水電站堆石壩基礎(chǔ)處理與堆石料填筑施工

劉濤

（中國(guó)水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都611130）

1 引言

在水電站工程建設(shè)中，大壩是最為核心的構(gòu)筑物，它能夠抬高河流水位，形成調(diào)節(jié)水庫(kù)，是實(shí)現(xiàn)防洪抗旱、水力發(fā)電、河流運(yùn)輸?shù)裙δ艿闹匾A(chǔ)設(shè)施。在水電站大壩建設(shè)中，壩體形式多種多樣，堆石壩能很好地適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，并且可以采用工程項(xiàng)目當(dāng)?shù)氐奶烊皇线M(jìn)行施工，不僅可以降低成本，還能減少對(duì)周邊自然生態(tài)環(huán)境的影響，因此，得到了廣泛的應(yīng)用。

2 工程概況

某水電站在具備水力發(fā)電功能的同時(shí)，還擔(dān)負(fù)著農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)供水以及防洪抗旱的責(zé)任，設(shè)計(jì)庫(kù)容為10 233 500 m3。水電站大壩分為3 個(gè)不同的區(qū)段，分別是重力壩、泄洪壩以及混凝土面板堆石壩，其中，混凝土面板堆石壩的壩頂高程為26.9 m，全長(zhǎng)280.5 m，上下游的坡比均為1∶1.4。堆石壩中，石料的來(lái)源是水電站主體建筑施工時(shí)開(kāi)挖的石料以及上游采石場(chǎng)開(kāi)采出的石料，最大粒徑800 mm，孔隙率為22%，填筑量為164 000 m3；墊層料則選擇了上游的河砂以及附近砂廠篩分后的砂卵石，最大粒徑為80 mm，相對(duì)密度為0.75。為了保證填筑效果，在堆石料和墊層料之間設(shè)置變質(zhì)灰綠巖作為過(guò)渡料，最大粒徑300 mm，孔隙率不超過(guò)20%。

3 堆石壩基礎(chǔ)處理

基礎(chǔ)處理關(guān)系著堆石壩整體的施工質(zhì)量和穩(wěn)定性，需要引起施工人員的高度重視，在充分考慮水電站堆石壩施工區(qū)域水文地質(zhì)條件的情況下，采取有效的處理措施，保證基礎(chǔ)處理的效果。在本工程的基礎(chǔ)開(kāi)挖環(huán)節(jié)，考慮到趾板區(qū)域的巖層為弱風(fēng)化巖層，河道右岸巖體破碎，為了保證施工效果，趾板基礎(chǔ)的開(kāi)挖應(yīng)盡可能保持平順，避免出現(xiàn)陡坡或者反坡的情況。開(kāi)挖過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)有局部陡坎或者凹坑，需要采取有效措施進(jìn)行處理，如削坡、混凝土補(bǔ)填等[1]。在趾板下游約6 m范圍內(nèi)，通過(guò)掛網(wǎng)噴混凝土的方式進(jìn)行保護(hù)，挖出的覆蓋層土石料經(jīng)過(guò)振動(dòng)、碾壓、篩分處理后，可用于填筑作業(yè)。

堆石壩基礎(chǔ)處理過(guò)程中，應(yīng)對(duì)存在缺陷的基礎(chǔ)進(jìn)行處理，如斷層、軟弱夾層等。

1）對(duì)趾板基礎(chǔ)的處理。本工程地質(zhì)勘察結(jié)果顯示，趾板區(qū)域存在斷層和裂隙，可以通過(guò)挖深后，利用混凝土進(jìn)行填塞。從實(shí)際操作的角度看，可以在地基基礎(chǔ)表面開(kāi)挖2 倍寬度的基坑，然后對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行沖洗，使用C20 混凝土進(jìn)行回填作業(yè)，將邊坡比控制在1∶1。針對(duì)存在松散軟巖的區(qū)域，應(yīng)將填充物清除，同樣是沖洗干凈之后，使用C20 混凝土回填。為了保證趾板基礎(chǔ)巖體的完整性，需要在其下方對(duì)巖基進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，灌漿孔的間距設(shè)置為4 m。

2）巖坡基礎(chǔ)的處理。考慮該工程中河流右岸的岸坡巖體屬于強(qiáng)風(fēng)化巖[2]，破碎嚴(yán)重，需將坡面與坡腳堆積物清除，然后澆筑混凝土形成貼面擋墻，通過(guò)灌漿加固的方式來(lái)對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理。

3）堆石區(qū)基礎(chǔ)的處理。工程中堆石區(qū)基礎(chǔ)的相對(duì)高程在5.5～7.5 m，基礎(chǔ)表面是砂卵石，在完成基礎(chǔ)開(kāi)挖后，應(yīng)使用14 t 振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)碾壓8 遍。一些土質(zhì)比較松軟的區(qū)域，需要使用過(guò)渡料進(jìn)行換填，再進(jìn)行振動(dòng)碾壓，直至其滿足設(shè)計(jì)要求。

