白鶴林水庫大壩技術難點的探討及建議

李紅軍，于 海，胡人炭

（1.四川省武都引水工程蓬船灌區(qū)建設管理局，629000，遂寧；2.四川省水利水電勘測設計研究院，610000，成都）

一、工程概況

四川省蓬溪船山灌區(qū)屬于大型灌區(qū)工程，是國家172 項節(jié)水供水重大水利工程之一。 白鶴林水庫是蓬溪船山灌區(qū)工程配套的一座囤蓄水工程，水庫正常蓄水位418 m，總庫容8 828 萬m3，興利庫容7 737 萬m3。 白鶴林水庫屬Ⅲ等工程，主要建筑物級別為3 級，次要建筑物級別為4 級。水庫樞紐建筑物的布置從左至右依次為：文吉分干渠取水口、#1 副壩、導流補水洞、主壩、#2 副壩、#3 副壩、蓬船干渠取水口、#4 副壩、#5 副壩。

1.主壩

主壩為黏土+泥巖心墻石渣壩，大壩軸線長323.5 m，壩頂寬7.5 m，壩頂高程420.50 m，壩高60 m。 壩體從上游至下游分別為上游石渣料區(qū)、上游反濾料區(qū)，黏土+泥巖心墻料區(qū)、下游反濾料區(qū)、下游排水料區(qū)及下游石渣料區(qū)。

主壩壩基表層堆積厚0.5～18 m的坡洪積粉質黏土土層，地下水水位高，透水性微～極微，土層工程性狀差。其下伏基巖為砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等，巖層產狀近水平，巖體中順層發(fā)育有軟弱夾層， 巖體中發(fā)育的裂隙多充填黏土和巖屑，壩基、壩肩表層均分布有中等～強透水層帶。

2.副壩

#3 副壩為黏土心墻石渣壩，下伏基巖為砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等，巖層產狀近水平，巖體中發(fā)育的裂隙多充填黏土和巖屑， 壩基、壩肩表層均分布有中等～強透水層帶。

#1、#2、#4、#5 副壩均為混凝土重力壩。 各混凝土副壩均位于埡口部位，局部緩坡臺地上分布厚0.5～1.0 m 的殘坡積粉質黏土，其余基巖裸露，基巖為粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖、砂巖，巖層產狀近水平，巖體中發(fā)育的裂隙多充填黏土和巖屑，壩基、壩肩表層均分布有中等～強透水層帶。

3.庫區(qū)單薄分水嶺需防滲

根據(jù)地勘資料，庫區(qū)內正常蓄水位時分水嶺山體寬度小于100 m 的有5 處，其中，春仙溝分水嶺位于庫內，鄰谷黏性土厚度較大，滲透微弱，具有天然防滲鋪蓋作用，庫水向鄰谷滲水的可能性??； 庫區(qū)左岸的大柏埡、 賈家溝與庫區(qū)右岸的棗兒埡、溫家灣等4 處單薄分水嶺的風化粉砂質泥巖，為弱～中等透水層，透水性較強，根據(jù)鉆孔壓水成果、庫周地貌、地層巖性、風化卸荷強弱程度、庫內外水文地質條件對單薄分水嶺可能滲漏地段進行滲漏量估算，結果表明大柏埡、賈家溝、棗兒埡、溫家灣等4 處單薄分水嶺在白鶴林水庫蓄水后存在庫水向鄰谷滲漏的可能性，因此需在分水嶺岸坡進行帷幕灌漿。

白鶴林水庫大壩的技術難點主要體現(xiàn)在以下方面：一是水庫四周低于正常蓄水位的埡口和單薄分水嶺眾多，需修建副壩和灌注防滲帷幕以防止或減少水庫滲漏。 二是黏土+泥巖心墻用料復雜，黏土料源多達十幾處，料源的天然含水率、塑性指數(shù)等差別大，備料、填筑控制要求各異；風化泥巖料需經灑水、崩解、風化后才能滿足填筑技術指標。 三是大壩壩殼料采用何家坡料場的砂巖料或粉砂質泥巖與泥質粉砂巖互層開采的混合料，依據(jù)厚度、巖性等可分為12 個工區(qū)亞層， 壩殼料的質量波動大，壩料的開采和壓實方式對壩殼填筑質量影響巨大。 如何破解上述三大技術難題是確保白鶴林水庫高質量建設的關鍵。

二、大壩建設難點技術問題探討及建議

1.黏土+泥巖心墻備料與填筑

根據(jù)工區(qū)附近地層分布和料源情況，選用黏土料、粉砂質泥巖料作為心墻防滲用料。 黏土料有涼水坑、壩址區(qū)沖溝內坡開挖的洪積黏土料和吳家溝、大柏椏、賈家溝、白家溝、蘇家灣、何家溝、老貫溝和趙家等庫區(qū)支溝溝頭與斜坡坡腳相交的緩坡地帶殘坡積黏土料兩大類。

