(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081)

魁龍水庫軟巖填筑面板堆石壩質(zhì)量控制

豐啟順

(貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州貴陽550081)

借鑒國內(nèi)軟巖筑壩建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合喀斯特地形地貌特點，貴州余慶魁龍水庫大壩采取合理的壩體分區(qū)設(shè)計和關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工質(zhì)量控制措施，取得了軟巖填筑面板堆石壩的良好效果，創(chuàng)新了喀斯特地區(qū)混凝土面板堆石壩無面板裂縫的記錄。從壩體填筑質(zhì)量檢測、壩體沉降和脫空觀測、面板裂縫檢查等方面對軟巖填筑混凝土面板堆石壩的質(zhì)量控制情況進(jìn)行了分析，可為類似大壩的質(zhì)量控制提供參考。

面板堆石壩；軟巖料；填筑；質(zhì)量控制

目前我國建成和在建的面板堆石壩約300座，占世界面板壩數(shù)量的一半[1]。貴州已建和在建的面板堆石壩近100座，占全國的1/3。盡管面板堆石壩數(shù)量較多，但采用軟巖料筑壩的較少，以軟巖料填筑面板堆石壩主體的更少。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國僅有江西上饒大坳水庫、云南墨江三江口水電站、貴州余慶魁龍水庫、浙江浦江里傅水庫等[2]少數(shù)工程采用軟巖料填筑面板堆石壩主體。貴州為典型的喀斯特地質(zhì)地貌地區(qū)，面板堆石壩施工中常遇到填筑石料質(zhì)量和儲量不滿足要求的問題，嚴(yán)重影響工程建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量。為解決這一問題，余慶魁龍水庫借鑒國內(nèi)建設(shè)經(jīng)驗并結(jié)合喀斯特地形地貌特點，采取相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，利用軟巖料填筑面板堆石壩，通過良好的質(zhì)量控制，面板未出現(xiàn)裂縫，取得了單一硬質(zhì)巖料填筑面板堆石壩都無法避免面板裂縫產(chǎn)生的少有效果，并節(jié)約填筑料開采和運輸成本1 223.2萬元。本文側(cè)重介紹了余慶魁龍水庫堆石壩采用軟巖填筑的質(zhì)量控制措施及質(zhì)量控制效果。

1 概 述

余慶魁龍水庫為中型水庫，總庫容1 152萬m3。主要任務(wù)是解決余慶縣城鎮(zhèn)12萬人生活及白泥工業(yè)園區(qū)用水，設(shè)計日供水量為3.21萬m3，年供水量為1 170萬m3。水庫大壩是喀斯特地區(qū)少數(shù)采用軟巖礫石料填筑的混凝土面板堆石壩之一，最大壩高58.50 m，最大壩底寬170.66 m，壩頂長191.00 m，壩頂寬7.0 m，壩體總填筑量46.86萬m3。

2 料源與壩料選擇

2.1 料源分析

經(jīng)石料場地質(zhì)勘探分析，工程壩址方圓7 km范圍內(nèi)無灰?guī)r、白云巖等硬質(zhì)巖組的料場分布；7 km以外的Ⅴ號灰?guī)r料場可開采料石、塊石、毛石和制砂石骨料，但開采條件、剝離層和有用儲量、運輸狀況等方面均不理想。在距大壩0.7～1 km的Ⅲ號料場可開采礫巖料，其干密度、抗壓強度等均能滿足面板堆石壩水上部分用料質(zhì)量要求，有用層儲量達(dá)95萬m3，加上Ⅲ號料場運距較近、交通運輸方便，易開采、成本低等有利條件，故選擇該料場作為堆石區(qū)大壩填筑料料場。

2.2 壩料選擇

對混凝土面板堆石壩壩體進(jìn)行分區(qū)和壩料設(shè)計時，結(jié)合工程區(qū)附近天然建筑材料分布及儲量、質(zhì)量條件，壩體填筑材料考慮“部分灰?guī)r料+軟巖”、“全部硬巖”2個方案，見表1。除壩體體型有所不同外，兩個方案其余樞紐建筑物布置及結(jié)構(gòu)均相同。

