1、1纳 子 峡 水 电 站混 凝 土 面 板 堆 石 坝 施 工 安 全 技 术 研 究(中国水利水电第四工程局有限公司 青海 门源 810300 )摘要:新形势下的水利水电工程施工，对水电工程安全管理提出了新的更高要求。“安全第一、预防为主、综合治理”是基本的安全生产方针，在建筑施工行业中，水电站工程施工属于高危施工行业，施工安全管理难度大，如何做好水电站安全施工管理工作，实现“要我安全”到“我要安全”的转变，树立一切责任事故均是可以避免的。预防和减小施工安全事故，是安全管理工作的核。落实安全生产的领导责任、技术责任、监督责任和现场管理责任，是安全工作的重点。在确保安全管理与水电事业的同步协调
2、发展中，才能使水电施工企业获得更好的效益。针对水电工程施工过程中施工安全问题，本文从安全生产管理体系与制度以及具体的施工工艺过程的安全技术控制入手，结合纳子峡水电站施工实例，介绍了该工程从主体工程大坝填筑到大坝混凝土面板浇筑施工安全技术，并结合实际施工经验对如何在高强度填筑、高差大，坡度陡，安全隐患相对较多的情况下做好大坝填筑及面板混凝土浇筑施工的安全技术措施进行了总结和探讨。关键词: 混凝土面板堆石坝 填筑 面板混凝土 施工安全技术 1 工程概况纳子峡水电站位于青海省东北部的门源县燕麦图呼乡和祁连县皇城乡的交界处，地处大通河上游末段，公路里程经青石嘴（50km ）达坂山大通县西宁市约 186
3、km。电站开发方式为混合式，电站主要任务是发电，水库正常蓄2水位 3201.50m，最大坝高 121.5m，总库容 7.33 亿 m3，最大发电水头113.5m，总装机容量 87MW，保证出力 16.61MW，多年平均发电量 3.106 亿KWh。纳子峡水电站大坝为 1 级建筑物，工程规模为二等大（2）型，混凝土面板堆石坝坝顶长度为 408.3m，坝顶宽度为 10.0m，最大坝高 121.5m，面板最大斜长 210m，大坝上游坝坡 1:1.55，下游面设置三条宽 3m 的水平马道，一级马道以上坡比为 1：1.6，一级马道以下坡比为 1：1.55。坝顶设有高度为 3.3m 的防浪墙与面板相接，坝
4、顶高程 3204.60m。坝体自上游至下游分别为碎石土盖重（1B） 、上游铺盖（1A） 、面板（F） 、垫层区（2A） 、周边缝处特殊垫层区（2B） 、主堆砂砾料区（3B1） 、主堆砂砾料区（3B2） 、排水区（3F）以及下游坝面砌块石护坡（3D） ，坝体填筑总量 507 万 m3。混凝土面板堆石坝工程，混凝土面板为不等厚面板，面板顶端厚度 0.3m，底部最大厚度 0.65m，面板间设垂直缝；面板与趾板间设周边缝；坝顶防浪墙与面板间设伸缩缝。2 本工程技术安全管理的重点、特点、难点2.1 主坝填筑阶段纳子峡水电站混凝土面板堆石坝工程，主体工程为砂砾石均质坝，运输工作量大，交通任务重，在大坝填筑
5、过程中，涉及到料场开采、大坝填筑、两岸坝肩清坡等施工，机械使用率高，在填筑过程中如何保证机械使用安全、人员施工安全是大坝填筑过程中安全管理的重点。另由于大坝坝高较高，施工作业过程中，随填筑高程不断增高，大坝临边、临空作业面增大，施工难度不断加大；安全管理风险太。2.2 面板混凝士浇筑阶段 凝土浇筑施工安全技术方面存在以下重点和难点： 防机械伤害、防高空坠落和坠物打击、防坍塌、防触电、预防火灾等安全防护等是本工程安全控制的重点； 面板混凝土、止水施工工艺要求高，质量控制是本工程的重点； 面板混凝土施工部分时段在低温季节，保温措施要求严格，是本工程又一重点； 现场场地狭小，材料设备运输、布置困难是
6、本工程的难点；3 左、右岸岸坡段面板起始块浇筑，是施工的难点； 面板周边缝和垂直缝止水槽及两侧混凝土面平整度的控制是施工的难点； 防止面板混凝土滑模漂模是面板混凝土施工难点； 侧模安装内侧面、顶面平直不错台是施工的难点； 铜止水接头焊接质量控制是本工程施工难点； 养护期混凝土面始终保持保温、保湿，不露白是养护期内的施工重点。 210m 长面板连续、一次型施工完成，如何在高差大，坡度较陡的情况下确保施工过程中人员、设备的安全，是面板混凝土施工安全技术控制的难点。3 主坝填筑安全技术措施坝体自上游至下游分别为碎石土盖重（1B） 、上游铺盖（1A ） 、面板（F ） 、垫层区（2A） 、周边缝处特殊
