白鹤林水库大坝技术难点的探讨及建议

李红军，于 海，胡人炭

（1.四川省武都引水工程蓬船灌区建设管理局，629000，遂宁；2.四川省水利水电勘测设计研究院，610000，成都）

一、工程概况

四川省蓬溪船山灌区属于大型灌区工程，是国家172 项节水供水重大水利工程之一。 白鹤林水库是蓬溪船山灌区工程配套的一座囤蓄水工程，水库正常蓄水位418 m，总库容8 828 万m3，兴利库容7 737 万m3。 白鹤林水库属Ⅲ等工程，主要建筑物级别为3 级，次要建筑物级别为4 级。水库枢纽建筑物的布置从左至右依次为：文吉分干渠取水口、#1 副坝、导流补水洞、主坝、#2 副坝、#3 副坝、蓬船干渠取水口、#4 副坝、#5 副坝。

1.主坝

主坝为黏土+泥岩心墙石渣坝，大坝轴线长323.5 m，坝顶宽7.5 m，坝顶高程420.50 m，坝高60 m。 坝体从上游至下游分别为上游石渣料区、上游反滤料区，黏土+泥岩心墙料区、下游反滤料区、下游排水料区及下游石渣料区。

主坝坝基表层堆积厚0.5～18 m的坡洪积粉质黏土土层，地下水水位高，透水性微～极微，土层工程性状差。其下伏基岩为砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等，岩层产状近水平，岩体中顺层发育有软弱夹层， 岩体中发育的裂隙多充填黏土和岩屑，坝基、坝肩表层均分布有中等～强透水层带。

2.副坝

#3 副坝为黏土心墙石渣坝，下伏基岩为砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等，岩层产状近水平，岩体中发育的裂隙多充填黏土和岩屑， 坝基、坝肩表层均分布有中等～强透水层带。

#1、#2、#4、#5 副坝均为混凝土重力坝。 各混凝土副坝均位于垭口部位，局部缓坡台地上分布厚0.5～1.0 m 的残坡积粉质黏土，其余基岩裸露，基岩为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩、砂岩，岩层产状近水平，岩体中发育的裂隙多充填黏土和岩屑，坝基、坝肩表层均分布有中等～强透水层带。

3.库区单薄分水岭需防渗

根据地勘资料，库区内正常蓄水位时分水岭山体宽度小于100 m 的有5 处，其中，春仙沟分水岭位于库内，邻谷黏性土厚度较大，渗透微弱，具有天然防渗铺盖作用，库水向邻谷渗水的可能性小； 库区左岸的大柏垭、 贾家沟与库区右岸的枣儿垭、温家湾等4 处单薄分水岭的风化粉砂质泥岩，为弱～中等透水层，透水性较强，根据钻孔压水成果、库周地貌、地层岩性、风化卸荷强弱程度、库内外水文地质条件对单薄分水岭可能渗漏地段进行渗漏量估算，结果表明大柏垭、贾家沟、枣儿垭、温家湾等4 处单薄分水岭在白鹤林水库蓄水后存在库水向邻谷渗漏的可能性，因此需在分水岭岸坡进行帷幕灌浆。

白鹤林水库大坝的技术难点主要体现在以下方面：一是水库四周低于正常蓄水位的垭口和单薄分水岭众多，需修建副坝和灌注防渗帷幕以防止或减少水库渗漏。 二是黏土+泥岩心墙用料复杂，黏土料源多达十几处，料源的天然含水率、塑性指数等差别大，备料、填筑控制要求各异；风化泥岩料需经洒水、崩解、风化后才能满足填筑技术指标。 三是大坝坝壳料采用何家坡料场的砂岩料或粉砂质泥岩与泥质粉砂岩互层开采的混合料，依据厚度、岩性等可分为12 个工区亚层， 坝壳料的质量波动大，坝料的开采和压实方式对坝壳填筑质量影响巨大。 如何破解上述三大技术难题是确保白鹤林水库高质量建设的关键。

二、大坝建设难点技术问题探讨及建议

1.黏土+泥岩心墙备料与填筑

根据工区附近地层分布和料源情况，选用黏土料、粉砂质泥岩料作为心墙防渗用料。 黏土料有凉水坑、坝址区冲沟内坡开挖的洪积黏土料和吴家沟、大柏桠、贾家沟、白家沟、苏家湾、何家沟、老贯沟和赵家等库区支沟沟头与斜坡坡脚相交的缓坡地带残坡积黏土料两大类。