經(jīng)分析比較，與“部分灰?guī)r料+軟巖”方案相比，采用“全部硬巖”方案時大壩工程概算多投資出約1 223.2萬元，且壩體填筑方量43.61萬m3需全部由距大壩7 km外Ⅴ號石料場開采，因壩體在施工填筑期間填筑強度大，料場開采和運輸壓力過大。綜合分析壩址區(qū)工程地質(zhì)、天然建筑材料和工程投資后，確定壩體分區(qū)和壩料采用“部分硬巖+軟巖”混凝土面板堆石壩方案，這樣可解決28.77萬m3(占總填筑量的59.8%)填筑料遠(yuǎn)距離運輸問題，并可節(jié)約工程投資1 223.2萬元。

表1 Ⅲ號礫巖、Ⅴ號灰?guī)r料場綜合特性指標(biāo)對比

表2 壩體各填筑區(qū)填筑料設(shè)計技術(shù)要求

圖1 壩體結(jié)構(gòu)及材料分區(qū)

3 軟巖料填筑質(zhì)量控制

3.1 壩體結(jié)構(gòu)及材料分區(qū)設(shè)計

3.1.1 壩體結(jié)構(gòu)分區(qū)

根據(jù)魁龍水庫大壩填筑石料工程特性，結(jié)合筑壩料強度、滲透性、經(jīng)濟(jì)合理性等要求進(jìn)行壩體結(jié)構(gòu)分區(qū)設(shè)計，從上游至下游依次分為：蓋重區(qū)(1B)、上游鋪蓋區(qū)(1A)、面板、墊層區(qū)(2A)、特殊墊層區(qū)(2B)、過渡區(qū)(3A)、排水區(qū)(3F)、堆石區(qū)(3C)和護(hù)坡區(qū)(P)，見圖1。上游壩坡為1∶1.40，下游壩坡為1∶1.40和1∶1.50，綜合坡比1∶1.56?；炷练罎B面板采用等厚0.45 m，墊層區(qū)水平寬3.0 m，過渡層水平寬4.0 m。為達(dá)到較好的排水效果，不影響壩體堆石區(qū)軟巖填筑料質(zhì)量，過渡層后設(shè)豎向和水平排水區(qū)。通過設(shè)計計算，在626.00～583.00 m高程段設(shè)豎向排水區(qū)，其水平寬4.0～11.20 m；河床壩底578.00～583.00 m高程段設(shè)水平排水區(qū)，排水區(qū)頂部高于校核洪水位；豎向排水區(qū)后和水平排水區(qū)以上為軟巖料堆石區(qū)；下游壩面為干砌塊石護(hù)面。面板下端與趾板相接，為延長趾板基礎(chǔ)滲徑，在趾板下游基礎(chǔ)上采用掛網(wǎng)噴C20混凝土支護(hù)。

3.1.2 壩體填筑材料分區(qū)

按照壩體結(jié)構(gòu)分區(qū)和壩料特性，大壩墊層區(qū)、特殊墊層區(qū)、過渡區(qū)、排水區(qū)采用硬質(zhì)料灰?guī)r填筑，堆石區(qū)采用軟巖料礫石填筑。為達(dá)到較好的排水效果和不影響堆石區(qū)礫巖料，排水區(qū)灰?guī)r骨料最大粒徑初定為600 mm，鋪筑層厚0.8 m(最終以碾壓試驗確定)，壓實后應(yīng)能自由排水、有較高的壓實密度和變形模量，滲透系數(shù)大于1×10-1cm/s。為便于填筑、碾壓和施工質(zhì)量控制，各填筑分區(qū)碾壓設(shè)備均采用22 t振動碾。填筑區(qū)填筑料各參數(shù)見表2。

