黄河康扬水电站坝体填筑质量控制与检测

2011-08-08樊伟东

城市道桥与防洪 2011年12期

樊伟东

(青海省水利水电科学研究所，青海西宁 810012)

0 前言

大中型水利水电工程建设的开发，多年来经专家学者的积极探索和研究,坝体设计、开挖、施工技术已取得了巨大的进步，不同地质条件下回填工程施工均获得了显著的成功。但对于坝体填筑的当地建筑材料，随着地域地质条件的不同，均有其较大差异。因此填筑质量是否能达到理想的设计要求，保证工程质量、安全运行，取得良好的经济和社会效益，仍是人们的共同关注。本文通过对工程建设过程中实测的大量数据和良好的工程质量,并经5 a的安全运行检验,初步归结为:

（1）精心设计，根据实地地质勘探资料，借鉴国内外相关该坝型的成功经验，精心设计，并在施工过程中与承建单位及时沟通，详细进行设计交底，及时进行优化设计。

（2）严格招投标程序,由壹级资质和已承建竣工的类似工程规模业绩的水利水电专业施工队伍承建,投入先进的施工设备和较高素质专业技术人员,透彻领会设计精神,有着完善的质量保证组织机构和质量保证体系,精心施工。

（3）建设单位进行全面质量管理,提高参建单位全体员工质量意识,监理单位严格工序和过程控制,积极采取新工艺,新技术,新材料的应用。工程内部技术成果共享，加强信息化科学管理。

（4）坚决执行工程质量建设单位负责,施工单位保证,监理单位控制,政府部门监督的建设监理监督机制,是保证工程质量的重要关键。

1 工程概况

1.1 工程简介

黄河康扬水电站位于青海省尖扎县与化隆县交界处黄河干流上,距李家峡水电站17 km，距公伯峡水电站53 km,距省会西宁105 km。工程主要由地面发电厂房,开关站，泄洪闸,混凝土重力坝,右副坝和左岸壤土斜墙坝组成。总装机容量283.5MW(40.5 MW×7台)，年发电量9.92亿kW·h。坝体形式为壤土斜墙坝,工程规模属Ⅲ等中型.主要任务以发电为主。壤土斜墙坝与右岸泄洪闸连接,最左端通过坝后公路与康尖公路连接,坝体起止桩号:0＋065～0＋825,坝长 760 m,坝顶高程 2 036 m,最大坝高22 m。斜墙坝从上游至下游依次为上游坝壳,上游反滤层,壤土斜墙坝,下游反滤层,下游坝壳和排水棱体。上游坝坡1∶2.5,下游坝坡1∶1.8,防渗体上游坝坡 1∶2.1,下游坝坡 1∶1.8,防渗体与右岸连接处扩大了防渗体断面,防渗体与右岸泄洪闸连接处附近也扩大了防渗体断面。砂砾石坝采用混凝土防渗墙,墙厚80 cm,墙顶插入土质防渗体不低于2 m,墙底嵌入强风化层下限至少0.5 m,上游坡面采用预制混凝土块护面,下游坝坡采用格构护坡。

1.2 主要工程量与设计指标

基坑开挖8.9万m3,坝壳砂砾石回填34.48万m3壤土防渗体9.18万m3,反滤料回填4.69万m3,上下游垫层1.79万m3,排水棱体0.85万m3,包括防渗墙C15混凝土9 524 m3等共计61.15万m3。

坝体斜墙壤土防渗料:渗透系数k≤1.0×10－5cm/s,水熔盐含量(按质量计)不大于3%,有机质含量按质量计不大于2%,塑性指数小于20,液限小于40,干密度通过碾压实验后确定 (后定为1.71 g/cm3),坝体砂砾料相对密度不小于0.75,反滤料垫层最大粒经小于80 mm,小于5mm的颗粒含量为30%～50%,小于0.075 mm的颗粒含量应不超过5%,级配连续,级配应满足D15≤9d85(滤土要求),D15≥4d15(排水要求),填筑相对密度不小于0.75,排水棱体粒经400mm～120mm,新鲜完整卵石和砾石。

康扬水电站土石坝标准断面见图1所示。

图1 康扬水电站土石坝标准断面图

2 坝体填筑施工

（1）斜墙坝由中国水电第十五工程局2004年7月承建至2006年8月完工，同年9月蓄水运行,历时26个月。施工期间,首先健全了以项目经理为质量第一责任人的施工组织机构，下设分管各项的副经理、总工程师、生产办和配有试验设备齐全的质量检测专职检验试验室等职能部门。对承建工程制定完善的质量保证体系,形成文件并具体实施,落实,检查,严格按照技术规范,设计文件,合同要求,执行工程质量‘三检一验’制。