在勘测设计阶段，设计单位采集了上百组黏土料试样进行基本物理力学性质试验，剥去耕植层后黏土料的有机质、水溶盐及最优含水率制样渗透系数等均满足防渗黏土料的要求。 但是黏土料试样在天然含水率、黏粒含量、塑限及塑性指数等黏土料特性指标区别大，压实性不同，填筑施工控制参数就要区别对待。 根据试验数据及心墙料性状， 黏土+泥岩心墙料开采与填筑施工建议：

①洪积黏土料天然含水率为17.0%～39.0%，平均为28.5%；塑限为15.1%～26.0%，平均为20.4%，塑性指数为8.3～29.6，平均为19.1；黏粒含量为16.6%～45.6%，平均为33.7%。 相对而言，洪积黏土料较易压实，但天然含水率比塑限高8%左右，料场开采前应开挖排水沟疏干积水， 开采后必须进行翻晒，按最优含水率进行控制。

②残坡积黏土料天然含水率为14.3%～30.5%，平均为20.5%；塑限为16.0%～28.9%，平均为19.2%，塑性指数为11.4～30.5，平均为16.2；黏粒含量为27.6%～47.9%，平均为30.0%。 相对而言，残坡积黏土料易压实，且天然含水率与塑限相当，只需在开采时注意适当拌匀，料场开采料可直接用于填筑。

③何家坡粉砂质泥岩防渗料塑限为19.9%，塑性指数为13.2，黏粒含量为28.9%，换算成全级配料，黏粒含量为12.2%，能满足标准要求。根据碾压试验， 进一步确定填筑控制要求。粉砂质泥岩具有一定的膨胀性，填筑前应注意提前备料，在专门设置的堆料场洒水、崩解、风化并达到设计指标后方可用于填筑。

2.坝壳料开采与填筑

何家坡料场位于库内右岸，界于老贯沟与何家沟间，料场地形为两沟间向库内凸起伸出的条带状山梁，山梁由两个山包组成，其山顶高程分别为436.5 m 和464.1 m， 山包间为垭口，垭口高程412.30 m，料场分布高程界于379.0～464.1 m。 山梁四周地形为阶梯状斜坡，缓坡台地较平缓。 料场大部分基岩均裸露，地层为侏罗系上统蓬莱镇组下段工区第九层、第十层组成，其中第九层以砂岩为主，第十层为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩和砂岩组成。 料场区构造简单，无断层分布，岩层产状近水平。

依据厚度、岩性、开采条件分为12 个工区亚层。工区①层、④层、⑦层为砂岩， 局部夹粉砂质泥岩透镜体，岩石饱和抗压强度12.7～16.3 MPa，平均14.5 MPa，为软岩。 ①层、⑦层砂岩较纯，分布于整个料场，①层厚1.2～4.0 m，⑦层厚17.2～21.2 m，可单独开采， 工区④层夹粉砂质泥岩透镜体，厚约2.9 m， 厚度较薄。 工区②层、⑥层、⑨层为粉砂质泥岩，层内含砂质不均，局部较重，其中工区②层分布于整个料场，厚3.2～4.0 m，含少量泥质粉砂岩夹层，局部夹层厚达0.8～1.0 m；工区⑥层厚度较小，厚近3.0 m，且含砂较重； ⑨层为料场的最高处，为粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩， 高程450.6～451.9 m 之间分布两层泥质粉砂 岩， 单 层 厚 度0.3 ～0.4 m， 高 程454.1～457.9 m 的泥质粉砂岩厚度3.8 m，高程461.3～464.9 m 为砂岩。 工区②层、 工区⑨层粉砂质泥岩相对较纯，可用作心墙防渗料。 工区③层、⑤层、⑧层为泥质粉砂岩，其中工区③层厚度大约17.5 m，局部夹厚度不大的砂岩透镜体，可分几层开采，泥质粉砂岩中局部含泥重变为粉砂质泥岩；工区⑤层、⑧层单层厚约3～6.7 m，具单独开采条件。

针对料场岩层出露情况及土石分区坝的用料要求，进行了坝体填筑分区设计，分为用①层、⑦层单独开采的砂岩料填筑区，立面阶梯状开采的砂、泥岩混合料填筑区。

砂、 泥岩混合料按3∶7、4∶6 和5∶5三种工况开展筑坝料试验。 试验结果为：砂岩坝壳料0.97 倍压实度制样的渗透系数为4.8×10-3～4.0×10-5cm/s，中等～弱透水性，压缩系数为0.05～0.06，具有较高抗剪强度。

