苗尾水電站心墻礫質土料開采補水技術

(中國人民武裝警察部隊 水電第一支隊， 河北 唐山 063000 )

1 工程概況

苗尾水電站為心墻堆石壩工程，為中央直立礫質土心墻，設計壩高131.8 m，壩頂軸線576 m,壩頂寬12 m，壩體總填筑方量1 027.6萬m3，其中心墻礫質土填筑量118.8萬m3。壩體填筑礫質土料場位于壩址左壩頭，分為A、B兩區。A區為斜坡地形，地面高程1 405～1 600 m，面積 0.12 km2，料場為林地。B區地面高程1 365～1 570 m,面積 0.07 km2，料場為林地及旱地。根據地勘報告顯示，黏土礦物主要有高嶺石、綠泥石、水云母、蒙皂石、綠蒙混層，膨脹試驗的自由膨脹率為11.5%和11.0%，均小于40%。其主采區總的剝離量約 3.803萬m3，有用料儲量約為 31.62萬m3。

根據苗尾水電站《大壩心墻防滲土料碾壓試驗報告》及《土料場開始施工技術要求》[1]，壩址左岸礫質土料最優含水率為14.0%，現場天然含水率為10.1%，天然含水率偏干3.9%。在心墻填筑施工過程中，為了保證礫質土料經碾壓以后達到全料95%以上的壓實度，需對礫質土料在上壩之前在土料場進行補水。

2 土料場補水技術

2.1 補水量

根據《土料場開始施工技術要求》，壩址左岸土料場礫質土料開采深度1～10 m，開采方量31.62萬m3(密度1.63 g/cm3)，天然含水率偏干3.9%。按照設計要求，土料在偏濕1%～3%的情況下，壓實度都能達到設計要求。因此，補水率在考慮偏干3.9%的情況下，另需考慮偏濕1%～3%。依此進行補水工程量計算，共計需補水約25 254～35 563 t，即水量約25 254～35 563 m3。

2.2 土料場補水方法

根據其他水電站工程施工經驗，在開采運輸過程中礫質土料含水率基本沒有變化，在該工程施工過程中，考慮1%的損失。采取在土料開采之前一次補水到位的補水措施。在料場相應高程逐級按照高差7 m開挖如圖1所示水平水溝(水溝兩側坡比1∶0.75)，水溝內存水，通過土體內滲流進行土料補水。

圖1 補水方案水溝尺寸示意(單位:m)

2.3 土料場補水時機及參數設計

經計算，1 m3土料在自然狀態下的補水量為79.9～112.5 kg。壩址左岸土料場土料在自然狀態下的平均滲透系數約為6×10-5cm/s，表層1 m3土料需要補水 3.7～5.2 h(其單位面積滲透系數為 21.6 kg/h)[2]。

垂直方向最大深度10 m，該位置1 m3礫質土料補水需要196.8 d，考慮25%的滲流坡降，補水時間約為 245.9 d。按照大壩填筑施工轉序總體進度安排，時間上不允許10 m的補水深度。同時，根據《土料場開采施工技術要求》[1]，壩址左岸土料場礫質土料深度為5 m以下，礫質土料天然含水率高于最優含水率約2%，故5 m以下不考慮補水。在后期開采過程中，上下層混采摻拌，局部調節含水率。

垂直方向最大深度5 m，該位置1 m3土料補水完成需要37.85 d，考慮11%的滲流坡降，補水時間約為 41.64 d。

根據前期勘察資料可知，壩址左岸土料場土料在垂直方向其密實度按照約 6.7%遞增，其滲透系數相應減低。順坡方向表層土密實度相對較低，滲透系數相對較高，根據相關理論分析，在保證垂直方向5 m補水深度的情況下，能夠滿足順坡方向7 m高程的補水要求。

根據以上計算，確定垂直方向的補水深度為5 m，順坡方向水溝高差為7 m，則其補水范圍如圖2所示。

圖2 補水范圍示意(單位:m)

根據補水方案，水溝單位長度儲水量為 2.28 m3，即2.28 t，單位下滲面積為 4.52 m2。礫質土料滲透系數為6×10-5cm/s[2]，在水溝隨時保證2/5儲水量的情況下，能夠滿足140.3 h的下滲量要求，即 5.6 d。考慮蒸發損失3%，能夠滿足約5 d的下滲量要求。因此在補水過程中，要求水溝兩次加水時間不得超過5 d。

2.4 深度大于5 m土料場補水技術

根據《土料場開采施工技術要求》，埋深大于5 m的土料，礫質土料天然含水率高于最優含水率約2%[3]，故5 m以下不考慮補水。在后期開采過程中，采取以下兩種措施進行補水調節。

(1)采取混采摻拌的措施，即深度5 m范圍之內的土料與5 m范圍之外的土料同時進行開采，不分層，利用上層土料的自落實現與下層土料的混合，裝車之前進行摻拌，混合裝車。在其他水電站工程施工過程中，已成功應用以上措施。

(2)在開采之前，表土剝離完成以后，進行含水率檢測，根據含水率檢測結果確定是否補水，以及補水百分比。對于要補水的部位，提前5 d采用灑水車送水，沿著已剝離的范圍進行人工補水。

在后期開采過程中，依據含水率檢測情況綜合使用以上兩種措施。

3 土料場補水施工及檢測

3.1 滲溝開挖

滲溝開挖按照高程從低到高的順序，高差7 m進行測量放線，保證水溝水平。采用 2.5 m3挖掘機沿著放線方向一側進行儲水水溝開挖，開挖料甩至水溝低高程方向，挖機斗子進行局部水溝邊墻夯實，不得夯實水溝底部，保證水溝底部礫質土處于松散狀態。在儲水水溝兩端，采用水溝開挖料進行堆填夯實，防止儲水通過水溝兩端溢流，避免造成浪費。

水溝修建過程中，難免與場內施工道路形成交叉，在交叉位置斷開排水溝，在斷開段位置的低高程或高程處適當位置，在保證高差7 m、儲水水溝兩端分別超出斷開段長度各2 m的情況下，開挖補水水溝。

3.2 加水下滲

水溝開挖完成以后，采用20 t加水車在上游圍堰左堰肩加水，沿著左岸中線公路、左岸高線公路及壩址左岸土料場場內臨時施工道路運輸至加水水溝一側(運距約3.5 km)，從高到低向水溝加水，要求每個水溝必須按所需補水量將水加至相應的儲水深度。

儲水初期，安排專人巡視水溝周邊，對于溢流的部位及時采用鐵鍬挖土補填，以防溢流。同時，補水過程中，不定期安排專人巡視水溝內儲水情況，根據水溝內儲水深度及時加水。

3.3 含水率檢測

在水溝儲水初期，根據礫質土料含水率檢測相關規范，在壩址左岸土料場場內適當位置，取料進行含水率檢測，確定補水之前的含水率[4]。水溝儲水開始下滲后，再在上次取樣相應位置取樣，測定其含水率。通過比較含水率的變化，檢驗補水效果，校核補水時間。

4 結 語

在研究壩體填筑礫質土料特性及天然含水率的基礎上，結合工程建設實際和經驗，通過計算補水量，根據土料自然狀態下的平均滲透系數，開挖滲水方溝，加水自然滲透，土料裝車之前進行混合摻拌裝車。合理的壩體填筑礫質土料補水，較好地解決了天然土料含水率不穩定的問題，并及時進行含水率檢測評估，確保了礫質土料上壩填筑質量要求，為今后類似心墻堆石壩礫質土料防滲體填筑施工積累了經驗。