唐河水電站堆石壩基礎(chǔ)處理與堆石料填筑施工

王 建

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概況

唐河水電站位于山西省靈丘縣唐河上。唐河屬海河流域大清河水系，壩址以上控制流域面積457 km2，電站為綜合利用水庫(kù)，工程任務(wù)為：以水力發(fā)電、工業(yè)供水和農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧防洪。設(shè)計(jì)總庫(kù)容為998.8萬(wàn)m3。

唐河水電站大壩設(shè)計(jì)從左到右依次為重力壩段、泄洪閘段和混凝土面板堆石壩段，其中0+114.5～0+395為混凝土面板堆石壩段，此段壩頂長(zhǎng)280.5 m，寬6 m，壩頂相對(duì)高程26.9 m，壩底相對(duì)高程0.0 m，最大壩高26.9 m，上游坡比1:1.4，下游坡比1:1.4。堆石壩填筑量23.7萬(wàn)m3，其中墊層料2.9萬(wàn)m3、過(guò)渡料4.4萬(wàn)m3、堆石料16.4萬(wàn)m3。石料來(lái)源為主體建筑物開(kāi)挖利用料和上游油房溝石料場(chǎng)開(kāi)采料，墊層料采用上游河砂、菜峪河砂場(chǎng)篩分后的砂卵石、石磊石料場(chǎng)人工軋制碎石摻配，過(guò)渡料為左壩肩開(kāi)挖的變質(zhì)灰綠巖。

壩體填筑分區(qū)從上游至下游依次為墊層料、過(guò)渡料、主堆石料、下游堆石料和下游壩面干砌石(見(jiàn)圖1)。其中墊層料最大粒徑80 mm，相對(duì)密度0.75，含泥量低于6%；過(guò)渡料最大粒徑300 mm，孔隙率小于20%；堆石料最大粒徑800 mm，孔隙率22%。

圖1 混凝土面板堆石壩填筑示意圖

2 壩基礎(chǔ)處理

2.1 基礎(chǔ)開(kāi)挖

趾板基礎(chǔ)為弱風(fēng)化巖石，右岸岸坡為破碎帶巖體。趾板基礎(chǔ)開(kāi)挖要平順，不允許出現(xiàn)陡坡和反坡。如趾板開(kāi)挖底面存在局部陡坎、反坡或凹坑時(shí)，需進(jìn)行削坡或補(bǔ)填混凝土處理。對(duì)趾板下游6 m范圍采取掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行保護(hù)，堆石體基礎(chǔ)挖除覆蓋層至砂礫石基礎(chǔ)，經(jīng)振動(dòng)碾碾壓取樣合格后再進(jìn)行填筑。

2.2 地質(zhì)缺陷處理

缺陷地基是指不能滿(mǎn)足建基要求需作處理的基礎(chǔ)，如斷層、裂隙、軟弱夾層以及松散軟巖，對(duì)其處理在趾板區(qū)域和堆石體區(qū)域有所不同。

2.2.1 趾板區(qū)地質(zhì)缺陷處理

對(duì)趾板區(qū)存在的斷層、軟弱夾層及裂隙采取挖深后設(shè)置混凝土塞的處理方案，從基礎(chǔ)表面深挖2倍寬度，深挖后將深挖面沖洗干凈，用C20混凝土回填，邊坡控制在1：1。對(duì)松散軟巖清除其填充物、破碎巖石，沖洗干凈后用C20混凝土回填。為加強(qiáng)趾板基礎(chǔ)巖體完整性，在趾板下對(duì)巖基進(jìn)行固結(jié)灌漿。固結(jié)灌漿孔間排距均為4 m。

2.2.2 岸坡基礎(chǔ)處理

對(duì)于右岸岸坡，由于巖石屬于強(qiáng)風(fēng)化巖體，比較破碎，清除坡面及坡腳堆積物，進(jìn)行混凝土貼面擋墻施工，然后進(jìn)行固結(jié)灌漿加固處理。

