淺談瀑布溝大壩現場質量控制的一些體會

孟 慶 珠

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 工程建設概況

瀑布溝水電站是大渡河梯級規劃中的第17個梯級，也是大渡河中游的控制性水庫工程。瀑布溝大壩為礫石土直心墻堆石壩，壩軸線走向為N29°E，壩底高程670.00m，壩頂高程856.00m，最大壩高186m，壩頂長540.5m，壩頂寬度14m，壩底寬約780m。壩體斷面主要分為四個區，即：礫石土心墻、反濾層、過渡層和堆石區；上下游圍堰均與壩體堆石部分結合。填筑總量約2 250萬m3。大壩抗震設防烈度為8度。

壩基覆蓋層防滲采用兩道各厚1.2m的混凝土防滲墻，墻中心間距14m，主防滲墻位于壩軸線剖面，防滲墻頂與廊道連接，廊道置于心墻底670.00m高程，副墻位于主墻上游側，墻頂插入心墻內部10m。

大壩工程于2004年初開工，2005年11月下旬河床截流后開始進行壩基開挖，于2006年4月15日大壩開始先期填筑，在陸續完成大壩心墻區覆蓋層固結灌漿，基礎防滲墻、壩基廊道和副墻上部刺墻混凝土澆筑等多項施工后，2007年4月開始大壩全斷面填筑。截止2009年9月20日完成全部壩體填筑施工。

電站于2009年11月1日2號導流洞下閘開始水庫蓄水，一期蓄水至790m 具備發電條件。2009年實現年底6號、5號機組雙投。2010年5月8日開始二期蓄水。10月13日水庫蓄水位達到正常水位850m 高程。2010年實現 6臺機年底全投。

蓄水至今從監測數據分析，大壩及兩岸壩肩、防滲墻等建筑物的監測數據均在設計允許范圍內。目前壩體處于正常工作狀態。

2 各分區填筑料主要設計技術指標

2.1 礫石土心墻料填筑設計技術指標

根據《碾壓式土石壩設計規范》，并結合黑馬料場實際情況，經相關試驗論證和多次國內著名專家咨詢，最終確定礫石土心墻料主要設計參數，黑馬料場礫石土料經篩分系統調整后，級配及設計填筑參數應滿足：

(1)小于5mm的顆粒含量宜大于50%，最低不能低于45%；

(2)小于0.075mm的顆粒含量不小于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)上壩碾壓后其滲透系數應小于1×10-5cm/s；

(5)全料壓實度≥98%(修正普氏標準)，細料(<5mm)壓實度≥100%(標準普氏標準)，其壓實度合格率大于96%，不合格點經補壓后壓實度不小于設計要求的98%；

(6)超徑石含量不大于2%；

(7)小于5mm細料含水率宜控制在普氏最優含水率的-1%～+1.5%范圍內。

2.2 其余壩料填筑設計技術指標

高塑性粘土料、反濾料、過渡料及堆石料筑料主要設計技術指標見表1。

3 施工過程質量控制

對心墻土石壩而言，防滲土料的最佳含水率控制和調整是大壩填筑質量控制永恒的課題。

各壩料在施工過程中應對料源進行嚴格控制，主要控制項目有含泥量、最大粒徑和級配。在壩體填筑施工過程中控制重點為填料質量、施工碾壓參數和施工工藝，同時對不同填料分區接合部位、填筑與岸坡接合部位等容易出現塊石集中架空、接合不良和漏壓欠壓的地方現場進行加強監控，對碾壓遍數不足，行走速度過快等現象，現場及時進行糾正，嚴格按碾壓試驗參數進行施工。對于上壩料采取現場巡視目測結合取樣檢測，對不符合要求的要挖除以保證質量。

3.1 防滲土料的開采及堆存的控制

表1 高塑性粘土料、反濾料、過渡料及堆石料主要設計技術指標匯總

(1)鑒于黑馬料場形成時互層嚴重、料源均勻性較差，造成合格參數的離散性大，均一性差的情況，因此，要求在開采時嚴格采用立采互拌的方法。

(2)土料場的堆存方案及降、排水方案。經驗告訴我們，為滿足大壩攔洪度汛快速填筑的需要和減少雨季對防滲土料合格含水率的影響，都要在壩體附近儲備一定數量(15%)的防滲體土料。是否堆存取決于料場采挖、運輸、上壩的實際強度能否滿足施工進度及能否滿足填筑時的合格含水率和保證填筑料的均勻性。如果不能滿足以上要求，則應考慮堆存措施。

