王毅青

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

某抽水蓄能電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量3 600 M W，為大（一）型水利工程，電站大壩為混凝土面板堆石壩，包括墊層料、特殊墊層料、過(guò)渡料、主次堆石料、壩后干砌石、壩前坡擠壓邊墻等，壩體填筑施工的工程量共168.57萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)總工期1 289 d。壩體分為墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、堆石區(qū)等區(qū)域，其中壩前碾壓砂漿之下的墊層區(qū)寬3.0 m，周邊縫隙下游的墊層區(qū)底寬2.0 m、頂寬0.5 m；過(guò)渡區(qū)位于河床基槽段全斷面、壩體和兩岸接觸面3.0 m寬以內(nèi)區(qū)域，以及墊層料下游寬3.0 m的范圍內(nèi)。堆石區(qū)和過(guò)渡區(qū)填筑料，主要采用工程所在地附近料場(chǎng)所提供的輝石閃長(zhǎng)巖及凝灰?guī)r，墊層料則采用篩出超粒徑顆粒后的河床砂礫石料。

2 施工設(shè)計(jì)要求

2.1 施工分區(qū)

考慮到該水電站混凝土面板堆石壩，實(shí)際工作狀態(tài)及壩體結(jié)構(gòu)、作用，應(yīng)在面板堆石壩壩體填筑施工前進(jìn)行合理分區(qū)。

黏土鋪蓋區(qū)：該分區(qū)干容重設(shè)計(jì)值15～17 kN/m3，壓實(shí)度95.4%，粒徑＞0.075 mm的顆粒含量<40%，粒徑<0.055 mm的顆粒含量在20%以上，通過(guò)碾壓試驗(yàn)所確定的土料滲透系數(shù)達(dá)不到1.2×10-6c m/s，為避免黏土鋪蓋遭沖刷破壞，還應(yīng)通過(guò)粒徑在30 c m以內(nèi)，且干容重至少為19.5 k N/m3的任意級(jí)配石渣料，保護(hù)黏土鋪蓋表層。

墊層區(qū)：將料場(chǎng)開采的粒徑在80 mm以內(nèi)、粒徑＜5 mm顆粒含量在20%～35%，且壓實(shí)后的滲透系數(shù)至少為1.0×10-6c m/s的微風(fēng)化巖石，通過(guò)砂石骨料加工系統(tǒng)加工摻配而成，孔隙率在18%以內(nèi)，且壓實(shí)后干密度值不小于2.2 t/m3。

特殊墊層區(qū)：采用工程附近料場(chǎng)開采的級(jí)配良好、粒徑在40 mm以內(nèi)，且粒徑<5 mm顆粒含量占比30%～45%的微風(fēng)化巖石，經(jīng)砂石骨料系統(tǒng)摻配后的混合料，作為混凝土面板堆石壩周邊縫內(nèi)的特殊墊層料，所采用的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與墊層區(qū)相同。過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、下游護(hù)坡區(qū)等區(qū)域填筑技術(shù)參數(shù)詳見表1所示。

表1 面板堆石壩壩體各分區(qū)填筑參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2 填筑參數(shù)

分區(qū)后采用《碾壓式土石壩施工規(guī)范》（D L/T 5129-2001）的相關(guān)規(guī)定，對(duì)該水電站混凝土面板堆石壩進(jìn)行分區(qū)碾壓試驗(yàn)[1]，堆石料試驗(yàn)場(chǎng)地選擇在料場(chǎng)前平整、堅(jiān)實(shí)、開闊區(qū)域，試驗(yàn)場(chǎng)地和壓實(shí)試驗(yàn)區(qū)面積，分別為25 m×30 m和15 m×25 m；過(guò)渡料試驗(yàn)場(chǎng)地則設(shè)置在碾壓后的大壩填筑面，試驗(yàn)場(chǎng)地和填筑區(qū)面積分別為20m×30m和15m×15 m；墊層料試驗(yàn)場(chǎng)地則安排在生活區(qū)平整堅(jiān)實(shí)、開闊地帶，試驗(yàn)場(chǎng)地和試驗(yàn)區(qū)面積分別為10 m×15 m和5 m×10 m。選用工作質(zhì)量18 t、振動(dòng)輪直徑5 930 mm、輪寬2 410 mm、激振力300 k N、振頻28 H z、爬坡能力30%、發(fā)動(dòng)機(jī)作用功率115 k W、轉(zhuǎn)彎半徑最小值6 500 mm的YZ-18 J C型自行振動(dòng)碾，其工作速度分為2.86 km/h、5.30 km/h和9.70 km/h三檔。