2.2.3 堆石區(qū)基礎(chǔ)處理

堆石區(qū)基礎(chǔ)位于相對(duì)高程5.5 m至7.5 m之間，建基面為砂卵石，開(kāi)挖后用14 t振動(dòng)碾碾壓8遍。部分土質(zhì)松軟的地方將其挖除后用過(guò)度料填筑，振動(dòng)碾壓符合設(shè)計(jì)要求。

3 堆石壩填筑施工

3.1 碾壓試驗(yàn)

在堆石壩填筑前，先進(jìn)行各種填筑料的碾壓試驗(yàn)，對(duì)墊層料，過(guò)渡料、堆石料在大壩上游分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。試驗(yàn)按不同虛鋪厚度、灑水量、碾壓遍數(shù)分別進(jìn)行。

墊層料取自庫(kù)區(qū)上游的河砂，菜峪河砂廠的砂卵石和人工軋制的碎石按一定比例摻配的混合料，其含砂量在30%～40%，含泥量5%，顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求。通過(guò)碾壓試驗(yàn)，墊層料壓實(shí)厚度40 cm時(shí)，碾壓6遍干密度不再增加，干密度2.35 g/cm3,符合設(shè)計(jì)要求。不需要加水，碾壓遍數(shù)確定為6遍。

過(guò)渡料的來(lái)源為左壩肩開(kāi)挖料，經(jīng)試驗(yàn)符合設(shè)計(jì)級(jí)配要求，過(guò)渡料壓實(shí)厚度40 cm，不加水，碾壓8遍干密度增加明顯減緩，干密度大于2.20 g/cm3的設(shè)計(jì)指標(biāo)，滲透系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。最終確定過(guò)渡料碾壓遍數(shù)8遍，壓實(shí)厚度為40 cm。

主次堆石料來(lái)自基礎(chǔ)開(kāi)挖石料場(chǎng)，油房溝石料場(chǎng)石料采用1臺(tái)LG855D液壓振動(dòng)錘和2臺(tái)高風(fēng)壓潛孔鉆分梯段進(jìn)行爆破開(kāi)采。經(jīng)試驗(yàn)主次堆石顆粒級(jí)配、干密度、空隙率都符合設(shè)計(jì)要求，最大粒徑

不超過(guò)800 mm，小于25 mm的顆粒含量不超過(guò)40%，小于5 mm的顆粒含量不超過(guò)20%，小于0.075 mm的顆粒含量不超過(guò)5%，并具有低壓縮性、高抗剪強(qiáng)度和強(qiáng)透水性。經(jīng)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定主次堆石壓實(shí)厚度為800 mm，碾壓遍數(shù)8遍。

3.2 大壩填筑施工

3.2.1 擠壓邊墻固坡

傳統(tǒng)的堆石壩施工中，上游墊層區(qū)均采用坡面超填30～40 cm的墊層料，在填筑一定高度后，進(jìn)行人工削坡整理，用斜坡碾反復(fù)碾壓后再進(jìn)行削坡整理、噴砂漿固坡處理等多道工序施工。采用這種傳統(tǒng)的施工方法，墊層區(qū)斜坡面密實(shí)度難以保證，施工工序復(fù)雜、墊層料超填量和人工削坡整理工作量大，且坡面易受雨水沖刷。

為提高墊層區(qū)壓實(shí)質(zhì)量、簡(jiǎn)化施工工序、加快施工進(jìn)度并減少墊層料用量，墊層區(qū)上游面采用擠壓式混凝土邊墻固坡。擠壓式混凝土邊墻固坡，是在每層墊層料填筑之前，沿著設(shè)計(jì)斷面用擠壓邊墻機(jī)施工成一道連續(xù)混凝土小墻，墻高與墊層區(qū)每層填筑高度相等即40 cm，墻頂寬10 cm，上游坡同混凝土面板的坡比，內(nèi)側(cè)坡比采用8:1以便于墊層料碾壓。擠壓邊墻墻體混凝土具有低強(qiáng)、低彈模、半透水并凝固快的性能。施工實(shí)踐表明擠壓邊墻對(duì)面板的應(yīng)力、應(yīng)變無(wú)不利影響，不會(huì)影響混凝土面板的影響。

