湯洪潔

(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

1 概述

在我國(guó)新疆、西藏等西部地區(qū)防洪、供水、灌溉等水資源開(kāi)發(fā)利用樞紐工程建設(shè)項(xiàng)目眾多。由于這些地區(qū)砂礫料儲(chǔ)量豐富，以砂礫料為填筑主體的土石壩快速發(fā)展。在設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與復(fù)雜問(wèn)題處理、計(jì)算理論與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究、施工質(zhì)量控制與大型施工設(shè)備應(yīng)用等日臻完善和不斷提高的大背景下，砂礫料筑壩工程建設(shè)開(kāi)發(fā)前景廣闊，其建設(shè)規(guī)模、應(yīng)用范圍和數(shù)量不斷攀升也將成為必然。

以砂礫料為主填筑體，體現(xiàn)其技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的典型工程集中在新疆地區(qū)，典型工程基本情況見(jiàn)表1。以上典型工程建設(shè)成果在大壩高度、壩體壩基復(fù)合防滲規(guī)模、抗震能力等方面均取得突破性進(jìn)展，總結(jié)砂礫料工程特性和筑壩安全性技術(shù)問(wèn)題，提高其應(yīng)用技術(shù)水平，對(duì)于當(dāng)下同類工程開(kāi)發(fā)建設(shè)具有重要意義。

2 砂礫料的工程特性

2.1 壓實(shí)特性

壓實(shí)特性通過(guò)干密度值體現(xiàn)。隨著高混凝土面板砂礫石壩或心墻砂礫石壩的開(kāi)工建設(shè)，為滿足施工質(zhì)量控制和工藝參數(shù)需要，對(duì)于較重要的工程逐步采用現(xiàn)場(chǎng)大型相對(duì)密度試驗(yàn)代替室內(nèi)試驗(yàn)，獲得筑壩砂礫料的最大、最小干密度作為大壩壓實(shí)填筑質(zhì)量控制依據(jù)。

傳統(tǒng)的相對(duì)密度試驗(yàn)方法為室內(nèi)縮尺砂礫料的振動(dòng)臺(tái)法或表面振動(dòng)法，試驗(yàn)最大干密度一般不超過(guò)2.30g/cm3，最小干密度不超過(guò)2.00g/cm3。采用現(xiàn)場(chǎng)密度桶法對(duì)原級(jí)配料進(jìn)行的相對(duì)密度試驗(yàn)，其最大、最小干密度均明顯大于室內(nèi)縮尺料試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)采用前期室內(nèi)試驗(yàn)成果偏于保守，也低估了高砂礫石壩填筑變形控制能力。在大型施工振動(dòng)機(jī)械普遍應(yīng)用的條件下，采用現(xiàn)場(chǎng)密度桶法確定砂礫料最大、最小干密度更符合實(shí)際。

以近期建設(shè)的新疆大石門(mén)水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩、卡拉貝利水利樞紐工程混凝土面板壩、阿爾塔什水利樞紐工程混凝土面板壩等工程為例，其筑壩砂礫料級(jí)配特征中下包線小于5mm含量(1-P5)范圍基本上在12%～17%、平均線范圍20%～30%附近、上包線范圍25%～42%；最優(yōu)級(jí)配P5含量大致在75%～78%，所對(duì)應(yīng)的最大干密度達(dá)2.42g/cm3，最小干密度為2.00g/cm3以上。

砂礫石壩壩體施工質(zhì)量檢測(cè)，是通過(guò)挖坑檢測(cè)，進(jìn)行試坑砂礫料篩分，確定其施工干密度，并與設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來(lái)判斷是否滿足要求。

