苗尾電站大壩反濾料設計與生產質量控制

鄢鏡 周宇

【摘要】苗尾水電站礫質土心墻堆石壩最大壩高131.3m，大壩心墻上下游分別設置兩層反濾料，總共約78萬m3，由丹塢塹砂石加工系統生產。系統不僅負責壩體反濾料的生產，還承擔混凝土粗、細骨料的生產任務，所有規格物料的質量和產能直接影響到電站建設是否能正常施工的關鍵環節，對系統生產運行管理與質量控制提出較高要求。在運行階段，由于各種原因會造成成品砂石骨料及反濾料產品質量指標的波動和系統能力的欠缺，因此需要按規范要求對各種物料的產品進行生產檢測并進行質量控制。

【關鍵詞】苗尾水電站；砂石加工系統；反濾料；級配；質量控制

1、工程概況

苗尾水電站大壩為礫質土心墻堆石壩，壩頂高程1414.80 m，最大壩高131.30 m，壩頂軸線長576.68 m，壩頂寬度12.0m，上下游壩坡均為1：2.0。心墻采用礫質土料填筑，頂寬4.0 m，頂高程1412.80 m，上、下游坡度均為1：0.25。為保證心墻不發生滲透變形，心墻上游設兩層反濾層，水平寬度均為3 m，下游設兩層反濾層，水平寬度均為4 m，反濾層上、下游坡為1：0.25。由于近壩區無合適的砂礫石料場，反濾料全部采用丹塢塹石料場片麻巖人工破碎制成的軋制料。反濾料設兩檔，即反濾Ⅰ和反濾Ⅱ料，靠近心墻側為反濾Ⅰ層。

丹塢塹砂石加工系統為一個系統同時生產常規砂石骨料和反濾料的系統，并能夠滿足以上物料同時供應。目前國內人工砂石系統主要以生產常規混凝土級配骨料為主，骨料品種較為單一，分粗骨料和細骨料，直接用于混凝土拌制。而反濾料則是一種連續級配料，一般以成品砂石骨料作為配料按一定比例進行參配拌合生產或單獨建一砂石系統進行加工生產。但是水工混凝土骨料和反濾料為兩種不同的體系，其指標不同、試驗器具和檢測方法不同、質量評價也不相同。導致砂石加工系統反濾料生產運行管理與質量控制難度極大。

2、反濾料設計

在心墻的上、下游布置了兩層反濾料，采用丹塢塹人工骨料。

（1）級配

根據《碾壓式土石壩設計規范》，采用謝拉德反濾準則進行反濾料設計，反濾I料保護以保護防滲土料小于5 mm的細粒土為目的，反濾II料以保護反濾I料，經工程類比，結合苗尾土料級配情況，擬定反濾料級配，如表1所示，其設計級配曲線見圖1。

（2）設計密度

反濾Ⅰ設計干密度2.05g/ cm3，最大粒徑20 mm。反濾Ⅱ設計干密度1.93 g/cm3，最大粒徑80 mm。反濾Ⅰ、Ⅱ以相對密度為壓實控制標準，反濾Ⅰ料填筑相對密度為0.80，反濾Ⅱ料填筑相對密度為0.85

3、存在的問題

工程建設初期，在反濾料生產過程中，現場檢查數據顯示反濾I料級配總體偏細，部分檢測組數的D15特征粒徑（D15特征粒徑的設計指標為0.15～0.7 mm）超出設計級配上包線，且部分檢測結果顯示小于0.075 mm的顆粒含量超過5%（小于0.075 mm的含量設計指標為不超過5%），個別檢測最大達12.0%。碾壓后相對密度、干密度及室內滲透系數、原位滲透系數均滿足設計要求。反濾Ⅱ料級配總體較合適，D60、D15特征粒徑、碾壓后相對密度、干密度及滲透系數均滿足設計要求。

在心墻上、下游設置級配良好的反濾層和有效的排水體是防止土質防滲體發生滲透破壞的有效措施。一旦土心墻由于不均勻沉陷或其它原因而產生集中滲漏，在反濾層的保護下，沿著滲流通道或裂縫內壁的心墻土料，就會膨脹或軟化，被滲流沖蝕帶走的土料會充填裂縫，從而促使裂縫自愈，使心墻裂縫中的滲透壓力恢復到接近正常的滲流狀態。而反濾層要能起到保護作用，需要滿足于心墻土料之間的反濾準則，反濾料的級配有嚴格要求，因此，在施工過程中控制好反濾料的質量，使其級配滿足設計要求，對于保證大壩的安全運行是至關重要的。

4、質量控制的主要內容

4.1 料源質量控制

料場在開采過程中，往往受斷層帶、破碎帶和其他不良地質現象影響，有用料和無用料總會出現混雜現象，需采取必要的質量控制手段，對進入加工系統的料源進行控制。

（1）無用層與有用層分界線開采

無用層與有用層分界線開采，主要是防止無用層混入有用層，工程以弱風化料作為料場有用料，將弱風化料以上的無用層作為棄料。采用先剝離無用層，后開采有用料的開采程序，達到減少軟弱顆粒含量的目的。

（2）軟弱夾層處理

料場開采過程中發現巖層出現夾層時，會同地質人員對夾層進行分析判斷，以夾層石料是否影響成品質量決定取舍。如夾層規模較大，且夾層內含有難以判斷的有害物質時，予以剔除舍棄。