對堆存料最好使用大土牛堆存的方案，同時應做好土料保水防雨措施，以防雨水沖刷帶走細料及大量失水影響合格料源的質量。

對高塑性粘土堆存時，要求控制含水量大于最佳含水量2%～3%。

3.2 大壩基礎現場處理

(1)根據(SL274-2001)之7.14的規定：“與土質防滲體連接的岸坡應大致平順，不應形成臺階狀、反坡或突然邊坡，岸坡上緩下陡時，變坡應不小于20°；巖石岸坡不宜陡于1∶0.5，陡于此坡度時應有專門論證并采取相應工程措施。”

受地形與總體布置的影響，瀑布溝心墻上游部位左岸坡開挖后局部突變超過規范允許的20°,且亦超過規范要求岸坡最陡處不得超過1∶0.5的規定。這種地形先天不足的現象極有可能在心墻左岸產生壩體橫向開裂。采取加厚高塑性粘土的工程措施。按2%估計壩體沉降量在岸坡突變處一定高程范圍內將混凝土蓋板貼坡高塑性粘土加厚，以適應壩體沉降變形和防止開裂。

(2)在遇到有斷層通過或有小地質構造帶需要相應處理，一般要刻槽至較好巖石，小地質構造帶刻槽深大于20cm，斷層帶深大于50cm。

為確保鋪蓋式固結灌漿的施工質量，心墻范圍內的地基，要求預留厚度不小于3m，待相應部位固結灌漿施工完畢后，再開挖至設計開挖高程。對壩基在填筑前應注意排水問題，對無法排干的要作排水盲溝。由于瀑布溝水電站上、下游圍堰均為懸掛式防滲墻，加上兩岸邊坡滲水，上、下游分設了集水井。

(4)河床心墻以外的堆石體地基河床部位的開挖，需清除表部松散層。如河床覆蓋層結構密實，強度高、級配良好，則清除顆粒大于1.5m的大漂石、孤石，并對地基進行振動平碾壓實4～6遍。堆石范圍內岸坡必須清除岸坡上的草皮、樹根、含有植物的表土、蠻石、垃圾及其他廢料。開挖后的岸坡，只要不是倒懸體，可以不必過多爆除。可將堆石區范圍的邊坡需爆除的巖體放在壩體填筑接近時再實施。這樣有利于大壩的搶填和安全。也可根據地形采取漿砌石或混凝土補坡處理。

(5)心墻兩岸坡混凝土蓋板施工縫及結構縫，在水平向不能形成通縫，水平向縫止水上層必須采用SR填料進行封閉，防止形成上下游連通的滲水通道。

3.3 大壩填筑

3.3.1 心墻分區與大壩各分區間的高差

為加快大壩填筑速率，便于各分區料施工中的縱向合理搭接，其碾壓前的攤鋪厚度一般互為倍數關系，如堆石料與過渡料等厚或為1.5倍；過渡料與反濾料等厚或1.5倍；反濾料與礫石土等厚或2倍關系。要求合理安排施工進度，確保大壩填筑均衡上升。各層厚度嚴格按碾壓試驗參數進行鋪料。

若由于施工需要進行分區填筑時，其橫向接縫坡度不得陡于1∶3。在接合的坡面上，應配合填筑的上升速度，將表面松土鏟除至已壓實合格的土層為止。坡面須經刨毛處理，并使含水率控制在規定的范圍內，然后才能繼續鋪填新土進行壓實。

3.3.2 壩料的填筑順序

正確的填筑順序是：在同一高程，礫石土料應先攤鋪上下游第一層反濾B3料，再上下游第二層反濾B4料，再過渡料和堆石料。每攤鋪一層前應測量畫線,確定攤鋪寬度和準確的設計位置。當一層4種料整個攤鋪好后再統一騎縫碾壓，輪番進行下一層攤鋪。強調無特殊情況時防滲體礫石土料的攤鋪應堅持先填筑上下游B3反濾料，在其夾持下后攤鋪礫石土料的施工順序。心墻從第二層填土開始，與兩岸接觸的高塑性粘土接觸帶應先于同層土料進行鋪筑。礫石土心墻鋪料時，應避免產生礫石集中而形成土體架空的現象。