表1 砂礫石壩典型工程基本情況

按照砂礫料設(shè)計(jì)級(jí)配包線，采用料場(chǎng)砂礫料人工配料，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)大型相對(duì)密度試驗(yàn)，確定相應(yīng)級(jí)配下的最大、最小干密度，并確定最優(yōu)含礫量級(jí)配進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)最大、最小干密度試驗(yàn)結(jié)果，可以繪制rd-P5-Dr(干密度-P5-相對(duì)密度)3因素相關(guān)圖，該圖可供施工質(zhì)量檢測(cè)直接使用。具體方法為：砂礫料筑壩碾壓層進(jìn)行試坑開(kāi)挖檢測(cè)，確定相應(yīng)試坑的干密度，并對(duì)試坑開(kāi)挖砂礫料進(jìn)行篩分，確定P5含量。根據(jù)試坑開(kāi)挖獲得的P5含量(橫坐標(biāo))和干密度(縱坐標(biāo))，在3因素圖上點(diǎn)出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)位置即可對(duì)填筑質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。若該點(diǎn)落在設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的質(zhì)量控制線以上的區(qū)域，則滿足設(shè)計(jì)填筑要求。如圖1的阿爾塔什水利樞紐工程3因素圖，設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密度為0.90，當(dāng)試坑開(kāi)挖點(diǎn)在Dr≥0.90以上的區(qū)域時(shí)，則滿足設(shè)計(jì)填筑要求。

圖1 阿爾塔什水利樞紐工程3因素圖

2.2 變形與抗剪強(qiáng)度特性

砂礫料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)巖性、級(jí)配、密度和應(yīng)力水平等條件綜合確定。對(duì)于髙壩和重要工程，要盡量模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，采用相關(guān)大型試驗(yàn)獲取。根據(jù)已建和在建高壩現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果證實(shí)，由于縮尺效應(yīng)影響，常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)獲得的變形和強(qiáng)度參數(shù)與大壩筑壩材料真實(shí)參數(shù)有明顯差異。

2.2.1變形模量和強(qiáng)度指標(biāo)獲取

(1)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)可測(cè)定承壓板下土體的承載力和變形模量，其載荷與沉降變形曲線以及各級(jí)荷載下土體變形分布規(guī)律，可為鄧肯-張等模型參數(shù)反演提供基本資料。

(2)旁壓試驗(yàn)是利用鉆孔在覆蓋層一定深度部位進(jìn)行的原位載荷試驗(yàn)，獲得旁壓荷載與位移關(guān)系曲線，可通過(guò)反演確定變形特性參數(shù)。

(3)原位大型直剪試驗(yàn)可分析全級(jí)配條件下土體的抗剪強(qiáng)度，可對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果合理性進(jìn)行修正；通過(guò)研究原級(jí)配壩料強(qiáng)度特性，確定強(qiáng)度指標(biāo)。

(4)直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法，對(duì)于砂礫料一般采用慢剪試驗(yàn)(S)，即在施加垂直壓力及水平剪切力的過(guò)程中，均應(yīng)使試樣排水固結(jié)。

(5)近年發(fā)展了1500t大型動(dòng)靜三軸試驗(yàn)機(jī)，聯(lián)合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)比并綜合確定砂礫料的變形和強(qiáng)度特性。

(6)超大三軸試驗(yàn)：大連理工大學(xué)研制成功了國(guó)內(nèi)最大的超大型靜、動(dòng)三軸儀，試樣直徑為1000mm和800mm，可以聯(lián)合大型三軸儀(試樣直徑300mm)進(jìn)行爆破料和砂礫料的變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)，確定筑壩材料縮尺誤差并進(jìn)行修正，使模型參數(shù)更加合理地反映原型級(jí)配。

2.2.2變形及強(qiáng)度特性指標(biāo)

砂礫料的變形和強(qiáng)度特性主要受圍壓力大小、剪應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷時(shí)的影響。表2為近期典型工程現(xiàn)場(chǎng)大型載荷試驗(yàn)成果?？梢钥闯?，在較高圍壓下，砂礫料表現(xiàn)出較高的變形模量。

表2 典型工程現(xiàn)場(chǎng)大型載荷試驗(yàn)成果表 單位：MPa

2.2.3超大三軸試驗(yàn)對(duì)變形和強(qiáng)度特性的影響

大連理工大學(xué)采用超大三軸試驗(yàn)針對(duì)阿爾塔什大壩筑壩砂礫石，研究靜動(dòng)力本構(gòu)模型參數(shù)以及縮尺效應(yīng)對(duì)筑壩材料永久變形模型參數(shù)的影響規(guī)律。表3給出了砂礫料的大三軸(30cm試樣直徑)與超大三軸(100cm試樣直徑)試驗(yàn)鄧肯-張模型參數(shù)的對(duì)比。

