王知曉，2 王琦凱 陳崇德

(1.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156；2.湖北瑞洪工程管理有限公司，湖北 荊門 448156)

1 概 述

關(guān)門巖水庫位于長江一級(jí)支流清江水系漁洋河上游河段，地處五峰土家族自治縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)柴埠溪風(fēng)景區(qū)內(nèi)，距五峰縣城25km。水庫集水面積63.70km2，最大壩高85.6m，壩長295m，壩頂寬7m，總庫容1440萬m3，其中有效庫容1184萬m3，死庫容63萬m3，大壩按50年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、1000年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)校核，為Ⅲ等中型工程。水庫是以城鎮(zhèn)供水為主，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、旅游開發(fā)等綜合利用的中型水庫，城鎮(zhèn)供水設(shè)計(jì)保證率95%，灌溉設(shè)計(jì)保證率75%。

關(guān)門巖水庫工程主壩為鋼筋混凝土面板堆石壩，主要由墊層區(qū)(2A區(qū))、過渡區(qū)(3A區(qū))、主堆石區(qū)(3B區(qū))、次堆石區(qū)(3C區(qū))組成，總填筑量169萬m3。大壩壩體填筑的材料均從料場(chǎng)開采，料場(chǎng)巖性為白云質(zhì)灰?guī)r及泥質(zhì)白云巖，巖體呈強(qiáng)至弱風(fēng)化狀，抗壓強(qiáng)度13～138MPa，軟化系數(shù)0.61～0.836，屬軟硬互層特性，整體強(qiáng)度偏低。碾壓試驗(yàn)表明，可以滿足大壩填筑穩(wěn)定性的要求。

2 大壩填筑料的特點(diǎn)

2.1 軟巖料的特點(diǎn)分析

a.級(jí)配試驗(yàn)。軟巖料干濕循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果表明：由于軟巖料抗壓強(qiáng)度低、軟化系數(shù)小，受氣候、環(huán)境(干濕、碾壓)變化影響，巖塊易發(fā)生崩解，細(xì)粒(小于5mm)含量增加，而且干濕循環(huán)與碾壓次數(shù)越多，巖塊崩解越劇烈，細(xì)粒含量增加越多。因而本工程對(duì)軟巖級(jí)配不做要求，以碾壓層面上不出現(xiàn)泥化板結(jié)、彈簧土，載重車經(jīng)過后車輪不沉陷為限制條件。

b.壓實(shí)性試驗(yàn)。當(dāng)軟巖料細(xì)粒(小于5mm)含量較多、含水量(或稱加水率)較低時(shí)，顆粒表面水膜薄，摩阻力大，不易壓實(shí)；當(dāng)含水量達(dá)到一定范圍時(shí)，顆粒表面水膜增厚，摩阻力減小，易于壓實(shí)。同時(shí)，軟巖料平鋪在硬巖料之上，軟巖料在振動(dòng)碾壓過程中顆粒破碎強(qiáng)烈，壓實(shí)后可達(dá)到較高的密度且相應(yīng)孔隙率減小。

c.滲透性試驗(yàn)。當(dāng)軟巖料的級(jí)配和密度相同時(shí)，其水平向滲透系數(shù)比垂直向滲透系數(shù)大。其原因?yàn)椋?壓實(shí)層上部的顆粒破碎強(qiáng)烈，細(xì)顆粒含量增多，粗顆粒的孔隙被細(xì)粒(小于5mm)充填，故垂直滲透系數(shù)較低；?壓實(shí)過程中，填筑層上部和下部所受到的壓實(shí)功能不同，填筑層下部的壓實(shí)干密度低于上部，細(xì)顆粒含量(小于5mm)下部也比上部少，故壓實(shí)層水平滲透系數(shù)大于垂直滲透系數(shù)。

d.壓縮性試驗(yàn)。軟巖料的孔隙比與土體壓力值曲線表現(xiàn)為比較光滑的曲線，沒有突變點(diǎn)，說明軟巖料在垂直壓力作用下是隨壓力增大而破碎的，在試驗(yàn)垂直壓力范圍內(nèi)(p≤3.2MPa)，不會(huì)發(fā)生突然沉降變形。

e.強(qiáng)度與變形特性。料場(chǎng)為白云質(zhì)灰?guī)r與薄層泥質(zhì)巖互層，兩種巖性風(fēng)化差異較大。應(yīng)嚴(yán)格按照大壩填筑指標(biāo)控制并做好排水體系。

