黃河康揚水電站壩體填筑質量控制與檢測

樊偉東

(青海省水利水電科學研究所，青海 西寧 810012)

0 前言

大中型水利水電工程建設的開發(fā)，多年來經專家學者的積極探索和研究,壩體設計、開挖、施工技術已取得了巨大的進步，不同地質條件下回填工程施工均獲得了顯著的成功。但對于壩體填筑的當地建筑材料，隨著地域地質條件的不同，均有其較大差異。因此填筑質量是否能達到理想的設計要求，保證工程質量、安全運行，取得良好的經濟和社會效益，仍是人們的共同關注。本文通過對工程建設過程中實測的大量數據和良好的工程質量,并經5 a的安全運行檢驗,初步歸結為:

（1）精心設計，根據實地地質勘探資料，借鑒國內外相關該壩型的成功經驗，精心設計，并在施工過程中與承建單位及時溝通，詳細進行設計交底，及時進行優(yōu)化設計。

（2）嚴格招投標程序,由壹級資質和已承建竣工的類似工程規(guī)模業(yè)績的水利水電專業(yè)施工隊伍承建,投入先進的施工設備和較高素質專業(yè)技術人員,透徹領會設計精神,有著完善的質量保證組織機構和質量保證體系,精心施工。

（3）建設單位進行全面質量管理,提高參建單位全體員工質量意識,監(jiān)理單位嚴格工序和過程控制,積極采取新工藝,新技術,新材料的應用。工程內部技術成果共享，加強信息化科學管理。

（4）堅決執(zhí)行工程質量建設單位負責,施工單位保證,監(jiān)理單位控制,政府部門監(jiān)督的建設監(jiān)理監(jiān)督機制,是保證工程質量的重要關鍵。

1 工程概況

1.1 工程簡介

黃河康揚水電站位于青海省尖扎縣與化隆縣交界處黃河干流上,距李家峽水電站17 km，距公伯峽水電站53 km,距省會西寧105 km。工程主要由地面發(fā)電廠房,開關站，泄洪閘,混凝土重力壩,右副壩和左岸壤土斜墻壩組成。總裝機容量283.5MW(40.5 MW×7臺)，年發(fā)電量9.92億kW·h。壩體形式為壤土斜墻壩,工程規(guī)模屬Ⅲ等中型.主要任務以發(fā)電為主。壤土斜墻壩與右岸泄洪閘連接,最左端通過壩后公路與康尖公路連接,壩體起止樁號:0＋065～0＋825,壩長 760 m,壩頂高程 2 036 m,最大壩高22 m。斜墻壩從上游至下游依次為上游壩殼,上游反濾層,壤土斜墻壩,下游反濾層,下游壩殼和排水棱體。上游壩坡1∶2.5,下游壩坡1∶1.8,防滲體上游壩坡 1∶2.1,下游壩坡 1∶1.8,防滲體與右岸連接處擴大了防滲體斷面,防滲體與右岸泄洪閘連接處附近也擴大了防滲體斷面。砂礫石壩采用混凝土防滲墻,墻厚80 cm,墻頂插入土質防滲體不低于2 m,墻底嵌入強風化層下限至少0.5 m,上游坡面采用預制混凝土塊護面,下游壩坡采用格構護坡。

1.2 主要工程量與設計指標

基坑開挖8.9萬m3,壩殼砂礫石回填34.48萬m3壤土防滲體9.18萬m3,反濾料回填4.69萬m3,上下游墊層1.79萬m3,排水棱體0.85萬m3,包括防滲墻C15混凝土9 524 m3等共計61.15萬m3。

壩體斜墻壤土防滲料:滲透系數k≤1.0×10－5cm/s,水熔鹽含量(按質量計)不大于3%,有機質含量按質量計不大于2%,塑性指數小于20,液限小于40,干密度通過碾壓實驗后確定 (后定為1.71 g/cm3),壩體砂礫料相對密度不小于0.75,反濾料墊層最大粒經小于80 mm,小于5mm的顆粒含量為30%～50%,小于0.075 mm的顆粒含量應不超過5%,級配連續(xù),級配應滿足D15≤9d85(濾土要求),D15≥4d15(排水要求),填筑相對密度不小于0.75,排水棱體粒經400mm～120mm,新鮮完整卵石和礫石。

康揚水電站土石壩標準斷面見圖1所示。

圖1 康揚水電站土石壩標準斷面圖

2 壩體填筑施工

（1）斜墻壩由中國水電第十五工程局2004年7月承建至2006年8月完工，同年9月蓄水運行,歷時26個月。施工期間,首先健全了以項目經理為質量第一責任人的施工組織機構，下設分管各項的副經理、總工程師、生產辦和配有試驗設備齊全的質量檢測專職檢驗試驗室等職能部門。對承建工程制定完善的質量保證體系,形成文件并具體實施,落實,檢查,嚴格按照技術規(guī)范,設計文件,合同要求,執(zhí)行工程質量‘三檢一驗’制。

