浅谈面板堆石坝填筑施工优化与质量控制?
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发布时间：2023-05-27 15:04
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时间：2024-02-22 04:59
1、基本资料
新疆开都河柳树沟水电站混凝土面板堆石坝为2级建筑物。坝高102.0m，坝顶长186.4m，坝顶宽10.0m，正常蓄水位1494.50m，总库容约7710×104m3，装机容量180MW。上游坝坡1：1.4，下游坝坡马道以上1：1.3，马道以下坡比1：1.5，综合坡比1：1.77。坝址区为典型的峡谷地形，河谷呈基本对称的“V”型。两岸均为基岩边坡，山势高陡，自然边坡坡度一般50°～75°，局部近直立。坝体防渗结构为钢筋砼面板，坝体主要受力结构为堆石料填筑体。坝体填筑从上游到下游依次分为面板上游面粉质壤土铺盖（1A）及石渣盖重区（1B）、垫层区（2A）、过渡层区（3A）、主堆石区（3B）、下游堆石区（3C）及干砌石护坡（3D），与趾板结合处填筑长0.3H的垫层小区料（2B），坝体填筑总量166.33万m3。
2、施工方案优化
在坝体填筑前期，就对上游围堰防渗方式进行了优化，将原来的高压旋喷防渗方式改为控制性灌浆，全力保证了基坑开挖及坝体填筑的干地施工环境，后提出利用坝肩及坝基开挖石料进行下游小断面回填、上坝石料不加水碾压、料场及上坝道路优化等方案，在保证了施工节点目标与经济效益的前提下确保了施工质量。
（1）、挖填平衡，采用下游小断面回填
在坝肩开挖未完成、全断面坝体填筑无法实现的情况下，提出先进行下游小断面回填，充分利用坝肩开挖石渣料及上游基坑开挖可利用料，直接运至下游进行回填，减少二次倒运工程量[1]，既节约了成本又保证了施工进度。
（2）、上坝石料不加水碾压
合同文件对堆石料的材质、粒径、施工方法提出了明确要求，未明确加水事宜，但根据规范“坝体堆石料填筑宜加水碾压，加水量宜通过碾压试验分析确定”、“天然砂砾石的加水量宜为填筑方量的10%～20%，爆破石料的加水量以为10%～25%”[2][4]、“在无试验资料情况下，砂砾料加水量宜为填筑量的20%，堆石料……一般不超过填筑量的15%”[3]的要求，针对本工程的石渣料主要为凝灰质岩及结晶灰岩，属坚硬岩类，岩石致密坚硬，具有强度高、吸水率低等特点，通过认真研究土石坝设计及施工规范，经过碾压试验的充分论证，提出坝料不加水碾压的施工工艺，确保了施工质量及进度。
（3）、料场及上坝道路优化
进场后，对独树沟料场施工道路进行了现场勘察，发现必须修筑近2km的石渣道路，修筑成本较高，故放弃修筑，仅修筑料场底部至主路之间的道路；前期只修筑人工、慢性机械道路，提供料场开挖施工人员机械使用，分台阶对料场进行爆破，由推土机、挖机集中至料场底部供上坝时直接装车使用。
针对施工场地狭小、相邻标段施工干扰大、施工道路难以布置的特点，对上坝道路进行了优化。前期将下游小断面回填面积加大，直接填筑至1442高程，在填筑过程中上游预留“之”路直接与从4号洞出口相接（原来需通过下游围堰、厂房布置施工道路，后经坝后“之”路方可上坝），直接到达坝体填筑区，以便全断面填筑使用，节约运距近1km，既节约了上坝料运输时间，保证了施工进度，又创造了很好的经济效益。
3、施工质量控制
（1）、坝体填筑的流水作业
坝体填筑作业包括各种坝料铺填、推平、洒水（本工程取消）、碾压等主要工序，还包括超径石处理、上游垫层坡面整理、边角处理、斜坡碾压及防护、下游护坡铺设等项工作。填筑过程中必须采用流水作业法组织施工，既将整个坝面根据实际情况划分为若干个面积大致相等的工作面，在各工作面依次完成填筑的各个工序，使各个工作面上所有的工序能够连续进行，同高程上升，后进行接缝处理，避免超压或漏压现象，确保坝体填筑质量与进度。
