苏家河口水电站混凝土面板堆石坝坝体填筑质量管理综述.pdf

水利水电技术第4 2卷2 O 1 1年第 5期 苏家河口水电站混凝土面板堆石坝坝体 填筑质量管理综述 刘 攀，唐芬芬 ( 中国人民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 关键词：苏家河 口水电站 ；面板堆石坝；填筑施 工；质量控制；施工参数 ；质量评价 中图分类号 ：T V 5 4 4 ( 2 7 1 ) 文献标识码 ：B 文章 编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 5 9 0 4 1 概述 苏家河口水电站大坝为混凝土面板堆石坝 ，最大 坝高 1 3 0 m，坝顶长度 4 4 3 9 1 7 m，坝顶宽度 1 0 0 0 m， 坝顶设高为4 2 m的钢筋混凝土防浪墙 ，坝体上游坡 为 I ： I 4，下游综合坝坡为 1 ： 1 7 1 2 。下游面设 马道 及坝后公路 ，道路问坝坡设干砌石护坡。 坝体由特殊垫层料( B) 、垫层料 (A) 、过渡 料( A ) 、主堆石料 ( I H B) 、次堆石料( c) 、反滤 料、下游坡面干砌块石 以及上游粉煤灰或粉细砂 (I A) 铺 盖 和 盖 重 碴 料 (I B) 等 组 成 ，填 筑 总量 为 6 5 1 0 4万 m ，最大横 断面底 宽约 4 1 5 m。大 坝坝料 及料源详见表 1 。 表 1大 坝坝料及 料源 分区 料物 料源 最大粒径 m m 铺层厚度 m I A 无粘性填料 粉煤灰或粉细砂 O 3 I B 任 意料 弃碴 O 6 A 垫层料 人工扎制 小于 8 O 0 4 II B 特 殊 垫 层 料 小 于 4 0 0 2 A 过渡料 小江平坝石料场 3 0 0 O 4 B 主堆石料 小江平坝石料场 8 0 o O 8 C 次堆石料 小江平坝 石料场 8 o o O 8 块石料 小 江平坝石料场 2 0 o 0 2 5 反滤料 I 人工扎制 2 O 0 4 反滤料 人工扎制 小于 1 0 0 0 4 苏家河 口大坝施工质量管理实行以“ 单元_ = 程 为 基础，工序控制为手段” 的标准化 、程序化管理。大 坝填筑质量实行 以施工参数和干密度检测 “ 双控 ” 制 ， 以施工过程料源质量、铺筑厚度 、洒水量 、碾压遍数 控制为主。干密度检测的控制是以挖坑干密度检测值 W a t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo I 4 2 No 5 不小于规定值 的 0 9 8视为合格 ，坝料压实干密度检 测方法以挖坑灌水法为主。 2 料源质量控制 对混凝土面板堆石坝各区的填筑料质量设计和规 范均有严格的要求 ，在料场进行严格的控制 ，将不合 格料拒之于坝体填筑 区之外 ，是保证大坝填筑施工质 量 、加快施 工进 度 的有力 措施 。 ( 1 ) 垫层料及小区料 ：垫层料及小区料来源于下 游左岸砂石系统 ，为小江平坝料场花岗岩石料加工产 品，最大粒径 8 0 mm，D 5 i T l m含量为 3 0 5 0 ， D 0 0 7 5 m i l l 含量 为 4 8 。 ( 2 ) 过渡料：过渡料在石料场采用微差挤压爆破 制备 ，最 大粒 径 3 0 c m，D5 IT l m 含 量 为 2 0 3 0 ，D 0 0 7 5 m m 含量 为 5 。 ( 3 ) 主堆石料 ：主堆石料由采石场爆破开采 ， 最 大粒 径 8 0 c m，D 5 rai n含量 为 5 2 0 ，D 0 0 7 5 m n q 含 量为 5 。 ( 4 ) 次堆石料 ：次堆石料 由采石场爆破开采 ，最 大 粒径 1 0 0 c m。 ( 5 ) 堆 石排水 料 ：堆石 排水料 南采 石场爆破 开 采 ， 最大粒径 1 0 0 c m。 料场在覆盖层剥离后 ，需经业主、监理 、设计 、 施工 四方现场认定废弃料与上坝料 的分界线 ，采用由 爆破试验确定的爆破参数进行开挖 ，各料场 的料源均 需经监理检查认可后方可上坝。 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 3 0 9 作者简介 ：刘攀 ，男 ，工程师 ，武警水 电三支 队总经济师 。 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘攀， 等苏家河口水电站混凝土面板堆石坝坝体填筑质量管理综述 3 本工程填筑施工特点 ( 1 ) 坝体填筑量大、工期紧 、施工强度高。本工 程坝体填筑共有 6 5 1 0 4万 m ( 含坝后干砌石 、盖重 料) ，平均 强度约 3 1 3 8万 1 T I 月 ，高峰超过 4 0万 m 月。同时筑坝技术要求高 、质量标 准严 。因此施 工中必须做 到高标准 、严要求 、精 心组织、精心施 工 ，确保各期施工任务的完成。 ( 2 ) 施工区地质岩性单一 ，均为喜山期侵入 的花 岗岩( 。 ) ，呈岩株状产 出，坝体填筑料 中既有特坚 硬岩 ，又有强度较低的强风化岩。为达到坝体填筑技 术指标 ，我们通过现场生产试验选择合理的爆破方法 及钻爆参数开采出级配优 良填筑料 ，确定合理碾压参 数和施工工艺 ，以满足填筑碾压后 的坝体 达到高密 度 、低孔隙率设计要求。 4 坝体填筑质量控制要点 大坝填筑质量是大坝安全运行的关键和核心，应 抓住 以下各个施 工环节 ，才能确保填筑质量达到设计 要求。 ( 1 ) 石料开采应符合设计包络线要求 ，有 良好的 级配，碾压后的干密度才会有保障。 ( 2 ) 含泥量超标 、或 夹杂有 害物 的石料严 禁上 坝 ，在填筑期间或填筑后受污染 以及泥 团和其他不 合格的坝料 置配 专 门人 员和 机具进 行 全部 清 除处 理 。 ( 3 ) 超径石应在采石 场放解炮处理 ，不 准上坝 ， 对极个别已运至坝面的超径石宜采用机械方法分解 ， 不允许在坝面解炮处理。 ( 4 ) 铺料层 厚决不允许 超过设计规 定及规范 要 求 ，层厚是直接影响碾压质量的最关键环节。 ( 5 ) 振动碾的吨位 、激振力应达到或超过设计要 求，行进速度必须控制在 1 5 2 0 k m h以内，碾压 方向应顺坝轴线 ，岸坡可沿坡脚碾压 ，碾压遍数应以 压痕为准 ，不得少于设计要求遍数 。 ( 6 ) 填筑过程中要层层放线以确保料物的设计厚 度 ，特别是垫层料和过渡料 。 ( 7 ) 粗细料交错填筑时 ，只允许细料侵 占粗料部 位 ，不允许粗料侵 占细料。由粗粒料到细粒料的界面 上 ，因卸料造成的大粒径堆集 ，应及时清除。 ( 8 ) 分区填筑时 ，坝体上部 2 5 I T I 范 围内，各区 坝料应基本平起填筑 ，其下顺水 流向高差不允许 超 过 4 0 m，顺坝轴线方 向范围一般不允许 高差 ，且先 填块应按每上升 5 m左 右预 留台阶，台阶宽度不小 6 0 于 3 m。 ( 9 ) 先后块 间的界面要加强处理 ，先填块台阶间 边坡上松散石料 23 m厚应扒至后填块分散。逐层 碾压时，界面处要增加碾压遍数 3 4遍。 ( 1 0 ) 周边料 的碾压应采用小 型振动碾 ，振动碾 的性能参数应不低于 ：质量 9 4 k N；激震力 1 3 k N； 面积 1 4 1T I X 1 0 m，与趾板或面板相邻 区域采用的 设备和方法应不破坏混凝土结构。 ( 1 1 ) 石料上 坝前在 坝外加水充分湿润 ，上坝平 料后还需补充加水到设计要求 。 大坝填筑过程中，在监理工程师指导下，认真作 好上述各施工环节 ，大坝的填筑质量就会有保障，使 其沉降变形小 ，面板不易开裂 ，防渗系统就有保障。 5 坝体填筑施工质量控制 5 1 大坝各区填筑和质量控制程序 大坝基础最 大底 宽 4 1 5 i n ，坝轴线上游要求 全 部开挖至基岩 ，其上设置垫层料填筑 区，该垫层料 在趾板后与小区料和坝体填筑垫 层料相接 ，其厚度 为 2 m。其余部分清除河床天然砂砾 ( 卵) 石覆盖层 ， 再填筑厚 1 1T I 反滤料找平按要求碾压 。坝体小区料填 筑 ，采用人工铺料 ，整平 ，洒水，用 1 t 平板振动碾 碾压 ，每 2层验收一次。垫层 区水平宽 4 i n ，过渡层 区水平最宽 1 0 m，由下往上递减 ，其后为堆石 区填 筑 。填筑顺序为： 根据面板堆石坝堆石填筑体逐级反 滤的设计原则 ，在对坝体上游 5 0 IT I 范围进行填筑时 ， 先将主堆区上游边线上粒径超过 3 0 c m块石挖走 ，再 进行过渡料的铺填 ，上游面的挤压边墙应先形成 ，并 有 1 h以上的养护强度 ，把过渡料上游坡面所有大于 8 c m的已分离 的块石清除干净 ，再进行垫层料 的铺 填 ，将垫层料上粒径超过 4 c m的石头清走后 ，再进 行特别垫层料的铺填 。垫层料 的碾压必须在同层挤压 边墙混凝土施工完成 4 h以后进行 ，按规定先洒水 ， 然后采用小型振动碾碾压试验确定的遍数，振动碾距 上游挤压边墙的距离控制在 2 0 c m左右 ，再采用 2 5 t 自行式大振动碾距挤压边墙 8 0 o m左右进行碾压，碾 压方向均顺坝轴线方 向行驶 ，按碾压试验确定的洒水 量 、遍数、层厚及行走速度进行。填筑层压实后 ，经 监理工程师验收 ，再铺下一层料。 5 2坝体各区及岸坡结合部的处理 坝体填筑各分 区及 结合部是坝体填筑 的薄弱环 节 ，对此类部位填筑控制的原则是 ： ( 1 ) 细料可占压粗料填筑部分。如垫层料可占压 过渡区，过渡料可 占压主堆石区。 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 不同料 区结合部不允许 出现块石集 中现象。 在垫层料与过渡料结合部清除大于 1 0 c m的块石 ，对 填料有分离 、级配不好的部位 ，一定要清除或返工处 理 ；对过渡区与堆石区结合部的超径石 ，采用反铲挖 除 。 ( 3 ) 台阶结合部分挖平 ，填筑后加强碾压。由于 施_ 时间及施工需要等因素 ，导致填筑区高差较大而 形成 的梯 田式台阶问题 ，施工时预 留不小于 3 m宽的 台阶。