水利工程中面板堆石壩壩體填筑施工技術(shù)探析

張雄德

(中國(guó)水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810000)

0 引 言

面板壩主要由壩體、面板、防滲接地結(jié)構(gòu)等組成(圖1所示)，壩體是整個(gè)大壩的主要部分，起到支撐面板的作用；面板是整個(gè)大壩的防滲結(jié)構(gòu)，其依托周邊縫連接防滲接地結(jié)構(gòu)；防滲接地結(jié)構(gòu)由兩部分組成，即趾板、基礎(chǔ)防滲帷幕。在建設(shè)混凝土面板堆石壩過(guò)程中，需重點(diǎn)關(guān)注堆石壩體填筑施工，其施工不僅是工期的控制要點(diǎn)，也是影響大壩質(zhì)量、安全的重要因素[1]。

圖1 堆石壩壩體分區(qū)

1 堆石壩壩體填筑施工質(zhì)量的重要性

堆石壩壩體主要由堆石填筑材料組成，其依托材料間的相互依附與咬合，從整體上保障大壩的穩(wěn)定性。施工過(guò)程中如材料壓鑄密實(shí)度不足，會(huì)降低填筑體變形模量，從而增加壩體的整體壓縮變形，如這一壓縮變形較大，會(huì)直接影響到面板、止水結(jié)構(gòu)發(fā)揮功能，甚至對(duì)其造成破壞，引發(fā)功能失效，出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象，對(duì)大壩的健康運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患，危及大壩安全。

面板壩由于自身的特性，會(huì)趨向于穩(wěn)定和安全，設(shè)計(jì)壩體時(shí)均會(huì)考慮自由排水功能，因此其他類(lèi)型壩體經(jīng)常出現(xiàn)的通病、隱患等在面板壩壩體中很少出現(xiàn)。面板壩壩體中出現(xiàn)的通病有面板開(kāi)裂、接縫局部張開(kāi)、止水結(jié)構(gòu)功能喪失等。面板壩壩體中出現(xiàn)上述情況無(wú)需特殊處理，處理方式較為簡(jiǎn)單，在通病區(qū)開(kāi)展接縫止水操作即可。當(dāng)前國(guó)內(nèi)有很多面板壩，尚未出現(xiàn)由于其整體失穩(wěn)導(dǎo)致安全故事的情況。嚴(yán)格控制堆石壩壩體填筑施工質(zhì)量，全面提升填筑效果意義重大，施工過(guò)程中應(yīng)制定有針對(duì)性的控制質(zhì)量措施，不斷提升其建設(shè)質(zhì)量，為面板壩的平穩(wěn)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2]。

2 混凝土面板堆石壩壩體填筑施工技術(shù)要點(diǎn)

填筑面板壩壩體過(guò)程中，施工要點(diǎn)如下：①?lài)?yán)格控制建筑原材料質(zhì)量；②保障上壩交通運(yùn)輸；③嚴(yán)格執(zhí)行碾壓密實(shí)操作規(guī)程。控制上述三項(xiàng)施工要點(diǎn)，填筑壩體作業(yè)基本符合標(biāo)準(zhǔn)要求，再輔以有序的施工組織設(shè)計(jì)，合理安排施工工序，則可以充分保障壩體填筑質(zhì)量。

2.1 壩體填筑料源質(zhì)量

面板壩的壩體填筑材料主要為堆石。堆石結(jié)構(gòu)相對(duì)松散且之間不存在任何黏合力，施工過(guò)程需通過(guò)建筑設(shè)備強(qiáng)力碾壓，強(qiáng)化堆石料的密實(shí)度，促進(jìn)堆石之間緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)壓縮變形的降低和變形模量的增強(qiáng)。除堆石料的材質(zhì)會(huì)影響碾壓密實(shí)的效果，級(jí)配要求也會(huì)對(duì)其造成影響[3]。

