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任明海 万春来 付 伟（中国水利水电第十工程局，四川都江堰 611830)
摘要：伊朗塔里干水利枢纽工程由大坝和发电工程两部分组成，其中粘土心墙堆石坝填筑量约1600万m3。大坝填筑施工中采取了一系列行之有效的施工管理措施和技术措施，并采用了现代化的监控系统，实时掌握运料车辆运行情况及各施工点的工作状况。大坝填筑施工历时38个月，期间，创造了大坝填筑月强度105万m3的纪录。 关键词：粘土心墙；填筑施工；管理措施；施工技术措施 中图分类号：TV443 文献标识码：C 1.工程概述 伊朗塔里干工程是一个以供水、防洪、灌溉为主，发电为辅的水利枢纽工程。该工程位于德黑兰（Oehran）西北135km的塔里干山谷处，由大坝和发电工程两部分组成；其中粘土心墙堆石坝坝高110.2m，坝顶长度为1111.2m，填筑量约1600万m3。 塔里干河流域降水量很少，降雨主要集中在冬季；极限最低气温约-30.5℃；大坝填筑料源主要分布在大坝上游12km范围内，平均运距约7km；抛石料场在大坝下游约3km处；粘土心墙料场主要在大坝上游，平均运距约1.5km。 2.主要设计要求和施工参数 根据设计要求和《ASTMD698试验标准》，普通芯墙粘土料的摊铺厚度25-30cm，用BW216PDH-3型（15t）的凸块振动碾碾压8遍，其现场压实度不低于98%；反滤砂料的摊铺厚度20-30cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振动碾碾压6遍，其相对密度大于（或等于）80%；过渡料的摊铺厚度70-80Cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振动碾碾压6-8遍，其相对密度大于（或等于）70%，排水体料的摊铺厚度70-80cm，用BW216PD-3型(15t）的光面振动碾碾压6-8遍，其相对密度大于（或等于）70%；坝壳料的摊铺厚度70-80cm，用BW216PD-3型（15t）的光面振动碾碾压6-8遍，其上游坝壳料的相对密度大于（或等于）80%；EL.1755m高程以下的下游坝壳料的相对密度大于（或等于）75%;EL.1755m高程以上的下游坝壳料的相对密度大于（或等于）8O%；抛石护坡料采用EX300-5BH1.38m3液压反挖铺料，并夯实合格后再修整表面。 3.大坝填筑施工准备工作 根据施工总进度安排，在2002年8月底完成了大坝河床右岸段的覆盖层基础开挖、填筑前的基础压实和坝壳料填筑生产性试验后，于9月中旬开始穿插进行大坝上游右岸河床段的坝壳料填筑施工。 3.1主要临建设施布置 根据施工设备维修和管理需要，在大坝上游用推土机等设备形成平台 ，布置了约600m2的设备维修、保养和管理车间及占地约1.5万m3主要设备停放场地；根据填筑要求，在上游布置了两套筛分系统生产混凝土骨料和反滤砂料、过渡料、排水体料，布置了成品料堆放场地；在主要的坝壳料运料道路上，布置了车辆计量和监控系统。 3.2主要施工道路 根据主要运料车辆TERX33O7（载重45t车）的运行安全要求，主要施工道路宽度都在15-2Om。主要包括：上下游围堰和纵向围堰道路、右岸到上游坝壳料场、粘土料场、弃渣场、修理车间、砂石加工系统的道路；下游到溢洪道（含弃渣场）、采石场的道路，连接库区的绕坝道路左岸到厂房和粘土料场的道路、坝体内随大坝填筑在坝壳料区域形成的临时施工道路、在芯墙区域需经常变换位置和随时进行保护的穿越粘土芯墙的临时施工道路，总长度约80km。 