德澤水庫大壩填筑質量檢測

高亞威

(沈陽工學院，遼寧 撫順 113122)

1 工程概況

牛欄江—滇池補水工程是水資源綜合利用的水利樞紐工程，是滇中調水的近期重點工程。大壩為混凝土面板堆石壩，從上游到下游分為墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、下游次堆石區(qū)。

牛欄江流域上游部分地區(qū)屬于北亞熱帶季風氣候，絕大部分的地區(qū)屬于暖溫帶高原季風性氣候。氣候的主要特點是年溫差小、日溫差大，干濕季節(jié)氣候分明[1]。

據(jù)試驗成果，表明Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)均為較好的堆石料。Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)弱風化巖石均可作為混凝土粗細骨料的料源。大壩施工用土料場，位于后山梁子石料場Ⅱ區(qū)內，分布高程1952～2024m，高差約72m。

德澤水庫樞紐工程上、下游圍堰的填筑石料及大壩上游鋪蓋區(qū)回填任意料利用大壩開挖料。溢洪道開挖石方碴料中28.09萬m3可為壩體次堆石的填筑用料，采用邊開挖邊上壩和經(jīng)轉存于水井渣場上壩填筑[2]。發(fā)電放空隧洞及電站的回填土石料利用自身的開挖料。

2 大壩填筑質量控制

2.1 壩料填筑質量標準[2]

2.1.1 一般要求

(1)壩體各部位填筑用壩料質量必須符合設計要求。

(2)壩體壓實用設備的規(guī)格、重量、振動頻率、振動力等符合要求。

(3)鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、加水量等碾壓參數(shù)應符合設計要求，鋪料厚度應每層測量，其誤差不宜超過層厚的10%。

(4)壩料壓實質量檢查，應采用碾壓參數(shù)和干密度(孔隙率)等參數(shù)控制。以控制碾壓參數(shù)為主。

(5)填筑面應保持平整。

(6)負溫下施工，填筑面上的冰雪已清除干凈，填筑面無凍結現(xiàn)象。

2.1.2 壩料壓實檢查項目、取樣次數(shù)及試驗方法

(1)檢查項目和取樣次數(shù)[3]見表1。

表1 壩料壓實檢測項目和取樣次數(shù)[3]

注：滲透系數(shù)按設計要求進行檢測。

(2)檢查方法。①墊層料、過渡料和堆石料壓實密度現(xiàn)場檢測采用挖坑灌水法檢測，并輔以表面波壓密度度儀，每500～1000m3取1組，但每層不少于1組[4]。②墊層料試坑直徑不小于最大粒徑的4倍，試坑深度為碾壓層厚。③過渡料試坑直徑為壩料最大粒徑的3～4倍，試坑深度為碾壓層厚[3]。④堆石料試坑直徑為壩料最大粒徑的2～3倍，試坑直徑最大不超過2m深度為碾壓層厚。⑤按表1規(guī)定取樣所測定干密度，其平均值不小于設計值，標準差不宜大于50kg/m3。當樣本數(shù)小于20組時，應按合格率不小于90%，不合格點的干密度不低于設計干密度的95%控制。

表2 大壩壩料填筑質量標準

2.1.3 設計要求的大壩填筑質量標準

大壩壩料填筑質量標準見表2。

2.2 壩料填筑質量控制

(1)建立完善的質量控制體系[5]，編制詳細的《大壩填筑施工方案》、《大壩填筑工程檢驗方法及控制措施》，保證大壩填筑施工質量符合標準及設計要求。

(2)現(xiàn)場碾壓試驗。碾壓場地根據(jù)現(xiàn)場條件，開挖整理出50m×25m的試驗場地，碾壓試驗共進行5大場23小場，確定能夠滿足標準及設計要求的施工參數(shù)：鋪土(料)厚度、碾壓遍數(shù)、行車速度、錯車方式及堆石料的加水量等[6]。

(3)嚴格過程控制。嚴格控制過程，采用事前、事中、事后三控制原則，對壩體填筑質量進行控制。事前主要控制壩料塊度與級配，事中主要控制鋪料厚度與灑水量，壩體與岸坡接觸帶，不同壩料接觸帶以及碾壓質量控制等，事后主要通過檢測數(shù)據(jù)對施工質量加以控制。

(4)壩體碾壓質量評價。通過采用現(xiàn)場試驗及現(xiàn)場取樣室內試驗的方法，對壩體填筑碾壓的質量進行控制，并按SL 176—2007《水利工程施工質量檢驗與評定規(guī)程》[7]對壩體填筑質量進行評定，在壩體填筑期間共完成1040個填筑單元，根據(jù)檢測成果分析，壩體填筑工程質量符合設計要求，質量控制程序是可行、有效的。

