轉時間內，如識別到兩次及以上相同車輛即不作車輛運輸?shù)拿骷氂涗?，但作為黑車備案，管理人員能隨時查詢該車輛的運輸情況，同時，能隨時對上壩填筑數(shù)據進行查詢。 (2）監(jiān)控系統(tǒng)的作用 伊朗塔里干大壩工程配備先進的管理系統(tǒng)，管理人員在中央控制室可以實時晝夜監(jiān)視大壩各個監(jiān)控點的工作狀況，并通過主控鍵盤控制各點攝像機的動作，使球形攝像機按照預先設定的路徑進行循環(huán)漫游監(jiān)視各施工點當前的工作狀況、完成情況、存在的問題等。通過監(jiān)控系統(tǒng)可以了解每天每臺車輛的運行情況和每天的上壩填筑量，從而提升了現(xiàn)場管理水平并提高了工作效率。 (3）監(jiān)控系統(tǒng)的效果 塔里干大壩工程車輛計量系統(tǒng)和彩色圖像監(jiān)控系統(tǒng)的安裝，方便了單車核算，克服了人工計車數(shù)的人為誤差，防止了雇員消極怠工現(xiàn)象發(fā)生，促進了大壩的填筑進度，提高了工效10％-20％。在大壩工程中由于點多施工面廣、戰(zhàn)線較長的情況下，使管理者可隨時了解各施工點、各分項工程的施工情況。 4.2行之有效的施工技術措施 (1）縮短運距 伊朗塔里干大壩EL.1752.Om以上填筑壩殼料、心墻料的運輸施工道路進行改造，使運料車輛在監(jiān)控自動計量主干道上，空車不經過車輛自動計量系統(tǒng)，規(guī)范了運輸?shù)缆?，縮短了運輸路線，提高了施工效益8%-1O%，效益顯著。 (2）注重設備管理 項目部進場后，共進設備370余臺（套），對設備實行“強制保養(yǎng)、照章操作、安全第一”的管理方針，專門建立設備檔案和重型車輛IC卡身份識別系統(tǒng)，建立了設備專門的保養(yǎng)、清洗和維護隊伍，定時對設備進行清洗和每臺設備每天按時進行強制保養(yǎng)。這些措施取得了良好的效果，設備完好率保持在93％以上，設備使用率保持在90％以上，使工程最高月填筑強度達到105萬m3。 (3）注重雇員培訓 在塔里干大壩項目部進場后，項目部招聘培訓了3000余名當?shù)厝耍S后從中擇優(yōu)挑選了相對固定的600余名雇員從事重機設備駕駛人員的培訓，通過培訓、選擇和經過一段時間的磨合，使項目外聘施工隊伍基本穩(wěn)定，從而保證了工程的順利進行。 5.防滲心墻分散性粘土處理 5.1 招標階段土料評價 根據業(yè)主提供招標資料，業(yè)主推薦選用的6個防滲土料場地，A2料場具極高-高分散性，A7、A1O料場具高-中分散性，A6、A8、All料場具中-低分散性。 5.2 土料分散性復核 分散性土在遇水后即分散成原級顆粒，懸浮于水中并隨滲透水流失，而迅速發(fā)展成管狀通道，甚至完全潰決。鑒于分散性土對工程的危害，論證土料是否存在分散性及其分散程度如何，是EPC/T承包商料場復核的工作重點。承包商有目的地對A7、A8、All料場進行取樣，委托伊朗MandroCo.公司進行試驗。同時，對A8、All料場取樣4組送回中國西北水電勘測研究院工程科研實驗院，采用針孔法、孔隙可溶鹽法、雙比重計法和土塊法4種不同的方法進行試驗。 