2.2 軟巖料利用的原則

a.壩體主堆石區(qū)作為支撐面板的主體，一般采用較好的硬巖堆石，軟巖一般用在壩體下游的次堆石區(qū)(3C區(qū))。

b.軟巖堆石料區(qū)的下游邊界線在大壩運(yùn)行時(shí)，處于干燥區(qū)，以便壩體排水通暢，避免軟巖遇水產(chǎn)生濕化變形。

c.下游邊界線應(yīng)保證壩體下游邊坡的穩(wěn)定，且在其外側(cè)留有不小于1m的新鮮硬巖填筑區(qū)，防止軟巖料的繼續(xù)風(fēng)化。

d.軟巖堆石料區(qū)的上游邊界線應(yīng)有不小于5～10m的新鮮硬巖填筑層覆蓋。

e.上游邊界線應(yīng)通過分析計(jì)算，在確保壩體施工期、運(yùn)行期的沉降量以及面板的應(yīng)力在合理范圍內(nèi)的前提下，盡可能往壩體上游側(cè)靠近，最大限度地利用軟巖材料填筑。

2.3 壩體填筑材料試驗(yàn)控制指標(biāo)

壩體填筑材料試驗(yàn)控制指標(biāo)見表1。

表1 壩體填筑料試驗(yàn)指標(biāo)

3 大壩壩體填筑

3.1 大壩填筑施工程序

3.1.1 填筑料開采

嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)方案對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行爆破開采，在裝料過程中，對(duì)料場(chǎng)內(nèi)的軟硬巖進(jìn)行簡單的挑選。

3.1.2 大壩填筑施工程序

施工程序見圖1。

圖1 大壩填筑單元施工程序

3.1.3 鋪料順序及方法

壩前區(qū)填筑攤鋪順序?yàn)槎咽仙仙粚?，過渡料和墊層料上升兩層；堆石料鋪好后，清除上游30cm以上的塊石，鋪填過渡料；過渡料鋪填好后，清除上游8cm以上的塊石，鋪填墊層料。擠壓邊墻的施工與過渡料的施工同時(shí)進(jìn)行，待過渡料鋪填完成和擠壓邊墻施工完畢后進(jìn)行墊層料的施工。壩前區(qū)填筑料攤鋪順序見圖2。

圖2 擠壓邊墻、墊層、過渡層、堆石區(qū)填筑順序注 ①～⑤為填筑區(qū)分類。

3.1.4 碾壓方法

a.碾壓設(shè)備：墊層料、過渡料、堆石區(qū)采用22t自行式振動(dòng)碾，特殊墊層區(qū)采用蛙式打夯機(jī)。

b.碾壓方法：振動(dòng)碾行走方向與壩基坑平行，行走速度1.5～2km/h，碾壓采用錯(cuò)距法。

3.1.5 壩料填筑

a.堆石區(qū)填筑：按照一層過渡料(40cm)、一層墊層料(40cm)、一層主堆石料(80cm)，再一層過渡料(40cm)、一層墊層料(40cm)的次序，逐層上升，當(dāng)填筑垂直高度達(dá)到5.8m時(shí)，上游坡面進(jìn)行削坡。

b.塊石護(hù)坡及壩后加寬區(qū)填筑：每層鋪填厚度0.8m，第一層鋪填完畢后在上面鋪填一層細(xì)骨料作為第二層填筑的自卸車施工便道；壩后加寬區(qū)填筑采用一臺(tái)1.6m3的反鏟機(jī)施工，主要是在護(hù)坡處挑選比較平整的大塊石，塊石大面朝外，坡面誤差±10cm；各層的護(hù)坡塊石與壩后加寬填筑同層的堆石料采用交替填筑的方法。

c.擠壓邊墻混凝土施工：施工流程為：作業(yè)層面平整→測(cè)量放樣→邊墻混凝土施工→墊層料攤鋪→墊層料碾壓→回填檢查合格后進(jìn)入下一層施工。

d.墊層料填筑：墊層料由砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)，鋪料時(shí)先把過渡料上游坡面大于40cm的填料清除到下游面，并在上游方向超鋪30～40cm，并設(shè)擋渣板，墊層料與同層的過渡料一起碾壓。

e.過渡料填筑：過渡料主要從料場(chǎng)爆破開采，鋪料時(shí)先把堆石料區(qū)滾落到過渡區(qū)邊緣的大于30cm的塊石清除。

3.2 填筑質(zhì)量

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)碾壓檢測(cè)成果匯總

成果匯總見表2，從表2可以看出，大壩填筑質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2.2 壩體沉降變形監(jiān)測(cè)

