張 偉,任占杰,王孝岐,關(guān) 凱

(1.浙江華東工程咨詢有限公司，杭州 311122；2.中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 311122)

1 工程概況

豐寧抽水蓄能電站位于河北省承德市豐寧滿族自治縣境內(nèi)，電站總裝機(jī)容量3 600 MW，為Ⅰ等工程，主要建筑物為1級(jí)，共分兩期建設(shè)。其上水庫利用灤河左岸灰窯子溝溝頂?shù)奶烊慌璧兀诨腋G子溝溝口合適位置填筑一面板堆石壩而形成，大壩正常蓄水位1 505.00 m，死水位1 460.00 m，大壩壩頂高程1 510.30 m，最大壩高120.3 m，壩軸線長556.0 m，壩頂寬度10 m，上下游壩坡均為1∶1.4，上游壩坡采用鋼筋混凝土面板防滲，面板厚度從0.40 m漸變到0.76 m，面板防滲面積6.7萬m2。

根據(jù)上水庫混凝土面板堆石壩的工作狀態(tài)，考慮壩體結(jié)構(gòu)需要，對(duì)大壩進(jìn)行合理的分區(qū)設(shè)計(jì)，壩體從上游至下游依次分為：石渣壓重區(qū)1B、粘土鋪蓋區(qū)1A、墊層區(qū)2A、特殊墊層區(qū)2B、過渡區(qū)3A、上游堆石區(qū)3B、下游堆石區(qū)3C，下游護(hù)坡區(qū)。壩體分區(qū)詳見圖1。

圖1 豐寧抽水蓄能電站上水庫面板堆石壩壩體分區(qū)示意圖 單位：m

2 堆石壩填筑施工工藝參數(shù)優(yōu)化

堆石壩填筑施工工藝參數(shù)優(yōu)化主要分為兩個(gè)方面:① 研究爆破參數(shù)對(duì)開挖料顆粒級(jí)配的影響，根據(jù)料場巖石力學(xué)性能及產(chǎn)狀節(jié)理發(fā)育情況，不斷優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)，最終獲得滿足要求的填筑料源；② 根據(jù)工程現(xiàn)場的施工特點(diǎn)以及填筑料源的特性，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的碾壓施工參數(shù)[1-2]。

2.1 填筑料爆破試驗(yàn)

本工程的大壩填筑料料場位于上水庫進(jìn)出水口，根據(jù)可研階段地勘資料顯示，該處巖體以熔凝灰?guī)r、凝灰熔巖為主，并穿插有多組輝綠巖脈，寬度8～10 m，斷層分布密集，節(jié)理發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化程度深，同一高程不同部位巖性差異較大，開采難度較大。大壩填筑料主要采用梯段微差擠壓爆破方式進(jìn)行開挖，其爆破質(zhì)量受巖石結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育、地形特點(diǎn)、布孔方式、裝藥量、起爆網(wǎng)絡(luò)、封堵長度等因素影響，同種爆破設(shè)計(jì)在不同部位，其爆破結(jié)果可能存在較大差異。為此，本工程開展了2個(gè)階段7次梯段爆破試驗(yàn)，最終優(yōu)選出了堆石料、過渡料的爆破參數(shù)，詳見表1,爆破裝藥聯(lián)網(wǎng)示意見圖2。

圖2 爆破裝藥聯(lián)網(wǎng)示意圖

表1 爆破參數(shù)表

上表爆破參數(shù)為推薦值，實(shí)際施工過程中技術(shù)人員根據(jù)爆破區(qū)的巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況以及前次爆破效果對(duì)爆破參數(shù)做適當(dāng)調(diào)整，以盡可能獲得接近于最佳級(jí)配的填筑料，一般按以下原則進(jìn)行調(diào)整：① 當(dāng)細(xì)顆粒較多、塊石較少時(shí)：減小單耗、增大爆破孔間排距；② 當(dāng)細(xì)顆粒較少、塊石較多、級(jí)配連續(xù)性較差時(shí)：增大單耗、減小爆破孔間排距。圖3為過渡料顆粒級(jí)配篩、堆石料顆粒級(jí)配篩分曲線。

圖3 過渡料顆粒級(jí)配篩、堆石料顆粒級(jí)配篩分曲線圖

2.2 碾壓試驗(yàn)

