浅谈瀑布沟大坝现场质量控制的一些体会

2013-12-17孟庆珠

水电站设计 2013年2期

孟庆珠

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程建设概况

瀑布沟水电站是大渡河梯级规划中的第17个梯级，也是大渡河中游的控制性水库工程。瀑布沟大坝为砾石土直心墙堆石坝，坝轴线走向为N29°E，坝底高程670.00m，坝顶高程856.00m，最大坝高186m，坝顶长540.5m，坝顶宽度14m，坝底宽约780m。坝体断面主要分为四个区，即：砾石土心墙、反滤层、过渡层和堆石区；上下游围堰均与坝体堆石部分结合。填筑总量约2 250万m3。大坝抗震设防烈度为8度。

坝基覆盖层防渗采用两道各厚1.2m的混凝土防渗墙，墙中心间距14m，主防渗墙位于坝轴线剖面，防渗墙顶与廊道连接，廊道置于心墙底670.00m高程，副墙位于主墙上游侧，墙顶插入心墙内部10m。

大坝工程于2004年初开工，2005年11月下旬河床截流后开始进行坝基开挖，于2006年4月15日大坝开始先期填筑，在陆续完成大坝心墙区覆盖层固结灌浆，基础防渗墙、坝基廊道和副墙上部刺墙混凝土浇筑等多项施工后，2007年4月开始大坝全断面填筑。截止2009年9月20日完成全部坝体填筑施工。

电站于2009年11月1日2号导流洞下闸开始水库蓄水，一期蓄水至790m 具备发电条件。2009年实现年底6号、5号机组双投。2010年5月8日开始二期蓄水。10月13日水库蓄水位达到正常水位850m 高程。2010年实现 6台机年底全投。

蓄水至今从监测数据分析，大坝及两岸坝肩、防渗墙等建筑物的监测数据均在设计允许范围内。目前坝体处于正常工作状态。

2 各分区填筑料主要设计技术指标

2.1 砾石土心墙料填筑设计技术指标

根据《碾压式土石坝设计规范》，并结合黑马料场实际情况，经相关试验论证和多次国内著名专家咨询，最终确定砾石土心墙料主要设计参数，黑马料场砾石土料经筛分系统调整后，级配及设计填筑参数应满足：

(1)小于5mm的颗粒含量宜大于50%，最低不能低于45%；

(2)小于0.075mm的颗粒含量不小于15%；

(3)小于0.005mm的粘粒含量宜大于8%，控制5%，最低不小于3%；

(4)上坝碾压后其渗透系数应小于1×10-5cm/s；

(5)全料压实度≥98%(修正普氏标准)，细料(<5mm)压实度≥100%(标准普氏标准)，其压实度合格率大于96%，不合格点经补压后压实度不小于设计要求的98%；

(6)超径石含量不大于2%；

(7)小于5mm细料含水率宜控制在普氏最优含水率的-1%～+1.5%范围内。

2.2 其余坝料填筑设计技术指标

高塑性粘土料、反滤料、过渡料及堆石料筑料主要设计技术指标见表1。

3 施工过程质量控制

对心墙土石坝而言，防渗土料的最佳含水率控制和调整是大坝填筑质量控制永恒的课题。

各坝料在施工过程中应对料源进行严格控制，主要控制项目有含泥量、最大粒径和级配。在坝体填筑施工过程中控制重点为填料质量、施工碾压参数和施工工艺，同时对不同填料分区接合部位、填筑与岸坡接合部位等容易出现块石集中架空、接合不良和漏压欠压的地方现场进行加强监控，对碾压遍数不足，行走速度过快等现象，现场及时进行纠正，严格按碾压试验参数进行施工。对于上坝料采取现场巡视目测结合取样检测，对不符合要求的要挖除以保证质量。

3.1 防渗土料的开采及堆存的控制

表1 高塑性粘土料、反滤料、过渡料及堆石料主要设计技术指标汇总

(1)鉴于黑马料场形成时互层严重、料源均匀性较差，造成合格参数的离散性大，均一性差的情况，因此，要求在开采时严格采用立采互拌的方法。

(2)土料场的堆存方案及降、排水方案。经验告诉我们，为满足大坝拦洪度汛快速填筑的需要和减少雨季对防渗土料合格含水率的影响，都要在坝体附近储备一定数量(15%)的防渗体土料。是否堆存取决于料场采挖、运输、上坝的实际强度能否满足施工进度及能否满足填筑时的合格含水率和保证填筑料的均匀性。如果不能满足以上要求，则应考虑堆存措施。

