纳子峡水电站混凝土面板砂砾料堆石坝填筑质量控制.pdf

金永 才 纳子峡 水 电站混凝土面板砂砾 料堆石坝填筑质量控制 文章编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 O o 4 6 0 4 纳 子 峡 水电 站 混 凝 土 面 板 砂 砾 料 堆 石 坝 填 筑 质 量 控 制 金永才 ( 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院有限公司， 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 纳子峡水电站工程大坝坝型为混凝土面板砂砾石坝， 目前大坝填筑已完工。施工过程中建立和实施了有 效的质量监督机制 ， 主坝砂砾料通过覆盖层开挖、 采料、 卸料、 摊铺 、 洒水、 碾压、 干密度测定等质量控制 ， 使得大坝 填筑碾压质量全面满足设计要求。 关键词： 高海拔地区； 砂砾料； 堆石坝； 填筑； 质量控制 中图分类号： T V 6 4 1 4 3 ； T V 5 1 2 文献标识码： A Q u a l i t y C o n t r o l o f E mb a n k me n t F i l l i n g o f C o n c r e t e F a c e G r a v e l - fi U D a m ， N a z i x i a Hy d r o p o we r P r o j e c t J I N Y o n g - c a i ( H Y D R O C H I N A X i b e i E n g i n e e ri n g C o r p o r a t i o n ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： N a z i x i a H y d r o p o w e r P r e c t i s w i t h a c o n c r e t e f a c e g r a v e l - fi l l d a mC u r r e n t l y ， t h e e mb a n k m e n t f i l l i n g i s f u l f i l l e d D u r i n g t h e e mb a n k me n t fil l i n g， t h e e f f e c t i v e q u a J i t y s u p e r v i s i o n s y s t e m i s e s t a b l i s h e d a n d i mp l e me n t e d T h r o u g h t h e q u a l i t y c o n t r o l o f o v e r b u r d e n e x c a v a t i o n，ma t e ria l s e l e c t i o n ，u n l o a d i n g ，s p r e a d i n g ， wa t e r s p r a y i n g ，r o l l e r c o mp a c t i o n， a n d me a s u r e me n t o f d r y i n t e n s i t y o f t h e gra v e l ma t e ri a l s f o r t h e ma i n e mb a n k me n t ，q u a l i t y o f t h e rol l e r c o mp a c t i o n o f t h e e mb a n k me n t fi l l i n g s a t i s f y t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s Ke y wo r d s ： h i g h e l e v a t i o n r e g i o n；gra v e l ；r o c k fi l l d a m；f i l l i n g；q u a l i t y c o n t r o l 1 工程概述 纳子峡水电站位于大通河上游的青海省祁连县 多隆乡纳子峡出口附近， 电站装机容量 8 7 M W， 水 库正常蓄水位 3 2 0 1 5 m， 总库容 7 3 3亿 1 1 1 ， 本工 程规模属 等大( 2 ) 型， 大坝级别为 1级 ， 其他主要 建筑物溢洪道 、 放空泄洪排沙洞、 发 电引水隧洞、 高 压管道 、 厂房等为 2级。 