碾壓試驗(yàn)?zāi)康挠?個(gè)：① 核實(shí)設(shè)計(jì)填筑壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的合理性；② 選定合理的壓實(shí)機(jī)具和施工機(jī)械；③ 在確保達(dá)到設(shè)計(jì)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，選擇經(jīng)濟(jì)、合理的壓實(shí)參數(shù)，包括鋪填方式、碾壓方法、碾壓遍數(shù)、行車速度、加水情況等[3]。本工程開展了不同加水率、碾壓機(jī)具、鋪筑層厚度、碾壓遍數(shù)、加水量的碾壓試驗(yàn)，最終得出了碾壓控制參數(shù)見表2。本工程開展的碾壓試驗(yàn)場次及試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，限于篇幅本文不在贅述。

表2 大壩填筑施工參數(shù)表

3 施工新技術(shù)應(yīng)用

堆石壩填筑質(zhì)量控制包括壩料的開采、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓和試驗(yàn)檢測(cè)等方面，借助成熟的科技手段逐步取代傳統(tǒng)的質(zhì)量監(jiān)控手段，形成精準(zhǔn)、高效、實(shí)時(shí)的全過程質(zhì)量管控體系，已經(jīng)成為工程質(zhì)量管理發(fā)展的趨勢(shì)。本工程將數(shù)字化車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、GPS手持移動(dòng)終端、數(shù)字化大壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)、SWS多道瞬態(tài)面波快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于工程建設(shè)管理中，取得了較好的效果[4-5]。

3.1 運(yùn)輸車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

上壩料質(zhì)量控制主要包括2個(gè)方面，首先是料源質(zhì)量控制，應(yīng)確保填筑料源能夠滿足填筑要求；其次是上壩料的運(yùn)輸，應(yīng)確保填筑料源能夠運(yùn)輸?shù)叫枰钪牟课?。本工程借助車輛在線監(jiān)控系統(tǒng)開展上壩料質(zhì)量管理，形成料場、填筑現(xiàn)場、控制中心的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，具體如下：

(1) 填筑料取料區(qū)嚴(yán)格執(zhí)行壩料質(zhì)量鑒定程序，鑒別取料地點(diǎn)料源類別，確保壩料質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。做好壩料裝運(yùn)時(shí)的技術(shù)交底，應(yīng)剔除超徑石，盡量將塊石和細(xì)顆粒均勻裝運(yùn)，裝運(yùn)后的填筑料級(jí)配將更加均勻連續(xù)。

(2) 填筑區(qū)管理方面，在壩面配置卸料指揮人員，每層開始填筑之前在壩面上用白灰劃出卸料分界線，擺放不同料區(qū)標(biāo)示牌，指示運(yùn)輸車輛卸料地點(diǎn)。

(3) 對(duì)取料區(qū)、卸料區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并規(guī)劃車輛運(yùn)輸行進(jìn)路線。借助運(yùn)輸車輛上安裝的車載GPS，實(shí)現(xiàn)從料場到填筑區(qū)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)發(fā)生卸料點(diǎn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)給施工管理人員和監(jiān)理人員發(fā)送手機(jī)短信報(bào)警以及給PC監(jiān)控終端報(bào)警。

(4) 堆石料加水量的控制，以加水均勻、碾壓前保證壩料濕潤為原則，宜分2次進(jìn)行，壩料運(yùn)輸過程中在加水站完成70%的加水量；在壩料攤鋪完成后，采用灑水車進(jìn)行倉面灑水。通過對(duì)壩料運(yùn)輸車輛在加水站停留時(shí)間的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了堆石料加水量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(5) 將運(yùn)輸車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)與地磅房稱量系統(tǒng)連接，對(duì)不同卸料區(qū)各車次的運(yùn)輸噸數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了不同壩料上壩強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)分析。

3.2 填筑鋪料精細(xì)化管理

填筑料攤鋪是填筑碾壓前最重要的一道工序，主要包括2個(gè)方面：① 控制填筑料的攤鋪厚度、平整度是否滿足要求；② 是檢查填筑料是否存在塊石集中、填筑料強(qiáng)度不足、填筑料級(jí)配不滿足要求的情況。