從表3可以看出，超大型三軸試驗(yàn)的彈性模量K及體積模量Kb較大型三軸試驗(yàn)相比，砂礫料大25%左右，表征抗剪強(qiáng)度的初始摩擦角也表現(xiàn)出了一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。超大三軸的試樣直徑達(dá)到了100cm，試驗(yàn)條件相對(duì)大三軸更加接近于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，試驗(yàn)結(jié)果更加可信。對(duì)于砂礫料，由于其是經(jīng)過(guò)天然磨圓搬運(yùn)沉積而成，顆粒磨圓度高，土顆粒本身破碎變位的余地很小，當(dāng)采用接近于原級(jí)配土進(jìn)行大尺寸試樣三軸剪切試驗(yàn)所確定的變形模量參數(shù)就較縮尺級(jí)配土小尺寸試樣的試驗(yàn)結(jié)果要高，這和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試變形模量較室內(nèi)縮尺試驗(yàn)確定土體變形模量高的道理是一致的。

因此，對(duì)于砂礫料筑壩，采用超大三軸進(jìn)行筑壩材料的變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)，模型參數(shù)更加合理地反映原型級(jí)配，計(jì)算成果更合理可信，更加體現(xiàn)筑壩材料現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作狀態(tài)。

2.3 滲透特性

土石壩各料區(qū)的滲透系數(shù)、反濾與過(guò)渡保護(hù)、滲透破壞坡降等設(shè)計(jì)參數(shù)大多來(lái)自室內(nèi)試驗(yàn)成果。目前結(jié)合大石峽水利樞紐混凝土面板砂礫石壩的工程建設(shè)，進(jìn)行了砂礫料大型室內(nèi)滲透試驗(yàn)(尺寸1000mm)；結(jié)合茨哈峽水電站混凝土面板砂礫石壩前期論證，進(jìn)行了各料區(qū)現(xiàn)場(chǎng)大型滲透試驗(yàn)。

砂礫料滲透性主要以滲透系數(shù)表示，其大小受級(jí)配、結(jié)構(gòu)、密實(shí)程度及孔隙比等影響，其中級(jí)配和孔隙比是主要因素。天然砂礫石料級(jí)配離散性大，故滲透系數(shù)變化大(從100到10-3～10-4不等)；施工受振動(dòng)碾壓實(shí)影響，容易發(fā)生粗細(xì)顆粒上下層分離，特別是細(xì)顆粒(粒徑小于5mm)含量較大時(shí)，在表面形成細(xì)顆粒層，導(dǎo)致填筑體整體垂直滲透系數(shù)小于水平滲透系數(shù)。

砂礫料小于5mm的含量及含泥量對(duì)滲透系數(shù)有很大影響，其大小取決于細(xì)粒填充粗粒之間孔隙的程度，當(dāng)?shù)[石含量50%～60%、含泥量小于5%時(shí)，滲透系數(shù)大于10-2cm/s；當(dāng)含泥量5%～15%時(shí)，滲透系數(shù)減小到10-3～10-4cm/s。

砂礫料的滲透破壞形式和破壞坡降與砂礫料的顆粒級(jí)配特性(級(jí)配的連續(xù)性、不均勻系數(shù)、礫石含量等)有密切關(guān)系。當(dāng)小于5mm顆粒含量達(dá)到30%～35%時(shí)，細(xì)料大致能夠填滿骨架孔隙，滲透破壞坡降增速明顯減小。

砂礫料滲透系數(shù)也與密實(shí)度、顆粒形狀有關(guān)。即試樣越密實(shí)，干密度增大，其滲透系數(shù)越小。當(dāng)細(xì)料含量小于30%時(shí)，隨著試樣干密度增大，滲透系數(shù)減小幅度較大。