7、垫层区（2B） 、主堆砂砾料区（ 3B1） 、主堆砂砾料区（3B2 ） 、排水区（3F ）以及下游坝面砌块石护坡（3D） 。坝体填筑总量 507万 m3，主要工程量详见表 5-1。纳子峡水电站大坝填筑从 2011 年 9 月 14 日开始填筑，到 2012 年 11 月 11 日结束，历时 14 个月（冬休 2 个月） 。纳子峡水电站在大坝填筑施工过程中合理进行料场规划、上坝道路布置、加强现场组织管理，严把每道工序质量关，安全关、合理安排，科学调度，在施工中选用了大型的挖装、运、推、碾压机械设备，同时采取后退法施工，最大限度的减少在填筑过程中的砂砾料分离，简化了施工工序，提高施工强度，纳子峡水
8、电站大坝填筑施工安全管理经验值得在面板坝和土石坝施工中推广应用。3.1 施工道路布置3.1.1 场内交通 业主提供的施工道路 进场公路：公路起点与盘（盘坡）大（大通）公路相连接，终点位于电站管理区，路面宽度 10.0m，砂砾石路面。 左岸永久上坝道路：道路起点位于进场公路桩号 5+106.248m 处，终点至发电洞、泄洪洞闸室平台（3204.60m 高程） ，路面宽度 8.5m，砂砾石路面。 右岸大坝填筑主干道：道路起点位于钢架桥右端点处，终点至大坝右坝肩，路面宽度 8.5m，砂砾石路面。4 钢架桥：位于厂区下游跨大通河桥梁，钢桁架贝雷桥。3.1.2 场内自建道路本工程拟定修建 8 条临时施工
9、道路主干道及预留坝内路，路面结构均为砂砾石路面。大坝填筑过程中，场内自建道路起着非常关键的作用，为月最高填筑方量 72.6 万 m3 奠定了坚实的基础。3.2 坝体填筑结合纳子峡混凝土面板堆石坝工程，从填筑前期的料场规划、大坝各料区的碾压试验、大坝填筑等结合工程实例，对施工技术及填筑质量控制方法进行了深入的探讨。3.3 料场规划及开采C1 砂砾石料场位于坝址区下游大通河右岸出山口的门源县苏吉滩乡燕麦图呼村一带阶地，呈长条形沿大通河右岸展布，最大宽度约 0.96km，最大长度约 1.3km，实测面积约 116.86 万 m2。距坝址区最远距离约 1.9km。C1 料场按由上游至下游，由外向里，由
10、近及远分为 A、B 、C、D 、E 、F 六个区。 料场开采程序砂砾料开采用挖装设备在 C1 砂砾石料场直接开采拉运，先清除表层覆盖层，经试验合格后开采上坝。开采程序：测量放线开采施工道路修筑覆盖层揭除分区砂砾石料开采自卸车运输上坝。开采时垂直于开采主干道按条带状向河岸方向推进开采。条带宽度定为200m，填筑高峰时，可同时进行几个条带同步开采，开采条带间隔错开，以便于相邻未开采条带堆放覆盖层。待一个条带开采完毕后，将相邻条带堆放的覆盖及该条带覆盖一同回填至已开采条带内。砂砾料开采前，首先由反铲配合自卸车将表层覆盖层挖至相邻条带区，清表主要是将料场区表层 50cm200cm 的多年沉积物及表层有
11、机土质进行清除。砂砾石料开采主要由 1.6m3 反铲挖掘机立面开采为主， 40t 自卸汽车拉运至填筑区，平均运距 1.4km，开采深度 3m8m。若开挖的砂砾料含水量较大则需进行堆放脱水，由现场技术人员根据实际情况进行控制；若开挖料含水量较小，则通过洒水进行调整。在运输和填筑过程中含水量有损失，所以料场调整含水量时使含水量略大于填筑时的含水量，所超出含水量百分比按现场施工试验和实际天气情况确定，保证大坝填筑时砂砾料的含水量为最优含水量。5 料场施工方法根据对 C1 进行地质复勘，得出以下结论 C1 料场砂砾石颗粒组成以卵砾石为主，其中 400300mm 占 6.84%，300150mm 占 1