在壩面填筑作業(yè)區(qū)設(shè)指揮長，借助手持GPS儀在每個(gè)填筑單元按照各區(qū)的鋪料厚度設(shè)數(shù)個(gè)可移動(dòng)的層厚標(biāo)志桿，并在岸坡上設(shè)置層厚標(biāo)志線。同時(shí)對(duì)填筑料的質(zhì)量進(jìn)行檢查，用液壓破碎錘及時(shí)將超徑石破碎解小，對(duì)塊石集中、級(jí)配不連續(xù)的區(qū)域翻挖換填，以利于控制鋪料厚度和倉面平整度。鋪料結(jié)束后再用手持GPS儀配合水準(zhǔn)儀對(duì)填筑區(qū)的鋪層厚度和平整度進(jìn)行復(fù)測(cè)，不滿足要求區(qū)域做整平處理[4]。

3.3 數(shù)字化碾壓系統(tǒng)的應(yīng)用

傳統(tǒng)碾壓質(zhì)量主要通過現(xiàn)場旁站監(jiān)督進(jìn)行控制，并以試坑取樣結(jié)果為質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)，具有管理粗放、效率低、精度差、不能實(shí)時(shí)反饋等缺點(diǎn)，旁站監(jiān)督人員需要有較高的技術(shù)水平、管理水平和較強(qiáng)的責(zé)任心。數(shù)字化碾壓系統(tǒng)是數(shù)字化技術(shù)與碾壓土石壩施工相結(jié)合的一個(gè)產(chǎn)物，其基本原理是利用GPS系統(tǒng)、振動(dòng)傳感器綜合數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)大壩的施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。通過對(duì)自動(dòng)化、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)過程施工記錄分析，實(shí)現(xiàn)碾壓施工的全過程質(zhì)量管控，有效保障了壩體填筑施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

(1) 系統(tǒng)組成及原理

豐寧抽水蓄能電站數(shù)字化大壩智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由GPS基準(zhǔn)站、GPS移動(dòng)終端、監(jiān)控中心、監(jiān)控終端等部分組成。

GPS基準(zhǔn)站：作為整個(gè)數(shù)字化大壩監(jiān)控系統(tǒng)的位置測(cè)量基準(zhǔn)站，為整個(gè)系統(tǒng)提供基準(zhǔn)的位置信息，是整套系統(tǒng)位置信息測(cè)算的核心組成部分。

GPS移動(dòng)終端：是智能碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的“監(jiān)控”終端，通過將GPS設(shè)備安裝在碾壓設(shè)備上，監(jiān)測(cè)碾壓設(shè)備的位置坐標(biāo)信息和時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)碾壓面碾壓厚度、碾壓遍數(shù)的監(jiān)控作用，并將采集到的信息以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送至監(jiān)控中心。

監(jiān)控中心：是碾壓監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收以及數(shù)據(jù)輸出的數(shù)據(jù)處理中心。主要功能是接收GPS移動(dòng)終端以及其他配套傳感器測(cè)量信息，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，匯總后得到相應(yīng)的施工過程中間結(jié)果和最終結(jié)果報(bào)告信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并作為判斷施工質(zhì)量合格與否的標(biāo)準(zhǔn)。

監(jiān)控終端：主要為方便參建各方實(shí)時(shí)查看大壩碾壓施工情況，為各方下一步的決策提供依據(jù)，也為參建各方之間的溝通提供了及時(shí)、對(duì)等的信息基礎(chǔ)，為過程管控提供了便利。

(2) 系統(tǒng)特點(diǎn)

豐寧抽水蓄能電站數(shù)字化碾壓系統(tǒng)具有智能化程度高、靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，具體特點(diǎn)如下：

系統(tǒng)調(diào)試正常后，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)碾壓設(shè)備的實(shí)時(shí)速度、軌跡、碾壓區(qū)域、厚度等情況進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)控，基本不需要人工操作。

系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場填筑情況確定倉面面積及形狀，從而實(shí)現(xiàn)一層多個(gè)分區(qū)同時(shí)施工以及不同層、不同區(qū)同時(shí)施工等多種工況。倉面信息采集可以在碾壓施工前進(jìn)行采集，也可在碾壓施工后進(jìn)行采集，都不影響對(duì)碾壓過程的監(jiān)控功能。

碾壓設(shè)備工作時(shí)，監(jiān)控中心的終端監(jiān)控軟件與GPS移動(dòng)終端處碾壓機(jī)械操作手皆可看到實(shí)時(shí)的碾壓情況，便于管理人員直接與操作手進(jìn)行溝通，就碾壓施工情況及時(shí)作出調(diào)整和部署。

