堆石坝体分层碾压后表面板结对坝体渗透性的影响

覃海春，张月婷

1.浙江省第一水电建设集团股份有限公司，浙江 杭州 310051

2.青州市水利局，山东 潍坊 262500

随着爆破技术的进步和大型碾压机械设备的出现以及薄层碾压施工技术的不断进步和完善，面板堆石坝施工技术也逐渐成熟，成为当今水利水电工程建设的主流坝型之一。我国面板堆石坝从20世纪80年代中期起步，发展较快，包括不断增多的以砂砾石料填筑的面板坝，以及在深厚覆盖层修建的面板坝，甚至是在软岩筑坝方面都取得了一定的研究成果。但是，无论是何种材料的堆石坝，坝体渗流始终是必须控制的一项重要指标。

1 工程背景

江西省莲花县寒山水库位于江西省萍乡市莲花县荷塘乡，是一座以供水、灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利枢纽工程。大坝主体为混凝土面板堆石坝，坝顶高程342.70m，坝轴线长290.96m，最大坝高为78.50m，坝顶宽8.0m，大坝石方总填筑量为119.099万m3。

地质资料显示，大坝填筑料场分布泥盆系上统锡矿山组（D3x）变余细粒石英砂岩、千枚岩化粉砂质石英杂砂岩，夹粉砂质千枚岩，局部具硅化现象。受断层和褶皱构造形变影响，岩层产状多变。料源中变质砂岩为弱风化～微新岩石，属中硬～坚硬岩，物理力学性质较好；千枚岩单轴饱和抗压强度低、属于软岩，物理力学性质差。

由于大坝料源岩性复杂，以物理力学性质较好的变质砂岩为主，夹杂少量低强度的千枚岩，爆破后料源局部细粒含量偏高，坝体分层碾压后表面出现无规律的零星分布的表面细颗粒板结现象，厚度小于10cm。

为了研究这种局部板结现象对坝体垂直渗透性能的影响程度，采用原位渗透试验对坝体垂直渗透进行试验研究。

2 分层碾压后表面局部板结对坝体垂直渗透的影响

2.1 试验方法

碾压大坝垫层区、过渡区、主堆石区、副堆石区后，选取无板结层表面、板结层表面、板结层刨毛松动后进行原位渗透试验。试验中，对于颗粒较细、渗透系数较低的垫层料采用双环原位渗透试验法；对于颗粒较大、渗透系数较高的过渡区及主副堆石区则采用单环原位渗透试验法。试验依据《土石筑坝材料碾压试验规程》（NB/T 35016—2013）进行，具体步骤如下：

（1）选定试验位置，对表面进行保留或刨毛处理；

（2）平稳放置渗透钢环，在不扰动试样区域的前提下将渗透环压入铺层表面2～5cm，并采用塑性黏土对内外环环周进行止水处理；

（3）在内环内壁竖直放置毫米刻度钢尺，并注水检查止水是否完整；

（4）持续注水至水面高10cm，待水面稳定后开始计时读数，计算渗透系数平均值；

（5）整理试验结果。

2.2 试验过程

试验选定在298m高程处进行，共进行了42组原位渗透试验，试验过程如下。

（1）垫层区原位渗透试验。垫层料为掺配料，粒径较小，依据规范采用双环渗透试验法。由于填筑区域内颗粒分布较为均匀，无明显板结现象，随机选择3个点位试验，分别对表面不做处理和在刨毛处理的状态下进行试验，结果如表1所示。

表1 垫层区原位渗透试验结果汇总表

（2）过渡区及主副堆石区原位渗透试验。这3个区域由于粒径较大，依据规范采用单环渗透试验法进行试验。其中，过渡区选择4处不同位置，主堆石区和副堆石区分别选择5处板不同位置且结现象明显区域，以及2个表面细碎石集中（板结现象不明显）的区域作为试验点。先在板结层保留区进行试验，然后采用挖掘机对板结层进行刨毛处理，再次试验。过渡区试验结果如表2所示。主堆石区试验结果如表3所示。副堆石区试验结果如表4所示。

表2 过渡区原位渗透试验结果汇总表

表3 主堆石区原位渗透试验结果汇总表

表4 副堆石区试验点原位渗透试验结果表

2.3 试验结果分析

（1）根据施工过程结合地质情况观察分析，主副堆石区以及过渡区局部受料源中的千枚岩等软弱颗粒的影响，存在不同程度的表面板结现象，板结厚度小于10cm。该现象是由碾压过程中的千枚岩破碎、料源中无法剔除的少量岩层夹泥以及填筑过程中的细颗粒上浮等多种原因共同作用造成的。

（2）堆石坝体分层碾压后形成的板结层对过渡区及主副堆石区的表层垂直渗透性能影响较大，未进行破坏处理的板结试样均不能满足设计要求；但采用挖掘机对板结层进行刨毛破坏处理后，渗透性提升较为显著，不同分区的多组板结层破坏后试样的渗透系数均能满足设计要求。

（3）施工过程中板结现象的位置呈现无规律的零星分布状态，并未出现大面积连接的板结区域，在施工过程中破除这种板结层，则不会直接影响坝面整体的渗透排水。

3 结束语

面板堆石坝是一种当地材料坝，其主体结构堆石体受当地石料场地质条件复杂等因素的影响，筑坝材料很难达到质地均匀的理想状态。因此，在施工过程中，应经常对坝体渗透性能进行检测，发现偏差时应及时找出原因并有效解决问题，使工程质量最终达到设计要求。