（2）投入足够先进施工设备资源和技术资源,进行施工组织设计,首先对坝体填筑的单元工程,重要隐蔽单元工程,关键部位单元工程,分部工程详细划分,作到施工有序,规范验收。

（3）开工前进行料场探坑取样复查,对砾石料、反滤料、防渗壤土料等各项技术指标要求进行备料，并对砂砾石坝料,壤土斜墙坝料技术处理后,分别选择了68 m×37 m,38 m×25 m的碾压试验场进行大型碾压试验。从实测的数百个试验数据中整理得出表1,表2所列的满足设计、施工要求的碾压参数和碾压机械。对砂砾料,反滤料碾压试验成果,进行了ρd-P5-Dr三因素相关图绘制,由监理审核批复,作为坝体填筑质量控制的检测依据。

（4）土料施工:对插入斜墙防渗体2 m高的混凝土防渗墙结合面，采用先在混凝土表面涂刷黏土浆液，边涂刷边铺20 cm厚适合小型夯夯实含水量的壤土料，边用机械夯夯实.对上下层铺土之间的结合层面进行3 cm左右深的刨毛处理。混凝土防渗墙侧台背填筑，为确保台背侧土料碾压质量，在距台背侧2.0m区以内及台顶0.5m以下区，采用薄铺多碾的方法进行土料碾压，其摊铺厚度不大于20 cm，25 t气胎碾顺防渗墙走向进退错距法碾压成型。坝面大面积填土碾压,防渗体壤土料开挖,考虑土料天然含水量偏高，拟采用平采方式进行开挖。由220HP推土机分层开挖，3.0m3装载机装料，20t自卸汽车拉运至现场，运距1.0 km，进占法卸料，坝面进料路径注意及时改变,以防止大型运土机械对压实土的剪切破坏。120HP推土机分层摊铺平整，PY180B平地机精平,其摊铺厚度按30 cm控制，16 t拖式凸块振动碾进退错距法平行坝轴线压实。施工过程中质量控制，对拉运至坝面的土料的天然含水量偏高，在坝面采用平面薄层摊铺的方式或采用旋耕机翻拌曝晒等方法予以减水。其含水量应不大于最优含水量的3%,不小于最优含水量的2%。土料铺填厚度,采用水准仪及钢钎插入法检测,依碾压试验参数,最终设计确定其干容重按1.71 g/cm3控制其碾压质量。500 cm3环刀法取样（取样频率为每200～500 m3，1次）,酒精燃烧法检测含水量,其压实干密度应按不小于1.71 g/cm3控制,个别最小干密度不得小于设计干密度的98%。

（5）坝壳砂卵砾石料施工：首先对料场区覆盖层进行清理.其厚度14～22m,施工由3.8m3液压正铲挖掘机装料,20 t自卸汽车拉运至指定弃料区堆放坝料开挖，同清理覆盖层方法,坝体填筑，进占法卸料,人工配合220HP推土机分层摊铺平料,其摊铺厚度按80 cm控制,18 t自行式平面振动碾进退错距法压实,施工过程中质量控制,其厚度采用水准仪控制,灌水法取样。炒干法测其含水量（取样频率为每3 000～5 000m3,1次）,测相对密度不小于0.75。

（6）反滤料施工：a.防渗体下游坡面反滤料施工;下游坡面施工，“先砂后土法”。厚度为120 cm（法线方向）,5 t自卸汽车按分级不同拉料至现场,在已碾压成形的下游坝壳砂卵砾石料层面上垂直坝轴线方向,倒退法卸料。按照施工分期分段要求摊铺，由人工辅助1.2 m3液压反铲挖掘机将Ⅱ级反滤料翻拍到位（坡比1∶1.8），再用同样方法将Ⅰ级反滤料翻拍到位（坡比1∶1.8）.在反滤料翻拍到位后，即可进行防渗体壤土料施工.防渗体壤土料,首先进行第一、二层30 cm厚度填筑土料碾压后，经PY180B平地机平整,与下游翻拍到位的两级反滤料骑缝碾压成形。b.防渗体上游坡面反滤料施工：防渗体上游坡面反滤料施工，其工艺为“先土后砂法”。上游反滤料厚度为60cm（法线方向），施工由3.0m3装载机在左岸上游反滤料加工场装料,5t自卸汽车拉料.在已碾压成形的防渗体壤土料层面上倒退法卸料（垂直坝轴线方向）.防渗体坡面反滤料碾压,由18t自行式振动平碾进退错距法压实。施工过程中质量控制,要求反滤料干净无污物,超径颗粒含量不应大于3%，逊径颗粒含量不应大于5%，针片状颗粒含量不应大于10%,加工好的反滤料中小于0.1mm的颗粒含量应小于5%；碾压厚度采用水准仪或钢钎插入法检测,灌砂法取样（取样频率为每200～500m3，1次）。防渗体坡面反滤料施工,其关键工序在于反滤料与其相邻坝料的搭坡碾压技术。

