1.4　瀑布沟宽级配砾石土心墙堆石坝主要技术问题

1.4.1　主要技术难点

1.心墙防渗料

瀑布沟心墙坝的防渗体选用远离枢纽区的黑马Ⅰ区、黑马0区土料为主要防渗土料场，两料场均为宽级配砾石土，级配偏粗，细料含量偏少，防渗和抗渗透变形能力稍差。其主要特点是：粗粒土（＞5mm）含量平均在60%左右，细粒土中小于0.1mm含量在20%以下，室内试验渗透系数k在10－5cm/s左右，不能完全满足土石坝设计规范要求。而坝址附近的老堡子、深启底土料颗粒组成中，细料（＜5mm）含量偏高，平均在70%以上，可满足要求，但压缩性较高，相应的心墙沉陷量较上下游两侧反滤料、过渡料、堆石料明显偏大，且不协调，容易在心墙中上部位出现竖向应力明显偏低，即所谓的“拱效应”。在渗透水压作用下，容易形成贯穿心墙的近似水平裂缝。大量室内试验研究表明：黑马、老堡子、深启底料场，均很难单独作为土石坝心墙防渗料的料源，必须采取措施改善其性能，方可满足防渗体的要求。

2.深厚覆盖层土石坝“幕—墙—廊道—心墙”综合防渗技术

对于深覆盖层上的高坝基础处理，采用常规的两道防渗墙同时上置廊道或插入心墙，存在结构复杂和变形不协调等问题。

3.高水头、大泄量、窄河谷、土石坝泄洪消能技术

高水头、大流量、缓陡坡、长隧洞泄洪洞工程，常规掺气设施易积水，且形成的空腔不稳定，掺气减蚀效果差；传统的溢洪道出口型式难以解决覆盖层深厚、河谷狭窄、周边建筑物密集条件下的消能抗冲和雾化问题。此外，坝址下游1km处的右岸分布有成昆铁路和尼日火车站，泄洪建筑物布置难度大。

4.河床深厚覆盖层混凝土防渗墙的设计与施工

瀑布沟大坝坝基防渗墙具有以下施工难度。

（1）坝基防渗墙质量要求高。墙体材料性能选择对基础防渗效果和协调变形意义重大，直接关系到坝体安全稳定。同时为保证墙体材质、成形及嵌入基岩深度满足设计指标，必须对墙体材料及固壁泥浆配比、墙体质量检测方法等进行深入研究与分析，提出符合该工程的施工工艺与质量控制体系。

（2）河床覆盖层深厚、孤石半径大且架空现象普遍，造孔成槽困难，同时极易造成卡钻、掉钻，产生大的偏差等一系列工程问题。河床勘探资料揭示，河床覆盖层最大深度约78.0m，孤石分布较多，块径多为1.0～2.5m，个别可达3.7～4.0m，成分以凝灰砂岩、花岗岩、凝灰岩为主，孤石一般较新鲜，岩质坚硬，抗压强度高。架空层厚度一般0.3～1.75m，最大厚度2.7～5.0m。孤石分布和架空现象在空间上规律不强，不同层次和高程均有分布。有孤石分布的孔段占60%～80%，有架空结构的孔段占68%～93%。因此，为保证槽孔的顺利钻进，提高钻进工效，需研究适合该复杂地层的钻具及孔内孤石、漂石爆破方法。

（3）墙体厚且深度大，施工时易塌孔塌槽。瀑布沟水电站防渗墙墙体厚度为1.2m，最大深度约78.0m，因不良地质条件影响，造孔时极易造成槽孔坍塌，危及施工设备和人员安全。因此，要顺利完成防渗墙施工，需对成槽工艺进行深入研究。

5.大流量陡比降深覆盖层河道截流施工

坝址枯水期河水面高程676.00～678.00m，水深7～11m，河面宽60～80m，河道天然比降约6‰，水流湍急。河床部位最深厚覆盖层近80m。截流设计流量为1000.0m3/s，采用单戗立堵方案，初步计算截流落差约6.0m，龙口最大流速约8.9m/s。实际截流采用单戗双向立堵进占方式，截流流量为890.0m3/s，截流落差为4.92m，龙口最大流速为8.1m/s，其截流综合难度指标居国内外前列。

