鄭雪 云南水利水電職業(yè)學院

盧民 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司

楊璐瑤 蔣源 云南水利水電職業(yè)學院

1.前言

近年來，隨著國家對環(huán)境保護的重視，水利工程施工中如何減少對工程建筑材料的需求，充分利用現(xiàn)場材料，減小棄渣處置，減輕大壩對環(huán)境的影響成為壩型選擇的一個重要因素。膠凝砂礫石壩是在碾壓混凝土壩和面板堆石壩的基礎上發(fā)展而來的一種新壩型。因其具有對骨料的要求較低，可以利用壩基開挖的砂礫石，節(jié)約工程造價等優(yōu)勢，成為近年來專家學者研究的一種新壩型，具有廣闊的應用前景。

現(xiàn)階段，我國已建膠凝砂礫石壩主要用于臨時工程，用于永久擋水壩體項目較少。本文以某水庫膠凝砂礫石壩工程為例，進行膠凝砂礫石壩施工技術分析，為其他類似工程設計提供一定的借鑒。

2.工程概況

2.1 工程概況

某水庫工程位于黔東南州雷山縣境內，水庫壩址控制流域面積28.6km，水庫總庫容447萬m，水庫的功能為城鎮(zhèn)供水、城鎮(zhèn)防洪及農(nóng)業(yè)灌溉。樞紐由膠凝砂礫石重力壩+壩頂開敞式溢洪道+右岸泄洪底孔+右岸取水建筑物組成，最大壩高47.0m。

2.2 工程地質

2.2.1 地形地貌

壩址位于兩岔河口下游 120m處，壩址河流總體呈東西向，河谷形態(tài)在橫剖面上呈較對稱“V”型河谷，河床高程為 854.7m。河床左右兩岸均以山脊地形為主，自然坡度為35°～40°。左岸山體三面臨空，地形上緩下陡，頂部較為平緩。右岸地形相對較完整，整體為沖溝相間的斜坡地形，右壩肩上下游均發(fā)育沖溝，對壩肩地形切割，形成較為孤立山脊地形。

2.2.2 工程地質條件

壩址兩岸緩斜坡地帶多見殘坡積粘土夾碎石分布，河床部位普遍被沖洪積砂卵石覆蓋，兩岸地形陡峻處，多見基巖出露。下伏地層為下江群烏葉組第二段（Ptwy）薄層、極薄層夾少量中厚層深灰、灰黑色千枚狀絹云母板巖夾少量灰色變余粉-細砂巖?，F(xiàn)按年代由新到老，將壩址區(qū)出露地層列述如下。

（1）第四系覆蓋層（Q）。沖洪積物(Q)：上部灰、褐黑色砂質粘土夾少量碎石，局部含大粒徑塊石，厚0～3m，下部為砂礫石層，厚 0～2m，主要分布于河床及沖溝底部。

（2）基巖。下江群烏葉組第二段（Ptwy）：薄層、極薄層夾少量中厚層深灰、灰黑色千枚狀絹云母板巖夾少量灰色變余粉-細砂巖，厚度＞500m。層面情況明顯，在強風化帶，巖體間咬合力小，可用地質錘挖刨，錘擊聲沙??；進入弱風化至新鮮帶巖體，巖體間咬合力強，巖質錘擊聲清脆，錘擊過程彈手；分布于整個壩址，為大壩基礎持力層。

2.2.3 水文地質條件

壩址主要為Ptwy薄層、極薄層夾少量中厚層深灰、灰黑色千枚狀絹云母板巖夾少量灰色變余粉-細砂巖。在強風化帶內，裂隙張開，且發(fā)育密集，是地下水儲藏和運移良好部位，屬強透水層。地下水類型為基巖裂隙水，地下水主要集中于層面與裂隙面的交匯部位，其運移途徑主要為層面、裂隙面。進入弱風化后，裂隙減少且多閉合，巖體透水性明顯減弱，屬弱透水至相對隔水部位，地下水位多半位于弱風化帶。根據(jù)鉆孔壓水試驗，兩岸強風化至弱風化上部巖體q值一般大于5Lu，為弱至中等透水巖體，河床弱風化及兩岸弱風化下部巖體q值一般小于5Lu，為弱透水巖體，微新巖體q值一般在1Lu 左右，為微至弱透水巖體。