堆石體兩壩肩的填筑順序應該是在每一層填筑前應先沿坡角填筑一層級配連續的小料進行仰斜式碾壓，以保證壩肩接觸帶的填筑質量。

3.3.3 上下游反濾層填筑質量控制

上下游反濾層是保壩的生命線，為防止繞壩滲流及岸坡接觸沖刷引起的滲流破壞，應特別關注兩壩肩的反濾料的填筑。填料應嵌入岸坡混凝土面板外側底部，并考慮適當加寬延長，以防止壩肩接觸沖刷造成的破壞，確保聯合抗滲比降。

與基礎和岸邊的接觸處填料時，不允許因顆粒分離而造成粗料集中和架空現象，與相鄰層次之間的材料界線應分明。分段鋪筑時，必須做好接縫處各層之間的連接，防止產生層間錯動或折斷現象。在斜面上的橫向接縫應收成緩于1∶2的斜坡。

反濾層與心墻連接時，可采用鋸齒狀填筑，并先鋪筑反濾料后鋪筑心墻，必須保證心墻的設計厚度不受侵占。反濾層與過渡料連接時，亦可采用鋸齒狀填筑，但必須保證反濾層的設計厚度不受侵占。

3.3.4 壩料的碾壓

在碾壓過程中必須嚴格按碾壓試驗的參數執行。對壩面施工人員和監理人員要進行崗前培訓和技術交底。心墻碾壓機具的行使方向以及鋪料方向應平行壩軸線，而靠兩岸的接觸帶粘土則應用小型機具、或滿載的運料汽車或裝載機輪胎順岸邊進行壓實。

心墻的每一填土層按規定參數施工完畢，并經監理檢查合格后才能繼續鋪筑上一層。在繼續鋪筑上層新土之前，應對壓實層表面殘留的、被碾子凸塊翻松的半壓實土層進行處理，撿出超徑礫石，對結合面的板結部分進行刨毛處理，并及時壓實土體不得出現漏壓虛土層、干松土、彈簧土、剪力破壞和光面等不良現象。監理工程師檢查認為不合格時，必須返工至監理工程師認可為止。

對礫石土區邊界區域碾壓，特別是與高塑性粘土區域結合帶，應要求礫石土碾壓過線至粘土區以提高結合帶抗滲性，避免接觸滲漏。兩岸貼坡混凝土板接觸的表面鋪筑水平3m寬的高塑性粘土，距蓋板1m寬范圍內采用輕型碾壓機具碾壓，其它2m寬可采用凸塊碾靜碾。岸坡邊角應采用電動夯板等小型機具碾壓。

防滲墻兩側的填土應平衡上升，兩側鋪土高程差應小于60cm。心墻碾壓機具的行駛方向以及鋪料方向應平行壩軸線。靠墻身的填土及靠兩岸的接觸帶粘土則應用小(輕)型機具順壩軸線方向(順岸邊)進行壓實，并應嚴格防止重型機械運轉過程中碰撞損壞混凝土廊道和墻體。

過渡料區與反濾料B4區接觸帶應注意勿使過渡料大料集中，以免當大壩蓄水后產生B4料的流失，造成反濾料脫空，在每層過渡料攤鋪后對≥300mm的超徑料棄至堆石填筑區，以確保接觸帶的均勻過渡。大壩堆石區及過渡料區與岸坡接觸帶同樣要注意大料集中問題，最好沿岸坡接觸帶攤鋪1～2m寬的細料過渡，并使其向岸坡上仰以便碾壓密實。

壓實堆石料的振動碾行使方向應平行于壩軸線，為保證堆石與岸邊基礎處壩料碾壓密實，可在岸坡部位超填形成緩坡，用振動平碾進行壓實。振動碾難于碾及的地方，應用小型振動碾或其它機具進行壓實。

岸邊地形突變及坡度過陡而振動碾碾壓不到的部位，應適當修整地形使振動碾到位，局部可應用振動板或振動夯壓。

壩體填筑石料應采取大面積鋪筑，以減少接縫。當分塊填筑時，應對塊間接坡處的虛坡帶采取專門的處理措施，如采取臺階式的接坡方式，或采取將接坡處未壓實的虛坡石料挖除的措施。堆石先填筑區壩體坡度不得陡于1∶1.5。

3.3.5 重車過心墻防護措施

過心墻的道路應高于填筑面1～2m，并注意每層道路變換位置的間距應大于兩倍的路寬，且相鄰三層間不要重復設置。道路上鋪鋼板以免陷車。同時應做到每層道路更換清除時，要清除剪切破壞層，并按1∶3的橫坡進行重新搭接回填，以確保換填質量。