对堆存料最好使用大土牛堆存的方案，同时应做好土料保水防雨措施，以防雨水冲刷带走细料及大量失水影响合格料源的质量。

对高塑性粘土堆存时，要求控制含水量大于最佳含水量2%～3%。

3.2 大坝基础现场处理

(1)根据(SL274-2001)之7.14的规定：“与土质防渗体连接的岸坡应大致平顺，不应形成台阶状、反坡或突然边坡，岸坡上缓下陡时，变坡应不小于20°；岩石岸坡不宜陡于1∶0.5，陡于此坡度时应有专门论证并采取相应工程措施。”

受地形与总体布置的影响，瀑布沟心墙上游部位左岸坡开挖后局部突变超过规范允许的20°,且亦超过规范要求岸坡最陡处不得超过1∶0.5的规定。这种地形先天不足的现象极有可能在心墙左岸产生坝体横向开裂。采取加厚高塑性粘土的工程措施。按2%估计坝体沉降量在岸坡突变处一定高程范围内将混凝土盖板贴坡高塑性粘土加厚，以适应坝体沉降变形和防止开裂。

(2)在遇到有断层通过或有小地质构造带需要相应处理，一般要刻槽至较好岩石，小地质构造带刻槽深大于20cm，断层带深大于50cm。

为确保铺盖式固结灌浆的施工质量，心墙范围内的地基，要求预留厚度不小于3m，待相应部位固结灌浆施工完毕后，再开挖至设计开挖高程。对坝基在填筑前应注意排水问题，对无法排干的要作排水盲沟。由于瀑布沟水电站上、下游围堰均为悬挂式防渗墙，加上两岸边坡渗水，上、下游分设了集水井。

(4)河床心墙以外的堆石体地基河床部位的开挖，需清除表部松散层。如河床覆盖层结构密实，强度高、级配良好，则清除颗粒大于1.5m的大漂石、孤石，并对地基进行振动平碾压实4～6遍。堆石范围内岸坡必须清除岸坡上的草皮、树根、含有植物的表土、蛮石、垃圾及其他废料。开挖后的岸坡，只要不是倒悬体，可以不必过多爆除。可将堆石区范围的边坡需爆除的岩体放在坝体填筑接近时再实施。这样有利于大坝的抢填和安全。也可根据地形采取浆砌石或混凝土补坡处理。

(5)心墙两岸坡混凝土盖板施工缝及结构缝，在水平向不能形成通缝，水平向缝止水上层必须采用SR填料进行封闭，防止形成上下游连通的渗水通道。

3.3 大坝填筑

3.3.1 心墙分区与大坝各分区间的高差

为加快大坝填筑速率，便于各分区料施工中的纵向合理搭接，其碾压前的摊铺厚度一般互为倍数关系，如堆石料与过渡料等厚或为1.5倍；过渡料与反滤料等厚或1.5倍；反滤料与砾石土等厚或2倍关系。要求合理安排施工进度，确保大坝填筑均衡上升。各层厚度严格按碾压试验参数进行铺料。

若由于施工需要进行分区填筑时，其横向接缝坡度不得陡于1∶3。在接合的坡面上，应配合填筑的上升速度，将表面松土铲除至已压实合格的土层为止。坡面须经刨毛处理，并使含水率控制在规定的范围内，然后才能继续铺填新土进行压实。

3.3.2 坝料的填筑顺序

正确的填筑顺序是：在同一高程，砾石土料应先摊铺上下游第一层反滤B3料，再上下游第二层反滤B4料，再过渡料和堆石料。每摊铺一层前应测量画线,确定摊铺宽度和准确的设计位置。当一层4种料整个摊铺好后再统一骑缝碾压，轮番进行下一层摊铺。强调无特殊情况时防渗体砾石土料的摊铺应坚持先填筑上下游B3反滤料，在其夹持下后摊铺砾石土料的施工顺序。心墙从第二层填土开始，与两岸接触的高塑性粘土接触带应先于同层土料进行铺筑。砾石土心墙铺料时，应避免产生砾石集中而形成土体架空的现象。