当填筑到台阶处 时，挖 台阶宽度不少于 2 m， 填筑后加强结合部的碾压。 ( 4 ) 岸坡结合部不允许块石集 中。主堆石区填筑 单元开仓后 ，首先用过渡料沿两岸岸坡倒一宽约 2 3 m的条带 ，再填中间的部份 ，这样可最大限度地减 少与岸坡接合部填筑的架空现象。次堆石区填筑单元 开仓后 ，首先用主堆石料沿两岸岸坡倒一宽约 2 5 m 的条带 ，洒水 、碾压，再填中间的部份 ，这样可最大 限度地减少与岸坡接合部填筑的架空现象。 5 3填筑施工参数 坝体填筑前 ，进行了碾压试验，确定的大坝填筑 施工参数见表 2 。 表 2 坝料填筑 的技术 参数 筑坝材料分区 A A B C 获料方式 人工料 爆破试验料 爆破试验料 爆破试 验料 最大压实层厚或铺料 4 0 0 4 0 0 8 0 0 8 0 0 厚度 m m 洒水量 l 0 1 O 2 0 1 O 最少碾压遍数( 初定 ) 6 8 8 8 最大粒径 m m 8 O 3 0 0 8 0 0 l o o o 含泥量 5 干密度 g o l n 2 1 9 2 1 4 2 1 8 2 1 5 孔隙率 1 9 2 1 2 3 2 2 11 0一 1 1 0 - 。 渗透系数 e m s 3 1 O 3 1 O 1 0 4 1 0 5 4施 工参数 的控 制 坝体填筑施 工参 数的控制 主要 是铺 料厚度 、洒 水、碾压遍数等 ，监理T程师采用旁站监理的控制方 法 ，对坝体填筑进行全程控制。 5 4 1 铺料 厚度 为 了使坝体均匀协调填筑升 高 ，做 到填筑两层 垫层料压实后等于一层堆石料 的压实厚度 ，并考虑 到机械铺料和人工铺料 、前进法 和后退法 卸料 以及 不同填料压实沉 陷量不 同的影响 ，垫层料铺料 厚度 为 4 0 c m，填筑两层后与上游堆石区填筑一层 压实后 的厚度相当。上游主堆石区要求铺料 厚度为 8 0 c m， 实际铺料厚度为 8 0 8 5 c m，填筑区的铺料厚度按要 水利水 电技术第 4 2卷2 0 1 1年第 5期 刘攀， 等苏家河口水电站混凝土面板堆石坝坝体填筑质量管理综述 求进行 。铺料层厚的控制采用测量 、放样和标尺检查 的方法进行 。垫层料填筑碾压后经挖坑检测 ，干密度 值全部合格 ，说 明其铺料厚度便于施丁 ，也达到质量 要求。 5 4 2碾 压 遍 数 除小区料采用平板振动碾碾压外 ，其余填筑区均 采用 2 02 5 t 振动碾进行碾压 ，碾压遍数 为 81 0 遍 ，按振动碾错距 2 03 0 c m进行碾压遍数控制 。 5 4 3上坝料 的洒水 ( 1 ) 洒水方案。采用坝外 、坝 内洒水相结合 的方 式。坝外洒水 ：采用加水站集 中加水。为防止或减 少料物在运输过程中含水量的损失 ，加水站应尽量设 置在靠近大坝的地方 ，并选择运输道路交汇点设置 ， 以减少加水站数量 。 坝内补充洒水 ：坝内洒水管采 用 D g 5 0胶皮软管 ，软管与 D g l O 0支管相连 ，支管与 两岸 D g 2 0 0主供水管相接。人工操作洒水。 ( 2 ) 洒水 的质量控 制。 为使 车上料 物洒水 均 匀 ，集中加水站采用花管空 中加水 ，加水时间通过试 验确定 ；加水站安装水量计量表 ，按照试验确定的 数值人工控制 ；加水站设专人负责操作加水 ，并监 控上坝车辆 ，不加水不得通行 ；坝面上的加水设专 人专职负责 ，严格 控制 加水的时机 ( 卸料 、平料时 ) 和加水时间 、加水量。 