12、0.96%，1505mm 占60.72%，5 0.075mm 占18.88%，粒径0.075mm 占 2.6%。该料场碾压后渗透系数为 10-2cm/s，可直接开采上坝作主堆石料 3B1、3B2。特殊垫层料、垫层料、排水料均在 C1 料场布置的筛分厂，进行筛分合格后上坝。开采施工方法：砂砾料开采主要采用 1.6m3 和 1.2m3 液压反铲挖料装车，40t 自卸汽车直接拉运上坝，对于局部开采粒径不合格的砂砾石料，挖装时进行剔除。开采厚度按 2m 分层开采，第一层（2m）采用平采方式，利用现有 1#主干道运至坝面，2m 以下采用立面开采，利用一级阶地以下的 2#主干道运输至坝面。几个条状带开采过
13、程中，可错开开采层深（时间） ，以满足开采过程中料源均衡开采。在开采过程中，应尽可能地照顾到各个时段的级配平衡。当在施工过程中，有雨天开采料时，应先开采堆存，经自然脱水满足要求时，再倒运上坝。3.4 大坝填筑施工程序3.4.1 大坝填筑施工分区坝体填筑时按平行于坝轴线分为铺料区、碾压区、试验取样区。施工时根据分区情况进行流水施工。分区长度根据碾压设备最有效施工长度确定控制在5060m 左右。为保证铺料、碾压、取样各区在作业当中互不影响，采用 “进占法”与“倒退法”相结合的方式进行上料，并在作业面留有临时施工道路以确保施工顺利进行。纳子峡水电站大坝从上游至下游坝基填筑宽度共计 385.34m，由
14、于前期填筑时上下游方向宽度较大，且在大坝填筑面的升高，上下游作业填筑作业面变窄，因此在施工时综合考虑从高程、宽度进行作业区划分，在大坝填筑时将大坝分为四个施工区域。 在填筑高程 3112.0m 以下分为四个施工区，即 、填筑作业区； 在高程 EL3112.0m高程 EL3142.1m，随着上下游作业面边窄，划分为3 个填筑区，即、填筑作业区； 在高程 EL3142.1m高程 EL3172.1m，划分为 2 个填筑区，即、填6筑作业区； 在高程 EL3172.1m高程 EL3202.5m，划分为 1 个填筑区，详见填筑分区详见图 5-1。大坝填筑顺序自下游至上游为区填筑区填筑区填筑区填筑。图 5
15、-1 大坝填筑分区图3.4.2 大坝填筑分层及填筑顺序大坝填筑主坝砂砾料、排水料按 0.8m 填筑分层，其中垫层料按 0.4m 分层；特殊垫层料按 0.2m 分层。先填主坝砂砾石料，再填排水料，最后填垫层料。一层主坝砂砾料 3B2、一层排水料、再一层主坝砂砾料 3B1，两层垫层平起作业的施工程序进行作业，填筑顺序详见图 5-2、5-3、5-4。并遵循主坝排水料不侵占主坝砂砾石料、主坝砂砾石料不侵占垫层料，垫层料不侵占特殊垫层料。先粗后细法，有利于保证质量，且不增加细料用量。铺料时，允许细料占压粗料区，但不允许粗料占压细料区。图 5-2 竖向排水料、3B1 料、3B2 料填筑顺序 7图 5-3
16、水平排水料、3B1 料填筑顺序图 5-4 垫层料、3B1 料填筑顺序3.5 坝体填筑碾压要求及碾压试验在大坝填筑之前，结合设计技术要求对各料区料源进行碾压试验，各上坝料在坝体下游选定区域进行了生产性碾压试验，从中确定了各上坝料的碾压参数。 坝体碾压要求坝体填筑碾压方向：坝体碾压均以平行于坝轴线的方向碾压，仅对高程3099.5m 以下水平排水料及周边料进行垂直轴线方向碾压。骑缝碾压：对设计分区接缝和施工填筑分区，接缝必须做到骑缝碾压，骑缝碾压遍数都以相邻分区碾压遍数进行控制。各填筑料碾压参数确定：各填筑料碾压遍数及各项参数的确定均有现场生产性试验确定，各填筑料碾压参数详见表二。 碾压试验在大坝填
17、筑前，对垫层料、主坝砂砾料 3B1、3B2 料、排水料进行生产性碾压试验各 3 组，分别对碾压区 6、8、10 遍，进行了各计 42 组试验检测，其中对设计指标干密度、相对密度进行了各 36 组试验检测，对碾压料 6 遍区、8遍区、10 遍区分别进行了各 2 组颗粒分析试验检测、总计 6 组颗粒分析试验检测。8根据试验各上坝料检测颗粒级配、干密度平均值、相对密度平均值等各项技术指标，均满足设计指标。 确定碾压参数碾压试验完成后，各坝料碾压参数确定，各区碾压参数详见表 5-3。碾压参数表表 5-3坝料名称 振动碾型 号 行走速度 (Km/h) 铺筑厚度（ mm） 碾压遍数冬季铺筑厚度（mm）冬季