1)墊層區(qū)料：墊層區(qū)主要為面板之基礎(chǔ)，需要其平整、密實(shí)，唯有如此才能向主堆石體均勻傳遞來(lái)自面板的水壓，同時(shí)輔助控制滲流。所以要求嚴(yán)格控制墊層區(qū)料的級(jí)配，借此滿足水壩的高要求，墊層區(qū)料需要具有堅(jiān)硬的顆粒、良好的耐久性且不能存在有機(jī)物、黏土等雜質(zhì)，因此石料來(lái)源主要為弱風(fēng)化層巖石。加工過(guò)程中要嚴(yán)格控制其粒徑，≤100mm，通過(guò)科學(xué)的壓實(shí)措施，需具備抗剪強(qiáng)度較高、壓縮性較低、穩(wěn)定的內(nèi)部滲透性等特征；

2)過(guò)渡區(qū)料：該區(qū)介于墊層區(qū)、主堆石區(qū)之間，其主要發(fā)揮保護(hù)墊層區(qū)的作用，因?yàn)楦咚^會(huì)破壞墊層區(qū)，在過(guò)渡區(qū)的保護(hù)下，盡可能緩沖高水頭的作用力，降低其破壞性。在選擇過(guò)渡區(qū)料時(shí)，應(yīng)充分考慮其反濾功能，所以粒徑≤300mm,且需具有良好的排水性。經(jīng)過(guò)壓實(shí)，應(yīng)具有壓縮性較低、抗剪強(qiáng)度較高的特征；

3)排水區(qū)料：主堆石區(qū)是整個(gè)大壩中水荷載的主要作用區(qū)，其一般處于大壩的上游，直接關(guān)系到面板的安全運(yùn)行，因此該區(qū)料的質(zhì)量、沉降、密度等至關(guān)重要。次堆石區(qū)位于大壩的下游，主要發(fā)揮穩(wěn)定主堆石體、下游邊坡的作用。所以，選擇該區(qū)石料時(shí)，應(yīng)秉承硬度高、強(qiáng)度足、抗風(fēng)化及較好耐久性的原則，經(jīng)加工后其粒徑均應(yīng)低于設(shè)計(jì)的壓實(shí)厚度，且需具有良好的排水性[4-6]。

2.2 上壩交通道路運(yùn)輸

施工過(guò)程中，大壩與石料場(chǎng)之間的道路交通狀況是保障連續(xù)進(jìn)行填筑施工的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)施工道路時(shí)，應(yīng)根據(jù)大壩的設(shè)計(jì)填筑量、施工車(chē)輛、場(chǎng)地地質(zhì)等情況綜合確定，施工便道要夯實(shí)地基，保障具有良好的承載力、運(yùn)載力。

1)設(shè)計(jì)的臨時(shí)施工便道，應(yīng)依托大壩建設(shè)實(shí)際，秉承分期、分區(qū)的原則，縱橫于排水區(qū)壩體坡面上，施工便道整體呈“之”字形，最大縱坡不能超10%。

2)在大壩填筑區(qū)構(gòu)建施工便道，應(yīng)布局于經(jīng)檢測(cè)填筑壓實(shí)合格的區(qū)域內(nèi)，提升路基的密實(shí)度，以免施工過(guò)程中出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

3)施工便道建設(shè)在趾板及墊層區(qū)之間時(shí)，不能在跨越區(qū)直接通行，需在其中加厚路基并加鋪鋼板。

4)使用載重自卸汽車(chē)運(yùn)輸壩料，車(chē)輛通行于上壩工作面，根據(jù)大壩設(shè)計(jì)強(qiáng)度，確定投入的運(yùn)輸車(chē)數(shù)量及密度。運(yùn)輸不同壩料的汽車(chē)需在外側(cè)明確提示運(yùn)輸壩料種類(lèi)，以免出現(xiàn)運(yùn)錯(cuò)料、用錯(cuò)料的情況，車(chē)輛根據(jù)運(yùn)輸?shù)氖戏謩e進(jìn)入不同的工作區(qū)，杜絕出現(xiàn)車(chē)輛錯(cuò)卸料的現(xiàn)象。車(chē)輛進(jìn)入填筑區(qū)，要保持車(chē)況良好、車(chē)輪和車(chē)體整潔，嚴(yán)禁夾帶有機(jī)質(zhì)、泥土等進(jìn)入施工區(qū)，以免影響填筑質(zhì)量。

2.3 堆石壩壩體分區(qū)碾壓填筑施工

不同部位的壩體具有不同的受力情況，因此使用的填筑料也不盡相同，這就要求在施工過(guò)程中秉承分區(qū)碾壓填筑思想，根據(jù)壩體部位的不同進(jìn)行相應(yīng)強(qiáng)度的碾壓填筑。

