李曉超 周志博 劉春鋒 董建鑫

1 工程概況

青山?jīng)_水庫位于貴州省玉屏縣，工程任務(wù)為向玉屏縣城供水、農(nóng)村人畜供水和農(nóng)田灌溉；工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模為中型，水庫總庫容1 287萬m3；水庫正常蓄水位為443.50 m，死水位為390.0 m。

青山?jīng)_水庫工程由首部樞紐和輸水工程兩部分組成。樞紐建筑物包括混凝土面板堆石壩、豎井旋流泄洪洞、引水及放空洞（兼導(dǎo)流洞）等；輸水工程包括揚水泵站、縣城供水管、灌溉及人畜飲水供水管等。

擋水建筑物采用混凝土面板堆石壩，壩頂寬度為6.5 m，壩頂長246.0 m，最大壩高83.9 m，上游壩坡坡比1∶1.406，下游壩面局部坡比1∶1.35，壩后設(shè)有6.0 m寬的“之”字形上壩公路，坡比8.0%，綜合壩坡坡比為1∶1.67。上游用鋼筋混凝土面板防滲，趾板下部置于弱風(fēng)化層上部，趾板上部置于強風(fēng)化層中部，沿趾板中線布置1排帷幕灌漿孔，深入相對不透水層。壩體材料分區(qū)：面板上游為上游鋪蓋區(qū)和蓋重區(qū)，面板后為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、下游壩基排水區(qū)、下游干砌石護(hù)坡、下游拋石等，壩體填筑總方量約148.5萬m3。

2 招標(biāo)階段壩體分區(qū)設(shè)計及筑壩材料分析

2.1 壩體分區(qū)設(shè)計

2.1.1 分區(qū)原則

根據(jù)面板壩的受力特點和滲流要求劃分堆料分區(qū)，分區(qū)主要原則為：

（1）從上游到下游壩料變形模量依次遞減，以保證蓄水后壩體變形盡可能小，從而減小面板和止水系統(tǒng)遭到破壞的可能性。

（2）各區(qū)之間滿足水力過渡要求，從上游到下游壩料的滲透系數(shù)增加，相應(yīng)下游壩料應(yīng)對上游區(qū)有反濾保護(hù)作用。

（3）同時為節(jié)省投資，在壩軸線下游變形模量低的部位，設(shè)下游堆石區(qū)，利用抗壓強度稍低的開挖料，以達(dá)到經(jīng)濟目的。

（4）分區(qū)盡可能簡單，以利于施工運輸和質(zhì)量控制。

2.1.2 壩體分區(qū)設(shè)計

根據(jù)壩體分區(qū)原則，壩體分區(qū)從上游到下游依次為上游蓋重區(qū)1B、上游鋪蓋區(qū)1A、墊層區(qū)2A、過渡區(qū)3A、主堆石區(qū)3B、下游堆石區(qū)3C、下游壩基排水區(qū)3F、下游塊石護(hù)坡3F。詳細(xì)分區(qū)設(shè)計見表1及如圖1所示。

表1 壩體分區(qū)表

圖1 壩體斷面分區(qū)示意圖

2.2 筑壩材料及料源分析

2.2.1 筑壩材料及質(zhì)量要求

壩體填筑共需各區(qū)壩料約148.5萬m3（壓實方），根據(jù)壩體分區(qū)設(shè)計原則及各分區(qū)作用，對壩體填筑材料及質(zhì)量提出具體要求：

（1）堆石料約134.2萬m3，包含主堆石料（3B區(qū)）82.4萬m3，要求石料具有低壓縮性、高抗剪抗壓強度、能自由排水；下游堆石料（3C區(qū)）33.8萬m3，較3B區(qū)石料性能可適當(dāng)降低；下游壩基排水料（3F區(qū)）7.9萬m3，要求石料堅硬、抗風(fēng)化能力強、軟化系數(shù)高、能自由排水。