堆石体两坝肩的填筑顺序应该是在每一层填筑前应先沿坡角填筑一层级配连续的小料进行仰斜式碾压，以保证坝肩接触带的填筑质量。

3.3.3 上下游反滤层填筑质量控制

上下游反滤层是保坝的生命线，为防止绕坝渗流及岸坡接触冲刷引起的渗流破坏，应特别关注两坝肩的反滤料的填筑。填料应嵌入岸坡混凝土面板外侧底部，并考虑适当加宽延长，以防止坝肩接触冲刷造成的破坏，确保联合抗渗比降。

与基础和岸边的接触处填料时，不允许因颗粒分离而造成粗料集中和架空现象，与相邻层次之间的材料界线应分明。分段铺筑时，必须做好接缝处各层之间的连接，防止产生层间错动或折断现象。在斜面上的横向接缝应收成缓于1∶2的斜坡。

反滤层与心墙连接时，可采用锯齿状填筑，并先铺筑反滤料后铺筑心墙，必须保证心墙的设计厚度不受侵占。反滤层与过渡料连接时，亦可采用锯齿状填筑，但必须保证反滤层的设计厚度不受侵占。

3.3.4 坝料的碾压

在碾压过程中必须严格按碾压试验的参数执行。对坝面施工人员和监理人员要进行岗前培训和技术交底。心墙碾压机具的行使方向以及铺料方向应平行坝轴线，而靠两岸的接触带粘土则应用小型机具、或满载的运料汽车或装载机轮胎顺岸边进行压实。

心墙的每一填土层按规定参数施工完毕，并经监理检查合格后才能继续铺筑上一层。在继续铺筑上层新土之前，应对压实层表面残留的、被碾子凸块翻松的半压实土层进行处理，捡出超径砾石，对结合面的板结部分进行刨毛处理，并及时压实土体不得出现漏压虚土层、干松土、弹簧土、剪力破坏和光面等不良现象。监理工程师检查认为不合格时，必须返工至监理工程师认可为止。

对砾石土区边界区域碾压，特别是与高塑性粘土区域结合带，应要求砾石土碾压过线至粘土区以提高结合带抗渗性，避免接触渗漏。两岸贴坡混凝土板接触的表面铺筑水平3m宽的高塑性粘土，距盖板1m宽范围内采用轻型碾压机具碾压，其它2m宽可采用凸块碾静碾。岸坡边角应采用电动夯板等小型机具碾压。

防渗墙两侧的填土应平衡上升，两侧铺土高程差应小于60cm。心墙碾压机具的行驶方向以及铺料方向应平行坝轴线。靠墙身的填土及靠两岸的接触带粘土则应用小(轻)型机具顺坝轴线方向(顺岸边)进行压实，并应严格防止重型机械运转过程中碰撞损坏混凝土廊道和墙体。

过渡料区与反滤料B4区接触带应注意勿使过渡料大料集中，以免当大坝蓄水后产生B4料的流失，造成反滤料脱空，在每层过渡料摊铺后对≥300mm的超径料弃至堆石填筑区，以确保接触带的均匀过渡。大坝堆石区及过渡料区与岸坡接触带同样要注意大料集中问题，最好沿岸坡接触带摊铺1～2m宽的细料过渡，并使其向岸坡上仰以便碾压密实。

压实堆石料的振动碾行使方向应平行于坝轴线，为保证堆石与岸边基础处坝料碾压密实，可在岸坡部位超填形成缓坡，用振动平碾进行压实。振动碾难于碾及的地方，应用小型振动碾或其它机具进行压实。

岸边地形突变及坡度过陡而振动碾碾压不到的部位，应适当修整地形使振动碾到位，局部可应用振动板或振动夯压。

坝体填筑石料应采取大面积铺筑，以减少接缝。当分块填筑时，应对块间接坡处的虚坡带采取专门的处理措施，如采取台阶式的接坡方式，或采取将接坡处未压实的虚坡石料挖除的措施。堆石先填筑区坝体坡度不得陡于1∶1.5。