3.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工質(zhì)量控制

3.2.1 技術(shù)參數(shù)的科學(xué)確定

為科學(xué)論證設(shè)計提出的大壩填筑技術(shù)參數(shù)是否合理，能否達(dá)到筑壩技術(shù)指標(biāo)要求，同時為保證堆石區(qū)的軟巖礫巖料和其他料區(qū)硬質(zhì)灰?guī)r料的沉降協(xié)調(diào)一致，必須根據(jù)軟巖和硬巖間的物理指標(biāo)差異進(jìn)行多個試驗組的碾壓試驗，以指導(dǎo)大壩填筑施工。碾壓試驗時，結(jié)合大壩設(shè)計參數(shù)和現(xiàn)場施工條件，采用22 t振動碾壓設(shè)備對礫巖開展碾壓試驗研究。根據(jù)礫巖料巖石質(zhì)量一般、抗風(fēng)化能力弱、遇水軟化分解等特性，選擇礫巖料不同鋪料厚度、加水量、碾壓遍數(shù)等對礫巖料進(jìn)行反復(fù)試驗。根據(jù)碾壓試驗經(jīng)驗判斷，試驗時初選3種碾壓遍數(shù)(N4、N6、N8)、7種鋪料厚度(400，500，600，700，800，1 000，1 200 mm)、3種灑水量(0，5%，10%)試驗組作為一個試驗組合進(jìn)行，碾壓完成后通過現(xiàn)場密度檢測、顆粒級配試驗、滲透系數(shù)測定等進(jìn)行碾壓結(jié)果質(zhì)量檢測，以確定達(dá)到設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)時的礫巖填筑料碾壓遍數(shù)、加水量、鋪厚等；同樣方式對灰?guī)r料進(jìn)行碾壓試驗。對礫巖、灰?guī)r填筑料進(jìn)行碾壓試驗后，經(jīng)數(shù)據(jù)整理分析和統(tǒng)計，得出滿足設(shè)計指標(biāo)要求的最終碾壓試驗技術(shù)參數(shù)成果，見表3。

表3 大壩礫巖、灰?guī)r填筑料碾壓試驗技術(shù)參數(shù)

礫巖料的碾壓試驗數(shù)據(jù)反映，礫巖料符合“軟巖料經(jīng)振動壓實后一般級配良好、密實度高、空隙率低、沉降率較大。適量加水有助于軟巖料的碾壓密實,但必須控制加水量[3]”的一般規(guī)律。礫巖料灑水與壓實孔隙率之間無規(guī)律，加水5%對礫巖料碾壓試驗指標(biāo)無明顯影響，加水10%對礫巖料碾壓試驗指標(biāo)有影響。所以確定碾壓試驗中礫巖料的含水量為6.2%，填筑中也應(yīng)控制礫巖填筑料含水量小于10%。

3.2.2 填筑碾壓質(zhì)量控制

根據(jù)單一硬質(zhì)材料填筑混凝土面板堆石壩常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，結(jié)合軟巖和硬巖兩者之間的差異，在大壩填筑過程中加強對兩種填筑料分界處、岸坡及混凝土結(jié)合部等薄弱部位和施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，以及填筑體的試坑檢測。

(1)壩體特殊部位填筑質(zhì)量控制。壩體特殊部位主要是指兩種壩料結(jié)合部位(界面)、壩肩接合部位、填筑區(qū)域邊角處[4]。兩種壩料接合部位為兩種石料鋪料區(qū)邊緣，壩體填筑過程中，嚴(yán)禁粗料占壓細(xì)料區(qū)。在卸料和機械攤鋪時，先鋪的大粒徑石料往往會滾落在分區(qū)邊緣并集中，需用反鏟對大料集中區(qū)進(jìn)行處理，防止大石料架空問題。一是準(zhǔn)確劃分和定位填筑料分界線，并嚴(yán)格按分界線位置先鋪填主堆區(qū)石料，后鋪填排水區(qū)石料，以保證兩種石料分界面形成設(shè)計要求的斜面坡度；二是保證分界線上兩種石料最大粒徑不能太懸殊，級配連續(xù)且良好，并采用機械和人工輔助方式對攤鋪后的集中大石料進(jìn)行處理；三是根據(jù)碾壓試驗確定的參數(shù)[5],嚴(yán)格控制鋪筑厚度并保持相協(xié)調(diào)，兩種石料分界處應(yīng)交錯重疊碾壓。