5 4 4千 密度检 测 干密度采用试坑注水法检测 ，各填筑区检测采用 的钢环直径为 ：上 、下游堆石 区 2 5 1 T I ；垫层 区、小 区 0 5 m；过渡 区 1 5 m。坝料填筑检验项 目及次数 按设计要求进行 ，挖坑检测点由监理人员现场随机指 定 。 5 5混凝 土挤 压边 墙 5 ， 5 1 混凝 土挤 压 边墙 的特 点 ( 1 ) 采用垫层料的水平碾压取代了传统工艺的垫 层料斜坡碾压 ，提高了上游坡面垫层料的压实度 ，保 证_丁程质量。( 2 ) 能及时提供一个抵御 冲刷的上游坡 面，从而使得导流、度汛能力大提高。同时在施T过 程中可防止雨水对上游坡面的冲蚀。( 3 ) 边墙有一定 的抗压强度 ，对垫层料有侧限作用 ，提高了碾压设备 的施工安全性。( 4 ) 取代 了传统_ I = 艺需要的坡面平整 和斜坡碾压 ，大为减少人工修整作业 ，加快 了施工进 度。( 5 ) 边墙可提供一个规则 、平整 的坡面，加之工 序简化 ，有利于施工管理 。 5 5 2混凝 土挤压 边墙 的施 工 边墙混凝土应在混凝土系统统一拌制 ，并按配合 比试验确定 的掺量掺加减水剂 。拌制好的 昆凝土 自卸 6 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘攀， 等苏家河口水电站混凝土面板堆石坝坝体填筑质量管理综述 车运至施工作业面。边墙在每一层垫层料填筑之前施 工 ，其施工工艺流程如下 ：作业 面平整 一 测量放样 一 边墙混凝土施工一 垫层料摊铺一 垫层料碾压一 验 收合格后进入下一层施工。 ( 1 ) 混凝土挤压边墙施工场地平整 。垫层料摊铺 碾压完成后 ，采用人工整修边墙施工作业层面 ，经测 量放样检查后方可进行边墙施工 ，以保障挤压边墙成 型平整、直顺。其 场地平整 工作主要有 ： 检查 垫 层料碾压后填筑层与边墙混凝土顶面 的高差 ，使 两 者尽可能在 同一平面上 ，如果 存在高差 ，则用人工 整平 ，以使混凝土边墙挤压施 工时边墙机能 够保持 水平移动。在大坝垫层料填 筑施 工时 ，因垫层料 碾压 、机动 车辆 行驶 等 造成 碾压 表 面毁 坏或 不平 整 ，混凝 土边墙挤 压施 工前 ，必须将挤压机行走轨 迹范围内垫层区整平 ，以免影 响边墙挤压施工质量 和边墙成型精度。 ( 2 ) 边墙挤压机就位与定向。混凝土边墙挤压施 工完毕 ，将进行下一层次的混凝土边墙挤压作业，采 用汽车吊将边墙挤压机直接 吊运至施工起点位置。边 墙挤压机起点就位与定 向对于整层混凝土边墙挤压施 工质量和精度有重要作用 ，施工前需要检查 以下几 点：保证机身处于水平状态。利用水准尺对挤压机 进行机身调节 。将水准尺置于料斗平台上，对其进行 垂直方 向和平行机身方 向的水平调节。挤压机高度 控制。每层混凝土挤压边墙体的设计高度为 0 4 m， 施工时混凝土边墙体高度由调节边墙机轮后轮高差决 定 ，因此施工前须对其进行高度校核。另外 ，为避免 混凝土边墙挤压成型后其坡角出现松动现象 ，应将挤 压机外坡刀片贴近下一层边墙坡顶，这同时也能满足 混凝 土边墙施 工的要求。混凝 土边墙变形 位移预 留。混凝土边墙挤压成型后 ，将对其进行相应垫层 区 料填筑和碾压。