彌勒壩水庫壩殼料分類取樣研究

薛 云張 磊2屈寶莉

(1.云南潤滇工程技術(shù)咨詢有限公司，云南 昆明 650100;2.河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250)

1 工程概況

彌勒壩水庫坐落在云南省怒江州蘭坪縣境內(nèi)的瀾滄江一級支流清河上游，壩址位于啦井鎮(zhèn)彌勒壩村。水庫控制流域面積25.75km2，總庫容497.5萬m3。水庫工程主要由攔河壩、溢洪道和輸水洞(兼導(dǎo)流洞)組成。攔河壩壩頂高程2982.70m，壩頂全長219m，寬6m，最大壩高54.70m；壩體上、下游壩坡均為三級，上游壩坡坡比自上而下分別為1 ∶2.5、 1 ∶2.75和1 ∶3.0， 分別在高程2960.30m和2945.50m處設(shè)馬道； 下游壩坡坡比分別為1 ∶2.0、 1 ∶2.25和1 ∶2.5，分別在高程2962.70m和2942.70m處設(shè)馬道；其中上游壩坡高程2960.30m處馬道寬度為7m(結(jié)合施工要求)，其余部位馬道寬度均為2m。攔河壩上游壩面為厚40cm的干砌石護(hù)坡，下設(shè)厚20cm的級配碎石墊層；下游壩面采用框格草皮護(hù)坡。彌勒壩水庫是一座以營盤鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)灌溉供水和農(nóng)村安全飲水、營盤鎮(zhèn)生活供水為主，兼顧下游生態(tài)用水的小(1)型水庫工程。目前，該水庫正在建設(shè)中，

水庫地處云嶺省級自然保護(hù)區(qū)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，不能大規(guī)模開挖土石料，且區(qū)外防滲土料、堆石料匱乏，料源存在運(yùn)距、征地、環(huán)保等各種限制條件，最終確定壩型為瀝青混凝土心墻分區(qū)壩。

攔河壩為碾壓式瀝青混凝心墻分區(qū)壩，壩體采用碾壓式瀝青混凝土心墻防滲，壩殼采用料場風(fēng)化料和建筑物開挖料填筑。攔河壩地基為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上部覆蓋層以卵石、含壤土碎石為主，其中河床和右壩肩覆蓋最大厚度僅5.40m，左壩肩覆蓋層厚度相對較大，為10.20～12.40m；下部基巖主要為全、強(qiáng)、弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，石英砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，其中河床和右壩肩全風(fēng)化層最大厚度僅約1m，左壩肩全風(fēng)化層厚約11m，以下部位為強(qiáng)、弱風(fēng)化基巖。壩殼基礎(chǔ)坐落于清基后的覆蓋層上，防滲心墻基礎(chǔ)坐落于強(qiáng)風(fēng)化基巖上。

該工程所需壩殼料折合72.69萬m3(自然方，下同)。其中，利用覆蓋層開挖料、滑坡體開挖料共計(jì)17.41萬m3；利用樞紐工程石方開挖料7.29萬m3；取自料場料48.34萬m3。

2 壩殼料選用原則分析

《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 274—2001)4.1.2規(guī)定：在當(dāng)?shù)赜卸喾N適于筑壩的土石料時(shí)，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用。筑壩土石料選擇應(yīng)遵守下列原則：具有或經(jīng)加工處理后具有與其使用目的相適應(yīng)的工程性質(zhì)，并具有長期穩(wěn)定性；就地、就近取材，減少棄料，少占或不占農(nóng)田，并優(yōu)先考慮樞紐建筑物開挖料的利用；便于開采、運(yùn)輸和壓實(shí)。4.1.3規(guī)定：樞紐建筑物開挖料的利用應(yīng)與天然土石料場開采料一樣，從材料性質(zhì)、數(shù)量、棄料對環(huán)境的影響、施工進(jìn)度安排及工程費(fèi)用等進(jìn)行論證。料場應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃。4.1.4規(guī)定：料場開采或建筑物的開挖料原則上均可直接作為筑壩材料，或經(jīng)處理后用于壩的不用部位，但沼澤土、膨潤土和地表土不宜采用。

依據(jù)上述規(guī)范原則并結(jié)合工程實(shí)際分析如下：工程區(qū)地處云嶺省級自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，受保護(hù)區(qū)的限制，壩殼料場、施工道路、棄渣場均多次依據(jù)保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃調(diào)整進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。通過多方面因素綜合分析，以及對壩殼料場的詳細(xì)勘察，最終選定距離壩址區(qū)12km的后山壩殼料場Ⅱ作為主要壩殼料來源地，同時(shí)為了響應(yīng)規(guī)范要求，經(jīng)就地、就近取材，并減少棄料，少占或不占農(nóng)田(林地)，減少對自然保護(hù)區(qū)的環(huán)境破壞，減少棄渣等多方面因素考量，設(shè)計(jì)考慮充分利用符合要求的工程開挖料填筑壩殼。

3 壩殼料選用工作開展情況介紹

可行性研究階段對選定的兩個(gè)壩殼料場(后山壩殼料場Ⅰ、后山壩殼料場Ⅱ)進(jìn)行了現(xiàn)場勘察、取樣試驗(yàn)等工作。布置坑探21個(gè)，取兩個(gè)壩殼料場弱風(fēng)化砂巖料1組、石英砂巖料2組，左壩肩上部覆蓋層碎石土料1組，進(jìn)行了大三軸試驗(yàn)。