（2）過渡料（3A區(qū)）約8.8萬m3，要求石料有良好的級配、具有低壓縮性、高抗剪強度。

（3）墊層料（2A區(qū)）5.4萬m3，要求較高的變形模量及抗剪強度，半透水性。特殊墊層料（2B區(qū)）0.1萬m3，應(yīng)具有保砂性、透水性。

（4）上游鋪蓋（1A區(qū)）3.3萬m3，要求具有低滲透性，采用粉煤灰和粉細(xì)砂等低黏性料。

（5）干砌塊石料（P區(qū)）1.3萬m3以及下游拋石1.4萬m3，需采用堅硬、耐風(fēng)化塊石料。

（6）上游棄渣蓋重（1B區(qū)）4.1萬m3，利用開挖料。

2.2.2 料源分析

由于壩址區(qū)開挖料除部分質(zhì)量滿足上壩要求（約9萬m3，主要用于下游堆石區(qū)）外，其余為強度較低的砂質(zhì)頁巖，屬較軟巖，遇水易軟化、崩解，其飽和抗壓強度及軟化系數(shù)指標(biāo)不能滿足筑壩要求，不宜作為填筑料料源。因此，壩體填筑材料主要由料場供應(yīng)。工程設(shè)置兩處石料場，即梨子坪石料場和混寨石料場。梨子坪石料場距壩址直線距離約1.2 km，質(zhì)量和儲量均滿足工程要求，料場弱風(fēng)化及微風(fēng)化巖體均可作為壩體填筑料及混凝土骨料等料源?；煺蠄鼍鄩沃芳s1.5 km，質(zhì)量和儲量滿足工程要求，考慮該料場位于省級風(fēng)景區(qū)內(nèi)，附近有村民水源地和提水泵站，將其作為本工程的備用料場。

3 施工期壩體分區(qū)優(yōu)化設(shè)計

3.1 問題的提出

壩體填筑料主料場梨子坪石料場中下部區(qū)域巖性為白云質(zhì)灰?guī)r。在填筑過程中暴露出部分開挖料過于細(xì)碎、級配不良的情況。為保證壩體結(jié)構(gòu)安全，開展了筑壩料直接剪切試驗、固結(jié)試驗及巖塊物理力學(xué)性質(zhì)試驗，了解大壩料源的抗剪、壓縮特性和巖石物理力學(xué)特性，試驗表明白云質(zhì)灰?guī)r作為筑壩料，其抗剪強度和壓縮強度指標(biāo)滿足壩體穩(wěn)定要求。

同時為最大限度減少對村莊的影響，盡量不擴大梨子坪料場開采范圍，另外為防止對備用的混寨料場附近水源造成影響，不開采混寨料場。因此，壩體填筑盡可能利用梨子坪料場開挖的白云質(zhì)灰?guī)r料。

為保證填筑質(zhì)量，一方面對料場白云質(zhì)灰?guī)r的開采控制、填筑質(zhì)量控制等施工質(zhì)量控制，一方面對壩體分區(qū)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.2 壩體分區(qū)優(yōu)化方案

將原設(shè)計的大壩主堆石區(qū)（3B）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，填筑用料分區(qū)細(xì)化為3個分區(qū)，即豎向排水區(qū)（3B-1），過渡區(qū)下游394～430 m高程水平寬度20 m區(qū)域；主堆石區(qū)（3B-2），豎向排水區(qū)下游394～430 m高程范圍；壩殼區(qū)（3B-3），下游堆石區(qū)（3C）上部及下游壩坡范圍。

豎向排水區(qū)和壩殼區(qū)采用料場灰?guī)r填筑，主堆石區(qū)采用白云質(zhì)灰?guī)r填筑。優(yōu)化后壩體分區(qū)及主要料源如圖2所示。

對于施工過程質(zhì)量的控制采?。海?）優(yōu)化巖石開采及爆破參數(shù)，確保其開采后級配合格，嚴(yán)格控制石粉含量。（2）建議白云質(zhì)灰?guī)r采用薄層碾壓，適當(dāng)降低填筑層厚（80 cm），以確保碾壓效果，并開展生產(chǎn)性碾壓試驗，確定生產(chǎn)碾壓參數(shù)等措施。

圖2 壩體斷面分區(qū)優(yōu)化圖

4 社會料源的合理利用

本工程進(jìn)行大壩填筑過程中，當(dāng)?shù)卣岢雠R近壩址縣城內(nèi)的康華小區(qū)正在進(jìn)行廠坪開挖，存在開挖料外運堆儲問題，建議青山?jīng)_水庫壩體填筑考慮是否可以利用，在緩解康華小區(qū)廠坪開挖棄渣壓力同時，解決壩體填筑料的料源壓力。