大坝坝 型为混 凝土 面板砂 砾 石坝 ， 最 大坝 高 1 1 7 6 n l ， 坝顶长度 4 0 8 3 m， 河床水平趾板建基面 高程为 3 0 8 7 0 0 i l l ， 坝顶高程为 3 2 0 4 6 m， 坝顶宽 度 1 0 m， 坝体总设计填筑方量 5 0 7 0万 I 13 。 2 0 1 1年 9月份完成了大坝填筑碾压试验 ， 开始进行河床底 部坝体填筑 ， 由于坝前防渗墙施工滞后 ， 河床底部施 工作业面干扰 ， 填筑量不 大 ， 2 0 1 2年 4月形成 了填 筑规模， 截止 2 0 1 2年 1 1月 1 1日止， 已累计完成 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 1 2 6 作者简介 ： 金永才 ( 1 9 6 3 一)， 男， 甘肃 省永靖 县人 ， 工程 师， 从事 水利水电工程监理工作 4 9 4 0万 113 ， 平均月强度约 3 4 5万 113 ， 其 中月最大 填筑量达 7 5万 i n ， 日最大填筑量达 3 6万 11 3 。混 凝土面板 自2 0 1 3年 5月 9日开始施工 ， 至 8月 1 4 日完成 。截止到 2 0 1 3年 9月 3 0日， 表面止水 3 1 3 5 113以下全部施工完成 ， 并开始进行壤土铺盖的施工。 大坝典型断面见图 1所示 。 2 面板堆石坝填筑 2 1 填 坝材 料来 源 根据工程填筑用料要求及建设单位征地范 围， 大坝砂砾料来 自C 1 料场。在 c l料场布置 2 7个探 坑对料源颗粒级配等物理性质进行复查， 了解料场 料源的含泥量、 最大粒径、 淤泥、 细沙夹层 、 胶结层、 覆盖层厚度 、 水上水下可开采厚度 、 储量 、 天然 干密 度等 ， 判定料源砂砾料质量状况及分部情况 。C 1料 场砂砾料颗粒级配基本处 于 3 B 1 、 3 B 2料设计包络 线以内， 基本满足填筑料质量标准。 大坝 3 B 1 、 3 B 2料均从 C 1料场开采 ； 2 A、 2 B料 从 C l 料场开采后采用筛分方式 ， 无需专 门参配 ， 根 西 北水 电 2 0 1 4年 第 3期 4 7 据砂石料生产标段 的筛分料试验结果 ， 2 A、 2 B料满 足设计要求。 2 2生产 性试 验 坝体各种填筑料的碾压试验均结合填筑在现场 完成 ， 明确了 3 B I 、 3 B 2 、 排水棱体 、 排水料及垫层料 和特殊垫层料 的施工参数。其中特殊垫层料直接采 用垫层料的施工参数。挤压边墙通过试验确认 配合 比及施工参数 。 2 3 面板堆石坝垫层料、 特殊填层料填筑 垫层料 、 特殊填层料填筑区的垫层料严格按设 计 图纸中所示的范 围内铺填 ， 铺料应防止分离。垫 层料每层压实厚度为 4 0 e m， 特殊填层 料区每层 压 实厚度为 2 0 c m， 垫层料外包特殊填层料 3 m， 并严 格控制铺料的厚度 。垫层料 内不得 混有 黏土、 有机 物等污染杂质 ， 受到污染的填筑料应予清除。 2 4 面板堆石坝砂砾料( 3 B l 及 3 B 2 ) 填筑 主堆石料 3 B I及 3 B 2料直接开采上坝 ， 采用装 载机和反铲挖 装 ， 控制最大粒径 4 0 C m， 配 2 0 自卸 车运输上坝 ， 砂砾料内加水采用上坝公路加水点 、 坝 面水管和洒水车进行加水。卸料和铺料不允许颗粒 分离 ， 并形成水平面， 各层压 实厚度 8 0 C m。在与垫 层料结合面应避免大石集 中， 3 B 1上游侧粒径 大于 2 0 e m 的砂砾石应清 除移放 到下 游侧 ， 在清 除上述 所有大于 2 0 e m 的分离的石料前不得在其上铺垫层 料 。靠近垫层料 区的 3 B 1料采用后退法施工 ， 其他 部位采用进 占法铺料施工。严禁 3 B 1 料侵 占垫层料 和排水料。