6.大坝蓄水初期下游断流带来的问题比较突出

下游30km处某重要企业用水的取水点对大渡河的最低水位有严格要求。为此，需要在下闸蓄水初期，利用下游15km处已在建设中的深溪沟水电站临时蓄水来解决下游的断流问题。

1.4.2　主要创新点

针对以上工程项目难点，在大坝工程建设过程中，主要有以下创新之处。

1.宽级配砾石土作为大坝防渗料的研究与应用

（1）通过系列科技攻关、现场试验和工程实践，首次将宽级配砾石土料应用于深厚覆盖层高土石坝心墙防渗料，突破了现行规范的部分规定，拓展了筑坝材料的适用范围，使我国的高土石坝心墙防渗技术达到了国际领先水平。

（2）国内外同期首次研制了适用于大坝土料科研实验的重型击实仪、高压三轴仪和大型土工渗透仪，拓宽了土工实验的适用级配范围，提高了实验能力，为筑坝材料的拓展奠定了基础。

2.深厚覆盖层土石坝采用“幕—墙—廊道—心墙”结构综合防渗技术

首次研究应用“基岩帷幕—两道混凝土防渗墙—廊道—两岸混凝土垫板—砾石土心墙”的大坝防渗体系：两道高强度低弹模的刚性混凝土防渗墙间距14m，墙厚1.2m；上游侧防渗墙插入心墙深度10m，下游侧防渗墙顶设置廊道并置入心墙。岸坡设置混凝土垫板与土心墙连接。

3.高水头、大泄量、窄河谷、土石坝泄洪消能新技术

（1）首次研究应用了岸边溢洪道“鹰嘴型”挑流技术，解决了覆盖层深厚、河谷狭窄、周边建筑物密集条件下的消能抗冲和雾化问题。

（2）首次研究应用了缓底坡长泄洪洞“梯形坎槽＋缓坡平台＋局部陡坡”的掺气设施，克服了传统掺气设施易积水，空腔不稳定，掺气减蚀效果不佳的不足。

4.大流量、陡比降、深覆盖层、无护底河道截流技术

针对流量大、落差高、流速大、覆盖深的河道截流难题，首次研究应用了无护底截流技术。该技术具有减少抛填工程量，降低河道截流难度，加快施工进度等技术经济优势。

5.宽级配砾石土心墙料自动筛分加工技术

首次研究应用了适应于宽级配砾石土剔除粗粒料的自动条筛系统，已成功完成依托工程近40万m3砾石土料的级配调整。该系统造价低、工艺简单、工效高、运行成本低，可在类似工程中推广应用。

6.防渗墙施工关键技术

研制应用了平底十字重型钻头，使用重锤强夯技术进行防渗墙成槽造孔施工，9个月时间完成造孔面积19042m2，成墙面积16421m2（上下游墙合计），槽孔最深达83m。该技术冲击功率高、成槽速度快，尤其适用于深厚防渗墙成槽施工。

7.长距离高带速大落差下行胶带机土料运输技术

针对土料运距远、道路修建成本高、运输强度高的问题，研究采用隧洞截弯取直缩短运距的胶带机运输布置方案，首次采用了单机胶带长4km、带宽1m、带速4m/s，下运高差460m，下行倾角6.6°的洞内胶带机输送技术。同时，成功解决了胶带跑偏、紧急制动等关键技术问题，整个系统运行平稳，输送效率高，确保了土料无分离，节能环保效应明显。

8.梯级群库蓄水期联合调蓄供水技术

为解决水库蓄水初期下游供水安全问题，在国内首次提出了梯级群库蓄水期联合调蓄供水（两库联调）的理念，研究利用上游水库动态调节，下游在建工程泄洪（导流）洞平板事故闸门在高水头（35m）、小开度（开度ne＝0.083～0.16）条件下长时间（22h）向下游持续供水的技术。水库蓄水断流期下游用水安全问题备受关注，该技术的成功应用对类似工程有很好的示范和借鉴作用。