張關(guān)會

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州 貴陽550002）

1 工程概況

貴州省興仁縣響水水庫大壩工程位于興仁縣潘家莊鎮(zhèn)夏溪村夏溪河上游河段。工程任務(wù)是煙地灌溉和農(nóng)村人畜飲水，水庫總庫容129.7萬m3，水庫年可供水量136.3萬m3。水庫規(guī)模為?。?）型，工程等別為Ⅳ等，主要由擋水建筑物，泄洪建筑物、取水兼導(dǎo)流建筑物等組成。

初步設(shè)計通過技術(shù)經(jīng)濟比較，結(jié)合壩址區(qū)的工程地質(zhì)條件，選定擋水建筑物為面板堆石壩，壩頂高程1566.2 m，最大壩高45.7 m，壩頂長度124.27 m。

泄洪建筑物為右岸岸邊開敞式溢洪道，溢流凈寬10 m，堰頂高程。溢洪道由進口段、控制段、泄槽段、消力池段組成，軸線總長169.1 m。

取水兼導(dǎo)流放空隧洞布置在左岸，取水口通過導(dǎo)流洞改造而成，導(dǎo)流兼取水放空洞長270.0 m，進口設(shè)置攔污柵和檢修閘門，出口設(shè)置放空、生態(tài)放空閘閥。

2 填筑料的選擇

響水水庫大壩為面板堆石壩，最大壩高45.2 m，壩頂長124.047 m，壩頂凈寬6.5 m，壩體總填筑量約25萬m3，壩址區(qū)5 km范圍內(nèi)出露地層巖性為三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）灰綠、紫紅色泥巖、細砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖及少量凝灰質(zhì)砂巖，泥巖、細砂巖為互層結(jié)構(gòu)，通過鉆孔取芯試驗，區(qū)域內(nèi)泥巖飽和抗壓強度在15.24 MPa～22.16 MPa之間，屬軟巖；砂巖樣飽和抗壓強度在39.85 MPa～46.87 MPa之間，屬中硬巖，泥巖砂巖石所在比例約為6∶4。

區(qū)域內(nèi)距壩址區(qū)最近的硬質(zhì)灰?guī)r主要分布在直線距離5 km以外的罩陰潭一帶，分布于工程區(qū)東南面，公路距離約9.5 km，出露地層為T1yn灰?guī)r，儲量豐富，可滿足本工程用量要求，通過鉆孔取芯試驗，巖體飽和抗壓強度30 MPa～60 MPa，為中硬巖，容重為26.98 kN/m3～27.08 kN/m3。公路距離約9.5 km，工程造價高。

初步設(shè)計階段為選定壩體填筑材料，對罩陰潭一帶T1yn灰?guī)r堆石填料和壩址的軟巖填料進行造價分析，軟巖填筑單方價格為48.62元/m3，硬巖填筑單方價格為70.34元/m3，按照堆石料25萬m3計算，壩體填灰?guī)r填筑料要比軟巖多543.0萬元，因此從技術(shù)經(jīng)濟角度選定壩體主要填筑料為壩址區(qū)的三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）泥巖、細砂巖，混凝土砂石骨料及工程所需的硬巖從工程區(qū)東南面罩陰潭取料。

3 壩體設(shè)計

根據(jù)所選料場的石料屬性，借鑒國內(nèi)已經(jīng)建成的重慶魚跳、江西大坳、云南茄子山等軟巖筑壩工程的成功經(jīng)驗，響水水庫工程大壩上下游壩坡均為1∶1.6，壩體由上游鋪蓋區(qū)、特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)、下游堆石區(qū)、大塊石護腳、下游坡面塊石護坡填筑組成，壩體分區(qū)見圖1。

圖1 壩體分區(qū)示意圖

3.1 特殊墊層料

特殊墊層料從罩陰潭料場開采，巖體飽和抗壓強度30 MPa～60 MPa，通過破碎、篩分、摻配保證墊層料必須嚴(yán)格滿足設(shè)計級配要求，設(shè)計干密度2.2 g/cm3，空隙率小于16%，小于0.075 mm顆粒組含量4%～8%，滲透系數(shù)10-4cm/s～10-3cm/s。