初步設(shè)計(jì)階段對兩個(gè)壩殼料場和庫區(qū)1號滑坡體開挖料進(jìn)行了詳細(xì)勘察，勘察采用鉆探、坑探、地質(zhì)測繪和取樣試驗(yàn)等手段進(jìn)行。共完成勘探孔13個(gè)，總進(jìn)尺467.1m，取鉆孔內(nèi)深部砂巖、灰?guī)r等巖芯樣17組進(jìn)行了密度、吸水率、軟化系數(shù)、抗壓強(qiáng)度等原巖試驗(yàn)；并取1組后山壩殼料場Ⅱ上部的全風(fēng)化巖石進(jìn)行大三軸試驗(yàn)；另外對1號滑坡體的土料取原狀樣、擊實(shí)樣9組進(jìn)行了物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。

通過對壩殼料場的詳細(xì)勘察，最終選定距離壩址區(qū)12km的后山壩殼料場Ⅱ作為壩殼料主要料源地，并充分利用攔河壩、溢洪道及隧洞、庫區(qū)滑坡開挖料填筑壩體。試驗(yàn)結(jié)果表明，壩殼料相關(guān)指標(biāo)滿足規(guī)程規(guī)范要求。

4 壩殼料參數(shù)復(fù)核要點(diǎn)分析

由于不同取樣地點(diǎn)壩殼料各項(xiàng)指標(biāo)相差較大，設(shè)計(jì)擬依據(jù)其質(zhì)量特征分區(qū)使用。滲透系數(shù)較小的樞紐工程、滑坡體開挖的碎石土料，料場上部的全風(fēng)化料可用于壩體上游部位；樞紐工程開挖、料場上中部的強(qiáng)風(fēng)化料可用于壩體中部；樞紐工程開挖的弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、石英砂巖，料場的弱風(fēng)化砂巖、灰?guī)r滲透系數(shù)較大，可用于壩體下游及排水體等部位。

樞紐工程開挖料及料場上部全風(fēng)化料等多種類別料均可用于壩體的填筑，且料場以砂巖(灰?guī)r)為主，夾少量泥巖(估算泥巖含量約5%～10%)，這就帶來了壩體填筑料源類別多、風(fēng)化程度及巖性復(fù)雜等問題。為了準(zhǔn)確確定大壩分區(qū)用料物理力學(xué)控制指標(biāo)，施工過程中應(yīng)根據(jù)工程開挖料揭露巖性情況、風(fēng)化程度，按填筑料用量多少，結(jié)合施工開采方式及堆放情況、施工進(jìn)度，補(bǔ)充壩體開挖料實(shí)驗(yàn)，通過試驗(yàn)復(fù)核填筑料物理力學(xué)指標(biāo)。

2018年5月1日，水庫正式開工建設(shè)，至2019年2月底，導(dǎo)流洞(輸水洞)、豎井、右岸邊坡等工作面均已開挖完成，左岸邊坡也進(jìn)行了表土剝離、永久邊坡開挖等工作。施工單位將樞紐工程開挖料運(yùn)至壩址區(qū)上游清河與玉龍廠河匯合口處的寬廣庫盆內(nèi)臨時(shí)堆放。通過對現(xiàn)場堆料的調(diào)查、測繪、坑探等詳細(xì)的研究工作，最終確定用量較大、代表性強(qiáng)的工程開挖料主要分為3種。2019年3月結(jié)合大壩開挖施工進(jìn)度及施工單位現(xiàn)場堆料情況，對壩址區(qū)、庫區(qū)可用料開展了取樣復(fù)核工作，共取碎石土料、強(qiáng)風(fēng)化料、河床卵石料各1組，對這3種不同性質(zhì)的壩殼料送電建昆明院進(jìn)行大三軸試驗(yàn)，以復(fù)核開挖料物理力學(xué)參數(shù)(見表1)。

表1 樞紐工程開挖壩殼料復(fù)核試驗(yàn)情況

目前，主要料源地后山壩殼Ⅱ料場的表層剝離、正式開采工作尚未開始。壩殼Ⅱ料場的取樣復(fù)核工作，需根據(jù)施工單位提供的詳細(xì)開挖計(jì)劃、分層開挖方法，結(jié)合料場地層巖性及風(fēng)化特征，針對性地開展工作。

5 建 議

后續(xù)樞紐工程開挖及料場的開采工作過程中，壩體填筑工作開展之前，應(yīng)做好以下四方面工作：?筑壩材料中的草皮、樹根、腐殖土、垃圾等均應(yīng)清除，否則不允許上壩。壩體填筑前應(yīng)進(jìn)行料場復(fù)核和相關(guān)現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)成果，進(jìn)而復(fù)核、優(yōu)化壩料特征參數(shù)。?進(jìn)行后續(xù)壩基、壩殼、邊坡的開挖工作及料場的開采工作之前，應(yīng)做好相關(guān)施工組織計(jì)劃。開采過程中，應(yīng)將樞紐工程開挖料、料場開采料按巖性及風(fēng)化程度分類堆放，以很好控制上壩料質(zhì)量。?施工單位應(yīng)根據(jù)勘察報(bào)告、可利用建筑物開挖料及壩料設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)場施工進(jìn)行料場復(fù)查。?料場復(fù)查成果與前期設(shè)計(jì)料源規(guī)劃資料不一致且料場質(zhì)量、儲量不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)立即報(bào)監(jiān)理單位，由參見各方共同研究處理方案。