按照表1設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行混凝土面板堆石壩壩體填筑施工過(guò)程中，其壓實(shí)值在臨界值上下浮動(dòng)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在單層填筑情況下取得，與該水電站混凝土面板堆石壩實(shí)際填筑條件存在差別，為此將上表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正：堆石料、過(guò)渡料、墊層料及小區(qū)料的鋪料厚度，應(yīng)分別按照80 c m/層、40 c m/層、40 c m/層和20 c m/層確定，碾壓遍數(shù)分別為10遍、8遍、8遍、8遍；并在碾壓施工過(guò)程中通過(guò)灑水控制碾壓效果。

3 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

壩體填筑前，將施工區(qū)域內(nèi)各種雜物、草皮、樹根等徹底清除；將岸坡坡度修整至1∶0.3以內(nèi)；將填筑區(qū)域內(nèi)開挖線以下部分包括勘探孔槽全部回填密實(shí)，封堵灌漿帷幕周圍的勘探孔，處理基礎(chǔ)范圍內(nèi)的地質(zhì)缺陷，按施工圖紙驗(yàn)收。

3.2 測(cè)量控制

驗(yàn)收合格后，進(jìn)行測(cè)量，確定不同填筑區(qū)域的分界線，灑白石灰標(biāo)出具體區(qū)域，在墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、堆石區(qū)等設(shè)立標(biāo)識(shí)牌，在兩岸巖坡上表明高程及樁號(hào)。在墊層上游邊線、過(guò)渡層交界線、主堆石區(qū)交界線的填筑過(guò)程中，按層測(cè)量和標(biāo)線，嚴(yán)格控制填筑厚度和壩料攤鋪厚度。工程的定線、放樣、測(cè)量、驗(yàn)收等資料必須及時(shí)整理歸檔。

3.3 攤鋪碾壓

上壩材料中超大塊石應(yīng)剔除或破碎處理，待完成壩料級(jí)配、性能等的檢驗(yàn)后，按照后退法在墊層區(qū)及過(guò)渡區(qū)鋪料，推土機(jī)平整處理；主堆石區(qū)鋪料應(yīng)采用進(jìn)占法，完成壩料攤鋪后，還應(yīng)在壩面和壩外區(qū)域加水，以使石料充分潤(rùn)濕，降低石料與石料之間的摩擦，通過(guò)振動(dòng)增大碾壓密實(shí)度。

為控制含水量，避免夏季高溫導(dǎo)致材料失水，壩料邊卸邊鋪。對(duì)墊層料、過(guò)渡料、主堆石料、下游堆石料，應(yīng)分別使用小型振動(dòng)碾和大中型振動(dòng)碾，順壩軸線方向碾壓，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果確定碾壓遍數(shù)；為提升施工工效，應(yīng)當(dāng)從壩坡面開始，逐步向壩內(nèi)進(jìn)退錯(cuò)距碾壓施工，錯(cuò)距寬度按照碾壓滾寬度與設(shè)計(jì)碾壓遍數(shù)比確定[2]。對(duì)于振動(dòng)碾無(wú)法到達(dá)的邊緣區(qū)域，必須通過(guò)平板夯夯實(shí)。

為保證填筑施工質(zhì)量，墊料層、過(guò)渡層的主堆石料應(yīng)當(dāng)同時(shí)施工、均衡上升。在填筑大壩堆石體時(shí)，應(yīng)避免不同料區(qū)交接面出現(xiàn)塊石集中，若粒徑差距過(guò)大應(yīng)通過(guò)后退法卸料，對(duì)于交錯(cuò)接縫，必須預(yù)留坡度小于1∶3的緩坡，并在設(shè)計(jì)邊線內(nèi)外側(cè)增設(shè)木板防護(hù)和超填線，如圖1所示。

圖1 墊層料施工示意圖

避免發(fā)生過(guò)壓、漏壓和欠壓。墊層料填筑每上升10～15 m高度，必須對(duì)墊層坡面進(jìn)行削坡和碾壓處理。反鏟削坡必須每填筑3.0～5.0 m高度，通過(guò)激光控制削坡坡度1次。