2.4 抗震特性

砂礫料在低應(yīng)力條件下，由于受渾圓度影響，其抗剪強(qiáng)度比堆石料低，地震荷載作用下易于出現(xiàn)剪脹、開(kāi)裂、滑脫等現(xiàn)象?？拐鸫胧┦堑卣饏^(qū)砂礫料筑壩建設(shè)必須要考慮的，抗震設(shè)計(jì)及抗震安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是把握砂礫料的動(dòng)力特性，確定合適的動(dòng)力特性參數(shù)，采用適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?/p>

砂礫料的動(dòng)力特性包括動(dòng)力變形特性、動(dòng)力殘余變形特性和動(dòng)強(qiáng)度特性。動(dòng)力變形特性參數(shù)與大壩的地震加速度響應(yīng)密切相關(guān)，影響壩體地震剪應(yīng)力的大小。一般來(lái)說(shuō)，最大動(dòng)剪模量越大，壩體剛度越大，地震作用下地震加速度響應(yīng)越大，壩體內(nèi)地震剪應(yīng)力越大，可能造成的壩體剪切破壞和壩坡失穩(wěn)的可能性越大，即壩體的動(dòng)力變形特性與壩體地震剪切破壞和壩坡穩(wěn)定密切相關(guān)。此外，當(dāng)動(dòng)力作用水平高于砂礫料屈服剪應(yīng)變時(shí)，在動(dòng)荷載作用下，砂礫料發(fā)生累積變形，產(chǎn)生地震永久變形，過(guò)大的地震永久變形也會(huì)造成壩體結(jié)構(gòu)功能損壞，給大壩帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

表3 大三軸與超大三軸試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比表

砂礫料的動(dòng)力變形特性參數(shù)是進(jìn)行砂礫石壩地震動(dòng)力反應(yīng)分析的基本輸入?yún)?shù)，一般通過(guò)室內(nèi)動(dòng)力變形特性試驗(yàn)確定，或通過(guò)聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)波速試驗(yàn)和室內(nèi)動(dòng)力試驗(yàn)綜合確定。典型工程筑壩主堆砂礫料在不同干密度和固結(jié)比條件下的最大動(dòng)剪模量系數(shù)C與指數(shù)n見(jiàn)表4，阿爾塔什水利樞紐工程筑壩砂礫料不同干密度和固結(jié)比條件下應(yīng)變效應(yīng)的數(shù)值化以及不同影響因素下砂礫料動(dòng)剪模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變的變化關(guān)系如圖2所示。

圖2 阿爾塔什水利樞紐工程主堆砂礫石料G/Gmax～γ和D～γ曲線圖(干密度=2.32g/cm3，固結(jié)比=1.5)

由表4和圖2所知，砂礫料的動(dòng)剪模量比隨干密度、固結(jié)比和圍壓力(圖2中的500kPa、1000kPa、2000kPa)呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。在相同的干密度和固結(jié)比下，圍壓力越大，相同剪應(yīng)變水平下的G/Gmax和D就越大，尤其是在剪應(yīng)變達(dá)到10-4以上時(shí)，G/Gmax和D受圍壓力的影響更加明顯。在相同干密度和圍壓力下，固結(jié)比越小，相同剪應(yīng)變水平下的G/Gmax和D越大，阻尼比受固結(jié)比的影響相對(duì)較小。固結(jié)應(yīng)力條件相同時(shí)，干密度越小，G/Gmax和D越大，D受干密度的影響相對(duì)較小。

需要注意的是，由于室內(nèi)試驗(yàn)確定最大動(dòng)剪模量對(duì)微小應(yīng)變測(cè)試技術(shù)有較高的要求，不同的單位往往有不同的做法，在應(yīng)用時(shí)要注意G/Gmax和D的配套關(guān)系，不能將二者割裂起來(lái)使用。

3 砂礫料筑壩安全性

3.1 大壩填筑標(biāo)準(zhǔn)擬定原則

在壩址、壩型和壩體分區(qū)確定之后，其面臨的主要工程問(wèn)題就是壩體的變形控制。土石壩變形控制的主要對(duì)策措施包括：合理選擇筑壩材料、良好的材料級(jí)配、優(yōu)化壩體分區(qū)、提高各料區(qū)壓實(shí)密度、有效控制填筑順序等。其中，重點(diǎn)是壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定及保障在施工過(guò)程中能夠達(dá)到填筑標(biāo)準(zhǔn)的施工碾壓參數(shù)和控制指標(biāo)的合理確定。