由于碾压后混凝土边墙体将会沿垂直 坝轴方 向向上游移动 ，为保证整个混凝土边墙体面部 分的平整度达到要求 ，每层混凝土边墙挤压施工时须 向内预留2 e m左右 ，以抵消 由于垫层料填筑碾压引 起的混凝土边墙体变形位移，施工时根据生产性试验 成果和实测位移情况确定预留值 。挤压机的行走方 向。混凝土边墙挤压施工时 ，须有专人控制挤压机行 驶方向 ，根据测量边线 ，控制挤压机行走方向，水平 行走偏差控制在 ( 23 ) e m。以保证边墙混凝 土挤 压成型后其直线度能达到设计要求。为了方便和准确 控制挤压边墙的施工精度 ，须预先在边墙挤压施工场 地上进行测量放线 ，并用白线标示以便于挤压机行走 方向的控制 ，施工速度控制不超过 4 0 5 0 m h 。 挤压边墙的起止段处理 。挤压边墙的起止段采用人工 立模施工 ，采用同种混凝土薄层人工夯实，混凝土掺 人速凝剂 ，铺料厚度 1 0 c m，分层采用夯击实。 ( 3 ) 挤压边墙混凝土施工配合 比。挤压边墙混凝 土施工 配合 比为：水灰 比 1 31 3 5 ，水 泥 7 0 k g ， 垫层料 2 1 5 0 k g 和其他外加剂 。 ( 4 ) 混凝土挤压边墙施工质量控制及标准。在挤 压边墙施工过程 中应按监理人 的指示进行混凝土的强 度、渗透系数及弹性模量的监测：每 1 0 0 m 组取样进 行强度检测 ，离差系数 c ， 不大于0 2 ；每4 O O m 组取 样进行渗透检测 ；每层取一组试样进行弹性模量检测。 垫层料的铺料宜在混凝土边墙挤压作业完毕 1 h后进 行 ，碾压施工宜在 4 h后进行碾压作业施工 ，碾压作 业严格按生产性试验确定的工艺进行。 6 对几个问题的认识 ( 1 ) 施工控制标准 。据现行混凝土面板堆石坝设 计规范中的有关要求 ，坝体填筑施工质量实行碾压参 数与干密度( 孔隙率) 作为施工控制标准 ，即“ 双控” 。 它的问题在于 ：一是现行 土工试验规程尚无堆石 区干密度检测的具体规定 ；其次干密度检测受检测工 程量影响 ，经常出现填筑两层或多层才作一次 ，此时 若干密度检测不合格则难以处理；其三 ，碾压参数控 制得 当，足以保证填筑质量。另外 ，干密度检测费工 费时。因此 ，笔者认为 ，“ 双控” 提高 了干密度检测 质量标准 ，存在不合理之处 ，且费工费时，应仍 以现 行施工规范要求 ，以碾压参数为主，挖坑取样为辅进 行质量控制 ；另外有条件可采用卫星定位 G P S对碾 压遍数全程控制 ，如糯扎渡大坝。 ( 2 ) 采用错距法碾压 ，可 以保证坝体填筑压实质 量 ，但必须控制振动碾的行走速度和油门开度 。这需 要事先向振动碾操作手作好技术交底 ，还需要进行工 前检查和工中抽查 ，并需有完善的质量奖惩制度。采 用一次压实法易计算 ，G P S上可用颜色表示 ，不合格 可找出部位重碾。 ( 3 ) 周边缝周围的特别垫层料应先填筑两层，分 别用振动平板压实后 ，再填垫层料 ，这样可避免垫层 料侵占特别垫层料 ，并可保证接合部位的碾压质量。 ( 4 ) 填筑分期。在有可能的情况下 ，尽量采用全 断面填 筑 。 ( 5 ) 上游挤压边墙混凝土边线控制是关键 ，应 留 有适度的沉降量 ，以减少浇筑面板时出现亏坡或者赢 坡 ，从而减少坡面处理工作量和费用 。 ( 责任编辑聂建平) 水利水电技术第4 2 卷2 0 1 1年第 5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m