3.3主要料场准备 由于芯墙粘土填筑区域和部位不同，所要求的含水率和分散性指标也不同，须提前按需加水和加石灰拌制而成，用反挖装自卸汽车运到大坝。反滤料、过渡料和排水体料均选用分布在大坝上游右岸河滩地上的Cl、C4料场的砂卵石料，需要筛分生产和提前储备第二年又在C4料场的二次冲积料场（头年开采后经洪水冲填形成）直接挖运过渡料和经筛分生产排水体料和反滤砂料；根据多次现场生产性试验，优先采用了主体工程明挖和洞挖石渣料和洪积料场的砂卵石料，作为大坝下游EL.1755m高程以下的坝壳料的主要填筑料。 在采石场钻爆开采护坡料，液压钻机钻孔，分台阶进行梯段爆破，反挖装自卸汽车运到大坝。 3.4填筑施工试验 根据设计要求须提前进行芯墙粘土料、高塑性土、掺石灰粘土、反滤料、过渡料、排水体料和坝壳料、开挖石渣料填筑试验，取得不同填筑材料的各种参数，报业主代表审批后形成内部规范化的指导施工手册，保证了大坝填筑自始至终都能规范化、标准化地施工。 3.5基础准备 基础开挖达到设计要求后，根据其承载能力，并检查有无泥化夹层、砂层透镜体和其它不良地质结构存在，合格基础表面采用推土机平整，BW216PD-3型（1st）的光面振动碾碾压6-8遍，达到相对密度大于或等于80％的坝壳料填筑碾压标准后，即可进行大坝填筑施工了。 4.现代化的施工管理 4.1 现代化监控系统 塔里干大坝工程施工中，在大坝上布置有车辆计量系统，该系统由硬件和软件两大部分构成，其硬件主要由车道控制器、读写器、天线、车载电子识别卡、红绿灯、固定式广角摄像机、管理工作站、打印机、红绿灯 、网络集线器组成；软件主要由车道控制软件、写卡软件、验卡软件和管理软件组成。 (1）监控系统功能该监控系统能自动识别装卡车辆，车速在4Okm/h内可进行正常识别；车辆在识别成功后，红绿灯闪烁，摄像机自动抓拍车辆全景，并在计算机内作车辆、车辆全景、经过时间、对应车辆运输明细记录；在设定的车辆最低周转时间内，如识别到两次及以上相同车辆即不作车辆运输的明细记录，但作为黑车备案，管理人员能随时查询该车辆的运输情况，同时，能随时对上坝填筑数据进行查询。 (2）监控系统的作用 伊朗塔里干大坝工程配备先进的管理系统，管理人员在中央控制室可以实时昼夜监视大坝各个监控点的工作状况，并通过主控键盘控制各点摄像机的动作，使球形摄像机按照预先设定的路径进行循环漫游监视各施工点当前的工作状况、完成情况、存在的问题等。通过监控系统可以了解每天每台车辆的运行情况和每天的上坝填筑量，从而提升了现场管理水平并提高了工作效率。 (3）监控系统的效果 塔里干大坝工程车辆计量系统和彩色图像监控系统的安装，方便了单车核算，克服了人工计车数的人为误差，防止了雇员消极怠工现象发生，促进了大坝的填筑进度，提高了工效10％-20％。在大坝工程中由于点多施工面广、战线较长的情况下，使管理者可随时了解各施工点、各分项工程的施工情况。 4.2行之有效的施工技术措施 (1）缩短运距 伊朗塔里干大坝EL.1752.Om以上填筑坝壳料、心墙料的运输施工道路进行改造，使运料车辆在监控自动计量主干道上，空车不经过车辆自动计量系统，规范了运输道路，缩短了运输路线，提高了施工效益8%-1O%，效益显著。 (2）注重设备管理 项目部进场后，共进设备370余台（套），对设备实行“强制保养、照章操作、安全第一”的管理方针，专门建立设备档案和重型车辆IC卡身份识别系统，建立了设备专门的保养、清洗和维护队伍，定时对设备进行清洗和每台设备每天按时进行强制保养。