在勘測設計階段，設計單位采集了上百組黏土料試樣進行基本物理力學性質試驗，剝去耕植層后黏土料的有機質、水溶鹽及最優(yōu)含水率制樣滲透系數(shù)等均滿足防滲黏土料的要求。 但是黏土料試樣在天然含水率、黏粒含量、塑限及塑性指數(shù)等黏土料特性指標區(qū)別大，壓實性不同，填筑施工控制參數(shù)就要區(qū)別對待。 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及心墻料性狀， 黏土+泥巖心墻料開采與填筑施工建議：

①洪積黏土料天然含水率為17.0%～39.0%，平均為28.5%；塑限為15.1%～26.0%，平均為20.4%，塑性指數(shù)為8.3～29.6，平均為19.1；黏粒含量為16.6%～45.6%，平均為33.7%。 相對而言，洪積黏土料較易壓實，但天然含水率比塑限高8%左右，料場開采前應開挖排水溝疏干積水， 開采后必須進行翻曬，按最優(yōu)含水率進行控制。

②殘坡積黏土料天然含水率為14.3%～30.5%，平均為20.5%；塑限為16.0%～28.9%，平均為19.2%，塑性指數(shù)為11.4～30.5，平均為16.2；黏粒含量為27.6%～47.9%，平均為30.0%。 相對而言，殘坡積黏土料易壓實，且天然含水率與塑限相當，只需在開采時注意適當拌勻，料場開采料可直接用于填筑。

③何家坡粉砂質泥巖防滲料塑限為19.9%，塑性指數(shù)為13.2，黏粒含量為28.9%，換算成全級配料，黏粒含量為12.2%，能滿足標準要求。根據(jù)碾壓試驗， 進一步確定填筑控制要求。粉砂質泥巖具有一定的膨脹性，填筑前應注意提前備料，在專門設置的堆料場灑水、崩解、風化并達到設計指標后方可用于填筑。

2.壩殼料開采與填筑

何家坡料場位于庫內右岸，界于老貫溝與何家溝間，料場地形為兩溝間向庫內凸起伸出的條帶狀山梁，山梁由兩個山包組成，其山頂高程分別為436.5 m 和464.1 m， 山包間為埡口，埡口高程412.30 m，料場分布高程界于379.0～464.1 m。 山梁四周地形為階梯狀斜坡，緩坡臺地較平緩。 料場大部分基巖均裸露，地層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組下段工區(qū)第九層、第十層組成，其中第九層以砂巖為主，第十層為粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖和砂巖組成。 料場區(qū)構造簡單，無斷層分布，巖層產狀近水平。

依據(jù)厚度、巖性、開采條件分為12 個工區(qū)亞層。工區(qū)①層、④層、⑦層為砂巖， 局部夾粉砂質泥巖透鏡體，巖石飽和抗壓強度12.7～16.3 MPa，平均14.5 MPa，為軟巖。 ①層、⑦層砂巖較純，分布于整個料場，①層厚1.2～4.0 m，⑦層厚17.2～21.2 m，可單獨開采， 工區(qū)④層夾粉砂質泥巖透鏡體，厚約2.9 m， 厚度較薄。 工區(qū)②層、⑥層、⑨層為粉砂質泥巖，層內含砂質不均，局部較重，其中工區(qū)②層分布于整個料場，厚3.2～4.0 m，含少量泥質粉砂巖夾層，局部夾層厚達0.8～1.0 m；工區(qū)⑥層厚度較小，厚近3.0 m，且含砂較重； ⑨層為料場的最高處，為粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖， 高程450.6～451.9 m 之間分布兩層泥質粉砂 巖， 單 層 厚 度0.3 ～0.4 m， 高 程454.1～457.9 m 的泥質粉砂巖厚度3.8 m，高程461.3～464.9 m 為砂巖。 工區(qū)②層、 工區(qū)⑨層粉砂質泥巖相對較純，可用作心墻防滲料。 工區(qū)③層、⑤層、⑧層為泥質粉砂巖，其中工區(qū)③層厚度大約17.5 m，局部夾厚度不大的砂巖透鏡體，可分幾層開采，泥質粉砂巖中局部含泥重變?yōu)榉凵百|泥巖；工區(qū)⑤層、⑧層單層厚約3～6.7 m，具單獨開采條件。

針對料場巖層出露情況及土石分區(qū)壩的用料要求，進行了壩體填筑分區(qū)設計，分為用①層、⑦層單獨開采的砂巖料填筑區(qū)，立面階梯狀開采的砂、泥巖混合料填筑區(qū)。