（2）投入足夠先進施工設備資源和技術資源,進行施工組織設計,首先對壩體填筑的單元工程,重要隱蔽單元工程,關鍵部位單元工程,分部工程詳細劃分,作到施工有序,規(guī)范驗收。

（3）開工前進行料場探坑取樣復查,對礫石料、反濾料、防滲壤土料等各項技術指標要求進行備料，并對砂礫石壩料,壤土斜墻壩料技術處理后,分別選擇了68 m×37 m,38 m×25 m的碾壓試驗場進行大型碾壓試驗。從實測的數百個試驗數據中整理得出表1,表2所列的滿足設計、施工要求的碾壓參數和碾壓機械。對砂礫料,反濾料碾壓試驗成果,進行了ρd-P5-Dr三因素相關圖繪制,由監(jiān)理審核批復,作為壩體填筑質量控制的檢測依據。

（4）土料施工:對插入斜墻防滲體2 m高的混凝土防滲墻結合面，采用先在混凝土表面涂刷黏土漿液，邊涂刷邊鋪20 cm厚適合小型夯夯實含水量的壤土料，邊用機械夯夯實.對上下層鋪土之間的結合層面進行3 cm左右深的刨毛處理?；炷练罎B墻側臺背填筑，為確保臺背側土料碾壓質量，在距臺背側2.0m區(qū)以內及臺頂0.5m以下區(qū)，采用薄鋪多碾的方法進行土料碾壓，其攤鋪厚度不大于20 cm，25 t氣胎碾順防滲墻走向進退錯距法碾壓成型。壩面大面積填土碾壓,防滲體壤土料開挖,考慮土料天然含水量偏高，擬采用平采方式進行開挖。由220HP推土機分層開挖，3.0m3裝載機裝料，20t自卸汽車拉運至現場，運距1.0 km，進占法卸料，壩面進料路徑注意及時改變,以防止大型運土機械對壓實土的剪切破壞。120HP推土機分層攤鋪平整，PY180B平地機精平,其攤鋪厚度按30 cm控制，16 t拖式凸塊振動碾進退錯距法平行壩軸線壓實。施工過程中質量控制，對拉運至壩面的土料的天然含水量偏高，在壩面采用平面薄層攤鋪的方式或采用旋耕機翻拌曝曬等方法予以減水。其含水量應不大于最優(yōu)含水量的3%,不小于最優(yōu)含水量的2%。土料鋪填厚度,采用水準儀及鋼釬插入法檢測,依碾壓試驗參數,最終設計確定其干容重按1.71 g/cm3控制其碾壓質量。500 cm3環(huán)刀法取樣（取樣頻率為每200～500 m3，1次）,酒精燃燒法檢測含水量,其壓實干密度應按不小于1.71 g/cm3控制,個別最小干密度不得小于設計干密度的98%。

（5）壩殼砂卵礫石料施工：首先對料場區(qū)覆蓋層進行清理.其厚度14～22m,施工由3.8m3液壓正鏟挖掘機裝料,20 t自卸汽車拉運至指定棄料區(qū)堆放壩料開挖，同清理覆蓋層方法,壩體填筑，進占法卸料,人工配合220HP推土機分層攤鋪平料,其攤鋪厚度按80 cm控制,18 t自行式平面振動碾進退錯距法壓實,施工過程中質量控制,其厚度采用水準儀控制,灌水法取樣。炒干法測其含水量（取樣頻率為每3 000～5 000m3,1次）,測相對密度不小于0.75。

（6）反濾料施工：a.防滲體下游坡面反濾料施工;下游坡面施工，“先砂后土法”。厚度為120 cm（法線方向）,5 t自卸汽車按分級不同拉料至現場,在已碾壓成形的下游壩殼砂卵礫石料層面上垂直壩軸線方向,倒退法卸料。按照施工分期分段要求攤鋪，由人工輔助1.2 m3液壓反鏟挖掘機將Ⅱ級反濾料翻拍到位（坡比1∶1.8），再用同樣方法將Ⅰ級反濾料翻拍到位（坡比1∶1.8）.在反濾料翻拍到位后，即可進行防滲體壤土料施工.防滲體壤土料,首先進行第一、二層30 cm厚度填筑土料碾壓后，經PY180B平地機平整,與下游翻拍到位的兩級反濾料騎縫碾壓成形。b.防滲體上游坡面反濾料施工：防滲體上游坡面反濾料施工，其工藝為“先土后砂法”。上游反濾料厚度為60cm（法線方向），施工由3.0m3裝載機在左岸上游反濾料加工場裝料,5t自卸汽車拉料.在已碾壓成形的防滲體壤土料層面上倒退法卸料（垂直壩軸線方向）.防滲體坡面反濾料碾壓,由18t自行式振動平碾進退錯距法壓實。施工過程中質量控制,要求反濾料干凈無污物,超徑顆粒含量不應大于3%，遜徑顆粒含量不應大于5%，針片狀顆粒含量不應大于10%,加工好的反濾料中小于0.1mm的顆粒含量應小于5%；碾壓厚度采用水準儀或鋼釬插入法檢測,灌砂法取樣（取樣頻率為每200～500m3，1次）。防滲體坡面反濾料施工,其關鍵工序在于反濾料與其相鄰壩料的搭坡碾壓技術。