3.3.5 重车过心墙防护措施

过心墙的道路应高于填筑面1～2m，并注意每层道路变换位置的间距应大于两倍的路宽，且相邻三层间不要重复设置。道路上铺钢板以免陷车。同时应做到每层道路更换清除时，要清除剪切破坏层，并按1∶3的横坡进行重新搭接回填，以确保换填质量。

3.3.6 高塑性粘土、砾石土料、反滤料的含水率控制

高塑性粘土若施工时严重干裂，塑性指标丧失殆尽，极不利于施工期及完工初期的坝体变形，会加大大坝防渗体变形时的拱效应，严重时会在坝肩连接区产生横向裂缝。填筑前高塑性粘土含水量须调整至较最佳含水量高2%～3%，用平碾静压至设计要求的压实度(压实度不大于96%即可)，表面洒水，用帆布覆盖保湿，当与下一层填筑间隔时间较长时，要洒水防裂。

心墙两岸坡混凝土面板的接触面上填高塑性粘土时，应洒水湿润，并涂刷浓粘土浆，边铺土边夯实，粘土浆涂刷高度与铺土厚度应保持一致并与下部涂层衔接，严禁粘土浆干涸后再铺土和压实。粘土与水质量比宜为1∶2.5～1∶3.0，粘稠度以挂壁为准，涂层厚度3～5mm。在廊道、防渗墙等混凝土接触带也按该方法处理。

为保持土料正常的填筑含水率，当日降雨量大于5mm时，对于心墙砾石土料和高塑性粘土料，应立即停止填筑，并采取措施保护。当风力或日照较强时，施工单位应按监理工程师的指示，在坝面上进行洒水润湿，以保持合适的含水率。

心墙填筑面应略向下游倾斜，以利排除积水。降雨来临之前，施工单位应将已平整尚未碾压的松土，用振动平碾快速碾压形成光面，防止雨水下渗，雨后应将填筑面含水率调整至合格范围，才能复工。心墙表面铺设的保护层，复工前予以清除。

反滤料B3、B4含水量不足，应在制备场适当喷淋加水，将含水量宜控制在4%～5%左右，过低其碾压后的相对密度难以达到，过高则做渗透系数检测时不易保证。这样既便于反滤料能迅速碾压至相对密度≥0.8的设计要求，又减少了二次破碎后≤0.075mm含量的增加，更有利于B3料与砾石土料骑缝碾压后的压实度。

3.3.7 护坡块石填筑

用于护坡的石料，应从石料场专门选取，要求块石质地坚硬，平均块径应符合施工图纸规定。将经挑选合格的块石运至每一填筑层上，随着坝体上升逐层填筑。

大块石护坡可采用机械施工，坡面应拍打密实、平整。

干砌石护坡不得使用有尖角或薄边的石料砌筑，石料最小边尺寸不宜小于20cm，砌石应垫稳填实，与周边砌石靠紧，严禁架空、通缝、叠砌和浮塞；不得在外露面用块石砌筑，而中间以小石填心；不得在砌筑面以小块石、片石找平。砌石坡面按设计边坡砌筑。

3.3.8 设计院施工质量抽检

为了使设代对大坝施工质量有更清楚的了解，掌握第一手资料，瀑布沟电站从2007年6月开始，大坝每上升10m或每月进行一次大坝各填筑区的现场抽检试验工作，同时结合黑马料场开采情况，不定期对开采面料源进行一定的抽检。内容主要包括：过渡料、反滤料、砾石土、高塑性粘土各区域的现场密度、渗透、压实度、孔隙率，和室内物性、颗分级配等指标。

截止到2008年12月底，现场抽检试验工作完成16次，其成果反映了工程施工实际情况。

根据2008年的大坝蓄水前专家审核意见，由我院科研所完成了砾石土心墙区原状样室内试验工作。主要包括原状样的室内渗透变形(垂直、水平)、室内大型直剪试验及少量上坝砾石土料三轴和配套物性指标试验。

以上抽检对大坝填筑质量的控制起到了很好的监督作用。所完成的试验为大坝稳定复核计算提供了参数。