简论沙坝水库扩建加高大坝枢纽工程施工组织设计

简论沙坝水库扩建加高大坝枢纽工程施工组织设计

黄小镜

遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002

摘要：沙坝水库现状为小（1）型水库，大坝为砌石重力坝，大坝枢纽建筑物由大坝、坝身溢洪道、防水管组成。水库扩建加高为中型水库，沙坝水库枢纽建筑物由原砌石重力坝作为扩建面板坝的趾板基础，在坝后用堆石坝加高、左岸新建开敞式设闸溢洪道、右岸新建取水隧洞等组成。水库现状工程任务为农田灌溉和道真县城供水，扩建后工程的主要任务是向道真县城区域城市及工业园区供水，同时满足灌区农田灌溉用水要求，工程建设十分必要，经济效益和社会效益良好。

关键词：沙坝水库；扩建加高；大坝枢纽；施工组织、设计

1大坝枢纽工程概况

沙坝水库大坝枢纽工程位于道真自治县梅江支流巴渔河上，坝址距巴渔集镇2km，距道真县县城8km，距遵义市城区210km。大坝枢纽建筑物由原砌石重力坝作为扩建面板坝的趾板基础，在坝后用堆石坝培厚加高、左岸新建开敞式设闸溢洪道、右岸新建取水隧洞等组成，扩建加高后水库正常蓄水位753.00m，死水位为729.00m，正常蓄水位库容1246万m³，死库容171万m³，兴利库容为1075万m³。

2大坝枢纽建筑物结构设计

沙坝水库大坝设计利用原砌石重力坝顶作为趾墙基础，在大坝下游采用堆石坝培厚加高，最终形成新老坝体结合的高趾墙混凝土面板堆石坝，原坝体作为水平段趾板，建基面高程744.00m。扩建加高后的最大坝高44.0m，坝轴线长133.0m，坝顶高程755.00m，坝顶宽6.6m。大坝上游面钢筋混凝土面板厚0.35m，面板分缝宽度12m。原溢流坝段采用C15混凝土回填至744.00m的趾板基面高程，下游坝面为干砌块石护面，厚0.4m。

溢洪道布置于左岸，为岸边开敞式溢洪道，由引水渠、溢流段、泄槽段、消力池段组成，总长179.0m。溢流堰为WES实用堰，堰顶高程749.00m，溢流堰净宽15.0m，共3孔，单孔宽5.0m，设3扇5.0×4.0m(b×h)弧形工作钢闸门，采用液压式启闭机启闭，闸墩上设工作桥，工作桥面宽4.0m，桥面高程755.00m，出口采用底流消能，消力池宽14m。

取水建筑物布置于右岸，采用闸井+隧洞方式，进口中心高程727.20m，进口处设拦污栅和2.0×2.0m的平面检修闸门。闸门井顶部高程755.00m，启闭机室内布置有1台固定卷扬式启闭机。取水口闸井后通过3.5m长渐变段接取水隧洞，隧洞总长275m，洞径2.0m，洞身采用C20钢筋混凝土衬砌。在隧洞桩号0+285.0处接直径Φ2000mm的压力钢管主管，主管长5m，通过球形岔管分接两根Φ1000支管，两支管出口分别接输水管道至水厂和灌溉渠首消力池。

大坝原放水管为DN1400mm钢管，前端进口处原设有一扇平板检修闸门，末端分岔为两根DN800mm钢管，分别用来灌溉和供水，大坝扩建加高施工期间将放水管采用DN1400钢管后延长作为大坝扩建加高施工期的导流涵管，大坝下游侧镇墩处设置闸阀，工程完工后可作为生态放水管兼放空管。大坝枢纽工程平面布置图及剖面图如下：

图一：沙坝水库大坝枢纽布置图 图二：沙坝水库大坝剖面图

沙坝水库大坝枢纽建筑物主要工程量如下：大坝工程土方开挖1700m³、石方开挖9250m³、坝体堆石填筑120120m³、砌石160m³、混凝土及钢筋混凝土浇筑6570m³；溢洪道土方开挖14500m³、石方开挖72300m³、土石方回填600m³、混凝土及钢筋混凝土浇筑4832m³；取水隧洞工程土方开挖580m³、石方明挖1400m³、石方洞挖1670m³、砌石580m³、土石方回填700m³、混凝土及钢筋混凝土3080m³、金属结构和机电设备安装成套。大坝枢纽工程总平面布置如下图：