这些措施取得了良好的效果，设备完好率保持在93％以上，设备使用率保持在90％以上，使工程最高月填筑强度达到105万m3。 (3）注重雇员培训 在塔里干大坝项目部进场后，项目部招聘培训了3000余名当地人，随后从中择优挑选了相对固定的600余名雇员从事重机设备驾驶人员的培训，通过培训、选择和经过一段时间的磨合，使项目外聘施工队伍基本稳定，从而保证了工程的顺利进行。 5.防渗心墙分散性粘土处理 5.1 招标阶段土料评价 根据业主提供招标资料，业主推荐选用的6个防渗土料场地，A2料场具极高-高分散性，A7、A1O料场具高-中分散性，A6、A8、All料场具中-低分散性。 5.2 土料分散性复核 分散性土在遇水后即分散成原级颗粒，悬浮于水中并随渗透水流失，而迅速发展成管状通道，甚至完全溃决。鉴于分散性土对工程的危害，论证土料是否存在分散性及其分散程度如何，是EPC/T承包商料场复核的工作重点。承包商有目的地对A7、A8、All料场进行取样，委托伊朗MandroCo.公司进行试验。同时，对A8、All料场取样4组送回中国西北水电勘测研究院工程科研实验院，采用针孔法、孔隙可溶盐法、双比重计法和土块法4种不同的方法进行试验。 从矿物成份鉴定试验可知，Taleghan料场土料的矿物成份以石英（Sio2）、方解石CaCO3、钠长石（NaAIS3O8）和钙蒙脱石(CaO•2(AI,Mg)2SiO410(OH)21•H20）为主，次要成份为高岭土（A12O32SiO.2H20）。根据中国对分散性土的研究，蒙脱石是由火山喷屑及由富有铁和镁的岩石在碱性介质条件下形成的，其特点是不仅外表面能够将水吸附，而且能在内部形成粘结水，有遇水膨胀，失水收缩的性质。钠蒙脱石对土料的分散性影响较大，而钙蒙脱石对土料的分散性没有影响，但含量较高时对土料的膨胀性有影响。 24组针孔试验资料统计，过渡性试样3组，占总组数的12.5%,主要分布在A8料场和All料场；A7料场4组试样为非分散性土。 孔隙水可溶试验可知，A8料场两组试样为非分散性土；All料场，TK4样为分散性土，TK5样 双比重计试验结果，A8、All料场4组土样均为非分散性土。 土块试验结果A8料场土样为非分散性土；All料场土样为过渡性和非分散性土。 5.3粘土料场结论 试验结果虽不一致，但可知粘土部分存在分散性或者过渡性。从料场的矿物成份看，土中粘土矿物蒙脱石不是导致土分散性的钠蒙脱石，而是不导致土分散性的钙蒙脱石。从土的化学成份看，有利于土分散的Na＋和抑制土分散的Ca2＋、Mg2＋含量变化较大，这是导致土样表现出有分散性或呈过渡性的关键因素。因此Taleghan料场土料不是典型的由高钠蒙脱土组成的分散性土，而是由于阳离子含量中可引起分散的Na 含量过高，和抑制土分散的Ca2 、Mg2 离子相互抵消后，Na 仍过剩而导致局部层位土样表现为分散性或过渡性的土，作为心墙防渗土料，分散性危害不大。推荐选用All、A8、A7、AIO防渗土料场，其储量和质量满足设计要求。其中A8、All粘土？ 铣∮杏昧洗⒘看螅？稚⑿孕。？司嘟?，建议优先开采使用。防渗粘土按过渡性土设计，各层土料混合开采上坝。 5.4分散性土处理措施 粘土的分散性来源于钠蒙脱石的不稳定结构，形成分散性必须具有一定数量的蒙脱石等不稳定结构的粘土矿物和没有能抑制分散性的胶结以及碱性的介质环境。分散性土的处理主要为增加抑制分散性的胶结以及碱性的介质。 为防止心墙分散性土料的冲蚀破坏，本工程在心墙与基础、岸坡及溢洪道的连接采取以下措施： l）河床部位心墙底部与基础连接处设置lm厚的砂反滤层。 