(2)加強大壩填筑質(zhì)量試坑檢測，增加檢測頻次和關(guān)鍵部位檢測。開始填筑的前期階段，需要在正常檢測頻次基礎(chǔ)上增加試坑[6]檢測組數(shù)，及時對填筑料的顆粒級配、容重、孔隙率、滲透系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，及時掌握大壩填筑施工質(zhì)量。若出現(xiàn)異常情況，及時分析和查找原因，及時采取相應(yīng)的調(diào)整措施對填筑料、碾壓方式及遍數(shù)進(jìn)行調(diào)整。針對關(guān)鍵部位的檢測，需要將檢測試坑布置在碾壓質(zhì)量薄弱的部位和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是兩種填筑石料分界處、鋪填厚度超厚處、鋪填最大粒徑及級配發(fā)生較大差異處等。

(3)一旦發(fā)現(xiàn)填筑質(zhì)量問題，及時采取措施處理。在大壩填筑施工中，難免會出現(xiàn)填筑石料超徑、料中含泥、級配不良、鋪層超厚、容重不滿足設(shè)計要求等質(zhì)量問題，一旦發(fā)現(xiàn)需及時采取處理措施進(jìn)行返工。挖除含泥和超徑石料，重新?lián)胶突蛑苯油诔黾壟洳涣剂希黾映癫课坏哪雺罕閿?shù)直至填筑密實度達(dá)到設(shè)計要求。

4 大壩填筑質(zhì)量控制效果

4.1 壩體填筑質(zhì)量檢測成果

為檢驗軟巖和硬巖兩種填筑料填筑大壩的質(zhì)量控制情況，按照檢測規(guī)范要求采用試坑灌水法及顆粒級配分析試驗等對大壩灰?guī)r料區(qū)與礫巖料區(qū)的填筑石料顆粒級配、干密度及滲透系數(shù)等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行檢測。為保證檢測數(shù)量能滿足規(guī)范要求且數(shù)據(jù)具有代表性，同時灰?guī)r料和礫巖料檢測指標(biāo)間具有對比性，施工中對灰?guī)r料和礫巖料的各參數(shù)指標(biāo)均檢測35組并對檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和分析，檢測成果統(tǒng)計分析見表4。

從表4可以看出，大壩填筑碾壓的各項參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求。礫巖料壓實干密度和孔隙率滿足設(shè)計要求的程度，略優(yōu)于排水區(qū)灰?guī)r料的壓實干密度和孔隙率。

4.2 大壩沉降監(jiān)測分析

大壩內(nèi)部沉降變形采用埋設(shè)水管式沉降儀及引張線水平位移計進(jìn)行觀測，設(shè)沉降儀共8套用于監(jiān)測壩體內(nèi)部沉降變化。選定河床最大斷面(大壩中心線)“橫0+000.0m”剖面，在597.00 m高程的縱上0+050.0 m、縱上0+025.0 m、縱0+000.0 m、縱下0-020.0 m、縱下0-040.0 m布置沉降儀各1套；在同斷面605.00 m高程的縱上0+025.0 m、縱0+000.0 m和縱下0-020.0 m布置沉降儀各1套。

通過壩體內(nèi)部沉降觀測資料表明，大壩填筑完成后自然沉降期2014年10月16日～2015年10月27日，兩高程(EL595.00 m、EL615.00 m)最大沉降量分別為26.20，26.64 cm，月沉降速率為0.4 cm。2015年10月28日～12月12日大壩面板澆筑期，兩高程最大沉降量分別為27.20，26.88 cm，月沉降速率最大為0.60，0.14 cm。截止2016年3月30日，實測兩高程(EL595.00 m、EL615.00 m)最大沉降量分別為27.3，28.4 cm，月沉降速率最大為0.20，0.40 cm，最大沉降占壩高比的0.48%。觀測結(jié)果表明，大壩沉降規(guī)律性較好，測點沉降量隨壩體填筑高度增加而增加；壩體填筑至壩頂后沉降速率趨緩，壩體沉降趨于收斂。壩體實測沉降量分布見圖2。