砂、 泥巖混合料按3∶7、4∶6 和5∶5三種工況開展筑壩料試驗。 試驗結果為：砂巖壩殼料0.97 倍壓實度制樣的滲透系數(shù)為4.8×10-3～4.0×10-5cm/s，中等～弱透水性，壓縮系數(shù)為0.05～0.06，具有較高抗剪強度。

混合壩殼料0.97 倍壓實度制樣的滲透系數(shù)為8.8×10-5～8.1×10-6cm/s，弱～微透水性，壓縮系數(shù)為0.27～0.34，具有一定的抗剪強度。

強風化混合壩殼料最優(yōu)含水率為12.2%～12.6%，0.97 倍最大干密度為1.88～1.89 g/cm3； 弱風化混合壩殼料最優(yōu)含水率為10.8%～11.8.6%，0.97倍最大干密度為1.93～1.95 g/cm3；新鮮原巖混合壩殼料最優(yōu)含水率為10.5%～10.6%，0.97 倍最大干密度為1.94～1.97 g/cm3。

根據(jù)何家坡料場地層巖性變化情況，壩殼料開采與填筑施工建議：

①何家坡料場壩殼料地層巖性變化復雜，根據(jù)壩體填筑分區(qū)設計要求、施工進度、用料需求，要做好料場開采規(guī)劃， 確保填筑用料的分區(qū)要求，從而減少棄料，降低生產成本。

②結合壩料爆破開采試驗，要做好何家坡料場壩殼料開采方式研究，尤其是混合壩殼料開采，最好使用階梯狀立面開采。 同時研究認為砂巖類摻混量達20%以上可大大改善壩殼料的性狀。

③何家坡料場砂泥巖均為軟巖，易崩解軟化，應堅持用多少采多少的原則。

④混合壩殼料按實際開采出現(xiàn)壩料工況分類進行碾壓試驗，確定不同大壩壩殼填筑控制參數(shù)，既利于填筑施工質量評定達到標準規(guī)定，又能確保填筑質量符合設計要求。 要特別注意原巖風化程度的影響。

圖1 帷幕灌漿施工工藝

3.壩基及庫區(qū)防滲帷幕灌漿

白鶴林水庫根據(jù)工程帷幕灌漿項目劃分，主壩劃分有39 個單元，#1～#5 副壩劃分有66 個單元，大柏埡、溫家灣等單薄分水嶺劃分有9 個單元。共計約1 100 個孔，4.1 萬m， 最大孔深76 多m， 工程防滲帷幕灌漿點多面廣。

主壩、#3 副壩利用混凝土基座作為灌漿蓋重，壩料填筑前防滲帷幕施工必須完成，并檢查驗收合格；#1、#2、#4、#5 副壩利用底層混凝土作為灌漿蓋重，壩體澆筑前防滲帷幕施工必須完成，并檢查驗收合格；其他部位防滲帷幕灌漿均在開挖的基巖上進行。水庫蓄水前，應完成所有帷幕灌漿并檢查合格。另外，同一地段若有基巖固結灌漿的， 要求先完成固結灌漿再進行帷幕灌漿。 根據(jù)帷幕灌漿施工參數(shù)及質量控制要求，防滲帷幕施工建議：

①灌漿應按分序加密的原則進行，帷幕灌漿應分為三序灌漿，灌漿方式方法采用自上而下分段灌漿法。帷幕灌漿施工工藝見圖1。

②帷幕灌漿試驗應分有蓋重、無蓋重和單薄分水嶺3 種工況進行，從而進一步確定各種工況帷幕灌漿施工參數(shù)。

③帷幕灌漿施工屬隱蔽工程，應加強施工過程控制， 尤其是做好監(jiān)理旁站巡查和工序質量檢驗與驗收工作。

④按灌漿孔的10%進行帷幕灌漿質量檢驗，檢驗不符合要求的必須進行處理。 同時做好第三方檢測單位帷幕灌漿質量檢驗工作。

三、結 語

壩基及庫區(qū)防滲帷幕灌漿、黏土+泥巖心墻備料與填筑和大壩壩殼開采與填筑等是該工程建設難點技術問題，也是白鶴林水庫建設重要隱蔽工程。 在對黏土料進行試驗的基礎上，提出了施工建議，供參建各方參考。 參建各方只要堅守“三控制三檢測三不放過”原則，即嚴格控制使用材料的質量， 嚴格控制施工工序質量，嚴格控制施工參數(shù)的“三控制”原則；做好施工自檢測工作，做好監(jiān)理跟蹤平行檢測工作，做好第三方實體質量檢測工作的“三檢測”原則；使用材料質量不合格不放過，工序質量不合格不放過，實體質量不合格不放過的“三不放過”原則，就一定能克服建設過程遇到的技術難題，保證重要隱蔽工程驗收達到優(yōu)良，實現(xiàn)該工程施工質量達到優(yōu)良目標。