（3）車輛標識

如果棄料混入毛料進入生產工序，就會對成品質量產生影響。因此，對有用料和無用料的運輸車輛采用不同顏色的標牌進行標識，禁止混裝、混運，杜絕無用料進入生產系統。

4.2 生產過程質量控制

根據反濾料與常規混凝土砂石骨料級配特征，反濾料Ⅰ（粒徑0～20mm）采用成品砂（粒徑<5mm）與小石（粒徑5～20mm）在入倉前參配的生產方式生產；反濾料Ⅱ（粒徑0～100mm）采用一篩車間粒徑小于40mm的半成品料與大石（粒徑40mm～80mm）在入倉前參配的方式生產。

（1）反濾料生產過程中的主要問題

根據實驗檢測、分析整理數據，生產過程中主要有以下三點矛盾：

1）規范要求常規混凝土成品砂0.16mm及以下顆粒含量范圍6%～18%，而反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量應小于5%。經實驗檢測對成品砂中0.16mm及以下顆粒進行級配分析，發現其中0.075mm及以下顆粒占50%～60%，而反濾料Ⅰ中成品砂參配量約為75%～85%，按成品砂合格的臨界石粉含量計算，反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量將達到9.18%，且實際檢測數據顯示，前期生產的反濾料Ⅰ中0.075mm及以下顆粒含量7%～9%波動，與理論計算一致。本系統生產料源為片麻巖，產粉量較高，采用水洗可有效降低石粉含量，但系統要求反濾料Ⅰ與成品砂同時生產，如果加大水洗力度、延長水洗時間雖然可以降低石粉含量，但會大幅降低產能和增加成本。

2）一篩車間的半成品料只經過粗碎、中碎兩道破碎，其級配總體偏粗，導致生產的反濾料Ⅱ級配不合格，細料偏少，經級配計算發現其中5mm～20mm含量偏少。

3）常規混凝土骨料和反濾料同時生產，料倉總儲量更大，為降低系統內半成品料輸送距離和減少用地范圍以提高經濟效應，系統設計較為緊湊，故料倉高度較高。而反濾料級配區間比常規砂石骨料大得多，在入倉時級配分離現象極為嚴重，導致出倉時物料級配不合格。

（2）反濾料生產過程中主要問題的解決方案

以砂石系統生產工藝流程計算、料粒級配、骨料質量技術要求、設備選型及工藝調整各個方面對工藝進行評價和論證，其關鍵點和難點為兩類骨料質量技術控制生產工藝的平衡。在生產中，通過數據進行分析論證，確定要因，同時進行數據收集、整理和分析后，分別提出了相應的解決方案。

1）成品砂采用水洗與干法生產相結合的方式，對部分成品砂進行水洗，并控制加水量與水洗時間，水洗后的成品砂石粉含量控制在10%左右。水洗后的成品砂與沖洗干凈的小石、瓜米石篩下物參配，同時控制參配比例在80%左右，可使反濾料Ⅰ在級配滿足要求的同時，0.075mm及以下顆粒含量控制在5%以下，理論計算結果為4.8%，實際生產的產量與質量均較為理想。成品砂采用該部分水洗砂與干砂參配，可保證石粉含量15%～18%波動，產量與質量同時滿足要求，解決了反濾料Ⅰ與成品砂同時生產時質量技術控制與生產產量的平衡問題。

2）根據系統布置情況，在反濾料Ⅱ入倉前增加超細碎調節料倉的半成品料（粒徑5mm～40mm）分級后（增加一臺20mm孔徑的分級篩），將粒徑在5mm～20mm的物料參入反濾料Ⅱ，以保證反濾料Ⅱ級配合格；同時粒徑在20mm～40mm范圍的物料進入二篩調節料倉；解決了反濾料Ⅱ的問題。

3）在反濾料倉中增加緩降裝置，降低物料間接入倉高度。根據檢測數據表明，措施實施后，反濾料級配分離現象明顯降低，倉內檢測級配質量趨于穩定，解決反濾料級配分離問題。

4.3 試驗監控

試驗監控是對反濾料生產過程中質量監控的有力工具，試驗人員必須進行跟班檢測，出現不合格應快速反饋，以便生產系統及時作出調整，使質量波動始終處于受控狀態。同時，還應對基礎試驗數據進行統計分析，預測變化趨勢，以便系統及時進行調整。對于質量異常的設備或車間，開展專門的試驗以 采取針對性的措施。

在正常情況下，試驗室在每班內分別對每種骨料取樣 2～3 組進行質量檢查和試驗，并進行認真的資料分析和整理工作。如果砂石生產質量出現異常，還需增加取樣次數，以便及時分析問題進行糾正和改進 。

嚴格工作紀律，嚴格按操作規程與生產工藝進行施工，把好工序質量關，把質量問題解決在萌芽狀態。同時采用先進的運行控制技術，保證設備運行狀態穩定。

4.4 成品料保護

在料倉周圍設置截水、排水設施，同時對成品堆存場設置1%斜坡，便于自然排水 。 嚴禁運輸車輛帶泥進入料倉，確保料倉成品料不受污染。

5、結語

丹塢塹砂石系統反濾料通過對料源的事前控制、生產過程中的事中控制，和質量檢測的事后反饋等措施，對影響質量的各種因素進行全面質量控制和管理，有效保證了反濾料的質量，順利完成反濾料的生產任務，確保了大壩的填筑質量。

參考文獻：

[1]DL/T5395-2007. 碾壓式土石壩設計規范[S]. 北京：中國電力出版社， 2007.

[2]DL/T5129-2013. 碾壓式土石壩施工規范[S]. 北京：中國電力出版社， 2013.

作者簡介：鄢鏡（1982—），男，高級工程師.