2）两岸心墙基础开挖至基岩，开挖坡度不陡于1:0.5，结合灌浆在心墙底部与基础连接处设置O.5m厚的混凝土铺盖，混凝土铺盖上再铺设lm厚的非分散性石灰粘土。 3）心墙与溢洪道边墙采用侧墙式连接，连接处铺设lm厚的非分散性石灰粘土。 4）防渗墙深入心墙粘土部位，在和粘土的接触面采用lm厚非分散性石灰粘土保护。 5）心墙粘土上下游设砂反滤，与心墙与基础、岸坡及溢洪道的连接处非分散石灰粘土形成一个完整的保护层。 6.填筑施工 按施工总进度要求，根据粘土芯墙堆石坝的结构特点，考虑大坝中下部坝体断面积大，施工场地开阔，适合分区域多片区进行大规模填筑的施工特点，从2002年9月中旬开始按“分阶段、分区域、分高程、分部位”原则开始进行大坝填筑施工。 6.1摊铺 按照大坝填筑措施要求，每层填筑料摊铺前，都必须提前放线，作好醒目标志，并严格控制铺料厚度在卸车和摊铺过程中，安排专人指挥协调施工设备和清理杂物及不合格材料，以保证填筑质量和施工安全。 6.2压实和质量控制填筑材料摊铺好后，采用15t的光面或凸块振动碾碾压6-8遍，每层必须由试验工程师现场取样，并在试验室做相关试验；在相对密度等各项指标合格后，才能进行下一层的铺料工作。 6.3粘土芯墙施工按照芯墙料填筑措施要求，在粘土料填筑前需逐层清除防渗墙和盖板表面的杂物，处理超规范要求的不平整部位，检查施工逢和结构缝的防水质量，均匀刷涂一层防水涂料。按填筑措施要求的铺料厚度采用进占法卸料，推土机均匀摊铺，15t的凸块振动碾碾压8遍；现浇防渗墙两侧和混凝土盖板面上高塑性和掺石灰粘土，采用15t的光面振动碾碾压6-8遍（或扶式双钢轮振动碾碾压8-1O遍）。 6.4冬雨季节粘土料停工处理由于芯墙粘土料的填筑施工质量要求高，在冬季气温低于3-5℃或下雨不能继续施工时，须对已碾压完成的 粘土料采用光面振动碾碾压封闭保护，在粘土料填筑停止前也须按完成粘土料保护，并铺填约1.5m厚的坝壳料保温防冻；大坝上游面跨反滤料、过渡料的进场道路口要经常变换位置。 6.5穿芯墙过坝道路 6.5.1临时施工道路 粘土心墙作为大坝的最主要防渗结构，其重要性不言而喻。要在粘土心墙上填筑临时施工道路，首先应考虑的是施工道路和特大型运输车辆运行过程中对已填筑合格的粘土心墙质量的不利影响，以及选择那种最适当的道路型式和布置方式。最终我们采用的道路型式和布置方式为：在完成相应部位的各种填筑材料的正常填筑且验收合格后，采用坝壳料填筑跨心墙临时施工道路，厚2m，顶宽15m；道路坝壳料直接填到已合格的心墙面上，用推土机铺料，光面振动碾分层压实，分层厚度50-8Ocm；跨心墙临时道路沿坝线布置2-3条，大坝填筑每上升4-5m更换一次道路口子；上下层临时道路必须错开，错开距离不得小于20m；临时道路拆除时，利用挖土机一次性挖除，同时注意清理干净已污染的心墙粘土料、反滤料、过渡料和排水体料挖除心墙道路后，继续向下清理粘土层至未扰动破坏层，层厚一般为50Cm，包括两侧已填筑的不合格的粘土；清理完成经试验合格后，按照正常方式再进行道路部位的芯墙料等填筑。 6.5.2临时跨心墙道路的检测分析 根据实验室对心墙粘土料的取样分析表明，心墙粘土料的固结系数平均6×10-3cm2/S，压缩模量140kg/Cm2=137.34MPa,属中压缩土。三轴试验抗剪度平均值：CUU=0.9kg/cm2=883kPa，φUU=0.9kg/Cm2,C'=0.55kg/Cm2=540kPa，φ’=28.20。 