從定性上，大壩的填筑標(biāo)準(zhǔn)越高，筑壩砂礫料所能夠達(dá)到的碾壓干密度和相對(duì)密度會(huì)越高，相應(yīng)的對(duì)控制大壩變形越有利。已有的研究表明，砂礫料的壓實(shí)特性受自身內(nèi)因和施工振動(dòng)碾壓機(jī)械等外因的共同影響，當(dāng)砂礫料碾壓達(dá)到一定的干密度(相對(duì)密度)后，單位振動(dòng)能量所起到的壓實(shí)效果很有限。

表4 典型工程砂礫料最大動(dòng)剪模量參數(shù)匯總

對(duì)于大壩的碾壓標(biāo)準(zhǔn)而言，從控制變形基本原則出發(fā)，在經(jīng)濟(jì)條件和施工技術(shù)可行的情況下，能夠得到越高的碾壓密實(shí)度的碾壓標(biāo)準(zhǔn)越合適。由砂礫料的工程特性可知，隨著碾壓參數(shù)的提升，壩料的碾壓密實(shí)度也在提升。但根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，壩料碾壓密實(shí)度提升幅度隨碾壓參數(shù)達(dá)到一定水平后逐漸變得很小，或者基本不變。此時(shí)為獲得略高的壩料碾壓效果，達(dá)到更高的壩料碾壓密實(shí)度，而繼續(xù)提高碾壓參數(shù)，相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)投入成本是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

因此，工程設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)擬定基本原則：在滿足規(guī)范要求的前提下，要根據(jù)具體工程物料性狀，考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)成本構(gòu)成，經(jīng)研究論證，合理確定壩體填筑施工參數(shù)。

3.2 大壩變形控制安全性

工程運(yùn)行期的安全隱患與問(wèn)題處理大多與壩體沉降變形有關(guān)。如混凝土面板壩運(yùn)行期發(fā)生較大的壩體變形，導(dǎo)致面板塌陷折斷、周邊縫止水破壞、面板結(jié)構(gòu)性裂縫與垂直縫擠壓破壞、大壩滲流量過(guò)大等問(wèn)題；有覆蓋層瀝青混凝土心墻土石壩因變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致滲漏量偏大，壩體變形導(dǎo)致瀝青心墻壩體滲流等。如果在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中對(duì)壩體變形量進(jìn)行有效控制，上述一系列問(wèn)題就可在很大程度上得到緩解或避免。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并綜合以往工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，不同防滲形式壩體變形控制標(biāo)準(zhǔn)有所差別。對(duì)于高混凝土面板壩，其填筑標(biāo)準(zhǔn)確定以變形控制為首要目標(biāo)，在施工技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的前提下，以控制大壩填筑體變形盡量小確定其填筑標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)而言，瀝青混凝土心墻等防滲體對(duì)壩體變形的敏感性和安全性要求不如混凝土面板壩，壩體變形控制要求要低一些，填筑標(biāo)準(zhǔn)以控制大壩填筑體變形在合理范圍內(nèi)即可，可綜合考慮變形控制的協(xié)調(diào)與經(jīng)濟(jì)性。

具體工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)規(guī)范要求，采用工程經(jīng)驗(yàn)類比法，擬定砂礫料設(shè)計(jì)填筑相對(duì)密度；對(duì)于較重要的工程，可結(jié)合室內(nèi)材料特性試驗(yàn)和相應(yīng)大壩結(jié)構(gòu)特性分析擬定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于較高壩和地震地質(zhì)條件復(fù)雜工程，初步設(shè)計(jì)和實(shí)施階段，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原級(jí)配大型相對(duì)密度試驗(yàn)確定砂礫料設(shè)計(jì)填筑干密度，通過(guò)碾壓試驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)及物料級(jí)配控制包線進(jìn)行復(fù)核和驗(yàn)證，并據(jù)此確定現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓控制參數(shù)。施工過(guò)程中，可采用碾壓參數(shù)和相對(duì)密度兩套參數(shù)作為施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 滲透穩(wěn)定安全性