對(duì)于在施工過程中出現(xiàn)的斷電等突發(fā)情況，系統(tǒng)配套的UPS設(shè)備避免了因斷電等產(chǎn)生的系統(tǒng)中斷；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不佳影響數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)啟用數(shù)據(jù)離線儲(chǔ)存，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)恢復(fù)正常后自動(dòng)上傳離線數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)丟失或監(jiān)控中斷的情況發(fā)生。對(duì)于其他多種突發(fā)情況，皆有相對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定性好。

3.4 快速檢測(cè)的應(yīng)用

堆石壩填筑現(xiàn)場試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目有滲透系數(shù)、級(jí)配篩分、密實(shí)度、孔隙率等。除滲透系數(shù)試驗(yàn)，現(xiàn)場多采用單環(huán)注水試驗(yàn)，耗時(shí)較短外，其余檢測(cè)項(xiàng)目均耗時(shí)較長。最長用的是干密度檢測(cè)，現(xiàn)場多采用灌水(砂)法，該方法具有檢測(cè)周期長、耗費(fèi)人力大的特點(diǎn)，石料含水率較高時(shí)，還需進(jìn)行室內(nèi)烘干試驗(yàn)來確定干密度。此外，堆石體結(jié)構(gòu)是由大小不一、級(jí)配連續(xù)的塊石經(jīng)振動(dòng)壓實(shí)而成，密實(shí)度具有一定離散性，現(xiàn)場取樣僅能反映出每層堆石體局部的壓實(shí)情況，無法從結(jié)構(gòu)連續(xù)性上反映其整體密實(shí)程度。因此研究提出能夠反映堆石體結(jié)構(gòu)密實(shí)程度的快捷檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法，及時(shí)準(zhǔn)確得出堆石體壓實(shí)干密度具有十分重要的意義。

豐寧抽水蓄能電站上水庫大壩填筑方量較大、施工強(qiáng)度高，單層最大填筑面積達(dá)到5萬m2，如按要求全部鋪填碾壓完成并采用試坑法試驗(yàn)后再判定能否進(jìn)行下一層填筑施工，勢(shì)必造成較大的資源浪費(fèi)，一定程度上影響工程的正常進(jìn)展。本工程采用SWS多道瞬態(tài)面波法檢測(cè)，建立無損檢測(cè)參數(shù)與上壩料物理力學(xué)參數(shù)關(guān)系，進(jìn)而提出堆石料快速檢測(cè)技術(shù)，在大壩堆石體密度檢測(cè)上進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的效果[5]。

(1) 基本原理

面波是指在介質(zhì)表面?zhèn)鞑サ牟?，這個(gè)“表面”的厚度大約為面波的半個(gè)波長，該范圍內(nèi)集中了全部能量的70%以上。研究發(fā)現(xiàn)，瞬態(tài)面波的頻散特性及其在介質(zhì)中的傳播速度與堆石材料的物理性質(zhì)密切相關(guān)，不同密度的堆石材料，會(huì)產(chǎn)生不同的頻散特征。

堆石材料為散粒狀，不同粒徑的含量不盡相同，再加之碾壓過程中存在一定的不均性，使得堆石介質(zhì)在空間上存在差異，這種差異將引起密度的變化。采用人為激振法，如重錘敲擊、輕型炸藥等在堆石體表面激發(fā)產(chǎn)生振動(dòng)脈沖，同時(shí)在距離激振點(diǎn)一定的距離(100～200 cm)處布置檢波器進(jìn)行面波信號(hào)采集，可以在堆石體干密度(ρd)和面波傳輸速度(VR)之間建立一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(2) 面波法快速檢測(cè)的應(yīng)用

偏移距為激振點(diǎn)距離第1個(gè)檢波器的距離，采用100～200 cm，具體大小需結(jié)合現(xiàn)場檢測(cè)波形數(shù)據(jù)而定；12個(gè)檢波器依次增加排開，間距固定為10 cm。檢測(cè)時(shí)使用重錘敲擊激振點(diǎn)的承壓板，采集12道波形數(shù)據(jù)。

用波形分析軟件對(duì)頻散特征波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除表面直達(dá)波后可得到獲取不同測(cè)點(diǎn)處的面波速度加權(quán)平均值，并在面波檢測(cè)面處進(jìn)行挖坑取樣，測(cè)得密度值后與實(shí)測(cè)面波波速進(jìn)行擬合確定二者之間的關(guān)系公式，擬合方法采用線性、冪函數(shù)擬合，通過擬合關(guān)系直接計(jì)算出檢測(cè)區(qū)域的干密度值，具體線性、冪函數(shù)擬合結(jié)果見圖4。本工程共采集了46組數(shù)據(jù)，擬和后得出了線性、冪函數(shù)2種對(duì)應(yīng)關(guān)系，2種擬合方式檢測(cè)最大誤差分別為3.4%、3.8%。