为了验证该临时道路对已填筑粘土质量的影响，我们采用YUB-8差阻式土压力计对道路在填筑过程和运行过程进行了测量，测出临时跨心墙道路下压力值的变化情况，由此量化分析已填筑合格的粘土在此压力下的是否受到剪切破坏。 在临时跨心墙道路填筑施工前，将YUB-8型差阻式土压力计埋入心墙轴线附近的道路填筑所在部位的心墙粘土内。埋设时，先在粘土心墙内挖小坑，然后在坑内夯实细粘土，并挖好容纳仪器柄和电缆的小槽，土压力计倒置放入粘土心墙已挖好的小坑内，仪器受力面（直径15.5cm的圆盘）距粘土表面10cm，再用细粘土分两次填入坑内（5cm一次），用木夯夯实。这时即可先行引出电缆，读取仪器初值MO和RO。 最后再在粘土表面覆盖不含大于3cm粒径的砂卵石，厚度20cm。 之后由推土机铺料，振动碾分层压实，最后形成整个临时跨心墙道路。 在推土机推料和振动碾压实 过程中，连续记录下YUB-8土压力计反映的读数，原始数据经整理后可以看出，在临时道路的填筑施工期间，土压力计受力主要与路基厚度有关，无论是铺料还是碾压，路基越厚，土压力计的受力就越小，这也就充分说明临时道路以下的已填筑粘土所受的压力也就越小。 在整个道路施工期间，最大压力值发生在铺料50cm后由振动碾进行碾压时，大小为1O2.83kPa，远小于心墙粘土料的最大承载力，说明心墙粘土不会受到剪切破坏，对粘土心墙的填筑质量不会产生负面影响。在临时跨心墙道路运行期间，YUB-8土压力计显示的道路下的土体所受压力呈现如下规律：跨心墙路土压力计在过车时电阻比下降，待车过后电阻比读数又升高一部分，过几分钟后再缓慢恢复到原来无过车时读数，表现出砂卵石路基的弹性，起到缓冲压力的作用，这对已填筑的心墙粘土是有积极保护作用的；道路下粘土的受力情况与通过车辆的速度有关，过车速度越慢压力越大；在速度大致接近时，对粘土心墙作用力依次为TEREX3307、TEREX3305、VOLVE，是符合车重规律的。 经过几天过车压重作用后，砂卵石路基较最初路基形成时更为密实，路基对道路下土体的压力也逐渐保持在一个稳定值。 道路运行期间，在各种运行工况条件下，YUB-8土压力计所反映出的道路下土体所受到的土压力最大值仅为80.77kPa，远小于心墙粘土料的最大承载力，这种受力情况下，心墙粘土不会发生剪切破坏，粘土心墙的填筑质量是有充分保证的。 6.6质量评价 经过近38个月的大坝填筑施工，根据《大坝填筑施工质量控制大纲》要求，通过试验数据分析和过程控制结果进行综合评价，得出的结论是：塔里干大坝的填筑质量完全满足设计要求。 6.7主要施工进度 塔里干大坝填筑历时38个月，主要分为4个阶段进行： 2002年9月？2003年9月为第一阶段：在进行防渗墙、帷幕灌浆和芯墙盖板混凝土施工的同时，主要进行大坝截流前的右岸上、下游坝壳料和排水体料填筑。 2003年10月？2004年6月为第二阶段：在进行左岸河床段开挖、防渗墙、帷幕灌浆和芯墙盖板混凝土施工的同时，主要进行左岸主河道段上、下游坝壳料和排水体料填筑；04年3月中旬开始进行左岸段芯墙区域填筑，在主河道段分左右两大段进行芯墙部位的全断面大规模连续填筑。 2004年6月？11月为第三阶段主要进行芯墙区域的粘土料、反滤料、过渡料、排水体料、经济断面坝壳料、下游抛石护坡料填筑。 2005年5月？11月为第四阶段：主要进行大坝上部全断 面填筑施工。 大坝填筑施工历时38个月，完成工程量约1600万m3，月平均填筑强度42.1万m3/月；最高填筑强度105万m31月。
（特约编辑：陆一芳）
收稿日期：2008-01-10 作者简介：任明海，中国水电十局海外事业部副主任，教授级高工，从事水利水电工程施工技术及管理工作。 |