3 大壩填筑質量檢測

3.1 特殊墊層料及墊層料的質量檢測

3.1.1 干密度、孔隙率、含泥量試驗

大壩特殊墊層料填筑方量為2700m3，每層取樣2次，共取樣720次，根據(jù)DL/T 5128—2009《混凝土面板堆石壩施工規(guī)范》標準要求，采用灌水法進行現(xiàn)場檢測，檢測結果匯總見表3。

表3 特殊墊層料填筑質量檢測結果匯總表

大壩墊層料填筑方量為237300m3，根據(jù)DL/T 5128—2009標準要求，采用灌水法現(xiàn)場共進行480次試驗，并將樣品帶回試驗室進行室內檢測，檢測結果匯總見表4。

表4 墊層料填筑質量檢測結果匯總表

3.1.2 顆粒分析試驗

將從試抗內抽取有代表性的樣品帶回試驗室進行試驗，采用振篩機對樣品進行篩分，然后再根據(jù)公式進行計算并按設計要求繪制包絡線。特殊墊層料及墊層料的顆粒級配試驗共完成1200次，所測得的結果基本上都在包絡線范圍內，滿足設計要求。

3.1.3 滲透試驗

采用SL345—2007《水利水電工程注水試驗規(guī)程》標準對進行現(xiàn)場干密度檢測的試坑進行滲透系數(shù)試驗[8]。

采用單環(huán)法對試坑進行清理，加入單環(huán)，注入清水，記錄加水量及時間，編制曲線，并按公式計算滲透系數(shù)。檢測結果基本在1×10-3～1×10-4cm/s范圍內，個別檢測結果不滿足設計指標，經(jīng)現(xiàn)場采取重新灑水碾壓及減少重型設備干擾等措施，再次試驗均能滿足設計要求。

3.2 過渡料的質量檢測

3.2.1干密度、d<100mm顆粒含量、孔隙率試驗

大壩過渡料填筑方量為168958m3，根據(jù)DL/T 5128—2009標準要求，采用灌水法現(xiàn)場共進行368次試驗，并將樣品帶回試驗室進行室內檢測，檢測結果匯總見表5。

表5 過渡料填筑質量檢測結果匯總表

3.2.2 顆粒級配及滲透系數(shù)試驗

(1)顆粒級配試驗。按照DL/T 5128—2009標準要求，從現(xiàn)場做干密度試驗的試坑內取回樣品帶到試驗室內進行小粒級(粒徑小于100mm)的顆粒級配試驗，大粒級(粒徑大于等于100mm)在現(xiàn)場進行干密度試驗時稱重的過程中采用鋼板尺直接進行量測并記錄，再與試驗室內的試驗數(shù)據(jù)結合繪制過渡料的顆粒級配曲線，(顆粒分析的檢測頻次按每填筑2層取樣1次控制)[3]。顆粒級配共進行了141次，檢測結果除部分顆粒在包絡線外，其余基本在包絡線范圍內。

(2)滲透系數(shù)試驗。過渡料的粒徑要求不大于300mm，根據(jù)規(guī)范要求，試坑直徑在1.0～1.2m，其滲透系數(shù)試驗是在現(xiàn)場干密度試驗的試坑內進行，用塑料布將試坑鋪滿，然后向試坑內灌水，待灌滿水后再將塑料破壞，計時水滲完的時間，根據(jù)公式計算其滲透系數(shù)。滲透系數(shù)試驗共檢測56次，檢測結果均滿足設計>1×10-2cm/s的要求。

3.3 主堆料的質量檢測

3.3.1 干密度、含泥量、孔隙率試驗

大壩主堆石料填筑方量為3766982m3，根據(jù)DL/T 5128—2009標準要求，采用灌水法現(xiàn)場共進行395次試驗，并在試驗室進行室內檢測，檢測結果匯總見表6。

表6 主堆石料填筑質量檢測結果匯總表

在主堆石料的填筑施工過程中，由于受料場、氣候及風雨等因素影響，造成主堆石料的填筑干密度檢測時不滿足設計≥2.18的要求，施工單位進行認真整改，包括重新灑水碾壓或將開挖料清除后重新鋪筑碾壓的方法，試驗人員再次到現(xiàn)場進行試驗，直至試驗結果滿足設計要求。

從取樣坑的情況來看，碾壓后，大粒徑間孔隙被細料填充，密實程度較好，無架空現(xiàn)象，鋪料表層約10cm左右大多為細料，是因為推土機平料時細料會留在表面，且碾壓機械功率高，在反復碾壓過程中，在機械碾壓功能作用下部分石渣料破碎。碾壓遍數(shù)為10遍。從單個取樣坑干密度情況來看，干密度的檢測結果基本滿足設計要求。