表1 壤土斜墙坝料碾压参数与压实机械控制指标一览表

表2 砂砾石坝体碾压参数与压实机械控制一览表

3 质量控制与检测

3.1 壤土斜墙防渗体

施工过程中质量控制，对拉运至坝面的天然含水量偏高，在坝面采用平面薄层摊铺的方式或采用旋耕机翻拌曝晒等方法予以减水；其含水量应不大于最优含水量的3%，不小于最优含水量的2%；土料铺填厚度，采用水准仪及钢钎插入法检测,依碾压试验参数控制压实质量,不得漏压、欠压,弹簧土应立即清除,对不满足设计要求的必须补压,直至合格。500cm3环刀法取样依据施工规范取样频率为每200～500m3,1次。酒精燃烧法检测土料含水量及干密度，最小干密度应大于等于98%的设计干密度.在检测过程中,同时也对土料的部分物理力学性能进行了检测(见表3),取样频次,检测成果均满足设计要求。

3.2 砂砾石坝壳

砂砾料施工过程中质量控制，其碾压质量采用表2中碾压试验参数控制,水准仪找平,灌水法取样,取样频率控制为每3000～5000m3,1次，并进行了近百余组颗粒分析试验,以满足设计对各种坝料的级配要求。测其大于5mm粒经砾石含量百分比,以ρd-P5-Dr三因素相关曲线,控制其相对密度不小于0.75。

3.3 反滤料与垫层施工质量控制

反滤料与垫层料属同一种料,设计要求相对密度不小于0.75。依200～500m3取样一次,反滤料和垫层料。检测相对密度163组,检测频次为每368m3，1组。施工过程中质量控制,其厚度采用水准仪控制,灌沙法取样,炒干法测其含水量,其相对密度不小于0.75。工程的竣工,检测成果和安全运行是检验建筑物质量的标准,由表3坝体壤土防渗墙资料表明,其物理力学指标全部满足设计要求,实测干密度平均值1.78g/cm3,大于设计值的1.71g/cm3干密度,表明壤土料场选择正确,压实效果显著;渗透系数均值k=4.48×10-7cm/s,小于设计指标k≤1.0×10-5cm/s,表明防渗效果良好。

表4为坝体填筑检测成果一览表。

表4中砾石料反滤料的平均相对密度Dr=0.87～0.89,大于设计值Dr=0.75,经技术处理的砂砾石,大于5mm粒经含量均在60%～80%,即试验得出的ρd-P5-Dr三因素曲线图是最宜达到设计相对密度和干密度的最佳级配。由从各坝区近百余组试坑中取样实测颗粒分析成果表明,大都在设计包络线内,故可以认为大坝各分区填筑碾压质量是良好的。用三因素图进行质量控制,级配连续,易压实,且不会产生碾压架空现象,使碾压质量达到100%的合格率关键程序。通过回访大坝仪器施工安装检测单位,对其坝体沉降,位移,变形观测资料表明,自坝体挡水运行至今,无任何变异.机组基本以满负荷运行发电,更说明优质的施工填筑质量是安全运行的重要保障。

4 结语

工程开发建设的质量管理,应由执行建设单位负责,施工单位保证,监理单位控制,政府部门监督的建设监理监督机制。砂砾石壤土防渗坝质量控制,应首选防渗效果良好易压实的黏土材料和级配连续的砂砾石料,进行大型碾压试验,选取合理的碾压参数。砂砾石料采用ρd-P5-Dr三因素相对密度质量控制,防止架空碾压,保障良好的工程质量,减少了工程维修费用。坝体通过5 a的安全运行检验,机组正常发电,是取得显著经济效益的重要保证。工程的竣工,初步改善了区域性生态环境,促进了地方养殖业、中小企业和旅游产业的发展,产生了良好的社会效益。