1)碾壓填筑作用：為有效控制大壩的整體性沉降、形變等，適宜采取各區(qū)平起施工方式，但由于各種因素的影響，如石料供應(yīng)、施工組織、天氣等客觀原因，難以保障壩體斷面整體上升的，可以采取分期、分區(qū)填筑措施。

2)控制卸料厚度：材料級(jí)配直接關(guān)系到碾壓的密實(shí)度，因此具體施工過(guò)程中需明確填筑料的級(jí)配并予以重點(diǎn)關(guān)注，自料場(chǎng)取料搭配，然后運(yùn)輸至作業(yè)面卸載，使用設(shè)備進(jìn)行攤鋪，科學(xué)控制面層厚度，機(jī)械無(wú)法開(kāi)展工作的區(qū)域，由人工進(jìn)行作業(yè)；鋪料前做好準(zhǔn)備工作，主要為用白石灰在作業(yè)面上做好標(biāo)識(shí)分界面，設(shè)置相應(yīng)的提示牌提示作業(yè)操作，石料運(yùn)輸車(chē)進(jìn)入待卸區(qū)后，聽(tīng)從施工管理人員指揮進(jìn)行卸載。過(guò)渡區(qū)、堆石區(qū)推薦使用進(jìn)占法(圖2a)卸料，該卸料方式可以大幅提升工作效率并降低物料分離，墊層區(qū)推薦使用后退法(圖2b)卸料，如墊層區(qū)設(shè)計(jì)的攤鋪厚度較大，推薦使用混合法(圖2c)卸料。

圖2 卸料控制

3)控制鋪料厚度：宜使用大功率推土機(jī)進(jìn)行平料操作，有效控制推刀壓力以便控制鋪料厚度，如出現(xiàn)厚度不均或局部厚度較大時(shí)，要及時(shí)解決。推土機(jī)工作時(shí)，要從料堆一側(cè)的最低處移動(dòng)推料至另一層，該操作方式可以有效避免物料分離，在此過(guò)程中還需使用挖掘機(jī)處理超粒徑石料、分離料等。完成鋪料后要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，嚴(yán)格控制每層鋪料厚度。

4)壩料灑水：填筑料填筑前需保持濕潤(rùn)，通過(guò)此措施大大降低填筑時(shí)石料間的縫隙，實(shí)現(xiàn)碾壓密實(shí)度的提升。填筑壩體時(shí)，需根據(jù)施工狀況的不同，保障合理、均勻?yàn)⑺?。灑水形式主要有兩種，即壩外加水、壩面灑水，具體選擇其一或共用二者需根據(jù)實(shí)際予以確定；

5)控制碾壓質(zhì)量：分區(qū)碾壓壩體時(shí)，要控制碾壓質(zhì)量就需嚴(yán)格遵守既定的碾壓參數(shù)，碾壓設(shè)備可以自行選擇，但要具備動(dòng)態(tài)碾壓信息系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的幫助下，除能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)碾壓施工過(guò)程、控制碾壓速度外，還能有效杜絕出現(xiàn)未碾、過(guò)碾等情況。

6)處理壩體特殊部位，需要嚴(yán)格控制交界部位的質(zhì)量。面板防滲施工時(shí)周邊縫較為關(guān)鍵，其下面的特殊墊層也是填筑壩體的特殊區(qū)，該區(qū)的反濾功能、變形模量要求較高，因此需人工、機(jī)械相結(jié)合開(kāi)展施工作業(yè)。

3 結(jié) 論

水利工程質(zhì)量至關(guān)重要，科學(xué)的施工方案、精細(xì)的施工組織、標(biāo)準(zhǔn)的施工管理，能夠不斷提升施工質(zhì)量。要想提升面板壩壩體填筑質(zhì)量，需做到以下幾點(diǎn)。

1)撐控填筑質(zhì)量，提升碾壓密實(shí)度，控制其形變量，盡可能降低壩體沉降；

2)科學(xué)安排填筑作業(yè)，控制關(guān)鍵工序，提升壩體穩(wěn)定，保障大壩安全運(yùn)行；

3)不斷提升壩體的防滲性、耐久性和穩(wěn)定性。