3.3.2 顆粒級配及滲透系數(shù)試驗

(1)顆粒級配試驗。按照DL/T 5128—2009標準要求，從現(xiàn)場做干密度試驗的試坑內取回樣品帶到試驗室內進行小粒級(粒徑小于100mm)的顆粒級配試驗，大粒級(粒徑大于等于100mm)在現(xiàn)場進行干密度試驗時稱重的過程中采用鋼板尺直接進行量測并記錄，再與試驗室內的試驗數(shù)據(jù)結合起來繪制主堆石料的顆粒級配曲線，(顆粒分析的檢測頻次按每填筑2層取樣1次控制)。顆粒級配共進行了175次，檢測結果除部分顆粒在包絡線外，其余在包絡線范圍內。

(2)滲透系數(shù)試驗。由于主堆石料的粒徑要求不大于800mm，因而根據(jù)規(guī)范要求，試坑直徑在2.0～2.2m，其滲透系數(shù)試驗是在現(xiàn)場干密度試驗的試坑內進行，用塑料布將試坑鋪滿，然后向試坑內灌水，待灌滿水后再將塑料破壞，計時水滲完的時間，根據(jù)公式計算其滲透系數(shù)。滲透系數(shù)試驗共檢測85次，檢測結果均滿足設計>1×10-2的要求。

3.4 次堆料的質量檢測

3.4.1 干密度、含泥量、孔隙率試驗

大壩過渡料填筑方量為1028624m3，根據(jù)DL/T 5128—2009標準要求，采用灌水法現(xiàn)場共進行137次試驗，樣品試驗室進行室內檢測，檢測結果匯總見表7。

3.4.2 顆粒級配及滲透系數(shù)試驗

顆粒級配及滲透系數(shù)試驗方法與主堆石料相同。顆粒級配按標準要求共檢測65次，滲透系數(shù)共檢測32次。顆粒級配曲線基本滿足設計要求。次堆石料的滲透系數(shù)滿足設計>1×10-2cm/s的要求。

4 檢測結果分析

4.1 特殊墊層料及墊層料

從現(xiàn)場干密度等指標試驗結果看，振動碾的碾重及碾壓遍數(shù)對其影響很大，在鋪土厚度相同條件下，碾壓遍數(shù)(分別為8、10、12遍)的不同導致干密度值的變化在2.14～2.21g/cm3之間，現(xiàn)場試坑法滲透系數(shù)為8.0×10-3cm/s，不能滿足設計要求，因而，在實際施工中，必須嚴格按照碾壓試驗確定的碾壓遍數(shù)及振動碾的碾重、振動頻率等進行施工，以保證壩體填筑施工質量。

4.2 過渡料

從檢測結果看，填筑料中含泥量超過設計要求時，在相同的碾壓遍數(shù)、碾重及振動頻率、鋪土厚度等，現(xiàn)場所測得的干密度一般不會滿足設計要求；如果粒徑比較均勻，碾壓后，大粒徑間孔隙被細料填充，密實程度較好，無架空現(xiàn)象。

過渡料的質量控制的重點是必須要嚴格控制粒徑大小。

4.3 主堆石料和次堆石料

(1)嚴格控制堆石料的粒徑對控制填筑質量十分關鍵。當巖石為為弱-微風化料，碾壓后石渣料破碎率不高，級配變化不大，從取樣坑的情況來看，碾壓后，大粒徑間孔隙被細料填充，密實程度較好，無架空現(xiàn)象。

(2)碾壓遍數(shù)為8、10、12遍的平均干密度將隨碾壓遍數(shù)的增加而有規(guī)律的增大，但增長幅度不大，從單個取樣坑干密度情況來看，干密度的大小與碾壓遍數(shù)的關系不明顯，而與試坑中大塊石的多少密切相關。因而說必須控制每個試坑中單個塊石的最大粒徑，且按照碾壓試驗確定的碾壓遍數(shù)進行施工。

5 結語

(1)混凝土面板堆石壩壩體壓實質量檢查采用碾壓參數(shù)和干密度相結合方法是有效的。

(2)碾壓參數(shù)控制是質量過程控制，干密度檢測是質量結果控制，碾壓參數(shù)控制是因，干密度檢測是果，由于干密度檢測具有實證性的特點，作為質量評價的標準更有說服力，因而大壩壓實質量應采取碾壓參數(shù)與干密度檢測并重的方式進行“雙控”[9]。

(3)為提高干密度檢測代表性和說服力，德澤水庫大壩填筑加大了干密度檢測頻次，每種壩料、每層均進行干密度檢測。

(4)關于干密度檢測方法的改進。德澤水庫樞紐工程大壩壓實質量采用“挖坑灌水法”進行干密度檢測。碾壓試驗時，曾經(jīng)提出對墊層料采用核子密度儀檢測，核子密度儀是一種快速、準確地測量各種土壤、瀝青、混凝土等建筑材料的水分及密度的智能化儀器，試驗時間短，適合大型土方填筑工程施工質量檢測工作[10]。但由于本工程為堆石壩，從填筑料的組成情況不太適宜此方法，為慎重起見，決定采用“挖坑灌水法”檢測壓實質量。