砂礫料的滲透性能是礫石料連續(xù)級(jí)配的屬性決定的。砂礫石料一般情況可以直接作為過(guò)渡區(qū)與面板下墊層料級(jí)配過(guò)渡，可以控制好墊層和過(guò)渡層滲流穩(wěn)定。按現(xiàn)行土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，反濾關(guān)系的計(jì)算是難點(diǎn)，尤其是現(xiàn)場(chǎng)物料配置發(fā)生變化時(shí)。因此，滲流控制設(shè)計(jì)是工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，而施工質(zhì)量控制是關(guān)鍵。

提高砂礫石料壓實(shí)度后，滲透系數(shù)和水力坡降與室內(nèi)試驗(yàn)成果相比也發(fā)生明顯改變，壓實(shí)后的抗沖蝕性能明顯提高、垂直滲透性能明顯減小。因此需重新復(fù)核或采用新方法研究壩體滲透穩(wěn)定性能。

當(dāng)滲流量和滲透變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，要采用工程措施加以控制。內(nèi)容包括：分析壩體和壩基的滲流量、滲透壓力、壩體浸潤(rùn)線位置、流場(chǎng)流線、等勢(shì)線、水力坡降分布及出逸區(qū)水力比降大小等，評(píng)價(jià)滲透安全性。合理進(jìn)行壩體滲透穩(wěn)定分析，滿足水力坡降過(guò)渡；增加有效滲流路徑，合理設(shè)置反濾層，滿足排水反濾要求，保護(hù)滲流出逸區(qū)，是加強(qiáng)滲流控制和提高滲透安全的有效措施。

我國(guó)大多已建同類工程在砂礫石區(qū)中上游設(shè)置L形排水體，在具體設(shè)計(jì)方案上，應(yīng)考慮填筑體上升過(guò)程填筑形態(tài)與兩岸壩坡地形的關(guān)系，注重排水體通暢與介質(zhì)連續(xù)可靠性，尤其要嚴(yán)格控制施工和物料質(zhì)量。

3.4 抗震措施安全性

抗震措施設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括合理確定大壩安全超高(含地震沉陷及涌浪高度)、壩區(qū)內(nèi)高邊坡處理、工程區(qū)內(nèi)大型滑坡體對(duì)工程安全的影響等；主要的抗震措施包括采用較大的壩頂寬度，放緩壩坡或采用上緩下陡的壩坡坡比，在壩坡變化處設(shè)置馬道；在下游壩坡上部采取壩內(nèi)與坡面加固措施，且連接成復(fù)核結(jié)構(gòu)；壩坡一定范圍內(nèi)加固可采用土工格柵水平鋼筋網(wǎng)，坡面加固可采用漿砌石或鋼筋混凝土框格梁結(jié)構(gòu)；采用堆石料區(qū)對(duì)壩體砂礫石料區(qū)有所約束，以滿足大壩抗震穩(wěn)定要求。

砂礫石料壓實(shí)后密實(shí)度提高，滲透性能降低，其抗震穩(wěn)定性能不如堆石料，故合理利用當(dāng)?shù)夭牧线M(jìn)行壩體分區(qū)填筑設(shè)計(jì)也是提高抗震能力和確保滲透穩(wěn)定的重要措施之一。例如阿爾塔什混凝土面板壩壩體分區(qū)設(shè)計(jì)中：砂礫石置于壩體中部干燥區(qū)，是利用天然砂礫石料儲(chǔ)量豐富、承載能力高、壓縮變形小的特點(diǎn)；壩頂部及下游坡一定范圍內(nèi)設(shè)置堆石區(qū)，是利用堆石為非沖蝕材料、抗剪強(qiáng)度高的特點(diǎn)，提高其抗震性能。