3.2.2 墊層料填筑

擠壓邊墻完成后，進(jìn)行墊層料填筑，墊層料鋪料厚度45 cm，墊層料采用14 t自卸汽車(chē)運(yùn)料，平行壩軸線填料，采用后退法依次填筑墊層料，220挖掘機(jī)平倉(cāng)，14 t振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)8遍，坡腳和混凝土擠壓邊墻處采用電夯夯實(shí)。取樣合格后進(jìn)行下層填筑。

3.2.3 過(guò)渡料和堆石料填筑

過(guò)渡料和主堆石料填筑，采用14 t自卸汽車(chē)運(yùn)料，平行壩軸線鋪料，TY220推土機(jī)平整，平整后采用YZ18振動(dòng)碾碾壓8遍，碾壓采用錯(cuò)距法。主堆石料灑水采用壩外加水和壩面灑水相結(jié)合，墊層料和過(guò)渡料因料場(chǎng)含水，在壩上不再灑水。主堆石料填筑、壓實(shí)厚度均按80 cm控制，過(guò)渡料的填筑分層厚度均為40 cm，在墊層料和過(guò)渡料填筑后正好兩層40 cm厚與其填平。填筑時(shí)先墊層料再過(guò)渡料，經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)過(guò)渡料和墊層料均不需要加水，根據(jù)碾壓試驗(yàn)確定碾壓遍數(shù)為8遍。

唐河水電站填筑施工過(guò)程中，經(jīng)挖坑灌水法試驗(yàn)，檢測(cè)每個(gè)分區(qū)的干密度均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，墊層料和過(guò)渡料的原位滲透系數(shù)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)。各料區(qū)的顆粒級(jí)配符合設(shè)計(jì)要求，墊層、過(guò)渡層的厚度、鋪筑位置及反濾料的材質(zhì)、粒徑、級(jí)配、不均勻系數(shù)、含砂量等，均符合各項(xiàng)指標(biāo)要求。堆石壓實(shí)采用重型振動(dòng)碾，沿壩軸線方向分段碾壓，與岸坡結(jié)合處2 m寬范圍內(nèi)平行岸坡方向碾壓，振動(dòng)碾難以碾壓的地方和不易壓實(shí)的邊角部位采用減薄鋪料厚度，并用小型振動(dòng)碾壓實(shí)。

3.2.4 各種填料的連接次序

混凝土面板堆石壩的墊層區(qū)與過(guò)渡區(qū)、過(guò)渡層與主堆石連接時(shí)，先填主堆石，再填過(guò)渡料，最后填墊層料。一層主堆石、二過(guò)渡層和墊層平起作業(yè)；在鋪筑墊層料之前，清除過(guò)渡區(qū)上游面所有大于150 mm的填筑料。

3.2.5 冬季填筑施工

堆石壩體施工一般不受大氣降水影響，冬季仍可填筑堆石，但必須防止壩料冰凍。因?yàn)楸鶅龅膲瘟夏雺翰粚?shí)，冰融后會(huì)招致顯著沉降和架空。因此，冬季進(jìn)行填筑施工應(yīng)采取相應(yīng)的有效措施，以保證筑壩質(zhì)量，冬季填筑壩料不允許凍塊上壩，按相應(yīng)條件的碾壓試驗(yàn)確定冬季筑壩碾壓參數(shù)，其中包括不加水碾壓，合理減薄壓實(shí)層厚度，增加碾壓遍數(shù)，或增加碾壓碾重。

4 結(jié)語(yǔ)

唐河水電站面板堆石壩主要特點(diǎn)采用河砂摻配砂卵石和人工軋制碎石分層拌制而成，既保證了施工質(zhì)量，又加快了施工進(jìn)度，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。在大壩填筑施工中總結(jié)一些施工經(jīng)驗(yàn)，收集各種壩料碾壓和填筑參數(shù)來(lái)指導(dǎo)壩體填筑，為今后類(lèi)似工程提供借鑒。