對該社會料源石料進(jìn)行：（1）巖石磨片鑒定和化學(xué)分析試驗，鑒定名稱為含粉砂黏土質(zhì)粉泥晶灰?guī)r，化學(xué)分析無硫化物含量。（2）巖石物理力學(xué)試驗，泥晶灰?guī)r料的飽和抗壓強度平均值為124.64 MPa、軟化系數(shù)平均值為0.83。根據(jù)SL 251—2015《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》中堆石料原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)：該料源弱風(fēng)化及微風(fēng)化巖體滿足壩體填筑料對原巖的指標(biāo)要求，可作為本工程面板堆石壩的填筑料料源。通過地形條件和分布范圍的勘察，廠坪區(qū)整個條形山體總體積約為80萬m3，料源充足，具有利用價值。

根據(jù)試驗成果，泥晶灰?guī)r可用于壩體主堆石區(qū)（包括3B-1、3B-2和3B-3）和下游堆石區(qū)（3C）填筑。對于泥晶灰?guī)r料進(jìn)行上壩填筑質(zhì)量要求同原分區(qū)壩料一致，即填筑料級配、干密度、孔隙率、碾壓參數(shù)和滲透系數(shù)等其它設(shè)計技術(shù)指標(biāo)維持不變，并開展現(xiàn)場生產(chǎn)性碾壓試驗驗證泥晶灰?guī)r料填筑質(zhì)量滿足要求。

社會料源實現(xiàn)了工程料場的補充，保證了大壩填筑的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語

青山?jīng)_水庫面板堆石壩于2019年11月底填筑到頂，截止目前監(jiān)測成果來看，主壩內(nèi)部最大水平位移10.1 cm，最大垂直位移26.7 cm，沉降變形量遠(yuǎn)低于相應(yīng)壩高的1%，目前壩體沉降各個測點變化漸趨平緩，說明壩體分區(qū)和壩料優(yōu)化方案是成功的。通過本項目的實踐，有一些經(jīng)驗可供借鑒，主要有以下幾點：

（1）青山?jīng)_水庫面板堆石壩建設(shè)實踐了當(dāng)?shù)夭牧蠅蔚淖畲筇攸c及優(yōu)勢：“充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，根?jù)料設(shè)計壩”，較好地解決了就近取料填筑、合理利用開挖料等問題，發(fā)揮了面板堆石壩造價低、工期短的優(yōu)勢。

（2）根據(jù)施工過程中壩料品質(zhì)及儲量的情況，結(jié)合料源巖體物理力學(xué)試驗及現(xiàn)場碾壓實驗，充分了解料源的抗剪、壓縮特性和巖石物理力學(xué)特性，驗證料源石料參數(shù)指標(biāo)滿足壩體穩(wěn)定要求。并在此基礎(chǔ)上合理調(diào)整大壩設(shè)計斷面，優(yōu)化壩料分區(qū)，確定壩料具體技術(shù)要求，提出施工質(zhì)量控制措施。通過優(yōu)化壩體分區(qū)設(shè)置既保證了大壩填筑質(zhì)量與壩體安全，又做到了“料盡其用”，有利于大壩的順利填筑和投資控制。

（3）“康華小區(qū)廠坪開挖料與梨子坪料場填筑料相結(jié)合”的方式，解決大壩用料問題，滿足大壩填筑用料的需要。招標(biāo)階段，工程所需堆石料、過渡料、墊層料及混凝土骨料均主要梨子坪石料場開采。施工期臨近大壩工地的康華小區(qū)進(jìn)行廠坪開挖，存在棄渣外運堆儲問題，經(jīng)反復(fù)研究論證，現(xiàn)場組織開展了生產(chǎn)性碾壓試驗，填筑料級配、干密度、孔隙率、碾壓參數(shù)和滲透系數(shù)等參數(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。確定康華小區(qū)廠坪開挖料與梨子坪料場填筑料能統(tǒng)籌結(jié)合，既減輕了原規(guī)劃料場開采征地困難及對環(huán)境影響、又消納康華小區(qū)廠坪開挖棄渣堆存壓力，還可節(jié)約工程占地，減輕自然環(huán)境的破壞，節(jié)省工程建設(shè)的投資，同時保證工程安全，實現(xiàn)了互利多贏的格局。