高土石壩地震破壞主要表現(xiàn)為壩頂震陷、防滲體拉裂和錯(cuò)動(dòng)、壩坡局部凸起和滾石等，應(yīng)特別重視地震永久變形導(dǎo)致防滲系統(tǒng)損傷。按新頒布的國(guó)標(biāo)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和場(chǎng)地地震安全評(píng)價(jià)，進(jìn)一步深入研究土石壩極限抗震能力，對(duì)提高砂礫石壩抗震安全性認(rèn)識(shí)是非常必要的。大壩極限抗震能力分析評(píng)價(jià)內(nèi)容包括壩坡穩(wěn)定、壩頂震陷與變形、防滲體安全性。根據(jù)專題論證成果：新疆大石門(mén)混凝土瀝青心墻砂礫石壩(壩高128.8m)的極限抗震能力為地震動(dòng)峰值加速度0.70g左右；卡拉貝利混凝土面板砂礫石壩(壩高91.0m)的極限抗震能力為地震動(dòng)峰值加速度0.60～0.65g；大石峽混凝土面板砂礫石壩(壩高147.0m)的極限抗震能力為地震動(dòng)峰值加速度0.55～0.60g。

在高地震區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，根據(jù)新頒布國(guó)標(biāo)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，近年工程建設(shè)情況已加大投入，增強(qiáng)和進(jìn)一步提高了砂礫石壩的抗震設(shè)防能力，其抗震安全保障措施是可信的。

3.5 工程建設(shè)安全性

我國(guó)在土石壩設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理、質(zhì)量監(jiān)督和運(yùn)行監(jiān)測(cè)已形成了較完整的規(guī)范性技術(shù)體系，以及相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

從技術(shù)發(fā)展過(guò)程看，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大型試驗(yàn)研究成果、工程質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)資料分析與總結(jié)，信息反饋推動(dòng)了砂礫料分區(qū)布置、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)選擇和大壩變形控制、壩體滲透性能和滲流穩(wěn)定評(píng)價(jià)、抗震措施可靠性等方面的技術(shù)進(jìn)步；由于施工技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備能力提升，以及現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理加強(qiáng)，也進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全性等方面的認(rèn)識(shí)。

砂礫料筑壩工程建設(shè)快速發(fā)展，對(duì)施工質(zhì)量管控和實(shí)施能力提出更高要求，也促進(jìn)了施工技術(shù)進(jìn)步與設(shè)備能力增強(qiáng)。在壩體碾壓質(zhì)量控制方面，引進(jìn)和采用數(shù)字化或智能化控制系統(tǒng)，在施工中嚴(yán)格執(zhí)行壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，合理安排施工順序，有效提高了施工質(zhì)量管控水平。目前已基本達(dá)到了可針對(duì)每一個(gè)具體的工程項(xiàng)目，在料場(chǎng)查勘、掌握砂礫石料級(jí)配與特性的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的施工工藝，重型碾壓自行式(26t、32t、36t)設(shè)備與配套施工參數(shù)(層厚、遍數(shù)、灑水、行車速度與激震力等)可獲取較高的壓實(shí)度，有利于高土石壩的變形控制，提高工程安全保障。

4 結(jié)語(yǔ)

天然級(jí)配砂礫石料具有施工碾壓后沉降變形小、抗剪強(qiáng)度與變形模量高等工程特性。利用砂礫料工程特性，從設(shè)計(jì)和施工2個(gè)方面著手，采取合理的壩體功能分區(qū)及有效的結(jié)構(gòu)措施，充分發(fā)揮砂礫料在變形控制方面的優(yōu)勢(shì)，規(guī)避其滲透穩(wěn)定性和抗震安全性不如堆石料的不利因素，是可以實(shí)現(xiàn)高壩穩(wěn)定、變形與滲流安全性要求，確保大壩運(yùn)行期處于安全狀態(tài)。

目前在建和擬建的重點(diǎn)工程建設(shè)條件和工程地質(zhì)背景更為復(fù)雜，工程建設(shè)難度加大，更具有技術(shù)挑戰(zhàn)性。隨著科研手段和施工技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)在總結(jié)已建工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提高設(shè)計(jì)水平，提升砂礫料筑壩安全性的認(rèn)識(shí)，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。