圖4 線性、冪函數(shù)擬合結(jié)果圖

測(cè)試波速線性關(guān)系：

ρd=0.001539VR+1.956

(1)

其基本物理意義為系統(tǒng)測(cè)試最小干密度1.956 g/cm3，隨測(cè)試波速的增加，干密度呈線性增加規(guī)律。

測(cè)試波速冪函數(shù)關(guān)系：

ρd=-32050VR-2.751+2.205

(2)

其基本物理義為系統(tǒng)測(cè)試最大干密度2.205 g/cm3，隨測(cè)試波速的減小，干密度呈冪函數(shù)形式減小的規(guī)律。

(3) 快速檢測(cè)應(yīng)用程序

對(duì)現(xiàn)場碾壓區(qū)域進(jìn)行分區(qū)塊劃分，在每個(gè)區(qū)塊整平、碾壓完成后，采用此技術(shù)進(jìn)行干密度檢測(cè)，若測(cè)試合格則檢測(cè)結(jié)果可作為下一層上升的依據(jù)，若檢測(cè)不合格則等待灌水(砂)干密度取樣結(jié)果。在一定程度上保證了施工連續(xù)性，有效避免了資源浪費(fèi)，合理加快了施工進(jìn)度。

3.5 壩面固坡工藝

根據(jù)面板堆石壩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在混凝土面板澆筑前墊層料位于壩體上游的最外側(cè)，為防止雨水對(duì)上游墊層料造成沖刷，并確保壩體在施工期具備一定的擋水功能，通常采取固坡措施。目前常用的工藝技術(shù)有斜坡碾壓砂漿固坡、擠壓邊墻固坡和翻模固坡[6-7]。

(1) 斜坡碾壓固坡技術(shù)

施工原理及方法：大壩上游坡面墊層料鋪筑隨上游堆石區(qū)填筑的升高而同步進(jìn)行，在每一層墊層料鋪筑時(shí)，需要向上游超寬填筑15～30 cm左右，當(dāng)填筑高度達(dá)到3～5 m時(shí)，再由人工配合機(jī)械進(jìn)行削坡。削坡一般采用激光導(dǎo)向反鏟修正，并輔以人工清理，然后隨壩體繼續(xù)往上填筑，待斜坡面長度達(dá)到15～25 m高度時(shí)，利用布置于壩頂?shù)木頁P(yáng)機(jī)牽引滿足一定重量要求的斜坡振動(dòng)碾進(jìn)行壓實(shí)。一般先靜碾2遍后再振動(dòng)碾壓4遍。振動(dòng)碾壓時(shí)上行振動(dòng)，下行靜碾，當(dāng)碾壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求后再采用水泥砂漿或陽離子乳化瀝青等材料進(jìn)行噴涂固坡。以上施工順序隨大壩壩體的上升不斷重復(fù)進(jìn)行。

優(yōu)點(diǎn)：施工坡面的平整度好，固坡砂漿(或?yàn)r青)厚度小而且均勻，能夠較好的適應(yīng)壩體變形，混凝土面板受力條件較好，不易使其產(chǎn)生裂縫、脫空等破壞。

缺點(diǎn)：墊層料需要超填，修坡時(shí)再清除，浪費(fèi)大量墊層料；修坡、斜坡碾壓工程量大，填筑時(shí)對(duì)下部施工干擾大；人工修坡工作條件差，不安全；斜坡面精度難以控制，與設(shè)計(jì)位置偏差大，面板混凝土超填量大；未及時(shí)完成固坡的墊層料易受雨水沖刷破壞，且壩體不能擋水度汛。

(2) 擠壓邊墻固坡技術(shù)

施工原理及方法：在填筑一層墊層料前，采用擠壓邊墻機(jī)沿上游擠壓制作形成一道半透水的混凝土墻，擋墻上游坡面與設(shè)計(jì)壩坡重合，擋墻高度與每一層墊層料的填筑厚度一致，然后1～3 h后待混凝土墻達(dá)到一定強(qiáng)度后鋪填墊層料、過渡料，用振動(dòng)碾碾壓密實(shí)。如此循環(huán)，與壩體同步上升。