3.3.6 高塑性粘土、礫石土料、反濾料的含水率控制

高塑性粘土若施工時嚴重干裂，塑性指標喪失殆盡，極不利于施工期及完工初期的壩體變形，會加大大壩防滲體變形時的拱效應，嚴重時會在壩肩連接區產生橫向裂縫。填筑前高塑性粘土含水量須調整至較最佳含水量高2%～3%，用平碾靜壓至設計要求的壓實度(壓實度不大于96%即可)，表面灑水，用帆布覆蓋保濕，當與下一層填筑間隔時間較長時，要灑水防裂。

心墻兩岸坡混凝土面板的接觸面上填高塑性粘土時，應灑水濕潤，并涂刷濃粘土漿，邊鋪土邊夯實，粘土漿涂刷高度與鋪土厚度應保持一致并與下部涂層銜接，嚴禁粘土漿干涸后再鋪土和壓實。粘土與水質量比宜為1∶2.5～1∶3.0，粘稠度以掛壁為準，涂層厚度3～5mm。在廊道、防滲墻等混凝土接觸帶也按該方法處理。

為保持土料正常的填筑含水率，當日降雨量大于5mm時，對于心墻礫石土料和高塑性粘土料，應立即停止填筑，并采取措施保護。當風力或日照較強時，施工單位應按監理工程師的指示，在壩面上進行灑水潤濕，以保持合適的含水率。

心墻填筑面應略向下游傾斜，以利排除積水。降雨來臨之前，施工單位應將已平整尚未碾壓的松土，用振動平碾快速碾壓形成光面，防止雨水下滲，雨后應將填筑面含水率調整至合格范圍，才能復工。心墻表面鋪設的保護層，復工前予以清除。

反濾料B3、B4含水量不足，應在制備場適當噴淋加水，將含水量宜控制在4%～5%左右，過低其碾壓后的相對密度難以達到，過高則做滲透系數檢測時不易保證。這樣既便于反濾料能迅速碾壓至相對密度≥0.8的設計要求，又減少了二次破碎后≤0.075mm含量的增加，更有利于B3料與礫石土料騎縫碾壓后的壓實度。

3.3.7 護坡塊石填筑

用于護坡的石料，應從石料場專門選取，要求塊石質地堅硬，平均塊徑應符合施工圖紙規定。將經挑選合格的塊石運至每一填筑層上，隨著壩體上升逐層填筑。

大塊石護坡可采用機械施工，坡面應拍打密實、平整。

干砌石護坡不得使用有尖角或薄邊的石料砌筑，石料最小邊尺寸不宜小于20cm，砌石應墊穩填實，與周邊砌石靠緊，嚴禁架空、通縫、疊砌和浮塞；不得在外露面用塊石砌筑，而中間以小石填心；不得在砌筑面以小塊石、片石找平。砌石坡面按設計邊坡砌筑。

3.3.8 設計院施工質量抽檢

為了使設代對大壩施工質量有更清楚的了解，掌握第一手資料，瀑布溝電站從2007年6月開始，大壩每上升10m或每月進行一次大壩各填筑區的現場抽檢試驗工作，同時結合黑馬料場開采情況，不定期對開采面料源進行一定的抽檢。內容主要包括：過渡料、反濾料、礫石土、高塑性粘土各區域的現場密度、滲透、壓實度、孔隙率，和室內物性、顆分級配等指標。

截止到2008年12月底，現場抽檢試驗工作完成16次，其成果反映了工程施工實際情況。

根據2008年的大壩蓄水前專家審核意見，由我院科研所完成了礫石土心墻區原狀樣室內試驗工作。主要包括原狀樣的室內滲透變形(垂直、水平)、室內大型直剪試驗及少量上壩礫石土料三軸和配套物性指標試驗。

以上抽檢對大壩填筑質量的控制起到了很好的監督作用。所完成的試驗為大壩穩定復核計算提供了參數。

4 結 語

大壩施工過程中，設代非常重視現場巡視，及時發現問題并出具文函，要求承包商對心墻料含水量、污染、鋪土厚度土料、超徑、汽車穿越心墻不規范、壩料填筑高差過大及橫向施工連接縫等問題進行整改，使現場的施工質量得到了較好的控制。