大坝枢纽工程总平面布置如下图

3 施工组织设计

3.1施工条件

沙坝水库坝址现有207省道从水库大坝右岸通过，大坝枢纽工程施工对外交通条件较好。大坝下游常年河水深0.3～0.5m，坝址左右岸地形较陡，但库区及大坝下游地势平缓，是工程布设施工辅助企业、施工营地、弃渣场等的理想场地。工程所用石料场在库区距坝址约4.0m的山堡处开采及加工，料场总储量约47万m³，有用层储量约38万m³，需开采量约18万m³。开采及加工布置条件好，运输方便，块石料成品及砂石骨料采用自卸汽车运至大坝枢纽工程施工区。大坝下游约1500m²的平缓地带可布置混凝土拌合系统及临时堆料场、设备停放及其他施工辅助设施，施工营地设在大坝下游右岸207省道及场内公路沿线的台地中，工程施工总体布置场地条件较好。

沙坝水库一直承担着道真县城的主要供水任务，兼有部分农田灌溉用水，需保留一定库水位施工，工程施工期间通过在导流涵管出口接供水管作为应急供水水源及农田灌溉用水问题。

项目区施工用电、用水、外购建材、炸材、机械设备维护等均可道真县城区内完成，外部材料供应条件较好。

3.2施工导流及度汛

沙坝水库扩建加高大坝枢纽工程的设计施工总期为24个月，其中准备工期4个月，主体工程施工期20个月。第一施工年度的4～7月进行施工准备，第一施工年度的8月至第三施工年度的3月进行主体工程施工。施工导流标准取5年一遇洪水，导流时段取11～4月份，相应洪峰流量Q=11.4m³/s，主要导流建筑物包括为导流涵管及下游挡水围堰。

施工导流涵管利用原大坝放水管（DN1400mm的钢管）接钢管延长改造而成，前端进口处原设有一扇平板闸门，大坝施工期间在原大坝下游焊接1根DN1400mm钢管(壁厚14mm)，并采用30cm厚的C20钢筋混凝土包管接至下游围堰外的河道，导流涵管道长190m，在大坝下游侧镇墩处设置设DN1400控制蝶阀控制下放流量。

临时挡水围堰采用拦蓄全年5年一遇洪水洪水标准设计，仅布置下游围堰即可，堰顶高程715.00m，堰顶长20m，因施工期需作为跨河交通道路使用，堰顶宽取5.0m，围堰上下游坡比均采用1:1.5，迎水面采用0.3m厚干砌块石护坡。

大坝枢纽工程施工度汛洪水标准取20年一遇洪水(P=5%)，相应的入库洪峰流量Q=185.90m³/s，洪水总量527万m³，最高库水位738.50m，相应库容452万m³，低于原水库的堰顶高程及调洪库容，原坝体挡蓄水能力满足施工度汛标准调洪要求，度汛时采用导流涵管结合取水隧洞泄洪。

1）大坝施工

坝基开挖分两期进行，先坝肩及后岸坡后河床，两坝肩开挖可同时进行，自上而下开挖，两岸地表附着物主要由人工清除，土方直接采用挖掘机开挖，石方采用风钻钻孔，人工装药、光面爆破方式开挖，因本工程为扩建加高项目，坝肩和坝基开挖主要采用人工配合小型机械作业，石方开挖时应严格控制装药量，按照少装药、弱爆破的原则进行，减少和避免爆破对原有坝体的影响。坝肩开挖土石弃渣溜至下游河床后采用1m³的反铲挖掘机铲装、10～15t的自卸汽车运输出渣，运至规划弃渣场堆放。河床覆盖层较浅，局部基岩出露，覆盖层采用1m³的挖掘机开挖，8～10t自卸汽车出渣，基坑石方采用风钻钻孔、人工装药，梯段、浅孔预裂爆破的方式开挖，河床开挖弃渣采用1m³的挖掘机挖装、15～25t的自卸汽车运输出渣，基坑积水采用临时泵站抽排至下游围堰外侧的河道。

原溢流坝段砌体拆除及下游坝体凿毛施工采用满堂脚手架+安全防护网的方式进行。原坝体的部分砌体拆除主要由人工作业，表面凿毛在原坝体拆除完毕后进行，凿毛完毕后采用压力水冲洗干净再进行回填混凝土浇筑。原坝体溢洪道表孔封堵后在进行趾板钢筋混凝土浇筑，表孔封堵采用组合钢模板，人工安装立模，趾板浇筑从坝顶开始自下而上向两岸坡推进，钢筋制安时预埋灌浆导管和固定止水片，按设计图纸对永久分缝进行标记。混凝土由右岸拌合系统供料，混凝土泵送入仓，手持式振捣器及时振捣密实，趾板混凝土浇筑完毕8小时以后进行洒水喷雾养护，并根据天气情况在养护面覆盖彩条布或麻袋等，以保持混凝土表面湿润，养护时间不宜少于28天，且趾板混凝土浇筑后28天内，周围20m范围内不得进行爆破。