18、碾压遍数特殊垫层料（2B）自行式 26t振动碾 1.5 200 8 200 10垫层料（2A）自行式 26t振动碾 1.5 400 8 400 10主坝砂砾料3B1自行式 26t振动碾 1.52.0 800 8 600 10主坝砂砾料3B2自行式 26t振动碾 1.52.0 800 8 600 10排水料（3F） 自行式 26t振动碾 1.52.0 800 8 600 103.6 各料区及结合部位填筑的安全、技术措施 特殊垫层料填筑特殊垫层料为筛分成品料，直接从成品料堆挖装、运输直接上坝。采用后退法卸料，在成品料堆进行加水，施工过程中现场进行洒水，人工配合 1.2m3反铲摊铺（控制铺层厚度 2
19、0cm） ，压实机具采用手扶式震动碾施工。该部位的填筑必须精心操作，严格按碾压试验成果及监理工程师要求控制铺料厚度、碾压遍数及洒水量填筑，保证施工质量。 垫层料填筑垫层料和相邻主堆石砂砾料的填筑平起施工。垫层料由筛分加工，成品料堆挖装、运输直接上坝。在挤压墙混凝土施工完成 2h 后，将符合设计要求的垫层料直接运卸到垫层区，之后采用 CAT330 反铲辅以人工摊铺整平（控制铺层厚度 40cm） 。卸料顺序从两边向中间进行，以利于流水作业，40t 自卸汽车运输，每 6.5m 倒料 1 车，根据现场情况可做适当调整。卸车后料堆周边的超径石由人工剔除。平整后洒水，采用 SD-100F 自行式振动碾沿平
20、行于坝轴线方向先静 2 遍，低处适当补料后碾压 6 遍，距离挤压墙应保持在 15cm 左右。靠近岸坡处用手扶式振动碾或液压振动夯板夯实。9用后退法铺一层相邻堆石料 3B1、3B1 料坡面必须顺直，然后清除上游坡脚粒径大于 10cm 的大块石后，铺垫层料。各种料物的铺料厚度宜用测量方法控制，并经监理人批准。周边缝附近的小区料用人工辅助机械铺料。负温下施工时，坝料内不得有冰块或结块存在。经试验需要加水碾压的坝料，在负温下填筑不能加水时，减小铺料厚度，增加碾压遍数，确保达到设计要求的压实标准。由于垫层料施工时属于临边施工，且垫层料宽度为 3m，因此，施工范围狭小，对机械的安全运行提出了较高的标准，同
21、时，垫层料的施工在挤压墙成型2h 后施工，采用 XS262 自行式振动碾沿平行于坝轴线方向先静碾 2 遍，低处适当补料后碾压 6 遍，所以，在施工时为保证安全及不对挤压墙造成破坏的前提下，垫层料碾压时，振动碾距离挤压墙内边墙的距离应保持在 1m 范围内，在其范围内采用手扶式振动碾或液压振动夯板夯实，从而保证施工时设备和人员的安全。同时在上游挤压墙坡面上每隔 20 米高差，设置一道安全防护网，确保临边作业的安全，如图 5-5 所示。图 5-5 垫层料、特殊垫层料碾压施工现场临边防护网10 坝体堆石料（砂砾石料）填筑堆石区内的纵、横接缝和临时施工道路，随着堆石坝体上升，逐层处理。除与垫层料相邻的堆
22、石料外，堆石料采用进占法卸料，推土机及时平料。每层铺料后，用测量方法检查铺料厚度，严格按施工参数的要求控制铺料厚度，其误差不超过铺料厚度的10。堆石料在在坝面上采用水管和 20t 的洒水车进行加水，保证加水量达到碾压试验或设计要求。堆石料采用 26t 振动碾碾压。振动碾行驶方向平行于坝轴线，靠岸边处可顺岸行驶。主石堆料 3B1 料由砂石料场直接开采上坝，采用装载机和反铲挖装（控制最大粒径小于 40cm） ，配 40t 自卸汽车运输上坝。由 SD22 推土机摊铺（控制铺层厚度 80cm） ，并加水使坝料湿润，SD175D 自行式振动碾沿平行于坝轴线方向碾压 6 遍。主石堆料 3B2 料由砂石料场直接开采上坝，采用装载机和反铲挖装（控制最大粒径小于 40cm） ，配 40t 自卸汽车运输上坝。由 SD22 推土机摊铺（控制铺层厚度 80cm） ，并加水使坝料湿润，XS262 振动碾沿平行于坝轴线方向碾压68 遍。在与岸坡或混凝土建筑物接触处先回填 4m 宽的过渡料，严防块石集中和架空，并用振动碾压实。