優(yōu)點(diǎn)：施工速度快，施工干擾小，大壩隨時(shí)具備擋水條件，墊層料無超填修坡工序，節(jié)省工程材料。

缺點(diǎn)：施工控制精度低，擋墻剛度過大，不能很好的適應(yīng)壩體變形，容易與墊層料脫空，對(duì)面板防裂不利。

(3) 翻模固坡技術(shù)

翻模固坡技術(shù)最早由中國水利水電第一工程局有限公司提出，在雙溝水電站應(yīng)用，后在蒲石河抽水蓄能電站、湖北江坪河水電站等工程中得到了推廣，工藝應(yīng)用方面也逐漸改進(jìn)和優(yōu)化，該技術(shù)巧妙的集合了斜坡碾壓和擠壓邊墻兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，得到行業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可[8-9]。

施工原理及方法：在大壩上游坡面支立帶楔板的模板，在模板內(nèi)填筑墊層料，振動(dòng)碾初碾后拔出楔板，在模板與墊層料之間形成一定厚度的間隙，向此間隙內(nèi)灌注砂漿，再進(jìn)行終碾。由于模板的約束作用，使墊層料及其上游坡面防護(hù)層砂漿達(dá)到密實(shí)并且表面平整。模板隨墊層料的填筑而翻升，從而使在坡面上進(jìn)行的斜坡墊層料碾壓和固坡砂漿改為水平施工，簡化了施工工序，實(shí)現(xiàn)了上游固坡與壩體填筑同步上升。

優(yōu)點(diǎn)：兼有斜坡碾壓、擠壓邊墻的優(yōu)點(diǎn)，坡面平整度好，固坡砂漿厚度小而均勻，能夠很好的適應(yīng)壩體變形，與墊層料之間不脫空，有利于面板混凝土防裂；填筑體型容易控制，面板混凝土超填量??；不占直線工期，施工速度快，施工干擾小；大壩隨時(shí)具備擋水度汛條件，防洪度汛措施簡化；模板的拉筋外露部分可以兼做面板鋼筋的架立筋，節(jié)省了另打錨筋的費(fèi)用。

缺點(diǎn)：模板一次性投入較多，翻模固坡施工所需的勞動(dòng)力較多；現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)要求高，前后工序需銜接緊湊，否則容易對(duì)大壩填筑造成一定的影響；受工藝特點(diǎn)影響，每次上下層連接部位墊層料不易密實(shí)，容易造成固坡砂漿脫空。

(4) 斜坡碾壓與翻模固坡技術(shù)應(yīng)用情況

本工程在建設(shè)初期填筑高程1 438.80 m以下采用斜坡碾壓砂漿固坡技術(shù)，主要考慮到大壩為百米級(jí)高壩，沉降變形較大，為確保面板有較好的受力條件，否定了擠壓邊墻工藝。后期隨著壩體填筑的不斷升高，上游面時(shí)常有超填墊層料滾落至河床、斜坡段趾板，嚴(yán)重影響趾板的固結(jié)、帷幕灌漿施工。且上游面削坡、碾壓、砂漿固坡時(shí)間較長，對(duì)壩體正常填筑造成較大影響。進(jìn)入汛期后，受降雨影響，墊層料坡面沖刷嚴(yán)重。綜合以上考慮，當(dāng)壩體填筑至1 438.80 m高程時(shí)，改用了翻模固坡施工工藝。

4 質(zhì)量控制措施及應(yīng)用情況

堆石壩填筑質(zhì)量檢查驗(yàn)收應(yīng)貫穿壩料的開采、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓和試驗(yàn)檢測(cè)的全過程。通過在工程中的不斷摸索總結(jié)，并不斷完善，形成了1套符合本工程特點(diǎn)的質(zhì)量檢查驗(yàn)收體系[10-11]。

(1) 堆石料開采運(yùn)輸

料場表面無用料剝離完成后，監(jiān)理組織參建四方進(jìn)行有用料鑒定，爆破填筑料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，合格后簽發(fā)料源合格證，準(zhǔn)許裝車上壩填筑。裝車時(shí)要剔除夾層、超徑石等雜物，并遵循粗細(xì)均勻、足量加水、定點(diǎn)卸放的原則。

(2) 填筑料攤鋪

采用手持GPS儀配合水準(zhǔn)儀對(duì)填筑區(qū)的鋪層厚度和平整度進(jìn)行復(fù)測(cè)，不滿足要求區(qū)域做整平處理；對(duì)塊石集中、填筑料強(qiáng)度不足、填筑料級(jí)配不連續(xù)的部位進(jìn)行翻挖換填。