坝基固结灌浆及防渗帷幕灌浆拟在趾板混凝土浇筑完毕后进行。防渗帷幕灌浆在固结灌浆完毕后根据坝体填筑进度情况进行。

大坝扩建加高的堆石料填筑在一个年度内施工完毕，因导流及施工度汛安全可控，大坝填筑采取全年持续施工，第二施工年度1月份开始坝体填筑，第二施工年度的10月底坝体填筑封顶进入沉降期，填筑工程量共计120120m³。

垫层料、过渡料和一定宽度的主堆石填筑应平起施工，均衡上升，主次堆石采取分期、分区填筑，填筑工作面按施工区面积分成工作条块，每个工作条块按卸料→铺料平整(含洒水)→碾压→质检4个条带平行流水作业，相对独立施工。744.00m高程以上的上游面采用挤压混凝土边墙施工，以减少上游坝面削坡施工和斜坡碾压施工难度。坝体堆石填筑采用分层辗压法施工，垫层料和过渡料均为40cm一层，堆石料铺层厚度均为80cm。上游面30～50m范围内的坝体尽量保持平起上升，顺轴线方向碾压。自卸汽车卸料在铺料方向的前沿，然后采用TY200推土机铺料并平整。坝体碾压采用20t自行式振动碾碾压，小型夯板和BW75S型手持式振动碾辅助作业，进退错距30cm，碾压6～8遍，工作面之间交接处进行搭接碾压，搭接宽度为1.0m。为减少碾压振动对原坝体的影响，靠近坝体、导流及供水管道部位的堆石碾压采用小型设备，边角部位采用手持式振动碾辅助作业。坝面洒水采用Ф32输水软管向施工工作面供水，人工持胶管及喷头向坝体填筑料洒水，压实前加水一次，压实过程中边洒水边压实。

下游坝面干砌块石护坡块石料从石料场专门选取，质地坚硬，块度适中，有平整面，自卸汽车运输配合人工挑抬安砌施工，各块石兼应嵌合牢固。

沙坝水库大坝面板混凝土及坝顶防浪墙浇筑安排在第三施工年度的1月份开始施工，面板施工前在大坝上游垫层坡面布置方格网测量放样，安装止水铜片并作好保护措施。面板钢筋采用现场绑扎方式，人工配合卷扬机运至作业面，人工绑扎。混凝土按设计分缝进行跳仓分块浇筑，无轨滑模由下而上一次到顶的方法浇筑，专用卷扬机牵引模板，滑升速度控制在2m/h以下，靠岸边不规则地带将滑模斜向放置，两端上升速度不同，待滑模水平后再同步上升。混凝土由左岸拌合系统供料，汽车配合简易溜槽入仓，人工摊铺、平仓，插入式振捣器振捣密实。混凝土浇筑完毕后，及时进行洒水喷雾养护，并在养护面覆盖土工布或麻片等，保持混凝土表面湿润，养护时间不宜少于28天。

2）溢洪道施工

溢洪道布置于大坝左岸，由进水渠、控制段、泄水槽、消力池和出水渠等5部分组成，进口引渠底板高程747.00m，堰顶高程749.00m。溢洪道进口引渠土石开挖与左坝肩开挖同步进行，泄槽及出口消力池段石方开挖在坝体填筑期间进行，对可利用的开挖料采用挖掘机配合自卸汽车直接运输上坝，开挖料超出填筑料部分利用料在下游左岸临时堆料场存放。溢洪道覆盖层的土方采用1m³的挖掘机直接开挖，石方采用风钻打孔梯段预裂爆破，土石弃渣采用1m³的挖掘机铲装、8～10t的自卸汽车运输出渣。溢洪道开挖边坡采用满堂脚手架作为安全防护和施工平台，随机锚杆+挂网喷混凝土永久支护。泄水槽底板混凝土浇筑的模板采用无轨滑动钢模，溢流堰、边墙、闸墩及交通桥采用组合钢模，模板、钢筋的水平运输采用自卸汽车运输，垂直运输主要由塔机吊运完成，模板、钢筋安装由人工作业。除混凝土平仓由人工作业外，溢洪道混凝土由右岸拌合系统供料，溢流堰及闸墩混凝土入仓采用自卸车配合塔机入仓，进水渠、泄槽段、消力池及出水渠混凝土采用自卸汽车配合混凝土泵送入仓，人工平仓，平板及软轴插入式振捣器振捣密实，人工洒水喷雾养护28天。