從礦物成份鑒定試驗可知，Taleghan料場土料的礦物成份以石英（Sio2）、方解石CaCO3、鈉長石（NaAIS3O8）和鈣蒙脫石(CaO•2(AI,Mg)2SiO410(OH)21•H20）為主，次要成份為高嶺土（A12O32SiO.2H20）。根據中國對分散性土的研究，蒙脫石是由火山噴屑及由富有鐵和鎂的巖石在堿性介質條件下形成的，其特點是不僅外表面能夠將水吸附，而且能在內部形成粘結水，有遇水膨脹，失水收縮的性質。鈉蒙脫石對土料的分散性影響較大，而鈣蒙脫石對土料的分散性沒有影響，但含量較高時對土料的膨脹性有影響。 24組針孔試驗資料統(tǒng)計，過渡性試樣3組，占總組數(shù)的12.5%,主要分布在A8料場和All料場；A7料場4組試樣為非分散性土。 孔隙水可溶試驗可知，A8料場兩組試樣為非分散性土；All料場，TK4樣為分散性土，TK5樣 雙比重計試驗結果，A8、All料場4組土樣均為非分散性土。 土塊試驗結果A8料場土樣為非分散性土；All料場土樣為過渡性和非分散性土。 5.3粘土料場結論 試驗結果雖不一致，但可知粘土部分存在分散性或者過渡性。從料場的礦物成份看，土中粘土礦物蒙脫石不是導致土分散性的鈉蒙脫石，而是不導致土分散性的鈣蒙脫石。從土的化學成份看，有利于土分散的Na＋和抑制土分散的Ca2＋、Mg2＋含量變化較大，這是導致土樣表現(xiàn)出有分散性或呈過渡性的關鍵因素。因此Taleghan料場土料不是典型的由高鈉蒙脫土組成的分散性土，而是由于陽離子含量中可引起分散的Na 含量過高，和抑制土分散的Ca2 、Mg2 離子相互抵消后，Na 仍過剩而導致局部層位土樣表現(xiàn)為分散性或過渡性的土，作為心墻防滲土料，分散性危害不大。推薦選用All、A8、A7、AIO防滲土料場，其儲量和質量滿足設計要求。其中A8、All粘土？ 銑∮杏昧洗⒘看螅？稚⑿孕。？司嘟?，建議優(yōu)先開采使用。防滲粘土按過渡性土設計，各層土料混合開采上壩。 5.4分散性土處理措施 粘土的分散性來源于鈉蒙脫石的不穩(wěn)定結構，形成分散性必須具有一定數(shù)量的蒙脫石等不穩(wěn)定結構的粘土礦物和沒有能抑制分散性的膠結以及堿性的介質環(huán)境。分散性土的處理主要為增加抑制分散性的膠結以及堿性的介質。 為防止心墻分散性土料的沖蝕破壞，本工程在心墻與基礎、岸坡及溢洪道的連接采取以下措施： l）河床部位心墻底部與基礎連接處設置lm厚的砂反濾層。 2）兩岸心墻基礎開挖至基巖，開挖坡度不陡于1:0.5，結合灌漿在心墻底部與基礎連接處設置O.5m厚的混凝土鋪蓋，混凝土鋪蓋上再鋪設lm厚的非分散性石灰粘土。 3）心墻與溢洪道邊墻采用側墻式連接，連接處鋪設lm厚的非分散性石灰粘土。 4）防滲墻深入心墻粘土部位，在和粘土的接觸面采用lm厚非分散性石灰粘土保護。 5）心墻粘土上下游設砂反濾，與心墻與基礎、岸坡及溢洪道的連接處非分散石灰粘土形成一個完整的保護層。 6.填筑施工 按施工總進度要求，根據粘土芯墻堆石壩的結構特點，考慮大壩中下部壩體斷面積大，施工場地開闊，適合分區(qū)域多片區(qū)進行大規(guī)模填筑的施工特點，從2002年9月中旬開始按“分階段、分區(qū)域、分高程、分部位”原則開始進行大壩填筑施工。 