采用 X S 2 6 2振 动碾沿平行 于坝轴线方 向碾压 8遍。 2 5 面板堆石坝排水料 ( 3 填筑 排水体料采 用 C 1 料 场 的料 或堆存料填筑 ， 控 制最大粒径 4 0 e m， 级 配连续。水平排水 料对于两 侧边坡粒径大于 2 0 c m的集 中砂砾石应清除 ， 在碾 压试验合格后方可填筑两侧 3 B 2料 。竖向排水料宜 在 3 B 2料填筑并清除粒径大于 2 0 e m的集中砂砾料 后进行填筑。排水棱体上游侧分别与 3 B 1 、 水平排 水料 、 3 B 2接触 ， 凡先行填筑的砂砾料均应在接合面 清除粒径大于 2 0 c m 的集 中砂砾料 ， X S 2 6 2振动碾 沿平行于坝轴线方向碾压 6 8遍 。 2 6面板堆石坝岸坡部位填筑 岸坡部位填筑 3 B 1 、 3 B 2 、 排水料时 ， 铺料厚度为 4 0 0 m m， 宽度为 4 m， 需 清除大于 2 0 0 mm 的大石 。 在进行岸坡部位填筑时 ， 需按先粗后细的原则 ， 先行 填筑对应的非岸坡填筑料 ， 后填筑岸坡料 。靠近岸 坡大型施工机械无法碾压的局部部位需采用小型、 特殊 、 人工等方法进行压实作业 ， 并根据各与岸坡结 合部位 的地形情况减薄铺料厚度。 2 7面板堆石坝大块石护坡 下游护坡块石随坝体上升逐层填筑。靠近下游 坝坡部位超径 大石 的填筑施工 ， 由 C A T 3 3 0与人工 配合。石块从开挖料中拣选大块石， 块石的最大尺 寸不宜小于 4 0 0 m m。质地坚硬 的大块石运至每一 填筑层上 ， 沿着靠近下游坝坡的边缘堆成条带状 ， 用 S D 2 2推土机将其推至坝坡边缘 ， 由测量配合定位 ， 块石大面朝外 ， 用小石块楔紧。固定后护坡外缘与 设计坝坡线误差不超 过1 0 c m。各层的护坡 块石 和同层的堆石料采用交替铺筑的方法进行。 3 挤压墙施工质量控制 挤压墙混凝 土施 工选用挤压机 B W7 5 2作为 主要机械 ， 可满足外坡 比 1： 1 31： 1 5 5的施工 要求( 本工程上游坡比为 1： 1 5 5 ) 。 考虑坝面设计要求及挤压墙对坝料碾压的阻挡 作用 ， 挤压墙断面设计为梯形 ， 其底部不会形成空腔 进而对面板造成不利影响。坡 面可根据坝坡坡 比调 整， 顶部宽度限制在 1 2 e m以内， 过大的顶宽会降低 挤压墙适应变形 的能力。墙高采用 4 0 e m， 与碾压 后的垫层料厚度一致 ， 内侧坡 比设计为 8： 1以便垫 层料碾压 。 挤压边墙施工时， 在挤压机械设置 自流式装置 添加速凝剂 。低温季节施工时 ， 除添加防冻剂外 ， 沿 坡 面向下及 时覆盖带夹层的双层帆布进行保温 ， 随 着挤压边墙 的增高向上拉保温覆盖物。边墙成型 2 h后开始铺料 ， 之后采用 C A D 3 3 0反铲 S D 2 2堆土机 辅 以人工摊铺整平 ， 挤压墙附近及接缝处超径块石 需清除， 采用 X S 2 6 2振动碾沿平行于坝轴线方 向碾 压 6遍 ， 靠近边墙 1 m左右范围采用小型振动碾碾 压 8遍数 。面板施工前对挤压边墙形成 的坡面委托 测量中心进行复测， 根据测量结果 ， 坡面平整度基本 在设计允许偏差 以内。根据大坝面板钢筋设计图， 为保证钢筋保护层厚度满足设计要求 ， 在高程3 1 6 0 m以上的坡面平整度欠佳 的部位均进行凿除修平处 理。处理后的坡面按设计要求喷涂乳化沥青 ， 在面 板浇筑前进行喷涂作业 ， 根据进场材料情况 ， 共喷涂 2层 ， 按 2 6 k g m 控制 。 4 8 金 永才 纳子峡水 电站混凝土 面板砂砾料堆石坝填筑质量控制 4 单元工程及质量控制 根据设计坝料填筑分区和施工分期填筑边线确 定单元工程的平面划分 ： 按一个填筑层厚确定单元 工程 的立面划分 ， 各单元之间做鲜明的标志 ， 以避免 超压或漏压。 4 1 单元 工程 开工审批 单元工程 的开工需获得监理工程师的批准 ， 单 元工程开工获得审批 的条件 ： 坝基及岸坡的二次清理工作已经结束 ， 并通过 联检验收合格 ；上一单元工程或该单元工程的紧前 工序 已经完成 ， 并通过现场工程 师验收合格 ；施工 现场具备 开工作业必须 的准备条件 ，包 括机械设 备 、 必要的水电供应 。 