溢洪道闸门及其金属结构埋件施工预留二期混凝土门槽，安装工艺流程：安装准备→测量放样→门槽一期混凝土面打毛→底槛安装→搭设脚手架→主、反轨安装→检查验收→浇二期混凝土→拆模后清理门槽埋件及复测安装尺寸→运行调试。

3）取水隧洞施工

取水隧洞进口引渠及闸井土石方在库水位降至725.00m高程并堆筑粘土编织袋围堰保护下进行土石方明挖，土方开挖采用0.6m³挖掘机作业，自卸汽车出渣即可，石方开挖采用空压机配合风镐凿孔，人工装药，自上而下分台阶、光面爆破开挖，进出口开挖边坡根据地质情况开挖成型后进行喷锚支护处理。隧洞洞身开挖采用新奥法开挖，全断面掘进，一次成型的开挖方式，采用自制移动式凿岩机或架钻台钻孔，Ⅲ类围岩洞身段循环进尺3～5m。洞身设计轮廓部位采用周边光面爆破，进出口两端进洞，当相向开挖的两个工作面相距30m或5倍洞径距离放炮时，双方人员必须撤离工作面，相距15m时，停止一方工作，单向开挖贯通。洞渣采用胶轮车配合自卸汽车作业，运至左岸弃渣场堆放。洞身开挖时对围岩较差部位进行临时喷锚支护处理，贯通后进行钢筋混凝土永久衬砌施工。引渠及洞身衬砌施工采用钢管或桁架支撑，特制定型组合钢模板，模板、钢筋的水平运输采用自卸汽车运输，垂直运输主要通过闸井脚手架上的卷扬机配合人工抬运完成，模板、钢筋安装由人工作业。混凝土采用3m³的混凝土搅拌车运输，简易溜槽配合混凝土泵输送入仓，手持式振捣棒振捣密实并预埋固结及回填灌浆管。人工洒水喷雾养护。

取水隧洞进出口闸门、启门设备等到采用载重汽车运到现场后由汽车吊、手电葫芦配合专业队伍安装和调试。取水隧洞出口压力管道安装在现场拼装焊接好后采用汽车吊配合人工就位安装。其余各管道及小型金结设备安装现场采用挖掘机配合人工就位安装。

5 结语

沙坝水库大坝枢纽工程扩建加高是在已建成水库大坝坝址及坝体上进行施工，设计阶段对刚性坝加高、刚性坝和柔性坝相结合方案进行综合比选，最终选定刚柔结合的结构形式。在本次扩建加高前水库已运行40余年，历经两次坝体培厚加高均采用浆砌石重力坝结构，本次扩建加高前坝体出现集中渗漏和散浸，除险加固治理后正常运行。沙坝水库水库扩建加高采用和原坝体不同材料筑坝，施工期须保证正常供水，库水位不能下降太低，对坝体结构设计和施工组织设计都提出了新要求，其主要施工特点为：一是在原大坝下游侧进行扩建加高施工，大坝施工导流及度汛均可利用原坝体挡水、原坝身放水管延长后作为施工导流涵管，施工导流及度汛方便，但坝体填筑施工干扰较大；二是扩建加高的大坝面板上游侧趾板基础置于原坝顶，新老混凝土结合处理质量必须严格控制，且趾板施工时上游侧临库区，高空作业，施工安全管理措施必须落实到位；三是石料场位于库尾上游约400m处，堆石料及砂骨料运输须通过207省道，高峰时段对207省道的交通存在一定的影响，应考虑高峰时段材料储备；四是溢洪道施工开挖边坡加高，且距大坝较近，开挖爆破应注意对原坝体及左坝肩的影响，对利用料部分的开挖结合坝体填筑时段进行开挖。项目通过精心施工组织设计，实施过程中须注重已成坝体的安全监测，并加强设计和施工配合，确保全过程施工正常下游供水正常。通过精心施工组织设计和施工配合，沙坝水库工程建设以全面完工，并一次通过下闸蓄水安全鉴定，蓄水以来运行正常，供水效益和目标实现，项目设计和施工均取得成功，实现设计的经济和社会效益。为同类工程建设提供了很好的参考和借鉴

。

作 者简介：黄小镜(1978-)男，贵州省遵义人，高级工程师，从事水利水电工程设计工作。

参考文献

【1】《道真县沙坝水库扩建加高工程初步设计报告》

.【2】《水利水电工程施工组织设计规范》

【3】《水利水电工程施工组织设计规范》

【4】《水工建筑物混凝土施工规范》

【5】《水工建筑物地下开挖工程施工规范》

【6】《混凝土面板堆石坝施工规范》

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