堆石壩體分層碾壓后表面板結(jié)對(duì)壩體滲透性的影響

覃海春，張?jiān)骆?/p>

1.浙江省第一水電建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310051

2.青州市水利局，山東 濰坊 262500

隨著爆破技術(shù)的進(jìn)步和大型碾壓機(jī)械設(shè)備的出現(xiàn)以及薄層碾壓施工技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，面板堆石壩施工技術(shù)也逐漸成熟，成為當(dāng)今水利水電工程建設(shè)的主流壩型之一。我國面板堆石壩從20世紀(jì)80年代中期起步，發(fā)展較快，包括不斷增多的以砂礫石料填筑的面板壩，以及在深厚覆蓋層修建的面板壩，甚至是在軟巖筑壩方面都取得了一定的研究成果。但是，無論是何種材料的堆石壩，壩體滲流始終是必須控制的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1 工程背景

江西省蓮花縣寒山水庫位于江西省萍鄉(xiāng)市蓮花縣荷塘鄉(xiāng)，是一座以供水、灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的水利樞紐工程。大壩主體為混凝土面板堆石壩，壩頂高程342.70m，壩軸線長290.96m，最大壩高為78.50m，壩頂寬8.0m，大壩石方總填筑量為119.099萬m3。

地質(zhì)資料顯示，大壩填筑料場分布泥盆系上統(tǒng)錫礦山組（D3x）變余細(xì)粒石英砂巖、千枚巖化粉砂質(zhì)石英雜砂巖，夾粉砂質(zhì)千枚巖，局部具硅化現(xiàn)象。受斷層和褶皺構(gòu)造形變影響，巖層產(chǎn)狀多變。料源中變質(zhì)砂巖為弱風(fēng)化～微新巖石，屬中硬～堅(jiān)硬巖，物理力學(xué)性質(zhì)較好；千枚巖單軸飽和抗壓強(qiáng)度低、屬于軟巖，物理力學(xué)性質(zhì)差。

由于大壩料源巖性復(fù)雜，以物理力學(xué)性質(zhì)較好的變質(zhì)砂巖為主，夾雜少量低強(qiáng)度的千枚巖，爆破后料源局部細(xì)粒含量偏高，壩體分層碾壓后表面出現(xiàn)無規(guī)律的零星分布的表面細(xì)顆粒板結(jié)現(xiàn)象，厚度小于10cm。

為了研究這種局部板結(jié)現(xiàn)象對(duì)壩體垂直滲透性能的影響程度，采用原位滲透試驗(yàn)對(duì)壩體垂直滲透進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2 分層碾壓后表面局部板結(jié)對(duì)壩體垂直滲透的影響

2.1 試驗(yàn)方法

碾壓大壩墊層區(qū)、過渡區(qū)、主堆石區(qū)、副堆石區(qū)后，選取無板結(jié)層表面、板結(jié)層表面、板結(jié)層刨毛松動(dòng)后進(jìn)行原位滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)中，對(duì)于顆粒較細(xì)、滲透系數(shù)較低的墊層料采用雙環(huán)原位滲透試驗(yàn)法；對(duì)于顆粒較大、滲透系數(shù)較高的過渡區(qū)及主副堆石區(qū)則采用單環(huán)原位滲透試驗(yàn)法。試驗(yàn)依據(jù)《土石筑壩材料碾壓試驗(yàn)規(guī)程》（NB/T 35016—2013）進(jìn)行，具體步驟如下：

（1）選定試驗(yàn)位置，對(duì)表面進(jìn)行保留或刨毛處理；

（2）平穩(wěn)放置滲透鋼環(huán)，在不擾動(dòng)試樣區(qū)域的前提下將滲透環(huán)壓入鋪層表面2～5cm，并采用塑性黏土對(duì)內(nèi)外環(huán)環(huán)周進(jìn)行止水處理；

（3）在內(nèi)環(huán)內(nèi)壁豎直放置毫米刻度鋼尺，并注水檢查止水是否完整；

（4）持續(xù)注水至水面高10cm，待水面穩(wěn)定后開始計(jì)時(shí)讀數(shù)，計(jì)算滲透系數(shù)平均值；

（5）整理試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)選定在298m高程處進(jìn)行，共進(jìn)行了42組原位滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)過程如下。

（1）墊層區(qū)原位滲透試驗(yàn)。墊層料為摻配料，粒徑較小，依據(jù)規(guī)范采用雙環(huán)滲透試驗(yàn)法。由于填筑區(qū)域內(nèi)顆粒分布較為均勻，無明顯板結(jié)現(xiàn)象，隨機(jī)選擇3個(gè)點(diǎn)位試驗(yàn)，分別對(duì)表面不做處理和在刨毛處理的狀態(tài)下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 墊層區(qū)原位滲透試驗(yàn)結(jié)果匯總表

（2）過渡區(qū)及主副堆石區(qū)原位滲透試驗(yàn)。這3個(gè)區(qū)域由于粒徑較大，依據(jù)規(guī)范采用單環(huán)滲透試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)。其中，過渡區(qū)選擇4處不同位置，主堆石區(qū)和副堆石區(qū)分別選擇5處板不同位置且結(jié)現(xiàn)象明顯區(qū)域，以及2個(gè)表面細(xì)碎石集中（板結(jié)現(xiàn)象不明顯）的區(qū)域作為試驗(yàn)點(diǎn)。先在板結(jié)層保留區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)，然后采用挖掘機(jī)對(duì)板結(jié)層進(jìn)行刨毛處理，再次試驗(yàn)。過渡區(qū)試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。主堆石區(qū)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。副堆石區(qū)試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表2 過渡區(qū)原位滲透試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表3 主堆石區(qū)原位滲透試驗(yàn)結(jié)果匯總表

表4 副堆石區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)原位滲透試驗(yàn)結(jié)果表

2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）根據(jù)施工過程結(jié)合地質(zhì)情況觀察分析，主副堆石區(qū)以及過渡區(qū)局部受料源中的千枚巖等軟弱顆粒的影響，存在不同程度的表面板結(jié)現(xiàn)象，板結(jié)厚度小于10cm。該現(xiàn)象是由碾壓過程中的千枚巖破碎、料源中無法剔除的少量巖層夾泥以及填筑過程中的細(xì)顆粒上浮等多種原因共同作用造成的。

（2）堆石壩體分層碾壓后形成的板結(jié)層對(duì)過渡區(qū)及主副堆石區(qū)的表層垂直滲透性能影響較大，未進(jìn)行破壞處理的板結(jié)試樣均不能滿足設(shè)計(jì)要求；但采用挖掘機(jī)對(duì)板結(jié)層進(jìn)行刨毛破壞處理后，滲透性提升較為顯著，不同分區(qū)的多組板結(jié)層破壞后試樣的滲透系數(shù)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）施工過程中板結(jié)現(xiàn)象的位置呈現(xiàn)無規(guī)律的零星分布狀態(tài)，并未出現(xiàn)大面積連接的板結(jié)區(qū)域，在施工過程中破除這種板結(jié)層，則不會(huì)直接影響壩面整體的滲透排水。

3 結(jié)束語

面板堆石壩是一種當(dāng)?shù)夭牧蠅危渲黧w結(jié)構(gòu)堆石體受當(dāng)?shù)厥蠄龅刭|(zhì)條件復(fù)雜等因素的影響，筑壩材料很難達(dá)到質(zhì)地均勻的理想狀態(tài)。因此，在施工過程中，應(yīng)經(jīng)常對(duì)壩體滲透性能進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)找出原因并有效解決問題，使工程質(zhì)量最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。