4 2上坝料的质量控制 坝料质量问题主要有超径石 、 含泥量超标 、 大块 泥团、 岸坡清理时 由挖运设备附带在坝 面上 的弃碴 以及上坝料级配不满足设计要求等。对于已经进入 坝体填筑 区的坝料质量控制主要采用以下几种处理 方式 ： ( 1 ) 拦截不合格料的运输车， 指令将不合格料 运至弃碴场，同时通知装料人员停止装运不符合格 料 。 ( 2 )对 已卸在填筑 区的不合格料 ， 要求返工处 理 。对主堆石区出现的超径石含泥量超标 ，但能满 足次堆石区填料技术要求的坝料 ， 从主堆石区运至 次堆石 区。对于次堆石 区出现的超径石 ， 不合格料 运 出坝外弃碴场 。 ( 3 )边坡二次清理在坝面上的堆积物 ，受污染 料挖运出坝外。 4 3 厚 度控 制 各层铺料厚度按压实厚度加 1 0 控制 ， 在铺料 过程 中反铲及时处理大石集 中地方 ， 以利于控制铺 料厚度和仓面平整度。主要对测量不符合层厚要求 的单元不予验收 ， 并要求返工。对冬季负温下坝体 填筑视回填料的性质、 部位 、 气温等情况采用减薄铺 筑厚度 2 0 e m， 增加碾压遍数 2遍 。 4 4 碾 压质 量控 制 ( 1 )碾压存在 的质量问题 ： 碾压遍数不够 ， 边 坡 、 边角处碾压不到位 、 碾压机行车速度超过碾压试 验确定的指标 、 碾压机未进行有振碾压。 ( 2 )对碾压质量问题的判断：观察碾压轮距、 碾 压沉降痕迹、 碾压边角到位情况、 行车快慢监测等。 ( 3 )坝体碾压后密度检查采用 以碾压试验参数 控制 ， 试验坑内用灌水法或灌砂法检测。 4 5 筑体与岸坡结合部位 ( 1 )同一填筑层较粗一级填筑料不得侵 占相邻 较细一级填筑料断面。 ( 2 )督促施工单位先进 占岸坡边缘带的料 ，避 免在岸坡部位大块石集 中，影响岸坡边缘条带的填 料碾 压 。 ( 3 )在与岸坡接触部位的坝料。尽可能选用相 应较细的料靠岸坡条带铺填。 ( 4 )对于已在岸坡附近填有大块石 ，或有大块 石集 中的现象 ， 要求推散后再碾压。 5 填筑质量控制和填筑料质量检测 5 1 填筑质量控制 在大坝填筑前 ， 监理认真审批施 工单位上报 的 混凝土面板堆石坝碾压试验方案， 大坝施工组织设 计有建设单位组织设计 、 监理、 地质、 施工等单位讨论 通过后监理批复执行。在大坝填筑的工程中， 监理采 取了旁站、 巡视监理的方式， 对大坝填筑的质量进行 控制。在现场监理的工程中， 发现有不合格的料源进 场 ， 立即要求施工单位清理出现场。监理对现场的填 筑方法和碾压遍数认真检查 ， 发现没有满足要求的， 立即要求施工单位现场返工。每填筑一层， 经监理验 收合格后， 方同意进行下一层的填筑。在填筑 的工程 中， 监理采用跟踪和平行检测的方式对大坝填筑干密 度 、 颗粒级配 、 含水率 等进行检测。大坝填筑过程中 对于关键环节均设置了质量控制点 ， 根据规范确定各 种填筑料施工单位检验项 目及频次 ， 施工单位进行坑 试时监理进行旁站 ， 同时按不次于 1 0 的频次委托 试验中心进行坑试。大坝填筑施工监理实行 2 4 h旁 站结合巡视检查， 对于有怀疑的部位额外委托试验 中 心进行坑试， 不合格的复碾。在填筑过程中， 各类填 筑料基本按批准的施工方案进行 ， 施工过程中出现的 弹簧土、 大料集中、 超径石等均及时进行挖除置换、 清 理等 ， 填筑质量总体受控 。 本工程地处高寒地 区， 低温季节施工在所难免 ， 低温季节施工时 ， 主要控制冻结块不得上坝， 铺料过 程中发现的冻块及时清理出施工面。对于垫层料 、 特 殊垫层料、 3 B 1 、 3 B 2料的填筑按现行碾压式土石坝施 工规范控制其细颗粒的含水率不超过 4 ， 含水率的 西北水电 2 0 1 4年 第 3期 4 9 控制一是在料场取干料 ， 二是通过坑试增加细颗粒的 含水率检测 ， 以保证低温季节填筑的砂砾料不出现冻 胀现象。从坑试的试验结果看 ， 所有低温季节填筑的 砂砾料含水率均低 于规范值。根据大坝沉降安全监 测资料分析 ， 低温季节填筑部分在坝体内温度上升为 正温后 ， 沉 降未 出现异常 ， 截 止 目前 总沉降量 3 8 2 e m， 表明低温季节含水率控制措施有效 。 