(3) 碾壓質(zhì)量控制

填筑料鋪填檢查合格后，用手持移動(dòng)終端在待碾?yún)^(qū)建立數(shù)字化大壩碾壓倉，碾壓軌跡標(biāo)識(shí)、碾壓設(shè)備檢查完畢后，簽署準(zhǔn)碾證。

碾壓質(zhì)量控制采用現(xiàn)場旁站監(jiān)督和數(shù)字化大壩相結(jié)合的方式，并以碾壓速度、碾壓厚度、碾壓遍數(shù)合格率作為單元合格的判定依據(jù)。除此之外，還應(yīng)加強(qiáng)過程監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)超徑石、塊石集中、填筑料級(jí)配不連續(xù)等質(zhì)量通病需立即處理，處理完畢后方可打印碾壓合格報(bào)告。對(duì)岸坡結(jié)合部位、特殊小區(qū)墊層料等數(shù)字化大壩監(jiān)控?zé)o法覆蓋的區(qū)域，通過現(xiàn)場旁站監(jiān)督進(jìn)行控制。數(shù)字化碾壓、快速檢測(cè)質(zhì)量控制流程見圖5。

圖5 數(shù)字化碾壓、快速檢測(cè)質(zhì)量控制流程圖

(4) 上升控制標(biāo)準(zhǔn)

采用數(shù)字化大壩、面波法快速檢測(cè)與現(xiàn)場灌水(砂)法檢測(cè)相結(jié)合的方式，數(shù)字化大壩監(jiān)控碾壓合格(碾壓遍數(shù)合格率達(dá)到95%以上)后立即進(jìn)行快速檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果合格即可開始下一層填筑料鋪筑，并預(yù)留取樣區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行灌水(砂)法試驗(yàn)取樣工作。若現(xiàn)場灌水(砂)法試驗(yàn)取樣合格，則簽署填筑質(zhì)量合格證書，若灌水(砂)法試驗(yàn)結(jié)果不合格則將已經(jīng)填筑的石料挖除后對(duì)該層重新進(jìn)行補(bǔ)碾。

面波法試驗(yàn)取樣頻次為：上、下游堆石區(qū)按1∶3原則進(jìn)行(即1次灌水法試驗(yàn)對(duì)應(yīng)3次快速檢測(cè)方法應(yīng)用)；過渡區(qū)、墊層區(qū)按照1∶2原則進(jìn)行。

通過以數(shù)字化大壩監(jiān)控結(jié)果及快速檢測(cè)結(jié)果作為判斷壩體先行上升填筑的依據(jù)，提高了填筑施工效率，加快了施工速度，且從應(yīng)用情況來看，數(shù)字化大壩監(jiān)控結(jié)果及快速檢測(cè)結(jié)果與灌水(砂)法試驗(yàn)結(jié)果具有較高程度的一致性，并未出現(xiàn)挖除補(bǔ)碾的情況。

(5) 翻模固坡質(zhì)量控制及試驗(yàn)檢測(cè)

翻模固坡受施工工藝特點(diǎn)限制，振動(dòng)碾只能在距離模板15 cm處進(jìn)行碾壓，上游側(cè)墊層料密實(shí)性主要取決于斜拉桿的橫向拉力和模板的側(cè)向約束作用。常見的質(zhì)量問題有：表面破損、脫空、平整度差、密實(shí)度差。主要采取了以下措施：

① 開展工藝性試驗(yàn)，優(yōu)化砂漿稠度，確定施工工藝參數(shù)，工藝試驗(yàn)的研究發(fā)現(xiàn)，將砂漿稠度控制在28～30 mm時(shí)固坡砂漿成型效果最好，碾壓工藝參數(shù)為20 t振動(dòng)碾，靜碾2遍+振碾6遍(灌注砂漿前)+振碾2遍(灌注砂漿后的終碾)。

② 嚴(yán)控模板牢固性：加強(qiáng)模板維修保養(yǎng)檢查，檢查拉條數(shù)量以及蝴蝶卡扣安裝的規(guī)范性，確保模板加固整體牢固。

③ 優(yōu)化墊層料攤鋪施工工藝，模板下側(cè)采用人工填喂細(xì)料及插倒的方式進(jìn)行填筑，避免模板下側(cè)粗骨料集中，形成局部小空腔。

④ 堅(jiān)持一模兩測(cè)原則，模板翻升前測(cè)量放樣，確立設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線；模板翻升加固后測(cè)量校驗(yàn)，并安排專人對(duì)偏差超出允許范圍的點(diǎn)組織糾偏整改。