6.1攤鋪 按照大壩填筑措施要求，每層填筑料攤鋪前，都必須提前放線，作好醒目標志，并嚴格控制鋪料厚度在卸車和攤鋪過程中，安排專人指揮協(xié)調施工設備和清理雜物及不合格材料，以保證填筑質量和施工安全。 6.2壓實和質量控制填筑材料攤鋪好后，采用15t的光面或凸塊振動碾碾壓6-8遍，每層必須由試驗工程師現(xiàn)場取樣，并在試驗室做相關試驗；在相對密度等各項指標合格后，才能進行下一層的鋪料工作。 6.3粘土芯墻施工按照芯墻料填筑措施要求，在粘土料填筑前需逐層清除防滲墻和蓋板表面的雜物，處理超規(guī)范要求的不平整部位，檢查施工逢和結構縫的防水質量，均勻刷涂一層防水涂料。按填筑措施要求的鋪料厚度采用進占法卸料，推土機均勻攤鋪，15t的凸塊振動碾碾壓8遍；現(xiàn)澆防滲墻兩側和混凝土蓋板面上高塑性和摻石灰粘土，采用15t的光面振動碾碾壓6-8遍（或扶式雙鋼輪振動碾碾壓8-1O遍）。 6.4冬雨季節(jié)粘土料停工處理由于芯墻粘土料的填筑施工質量要求高，在冬季氣溫低于3-5℃或下雨不能繼續(xù)施工時，須對已碾壓完成的 粘土料采用光面振動碾碾壓封閉保護，在粘土料填筑停止前也須按完成粘土料保護，并鋪填約1.5m厚的壩殼料保溫防凍；大壩上游面跨反濾料、過渡料的進場道路口要經常變換位置。 6.5穿芯墻過壩道路 6.5.1臨時施工道路 粘土心墻作為大壩的最主要防滲結構，其重要性不言而喻。要在粘土心墻上填筑臨時施工道路，首先應考慮的是施工道路和特大型運輸車輛運行過程中對已填筑合格的粘土心墻質量的不利影響，以及選擇那種最適當?shù)牡缆沸褪胶筒贾梅绞?。最終我們采用的道路型式和布置方式為：在完成相應部位的各種填筑材料的正常填筑且驗收合格后，采用壩殼料填筑跨心墻臨時施工道路，厚2m，頂寬15m；道路壩殼料直接填到已合格的心墻面上，用推土機鋪料，光面振動碾分層壓實，分層厚度50-8Ocm；跨心墻臨時道路沿壩線布置2-3條，大壩填筑每上升4-5m更換一次道路口子；上下層臨時道路必須錯開，錯開距離不得小于20m；臨時道路拆除時，利用挖土機一次性挖除，同時注意清理干凈已污染的心墻粘土料、反濾料、過渡料和排水體料挖除心墻道路后，繼續(xù)向下清理粘土層至未擾動破壞層，層厚一般為50Cm，包括兩側已填筑的不合格的粘土；清理完成經試驗合格后，按照正常方式再進行道路部位的芯墻料等填筑。 6.5.2臨時跨心墻道路的檢測分析 根據實驗室對心墻粘土料的取樣分析表明，心墻粘土料的固結系數(shù)平均6×10-3cm2/S，壓縮模量140kg/Cm2=137.34MPa,屬中壓縮土。三軸試驗抗剪度平均值：CUU=0.9kg/cm2=883kPa，φUU=0.9kg/Cm2,C'=0.55kg/Cm2=540kPa，φ’=28.20。 為了驗證該臨時道路對已填筑粘土質量的影響，我們采用YUB-8差阻式土壓力計對道路在填筑過程和運行過程進行了測量，測出臨時跨心墻道路下壓力值的變化情況，由此量化分析已填筑合格的粘土在此壓力下的是否受到剪切破壞。 在臨時跨心墻道路填筑施工前，將YUB-8型差阻式土壓力計埋入心墻軸線附近的道路填筑所在部位的心墻粘土內。埋設時，先在粘土心墻內挖小坑，然后在坑內夯實細粘土，并挖好容納儀器柄和電纜的小槽，土壓力計倒置放入粘土心墻已挖好的小坑內，儀器受力面（直徑15.5cm的圓盤）距粘土表面10cm，再用細粘土分兩次填入坑內（5cm一次），用木夯夯實。