圖2 2016年3月30日壩“橫0+000m”斷面沉降分布

4.3 面板脫空分析

混凝土面板脫空監(jiān)測是沿混凝土面板頂部628.00 m高程在“橫左0+040.00 m”、“橫0+000.00 m”、“橫右0+040.00 m”處的面板底面與墊層間容易發(fā)生脫空部位，分別埋設(shè)各1組脫空計用于監(jiān)測面板與墊層間的法向位移及向壩下的切向位移情況。通過脫空計監(jiān)測的脫空和剪切反映：受壩體沉降的影響，面板混凝土與擠壓邊墻之間存在很小的脫空縫隙和錯動?！皺M左0+040.00 m”斷面上面板與擠壓邊墻間脫空縫隙由開始時的0 mm，監(jiān)測1個月至3個月為-0.10 mm，之后恢復(fù)為0 mm，剪切一直為0 mm?！皺M右0+000.00 m”斷面上面板與擠壓邊墻間脫空縫隙一直為0 mm，剪切一直為0.2 mm；“橫右0+040.00 m”斷面上面板與擠壓邊墻之間脫空縫隙，剛開始監(jiān)測為0 mm，第3 d變化為-0.10 mm，之后一直保持不變，剪切為-0.03 mm。由此說明EL628.00 m高程3個斷面上的面板混凝土與擠壓邊墻之間的脫空縫隙和剪切均很小，大壩填筑壓實及混凝土面板澆筑質(zhì)量均取得較好效果。

4.4 面板裂縫檢查

大壩混凝土面板總共19塊，于2015年10月28日開始澆筑第一塊面板，2015年12月12日完成第19塊面板澆筑。2016年4月底大壩蓄水前各參建單位聯(lián)合對大壩混凝土面板進(jìn)行逐塊逐段仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)面板裂縫。檢查結(jié)果表明，魁龍水庫大壩采用軟巖料填筑主堆區(qū)產(chǎn)生的沉降穩(wěn)定是一致的，取得了單一硬質(zhì)巖料填筑面板堆石壩都無法避免面板裂縫產(chǎn)生的少有效果。

壩體填筑質(zhì)量檢測、壩體沉降和脫空觀測、面板裂縫檢查表明，魁龍水庫大壩采用軟巖填筑混凝土面板堆石壩的各項質(zhì)量指標(biāo)控制較好，部分指標(biāo)優(yōu)于硬質(zhì)巖料填筑的質(zhì)量控制效果。

表4 大壩填筑體干密度、孔隙率、滲透系數(shù)檢測成果統(tǒng)計

5 結(jié) 語

近年來混凝土面板堆石壩建設(shè)規(guī)模大，施工中受地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、巖性交錯變化、溶溝、溶槽發(fā)育等影響，遇到大壩填筑石料開采質(zhì)量和儲量不滿足填筑要求的問題較多，嚴(yán)重影響工程的建設(shè)進(jìn)度及工程質(zhì)量。十三五水利規(guī)劃中還有大批量的混凝土面板堆石壩將新建，僅貴州省就要新建200多座，分布范圍廣，遇到的地質(zhì)情況更加復(fù)雜，料場選址更加困難，給大壩料場選址帶來了更多的困難。因此，應(yīng)積極借鑒軟巖筑壩建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合工程項目實際情況，不斷探索和創(chuàng)新軟巖填筑面板堆石壩施工技術(shù)，最大程度地利用軟巖筑壩，并將其優(yōu)勢更好發(fā)揮，在解決大壩填筑石料質(zhì)量和儲量問題的同時，為工程項目建設(shè)節(jié)約更多的資金。

[1] 楊啟貴，譚界雄，周曉明，等.關(guān)于混凝土面板堆石壩幾個問題的探討[J].人民長江，2016，46(14):56-59.

[2] 楊澤艷，周建平，王富強. 中國水力發(fā)電工程學(xué)會混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會高面板堆石壩安全性研究及軟巖筑壩技術(shù)進(jìn)展研討會，中國水力發(fā)電工程學(xué)會混凝土面板堆石壩專業(yè)委員會主辦，2014.

[3] 邢皓楓，龔曉南，傅海峰. 混凝土面板堆石壩軟巖壩料填筑技術(shù)研究[J].巖土工程學(xué)，2004,26(2):129-136.

[4] 許東林,王洪正,董亞東. 潘口水電站面板堆石壩壩體填筑施工[J].人民長江,2012,(16):54-58.

[5] 張耀威,秦崇喜. 盤石頭水庫混凝土面板堆石壩施工技術(shù)要點[J].人民長江,2005,(05):1-4+55.

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(編輯：朱曉紅)

2017-06-05

豐啟順,男, 貴州省水利投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司,高級工程師.

1006-0081(2017)08-0051-04

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