a. 549m高程水管式沉降儀各測(cè)點(diǎn)于2016年5月埋設(shè)，2017年6月22日取基準(zhǔn)值，TA1～TA5各沉降測(cè)點(diǎn)至2019年3月最大累計(jì)絕對(duì)沉降量分別為25.1cm、28.6cm、49.8cm、31.5cm、24.3cm；各測(cè)點(diǎn)近9個(gè)月的月沉降量值均小于2mm。各測(cè)點(diǎn)在大壩堆石體施工期累計(jì)沉降率分別是TA1為0.87%，TA2為1.00%，TA3為1.77%，TA4為1.13%，TA5為0.89%(見圖3)。

表2 壩體填筑現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果(平均值)

圖3 549m高程水管式沉降儀各測(cè)點(diǎn)沉降變化曲線

b. 571m高程水管式沉降儀各測(cè)點(diǎn)于2017年1月埋設(shè)，2017年6月21日取基準(zhǔn)值，TA6～TA8各沉降測(cè)點(diǎn)至2019年3月最大累計(jì)絕對(duì)沉降量分別為54.5cm、48.6cm、67.3cm；各測(cè)點(diǎn)近9個(gè)月的月沉降量值均小于2mm。各測(cè)點(diǎn)在大壩堆石體施工期累計(jì)沉降率分別是TA6為1.09%，TA7為0.98%，TA8為1.36%。月沉降量值均小于2mm。壩體整體的沉降已趨于穩(wěn)定(見圖4)。

圖4 571m高程水管式沉降儀各測(cè)點(diǎn)沉降變化曲線

3.2.3 壩體內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)

a.土體位移計(jì)測(cè)點(diǎn)ID1～I(xiàn)D5于2016年5月埋設(shè)，及時(shí)取得測(cè)值，前期各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)值為相對(duì)于ID5測(cè)點(diǎn)(壩橫樁號(hào)0+132.728，壩縱樁號(hào)0+068.20)的位移量，2017年6月后為各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的位移量。

b.土體位移計(jì)測(cè)點(diǎn)ID6～I(xiàn)D8于2017年1月埋設(shè)，及時(shí)取得測(cè)值，前期各測(cè)點(diǎn)觀測(cè)值為相對(duì)于ID7測(cè)點(diǎn)(壩橫樁號(hào)0+132.728，壩縱樁號(hào)0+028.20)的位移量，2017年6月后為各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于基點(diǎn)的位移量。

c.截至2019年4月，測(cè)得的土體位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)(ID1～I(xiàn)D8)累計(jì)位移分別為-343.54mm、-331.20mm、-202.60mm、-98.55mm、-3.38mm、-194.29mm、-155.78mm、11.74mm。從土體位移計(jì)觀測(cè)成果表可以看出，近期水平位移變化逐漸趨于穩(wěn)定，變化曲線平穩(wěn)(見圖5、圖6)。

圖5 549m高程土體位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)位移變化曲線

圖6 571m高程土體位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)位移變化曲線

d.壩基滲透壓力監(jiān)測(cè)和繞壩滲流監(jiān)測(cè)。埋設(shè)于壩前帷幕前后的滲壓計(jì)(P1～P5)，受水庫地下水位及基坑積水的影響；埋設(shè)在河床的滲壓計(jì)(P6～P10)測(cè)值穩(wěn)定，近期無滲水壓力，說明河床部位透水性良好；埋設(shè)在554.80m高程的滲壓計(jì)(P11、P12、P13)與埋設(shè)在570.00m高程的滲壓計(jì)(P14、P15、P16)測(cè)值穩(wěn)定，基本無滲水顯現(xiàn)。

e.應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。已埋設(shè)的混凝土面板右L2、右L6、左L4的二向、三向應(yīng)變計(jì)及無應(yīng)力計(jì)共計(jì)7組，目前變化量符合面板混凝土應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。

4 結(jié) 語

關(guān)門巖水庫大壩填筑實(shí)踐證明：采取就地取材的原則，利用附近的軟硬巖材料填筑大壩壩體，主要是做好壩體填筑材料的分區(qū)及各分區(qū)填筑標(biāo)準(zhǔn)的研究，并在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。既節(jié)省了工程投資，縮短了施工時(shí)間，提高了水庫效益，也保證了水庫建設(shè)的質(zhì)量，為類似大壩的建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)，值得推廣應(yīng)用。