3.2 墊層料

特殊墊層料從罩陰潭料場開采，巖體飽和抗壓強度30 MPa～60 MPa，通過破碎、篩分、摻配保證墊層料必須嚴(yán)格滿足設(shè)計級配要求，設(shè)計干密度2.1 g/cm3～2.15 g/cm3，空隙率小于20%，小于0.075 mm顆粒組含量4%～8%，滲透系數(shù)10-4g/cm3～10-3cm/s。

3.3 過渡料

特殊墊層料從罩陰潭料場開采，巖體飽和抗壓強度30 MPa～60 MPa，通過破碎、篩分、摻配保證墊層料必須嚴(yán)格滿足設(shè)計級配要求，設(shè)計干密度2.1 g/cm3～2.15 g/cm3，空隙率小于22%，小于0.075 mm顆粒組含量4%～8%，滲透系數(shù)10-2cm/s。

3.4 排水區(qū)

排水區(qū)堆石料從罩陰潭料場開采后直接上壩碾壓，設(shè)計干密度2.2 g/cm3，空隙率小于22%，小于0.075 mm顆粒組含量小于8%，滲透系數(shù)10-2cm/s。

3.5 下游堆石料

下游堆石料采用弱風(fēng)化砂巖、泥巖，巖體飽和抗壓強度22 MPa～60 MPa，設(shè)計干密度2.0 g/cm3～2.10 g/cm3，空隙率小于23%，小于0.075 mm顆粒組含量小于8%，滲透系數(shù)10-2cm/s。

4 碾壓施工

4.1 碾壓實驗

為進一步復(fù)核堆石料設(shè)計級配及填筑標(biāo)準(zhǔn)的控制指標(biāo)和確定碾壓控制參數(shù)，在填筑之前根據(jù)大壩的填料分區(qū)和填料特性，分為兩個階段開展碾壓實驗，第一階段在壩上開展硬巖填筑的特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)生產(chǎn)性實驗，第二階段在軟巖料場完成砂泥巖填筑的下游堆石區(qū)實驗。

（1）特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)生產(chǎn)性實驗

特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)碾壓實驗在壩上開展，碾壓設(shè)備為20 t振動碾壓機，從碾壓試驗成果來看，碾壓實驗基本能滿足，也符合硬巖堆石壩的常規(guī)，通過碾壓實驗對碾壓參數(shù)進行修正，最終控制指標(biāo)見表1。

表1 特殊墊層區(qū)、墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)壩體填筑參數(shù)

（2）下游堆石區(qū)碾壓試驗

下游堆石區(qū)碾壓試驗在軟巖料場堆料場進行，場地寬18.0 m，長23.0 m。通過對巖石比重測試填筑料比重的加權(quán)平均值為2.66 g/cm3。碾壓設(shè)備為20 t振動碾壓機，鋪料厚度按照90 cm控制，靜碾2遍、動碾2、動碾4、動碾6、動碾8、動碾10、動碾12、動碾14的碾壓順序挖坑檢測數(shù)據(jù)，試驗過程中，分別對靜碾2遍+動碾6、8、10、12遍時的試坑進行篩分試驗，小于5 mm的粒粒含量為2.79%～7.74%之間，小于0.075 mm的顆粒含量為0.12%～0.42%之間，滿足規(guī)范要求，碾2遍+動碾8遍時，干密度為2.05 g/cm3，對應(yīng)孔隙率為22.9%，靜碾2遍+動碾10遍時，干密度為2.07 g/cm3，對應(yīng)孔隙率為22.3%，靜碾2遍+動碾12遍時，干密度為2.08 g/cm3，對應(yīng)孔隙率為21.9%，堆石料干密度隨碾壓遍數(shù)增加而增大，從碾壓12遍至14的檢測數(shù)據(jù)顯示，干密度和孔隙率增加量不大。從挖坑檢測的情況來，碾壓12遍后試坑內(nèi)壁穩(wěn)定、密實，無架空現(xiàn)象。

從沉降來看，靜碾2遍、動碾2、動碾4、動碾6、動碾8、動碾10、動碾12、動碾14遍所對應(yīng)的沉降量為21 mm、39 mm、31 mm、19 mm、11 mm、5 mm、2 mm、2 mm，沉降隨碾壓遍數(shù)增加而減小，到碾壓12遍～14遍趨于穩(wěn)定。