3.4 壩體填筑質(zhì)量評(píng)價(jià)

3.4.1 壩體填筑質(zhì)量監(jiān)測(cè)

為保證壩體填筑施工質(zhì)量，各分區(qū)每填筑一層都必須進(jìn)行一次試坑試驗(yàn)，填筑高度每上升4.0 m必須進(jìn)行一次一檢和二檢。一檢主要進(jìn)行孔隙率、干密度和粒料相對(duì)密度等的檢測(cè)；二檢則主要在一檢基礎(chǔ)上，檢測(cè)含泥量、曲率系數(shù)、不均勻系數(shù)等。

采用灌水法取樣的試坑，應(yīng)設(shè)置在壓實(shí)難度最大、較大粒徑集料分布密集區(qū)域，試坑直徑根據(jù)填筑料最大粒徑確定，試坑深度按照單層鋪料厚度確定。墊層區(qū)試驗(yàn)共85組，斜坡碾壓區(qū)試驗(yàn)23組，兩個(gè)區(qū)域墊層填筑檢測(cè)結(jié)果詳見表2所示。

表2 墊層填筑檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)采用人工松填法測(cè)定最大干密度，采用振動(dòng)法測(cè)定最大密度值，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)，確定礫石含量對(duì)應(yīng)的最大干密度，結(jié)果表明本水電站混凝土面板堆石壩壩體填筑施工效果良好。按照常規(guī)施工方案，壩體填筑工程量為168.57萬(wàn)m3，擬施工工期1 289 d，而采用本文設(shè)計(jì)方案，填筑工程量為154.18萬(wàn)m3，工期1 214 d。

水電站壩體填筑施工結(jié)束后，在大壩設(shè)置了14支測(cè)壓管，對(duì)大壩滲流情況和壩體施工質(zhì)量進(jìn)行觀測(cè)評(píng)價(jià)。其中迎水坡、背水坡和壩腳處分別設(shè)置5支、4支和5支。

2020年11 月大壩壩體填筑施工結(jié)束后，從12月開始觀測(cè)，資料顯示，相同觀測(cè)斷面的測(cè)壓管水位，均表現(xiàn)出自上游向下游減小的趨勢(shì)，與水電站水位變動(dòng)趨勢(shì)基本吻合：上游迎水坡測(cè)壓管水位與庫(kù)水位最為接近，下游截面處測(cè)壓管的水位比迎水坡水位低10 m左右，下游截面處及壩下測(cè)壓管水位較為一致，水頭差不超過(guò)1.0 m。測(cè)壓管水位監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該水電站黏土心墻所發(fā)揮的控制和降低壩體內(nèi)部浸潤(rùn)面的作用十分顯著。

3.4.2 壩體垂直沉降監(jiān)測(cè)

分別在壩體最大斷面高程1 021 m和1 032 m處，設(shè)置兩層XN SC-100型水管式沉降儀，分別設(shè)置4個(gè)和3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行不同高程條件下壩體垂直沉降觀測(cè)。結(jié)果顯示，截止2020年11月，大壩壩體填筑施工結(jié)束后，包含觀測(cè)房4.0 c m沉降在內(nèi)，垂直沉降均值11.95 c m，壩體垂直沉降趨于穩(wěn)定，滿足垂直沉降在面板堆石壩壩體填筑高度中占比的相關(guān)規(guī)定[3]。

4 結(jié)論

本工程填筑施工實(shí)踐證明，混凝土面板堆石壩填筑施工便于就地取材，能充分利用當(dāng)?shù)丶扔胁牧?，?jiǎn)化施工過(guò)程，降低工程造價(jià)。為保證施工質(zhì)量，必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范及施工設(shè)計(jì)操作，并采用合理的分區(qū)填筑順序，以便有效解決相鄰接觸帶骨料分離等施工難題，提升筑壩強(qiáng)度。根據(jù)壩體填筑質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果，壩體填筑均勻密實(shí)，且無(wú)大粒徑料集中及架空現(xiàn)象，質(zhì)量良好；垂直沉降觀測(cè)結(jié)果也表明，填筑施工后大壩沉降趨于穩(wěn)定。