（2）料源质量控制
面板坝主要的坝料为垫层料、过渡料及堆石料，主要从坝料的料源及制备控制，主要在级配、粒径入手，把好质量关。
垫层料的级配是在面板坝的坝料中是要求最为严格的。其集中表现在谢腊德级配界限，这个界限的关键是保证5mm以下的组份不小于35%～55%。最大粒径为80mm，粒径≤5mm含量为35%～50%，粒径≤0.1mm含量为2%～7%，在制备过程中往往掺加一定含量的细沙，以确保级配的连续性。过渡料最大粒径为300mm，粒径小于5mm含量为14%～25%，小于0.1mm含量小于7%，级配连续，不得有断径，不得有树根、杂草等杂物。
堆石料主要采用台阶深孔微差挤压爆破法制备，必须在施工过程中严格控制，特别是要做好爆破参数的选择。最大粒经为800mm，粒径小于5mm含量≤20%，小于0.1mm含量小于5%，级配连续，不得断径，不得有树根、杂草等杂物。
（3）坝料铺填及碾压
在坝体填筑前，按照设计图纸施放出各坝料分界线，由自卸车将合格坝料运至坝面填筑区，3m宽垫层料采用1.2m3反铲的斗子沿上游边线进行铺填，并辅以人工整理，考虑到碾压安全一般向上游超填30cm，水准仪校核整平；垫层小区料人工铺填，其余各料按照“先粗后细”的原则采用进占法进行坝料铺填，下游次堆石向下游方向超填1m。铺填完成后16T自行碾按照碾压参数平行于坝轴线进行碾压，与趾板结合处垫层料和小区垫层料、岸坡结合处过渡料采用4kw（激振力30kN）平板振动夯进行夯实（8～10遍）。
（4）坝体各区的填筑与结合部位的质量控制
面板坝堆石坝体各种料的颗粒组成、填筑碾压参数均不同。在铺料厚度上，一般垫层、过渡区层厚取0.4m，主堆石和次堆石区取0.8m，确保在铺料时堆石厚度比垫层和过渡料厚2倍，以便过渡区与堆石区的良好搭接，保持上游坝面平起填筑。铺料过程中确保各填筑料的同步上升，人工处理结合部位的超径石及大块集中、架空现象，垫层和过渡区每层（过渡区2层后和堆石区）进行一次骑缝碾压，碾压遍数在试验确定的参数基础上多碾压2遍。
（5）坝体与岸坡结合部位的质量控制
按照施工规范及设计要求面板坝堆石体地基不得存在反坡。一般采用削坡或处理，阳坡一般削为1：0.5的自然顺坡，阴坡一般采用填塞混凝土（或浆砌石）至1：0.3～1：0.4的自然顺坡。本工程为了考虑施工进度和质量，避免开挖对周围岩石的再次扰动，经设计提出在反坡部位采用过渡料掺加水泥（掺加标准100kg/m3），加水拌湿后分层碾压（每层不超过20cm）的方案。
（6）坝体分区分段填筑时结合部位的质量控制
考虑施工进度的需要，在不能确保全断面回填施工时，可根据实际情况进行分区分段填筑。为了避免超、欠压，确保碾压质量和施工安全，靠近外坡都存在约30cm～50cm的虚料无法碾压密实，在填筑过程中堆石体也无法避免向下滑落，同样也加大了虚料的厚度，在后期全断面补填时必须提前采用挖机或推土机将虚料刷为不缓于1：2的坡（至密实状态），后分层接缝，骑缝碾压。
4、效果分析
新疆开都河柳树沟面板堆石坝填筑从2011年9月1日开始，2012年5月30日结束，共填筑151.01万m3（未含坝后护坡工程量）。在填筑施工过程中，按设计及规范要求的频次对各种坝料检测干密度、孔隙率、颗粒级配、渗透率数等，均符合设计及规范要求。各质量评定结果见下表1：混凝土面板堆石坝工程坝体回填质量评定汇总表。
5、结语
新疆开都河柳树沟面板堆石坝工程在坝体回填过程中，结合工程实际，经过多种方案的优化和质量控制，保质保量的完成了坝体回填工作，且取得了较好的经济效益。102m高大坝累计沉降量仅为381mm，完全达到了设计及规范要求的小于1%的标准，为后期面板施工奠定了良好的基础，并为同类型坝体施工提供了很好的借鉴和参考。
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