5 2 填筑料质量检测 坝体砂砾料填筑过程中对各类填筑料按不低于 承包商 1 0 的频次进行现场 试验 ， 采 用试坑取样 检 验方法 ， 测定其干密度 ， 砂砾料填筑碾压后的干密度 不到设计要求部 位必须补压 至合格。从 检测结果 ( 表 1 4) 可以看出， 各类填筑料碾压试验检测成果 6 大坝填筑料质量评价及建议 ( 1 )纳子峡水 电站主坝填筑工程 ， 大坝填筑共 3 6 5个单元 ， 全部合 格， 优 良个数 3 4 2个 ， 优 良率为 9 3 7 。 ( 2 )填筑前要做好不 同填筑料的碾压试验 。应 根据碾压材料和碾压设备确定合理 的碾压方式 、 铺 料厚度 、 振动频率 、 碾压遍数 ， 达到设计要求标 准以 便进行质量控制。 ( 3 )必须采用科学 、 快速 的质量检测方法来进 行填筑质量检测 ， 以适应坝体填筑强度高的要求。 ( 4 )垫层上游边线 的部 位要严格控制填筑边 线 ， 使用全站 仪测量 控制 ， 误差控 制在 一 8 e I n 、+ 5 e i n ， 否则挤压墙削坡时会大大增加工程量。 达到了设计要求 ， 大坝各分区填筑碾压质量 良好 。 表1垫 层 料 填 筑 试验 检 测 成 果 表 7 结 语 特殊垫层料 2 B 垫层料2 A 项目 干密度含水率 相对密度 干密度含水率 相对密度 ( g c m- 3 ) D r ( g c m一 ) D r 特殊垫层料 3 B 2 垫层料 3 B 1 项目 干密度含水率 相对密度 干密度含水率 相对密度 ( g e m一 ) D ( g c m一 。 ) D 排水料 3 F 排水棱体料 项目 于密度 含水率 ( g c l n 一 1 相对密度 干密度 含水率 D ， ( s c m4) 组数 项目 ( cm 标 s - ( ) ( ( ) ( 1 )根据纳子峡水 电站工程 主坝填筑施 工经 验 ， 要实现高强度填筑施工以满足工程施工 目标总 进度计划和施工技术要求 ， 就必须要选择机械性能 可靠 、 大容量 、 效率高 、 先进成套的施工机械设备 ， 并 针对填筑工序作业特点合理地配置、 组合机械设备 ， 实现机械化的流水作业施工 ； 施工过程 中实行科学 的统一管理、 调度、 维护和保养， 以提高机械设备的 完好率 、 利用率和生产率 。 ( 2 )纳子峡水 电站工程主坝高度 l l 7 6 m， 保 证坝体填筑质量是关键。填筑期问的质量控制阶段 包括事前控制 、 事中控制和事后控制 ， 前 2个阶段是 重点， 但最关键 的是事中控制 ， 因为它包括了填筑开 工申请及批准 、 流水作业 、 工序交接 、 质量检测 、 现场 控制及出现问题处理等填筑过程中的质量控制 。这 些技术和措施 ， 在纳子峡工程中 ， 是十分成功的。 参考文献 ： 1 中华人民共和国建设部 工程建设标准强制性条纹 S 北京： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 4： 7 7 8 6 2 D L T 5 1 2 8 2 0 0 1 ， 混凝土面板堆石坝施工规范 S 北京 ： 中国 电力出版社 ， 2 0 0 1 ： 0 8 1 0 3 种小玲 ， 李六校 浅析积 石峡水 电站 面板堆石坝坝体填筑质量 控制 J 科技信息， 2 0 0 9 ， ( 1 9 ) ： 2 0 7 2 0 8 4 杨荐君 ， 李海昌 ， 赵青春 潘 口水 电站面板堆 石坝填 筑质量控 制 J 人 民长江 ， 2 0 1 2， ( 1 6 ) ： 8 1 8 4 5 徐纲 ， 黄文林 ， 万和江 ， 刘礼正 四川 瓦屋山混凝土面板堆石坝 填筑施 工和质 量控制 J 水利水电施 工 ， 2 0 0 7 ， ( S 2 ) ： 1 0 1 2 6 王 占臣 ， 王援生 ， 张轶辉 吉林 台混凝土面板砂砾 一 堆石坝填筑 中的质量监理 J 水力发电， 2 0 0 6 ， ( 0 6 ) ： 2 9 3 0 7 吴政莲 ， 阙进彬 ， 刘立贵 泗南 江水 电站面板 堆石坝 填筑施工 质量控制 J 云南水力发电 ， 2 0 0 9 ， ( S 1 ) ： 1 2 9 1 3 2 8 张兰华 ， 贾蕴翔 ， 黄伟奇 高寒 地区混 凝土 面板 堆石坝 坝体填 筑施工技术探讨 J 混凝土 ， 2 0 1 0 ， ( 0 9 ) ： 1 3 3 1 3 4