從碾壓前后填筑料檢測資料顯示，碾壓前800 mm～600 mm的粒徑含量在0～7.05%之間，碾壓8遍后含量為0；碾壓前600 mm～400 mm的粒徑含量在8.15%～13.99%之間，碾壓8遍后粒徑含量在0～8.5%之間，碾壓10遍后含量為0～7.5%，碾壓12遍后含量為0；碾壓前400 mm～200 mm的粒徑含量在13.08%～18.24%之間，碾壓8遍后粒徑含量在13.2%～15.55%之間，碾壓10遍后含量為10.75%～16.23%，碾壓12遍后含量為9.59%～14.48%，碾壓14遍后含量為8.77%～10.84%；碾壓前200 mm～100 mm的粒徑含量在14.43%～19.76%之間，碾壓8遍后粒徑含量在25.42%～29.38%之間，碾壓10遍后含量為25.59%～30.71%，碾壓12遍后含量為17.45%～19.24%，碾壓14遍后含量為17.66%～19.84%；碾壓前小于100 mm的粒徑含量在51.46%～56.06%之間，碾壓8遍后粒徑含量在46.57%～61.39%之間，碾壓10遍后含量為53.05%～63.67%，碾壓12遍后含量為66.6%～71.17%，碾壓14遍后含量為71.39%～72.89%之間。

通過對碾壓前后的數(shù)據(jù)對比分析，隨著碾壓遍數(shù)的增加大粒徑填料所占比重減少，碾壓后小于100 mm的粒徑含量增加，填石料顆粒的變化符合試驗中堆石料在灑水和陽光暴曬后易開裂、碾壓表面易破碎的現(xiàn)象。

碾壓前后小于5 mm的粒徑含量在3.07%～3.91%之間，小于0.075 mm的粒徑含量在0.09%～0.22%之間，碾壓12遍后小于5 mm的粒徑含量在5.12%～6.01%之間，小于0.075 mm的粒徑含量在0.17%～0.25%之間，碾壓前后小粒徑有所增加，但是變化不大，小粒徑含量較小與碾壓過程碾壓表面沒有板結(jié)和泥化現(xiàn)象是一致的。

從碾壓前后填筑料的級配分析，碾壓后大粒徑的壩料與設(shè)計相比減小，小粒徑的含量比設(shè)計含量小。

圖2 下游堆區(qū)料前后顆粒級配曲線對比圖

圖3 下游堆區(qū)料設(shè)計與碾壓后顆粒級配曲線對比圖

根據(jù)碾壓實驗的成果，結(jié)合響水水庫的時間情況，最終下游堆石區(qū)的碾壓參數(shù)按照表2控制。

表2 下游堆石區(qū)的填筑參數(shù)

4.2 碾壓填筑

壩體填筑施工，裝料采用1.2 m3挖掘機裝料，采用20 t自卸車運輸運至工作面，采用SD160推土機鋪料，碾壓采用20 t振動碾，振動頻率為28 Hz，對于較狹窄部位和距離建筑物較近的部位，采用人工鋪料或機械配合人工鋪料、手扶式振動碾進行碾壓夯實。

壩料填筑按照碾壓實驗參數(shù)控制，墊層料每次鋪料層厚45 cm，靜壓2遍+強震碾壓8遍；特殊墊層料每次鋪料層厚22 cm，靜壓2遍+強震碾壓6遍；過渡料每次鋪料層厚45 cm，靜壓2遍+強震碾壓8遍；排水區(qū)每次鋪料層厚90 cm，靜壓2遍+強震碾壓10遍；堆石體料每次鋪料層厚800 cm，靜壓2遍+強震碾壓10遍，碾壓平行于壩軸線方向進行，碾壓行走速度為1.0 km/s～2.0 km/s，碾壓搭接寬度不小于0.3 m～0.5 m，在壩體與岸坡接觸部位及邊角區(qū)域，采用蛙式打夯機進行壓實，下游堆石區(qū)施工過程共檢測15個試坑，干密度為2.07 g/cm3～2.2 g/cm3，對應(yīng)孔隙率為21.8%～22.3%，檢測數(shù)據(jù)均滿足控制指標(biāo)的要求。