4 堆石料填筑施工

在堆石壩施工中，堆石料的填筑同樣非常重要。為了保證填筑效果，施工前需要針對(duì)不同類型的填筑料進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，試驗(yàn)對(duì)象包括堆石料、墊層料和過(guò)渡料。通過(guò)試驗(yàn)，可以對(duì)虛鋪厚度、灑水量以及碾壓遍數(shù)進(jìn)行確定。

4.1 碾壓試驗(yàn)

4.1.1 堆石料的碾壓試驗(yàn)

工程中使用的堆石料來(lái)自基礎(chǔ)開(kāi)挖石料和上游的石料廠，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的碾壓試驗(yàn)，確保堆石料的干密度、孔隙率以及顆粒級(jí)配等都能很好地滿足工程的設(shè)計(jì)施工要求，石料最大粒徑為740 mm，不超過(guò)800 mm，小于25 mm 的碎石含量不超過(guò)40%，小于5 mm 的碎屑含量不超過(guò)20%，抗剪強(qiáng)度高、壓縮性低，而且透水性良好，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及室內(nèi)試驗(yàn)，最終確定堆石料的壓實(shí)厚度為800 mm，需要反復(fù)碾壓8 遍[3]。

4.1.2 墊層料的碾壓試驗(yàn)

墊層料由上游河砂、附近砂廠篩分后的砂卵石以及經(jīng)過(guò)人工軋制的碎石摻配而成，含砂量控制在30%～40%，含泥量不超過(guò)5%，顆粒級(jí)配能夠很好地滿足設(shè)計(jì)與施工要求。經(jīng)碾壓試驗(yàn)后，確定墊層料的壓實(shí)厚度為400 mm，碾壓遍數(shù)為6 遍，在數(shù)值固定后，干密度為2.35 g/cm3，在碾壓過(guò)程中不需要灑水。

4.1.3 過(guò)渡料的碾壓試驗(yàn)

過(guò)渡料主要是左側(cè)壩肩開(kāi)挖得到的變質(zhì)灰綠巖，要能夠滿足設(shè)計(jì)級(jí)配要求。經(jīng)碾壓試驗(yàn)確定，過(guò)渡料的壓實(shí)厚度為400 mm，碾壓遍數(shù)為8 遍，干密度的最終值在2.20 g/cm3以上，滲透系數(shù)可以很好地滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 填筑施工

在堆石料進(jìn)行填筑施工的過(guò)程中，需要注意幾個(gè)比較重要的內(nèi)容。

4.2.1 擠壓式混凝土邊墻固坡

常規(guī)堆石壩施工中，上游墊層區(qū)域一般都是通過(guò)坡面超填的方式使墊層料超填約30～40 cm，達(dá)到預(yù)定高度后進(jìn)行削坡，使用斜坡碾進(jìn)行反復(fù)碾壓，然后經(jīng)過(guò)削坡整理、噴砂漿固坡等環(huán)節(jié)，完成邊坡處理工作[4]。這種方法在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法很好地保證墊層區(qū)斜坡面的密實(shí)度，而且存在墊層料超填量以及人工削坡處理工作量偏大的問(wèn)題，也無(wú)法有效抵御雨水的沖刷。為了切實(shí)保證墊層區(qū)域的壓實(shí)質(zhì)量，并且在減少工程量的同時(shí)提高施工效率，結(jié)合該工程的實(shí)際情況，在墊層區(qū)上游設(shè)置了擠壓式混凝土邊墻，在每一層填料填筑之前，沿設(shè)計(jì)斷面使用擠壓邊墻機(jī)進(jìn)行施工，得到連續(xù)混凝土墻，墻體高度和墊層區(qū)域每一層的填筑高度均為400 mm，墻體頂部寬度為100 mm，上游坡與混凝土面板內(nèi)側(cè)坡比為8∶1，能夠?yàn)閴|層料的碾壓提供方便。

4.2.2 物料填筑施工

1）墊層料的填筑。擠壓邊墻施工完成后，使用10 t 自卸汽車配合倒退法進(jìn)行墊層料的填筑，鋪料厚度為450 mm，使用14 t 振動(dòng)碾碾壓6 遍，在混凝土擠壓邊墻和坡腳位置，使用電夯夯實(shí)。

2）過(guò)渡料和堆石料的填筑。使用14t 自卸汽車卸料，TY220推土機(jī)整平，YZ18 振動(dòng)碾碾壓8 遍。堆石料填筑和壓實(shí)的厚度依照800 mm 進(jìn)行控制，過(guò)渡料填筑分層厚度為400 mm[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

水電站堆石壩是一種特殊的土石壩，可以實(shí)現(xiàn)就地取材，不僅施工速度快，而且能夠有效降低物料的采購(gòu)和運(yùn)輸成本，保證工程的施工質(zhì)量和施工效果，具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。從施工技術(shù)人員的角度，在對(duì)水電站堆石壩進(jìn)行施工的過(guò)程中，應(yīng)切實(shí)做好基礎(chǔ)處理和填筑施工的質(zhì)量控制，以保證堆石壩施工的效果。