這時即可先行引出電纜，讀取儀器初值MO和RO。 最后再在粘土表面覆蓋不含大于3cm粒徑的砂卵石，厚度20cm。 之后由推土機鋪料，振動碾分層壓實，最后形成整個臨時跨心墻道路。 在推土機推料和振動碾壓實 過程中，連續(xù)記錄下YUB-8土壓力計反映的讀數(shù)，原始數(shù)據經整理后可以看出，在臨時道路的填筑施工期間，土壓力計受力主要與路基厚度有關，無論是鋪料還是碾壓，路基越厚，土壓力計的受力就越小，這也就充分說明臨時道路以下的已填筑粘土所受的壓力也就越小。 在整個道路施工期間，最大壓力值發(fā)生在鋪料50cm后由振動碾進行碾壓時，大小為1O2.83kPa，遠小于心墻粘土料的最大承載力，說明心墻粘土不會受到剪切破壞，對粘土心墻的填筑質量不會產生負面影響。在臨時跨心墻道路運行期間，YUB-8土壓力計顯示的道路下的土體所受壓力呈現(xiàn)如下規(guī)律：跨心墻路土壓力計在過車時電阻比下降，待車過后電阻比讀數(shù)又升高一部分，過幾分鐘后再緩慢恢復到原來無過車時讀數(shù)，表現(xiàn)出砂卵石路基的彈性，起到緩沖壓力的作用，這對已填筑的心墻粘土是有積極保護作用的；道路下粘土的受力情況與通過車輛的速度有關，過車速度越慢壓力越大；在速度大致接近時，對粘土心墻作用力依次為TEREX3307、TEREX3305、VOLVE，是符合車重規(guī)律的。 經過幾天過車壓重作用后，砂卵石路基較最初路基形成時更為密實，路基對道路下土體的壓力也逐漸保持在一個穩(wěn)定值。 道路運行期間，在各種運行工況條件下，YUB-8土壓力計所反映出的道路下土體所受到的土壓力最大值僅為80.77kPa，遠小于心墻粘土料的最大承載力，這種受力情況下，心墻粘土不會發(fā)生剪切破壞，粘土心墻的填筑質量是有充分保證的。 6.6質量評價 經過近38個月的大壩填筑施工，根據《大壩填筑施工質量控制大綱》要求，通過試驗數(shù)據分析和過程控制結果進行綜合評價，得出的結論是：塔里干大壩的填筑質量完全滿足設計要求。 6.7主要施工進度 塔里干大壩填筑歷時38個月，主要分為4個階段進行： 2002年9月？2003年9月為第一階段：在進行防滲墻、帷幕灌漿和芯墻蓋板混凝土施工的同時，主要進行大壩截流前的右岸上、下游壩殼料和排水體料填筑。 2003年10月？2004年6月為第二階段：在進行左岸河床段開挖、防滲墻、帷幕灌漿和芯墻蓋板混凝土施工的同時，主要進行左岸主河道段上、下游壩殼料和排水體料填筑；04年3月中旬開始進行左岸段芯墻區(qū)域填筑，在主河道段分左右兩大段進行芯墻部位的全斷面大規(guī)模連續(xù)填筑。 2004年6月？11月為第三階段主要進行芯墻區(qū)域的粘土料、反濾料、過渡料、排水體料、經濟斷面壩殼料、下游拋石護坡料填筑。 2005年5月？11月為第四階段：主要進行大壩上部全斷 面填筑施工。 大壩填筑施工歷時38個月，完成工程量約1600萬m3，月平均填筑強度42.1萬m3/月；最高填筑強度105萬m31月。
（特約編輯：陸一芳）
收稿日期：2008-01-10 作者簡介：任明海，中國水電十局海外事業(yè)部副主任，教授級高工，從事水利水電工程施工技術及管理工作。 |