混合坝壳料0.97 倍压实度制样的渗透系数为8.8×10-5～8.1×10-6cm/s，弱～微透水性，压缩系数为0.27～0.34，具有一定的抗剪强度。

强风化混合坝壳料最优含水率为12.2%～12.6%，0.97 倍最大干密度为1.88～1.89 g/cm3； 弱风化混合坝壳料最优含水率为10.8%～11.8.6%，0.97倍最大干密度为1.93～1.95 g/cm3；新鲜原岩混合坝壳料最优含水率为10.5%～10.6%，0.97 倍最大干密度为1.94～1.97 g/cm3。

根据何家坡料场地层岩性变化情况，坝壳料开采与填筑施工建议：

①何家坡料场坝壳料地层岩性变化复杂，根据坝体填筑分区设计要求、施工进度、用料需求，要做好料场开采规划， 确保填筑用料的分区要求，从而减少弃料，降低生产成本。

②结合坝料爆破开采试验，要做好何家坡料场坝壳料开采方式研究，尤其是混合坝壳料开采，最好使用阶梯状立面开采。 同时研究认为砂岩类掺混量达20%以上可大大改善坝壳料的性状。

③何家坡料场砂泥岩均为软岩，易崩解软化，应坚持用多少采多少的原则。

④混合坝壳料按实际开采出现坝料工况分类进行碾压试验，确定不同大坝坝壳填筑控制参数，既利于填筑施工质量评定达到标准规定，又能确保填筑质量符合设计要求。 要特别注意原岩风化程度的影响。

图1 帷幕灌浆施工工艺

3.坝基及库区防渗帷幕灌浆

白鹤林水库根据工程帷幕灌浆项目划分，主坝划分有39 个单元，#1～#5 副坝划分有66 个单元，大柏垭、温家湾等单薄分水岭划分有9 个单元。共计约1 100 个孔，4.1 万m， 最大孔深76 多m， 工程防渗帷幕灌浆点多面广。

主坝、#3 副坝利用混凝土基座作为灌浆盖重，坝料填筑前防渗帷幕施工必须完成，并检查验收合格；#1、#2、#4、#5 副坝利用底层混凝土作为灌浆盖重，坝体浇筑前防渗帷幕施工必须完成，并检查验收合格；其他部位防渗帷幕灌浆均在开挖的基岩上进行。水库蓄水前，应完成所有帷幕灌浆并检查合格。另外，同一地段若有基岩固结灌浆的， 要求先完成固结灌浆再进行帷幕灌浆。 根据帷幕灌浆施工参数及质量控制要求，防渗帷幕施工建议：

①灌浆应按分序加密的原则进行，帷幕灌浆应分为三序灌浆，灌浆方式方法采用自上而下分段灌浆法。帷幕灌浆施工工艺见图1。

②帷幕灌浆试验应分有盖重、无盖重和单薄分水岭3 种工况进行，从而进一步确定各种工况帷幕灌浆施工参数。

③帷幕灌浆施工属隐蔽工程，应加强施工过程控制， 尤其是做好监理旁站巡查和工序质量检验与验收工作。

④按灌浆孔的10%进行帷幕灌浆质量检验，检验不符合要求的必须进行处理。 同时做好第三方检测单位帷幕灌浆质量检验工作。

三、结 语

坝基及库区防渗帷幕灌浆、黏土+泥岩心墙备料与填筑和大坝坝壳开采与填筑等是该工程建设难点技术问题，也是白鹤林水库建设重要隐蔽工程。 在对黏土料进行试验的基础上，提出了施工建议，供参建各方参考。 参建各方只要坚守“三控制三检测三不放过”原则，即严格控制使用材料的质量， 严格控制施工工序质量，严格控制施工参数的“三控制”原则；做好施工自检测工作，做好监理跟踪平行检测工作，做好第三方实体质量检测工作的“三检测”原则；使用材料质量不合格不放过，工序质量不合格不放过，实体质量不合格不放过的“三不放过”原则，就一定能克服建设过程遇到的技术难题，保证重要隐蔽工程验收达到优良，实现该工程施工质量达到优良目标。