表1 壤土斜墻壩料碾壓參數與壓實機械控制指標一覽表

表2 砂礫石壩體碾壓參數與壓實機械控制一覽表

3 質量控制與檢測

3.1 壤土斜墻防滲體

施工過程中質量控制，對拉運至壩面的天然含水量偏高，在壩面采用平面薄層攤鋪的方式或采用旋耕機翻拌曝曬等方法予以減水；其含水量應不大于最優(yōu)含水量的3%，不小于最優(yōu)含水量的2%；土料鋪填厚度，采用水準儀及鋼釬插入法檢測,依碾壓試驗參數控制壓實質量,不得漏壓、欠壓,彈簧土應立即清除,對不滿足設計要求的必須補壓,直至合格。500cm3環(huán)刀法取樣依據施工規(guī)范取樣頻率為每200～500m3,1次。酒精燃燒法檢測土料含水量及干密度，最小干密度應大于等于98%的設計干密度.在檢測過程中,同時也對土料的部分物理力學性能進行了檢測(見表3),取樣頻次,檢測成果均滿足設計要求。

3.2 砂礫石壩殼

砂礫料施工過程中質量控制，其碾壓質量采用表2中碾壓試驗參數控制,水準儀找平,灌水法取樣,取樣頻率控制為每3000～5000m3,1次，并進行了近百余組顆粒分析試驗,以滿足設計對各種壩料的級配要求。測其大于5mm粒經礫石含量百分比,以ρd-P5-Dr三因素相關曲線,控制其相對密度不小于0.75。

3.3 反濾料與墊層施工質量控制

反濾料與墊層料屬同一種料,設計要求相對密度不小于0.75。依200～500m3取樣一次,反濾料和墊層料。檢測相對密度163組,檢測頻次為每368m3，1組。施工過程中質量控制,其厚度采用水準儀控制,灌沙法取樣,炒干法測其含水量,其相對密度不小于0.75。工程的竣工,檢測成果和安全運行是檢驗建筑物質量的標準,由表3壩體壤土防滲墻資料表明,其物理力學指標全部滿足設計要求,實測干密度平均值1.78g/cm3,大于設計值的1.71g/cm3干密度,表明壤土料場選擇正確,壓實效果顯著;滲透系數均值k=4.48×10-7cm/s,小于設計指標k≤1.0×10-5cm/s,表明防滲效果良好。

表4為壩體填筑檢測成果一覽表。

表4中礫石料反濾料的平均相對密度Dr=0.87～0.89,大于設計值Dr=0.75,經技術處理的砂礫石,大于5mm粒經含量均在60%～80%,即試驗得出的ρd-P5-Dr三因素曲線圖是最宜達到設計相對密度和干密度的最佳級配。由從各壩區(qū)近百余組試坑中取樣實測顆粒分析成果表明,大都在設計包絡線內,故可以認為大壩各分區(qū)填筑碾壓質量是良好的。用三因素圖進行質量控制,級配連續(xù),易壓實,且不會產生碾壓架空現象,使碾壓質量達到100%的合格率關鍵程序。通過回訪大壩儀器施工安裝檢測單位,對其壩體沉降,位移,變形觀測資料表明,自壩體擋水運行至今,無任何變異.機組基本以滿負荷運行發(fā)電,更說明優(yōu)質的施工填筑質量是安全運行的重要保障。

4 結語

工程開發(fā)建設的質量管理,應由執(zhí)行建設單位負責,施工單位保證,監(jiān)理單位控制,政府部門監(jiān)督的建設監(jiān)理監(jiān)督機制。砂礫石壤土防滲壩質量控制,應首選防滲效果良好易壓實的黏土材料和級配連續(xù)的砂礫石料,進行大型碾壓試驗,選取合理的碾壓參數。砂礫石料采用ρd-P5-Dr三因素相對密度質量控制,防止架空碾壓,保障良好的工程質量,減少了工程維修費用。壩體通過5 a的安全運行檢驗,機組正常發(fā)電,是取得顯著經濟效益的重要保證。工程的竣工,初步改善了區(qū)域性生態(tài)環(huán)境,促進了地方養(yǎng)殖業(yè)、中小企業(yè)和旅游產業(yè)的發(fā)展,產生了良好的社會效益。

表3 壤土斜墻防滲土料物理力學性能檢測成果一覽表

表4 壩體填筑檢測成果一覽表

[1]水利工程施工[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[2]SL176-2007，水利水電工程施工質檢驗與評定規(guī)程[S].

[3]SL223-2008，水利水電建設工程驗收規(guī)程[S].

[4]水利水電基本建設工程單元工程質量等級評定標準，第一部分:土建工程[S].