⑤ 采用斜坡試坑垂直向取樣的方法測(cè)定墊層料的干密度。

翻模固坡工藝應(yīng)用初期，由于作業(yè)工人不熟練，各項(xiàng)工序耗時(shí)較長，對(duì)壩體正常填筑造成一定影響，平整度差、砂漿脫空、法向偏差、表面破損等質(zhì)量問題較多。隨著工藝應(yīng)用的熟練，施工效率和質(zhì)量有了很大提升，最快時(shí)達(dá)到了2天3層，翻模固坡施工質(zhì)量綜合檢查合格率由原來的85.2%提高至91.6%整個(gè)工程結(jié)束，共完成翻模固坡砂漿175層，質(zhì)量狀況良好。

5 總結(jié)和建議

豐寧抽水蓄能電站上水庫面板堆石壩工程2015年5月1日開始填筑，2017年10月20日填筑到頂，共填筑壩料448.83萬m3，施工期31個(gè)月。該壩填筑過程中在質(zhì)量管控、新技術(shù)應(yīng)用等方面開展大量研究工作，取得了以下成果：

(1) 通過多階段的現(xiàn)場爆破試驗(yàn)和碾壓試驗(yàn)，取得了技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的爆破施工參數(shù)和碾壓施工參數(shù)。

(2) 將數(shù)字化車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、GPS手持移動(dòng)終端、數(shù)字化大壩碾壓監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于壩料開采、運(yùn)輸、鋪填、碾壓過程中，形成了一套精準(zhǔn)、高效、實(shí)時(shí)的全過程質(zhì)量管控體系。

(3) 采用SWS多道瞬態(tài)面波法檢測(cè)，建立了無損檢測(cè)參數(shù)與上壩料物理力學(xué)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提出了堆石料快速檢測(cè)技術(shù)，并在大壩堆石體密度檢測(cè)上進(jìn)行了應(yīng)用，節(jié)約了前后工序間的待檢時(shí)間，推進(jìn)了工程進(jìn)度。

(4) 將翻模固坡技術(shù)成功應(yīng)用于壩體上游墊層填筑施工，在保證工程建設(shè)安全、質(zhì)量的情況下，推進(jìn)了大壩各施工項(xiàng)目的工程進(jìn)度。

同時(shí)我們還應(yīng)該看到建設(shè)過程中的不足之處，主要有以下幾個(gè)方面：

(1) 翻模固坡工藝施工目前主要靠人力，各工序的機(jī)械化、自動(dòng)化程度不高，在施工效率和精度控制方面還有較大的提升空間。

(2) 大壩碾壓質(zhì)量控制還主要依賴于操作手的技術(shù)水平，將數(shù)字化碾壓監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋結(jié)果與振動(dòng)碾自動(dòng)化控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)碾自動(dòng)化控制將是今后數(shù)字化大壩施工技術(shù)發(fā)展的重要方向。而隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化大壩施工技術(shù)也將逐漸向可感知、可分析、可控制的智慧大壩方向發(fā)展[12]。

(3) 目前工程領(lǐng)域中關(guān)于快速檢測(cè)的方法較多，除本文中采用的面波法外，還有核子密度儀法、射線法、附加質(zhì)量法等，不同快速檢測(cè)手段的適用對(duì)象和使用要點(diǎn)都不盡相同，相關(guān)規(guī)范也未在快速檢測(cè)取代常規(guī)試驗(yàn)方面給出指導(dǎo)性意見，快速檢測(cè)的可靠性和適用性還需做進(jìn)一步的研究。與此同時(shí)，現(xiàn)場試驗(yàn)的一些輔助試驗(yàn)工具應(yīng)加大推廣和研制，一些工程中使用的移動(dòng)試驗(yàn)檢測(cè)車，集合了大型微波干燥機(jī)、高精度流量計(jì)水箱、控制機(jī)柜及工作臺(tái)等，在一定程度上提高了試驗(yàn)檢測(cè)的效率。

相信隨著管理水平的不斷提高和大量新技術(shù)的應(yīng)用，我國的面板堆石壩填筑施工質(zhì)量會(huì)進(jìn)一步提高，并進(jìn)一步推動(dòng)我國向質(zhì)量強(qiáng)國邁進(jìn)。