5 運行情況分析

響水水庫工程大壩自2017年3月開始填筑，于2017年10月25日封頂，2018年11月12日完工，于2019年4月15日開始蓄水，于2019年9月13水滿溢洪，水庫蓄水后大壩運行良好。從施工期至蓄水期觀測數(shù)據(jù)來看，內(nèi)部沉降變形正常，符合大壩變形規(guī)律。

大壩沉降主要發(fā)生在施工期，最大的沉降量為16 cm，最大沉降發(fā)生在1551.00 m高程壩橫0+069.000 m斷面，響水水庫大壩沉降規(guī)律性較好，內(nèi)部沉降過程特點和壩體填筑過程特點相符合，施工結(jié)束壩體沉降基本穩(wěn)定趨勢，壩體沉降量與壩體設(shè)計估算的沉降量小23.4 m。1531.00 m高程和1551.00 m高程的沉降實測過程線見圖4和圖5。

圖4 1531.00m高程沉降過程線圖

圖5 1551.00m高程沉降過程線圖

通過壩體實測水平位移數(shù)據(jù)分析，壩體1531.00 m高程壩橫0+069.00 m斷面最大位移量分別為-0.84 mm（SE1）、0.22 mm（SE2）、3.38 mm（SE3）、2.76 mm（SE4）；1551.00 m高程壩橫0+069.00 m斷面最大位移量分別為-2.64 mm（SE5）、0.84 mm（SE6）、3.52 mm（SE7），與面板澆筑完成后位移量相比較，測點位移量呈減小趨勢，目前壩體水平位移呈基本穩(wěn)定趨勢。可以看出，埋設(shè)在上游墊層料區(qū)測點SE1、SE5表現(xiàn)向上游方向位移，下游主堆石區(qū)測點SE2、SE3、SE4、SE6、SE7表現(xiàn)為向下游位移。壩體水平位于實測過程線見圖6和圖7。

圖6 1531.00m高程水平位移實測過程線圖

圖7 1531.00m高程水平位移實測過程線圖

從面板的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，實測最大脫空、剪切位移量分別為-1.88 mm（TKJ2-1）、-1.77 mm（TKJ2-2），脫空及剪切量均較小，面板測縫計的面板縫開度均較小，實測數(shù)據(jù)最大值2.1 mm，符合對是堆石壩變形規(guī)律。

圖8 水庫初期運行照片

6 結(jié)論

（1）通過砂、泥巖筑壩在響水水庫大壩上實驗、生產(chǎn)及運行狀況分析，泥巖、砂巖互層的巖體結(jié)構(gòu)作為堆石料在碾壓12遍后能獲得大于2.07 g/cm3干密度和22.3%的空隙率，水庫蓄水正常運行證明堆石料能滿足壩體承載和變形的要求。

（2）本工程泥巖飽和抗壓強度在22.16 MPa～15.24 MPa之間，屬軟巖；砂巖飽和抗壓強度39.85 MPa～46.87 MPa之間，屬中硬巖，泥巖砂巖石所在比例約為6∶4，能為軟、硬巖混合筑壩提供一定混合比例參考。

（3）通過對碾壓前后的數(shù)據(jù)對比分析，隨著碾壓遍數(shù)的增加大粒徑填料所占比重減少，碾壓后小于100 mm的粒徑含量增加，填石料顆粒的變化符合試驗中堆石料在灑水和陽光暴曬后易開裂、碾壓表面易破碎的現(xiàn)象，碾壓前后小粒徑有所增加，但是變化不大，小粒徑含量較小與碾壓過程碾壓表面沒有板結(jié)和泥化現(xiàn)象是一致的。

（4）通過運行期監(jiān)測資料分析，壩體沉降已呈基本穩(wěn)定趨勢，響水水庫大壩沉降規(guī)律性較好，最大沉降量為16.0 cm，約為壩高的0.35%。

（5）響水水庫蓄水運行良好，說明泥巖、細砂作為主要的填筑壩料在響水水庫工程大壩上應(yīng)用是成功的，響水水庫采用壩料設(shè)計分區(qū)、料場特性、碾壓參數(shù)等參數(shù)能為類似的工程提供一定的技術(shù)參考。