2.3 壩體結構及材料要求

壩頂寬度6 m，最大壩底寬57.60m。壩體斷面上游面從94.00m高程至壩頂鉛直，894.00m至建基面上游壩坡1:0.6。下游壩坡894.00m至壩頂為鉛直斷面，以下至864.00m高程為折線臺階式，下游綜合壩坡坡比1:0.6。下游設置齒槽以增大抗滑力，齒槽寬度為3m，深度為3m。

大壩主體采用180天齡期C8膠凝砂礫石，抗?jié)B標號W4，抗凍等級F50?；A設置1.0m厚的28天齡期C15常態(tài)混凝土墊層，抗?jié)B標號W6，抗凍等級F100。

3.膠凝砂礫石配合比設計

3.1 配合比設計

本工程大壩方量約22萬m，項目區(qū)內開挖可供膠凝砂礫石壩使用的強風化、弱風化17.6萬m，其余砂礫石需外購處理。為了最大程度的利用項目區(qū)內的砂礫石，降低工程造價，同時減少開挖棄渣，減輕工程對環(huán)境的影響。根據(jù)設計要求及《膠凝顆粒料筑壩技術導則》等進行了膠結砂礫石配合比試驗，試驗成果見表2、表3、表4。

3.2 試驗結果分析

3.2.1 抗壓強度分析

由表2可見，弱風化料膠結砂礫石180天抗壓強度為8.3～12.8Mpa，滿足的C8的設計要求；由表3可見，強風化下帶料膠結砂礫石180天抗壓強度為5.6～7.1Mpa，不滿足的C8的設計要求；由表4可見，混合料膠結砂礫石180天抗壓強度為7.6～9.7Mpa，抗壓強度值介于弱風化料和強風化料之間，抗壓強度隨著弱風化料占比的降低而降低，當弱風化料摻比＞40%，可滿足的C8的設計要求。

表1 千枚狀絹云母板巖物理力學參數(shù)表

表2 弱風化料配合比及實測性能表

表3 強風化下帶料配合比及實測性能表

表4 弱風化與強風化下帶混合料配合比及實測性能表

3.2.2 不同開挖砂礫石料的應用范圍分析

根據(jù)強度分析，使用弱風化料、弱風化和強風化混合料（弱風化料摻比＞40%）進行筑壩。為了充分發(fā)揮砂礫石膠凝壩“宜材適構”的設計理念，充分利用現(xiàn)場開挖砂礫石料，根據(jù)現(xiàn)場實際開挖情況，結合壩體不同部位受力特性，可考慮將混合料砂礫石膠凝體抗壓強度不滿足C8的材料用于壩體受力相對較小的上部區(qū)域。

4.現(xiàn)場施工工藝控制

4.1 砂礫石料控制

筑壩所用砂礫石開采前要對開采和堆放進行綜合規(guī)劃，選用材料必須品質可控，砂礫石料應質地堅硬，粒徑、含泥量需滿足規(guī)范要求。

砂礫石儲料堆應有引排水措施，并控制砂礫石含水率。當砂礫石含水率超過單方膠結砂礫石用水量時，砂礫石料不能進行拌和，需對砂礫石進行晾曬，使其滿足要求。大壩施工過程中，在汛期時段，砂儲料堆應有遮雨和排水設施，控制砂含水質量控制率不大于6%。

4.2 配料拌合與運輸控制

砂礫石拌合前對拌合系統(tǒng)的計量設施進行檢測，在使用過程中對其進行定期檢查、校準，保證其計量系統(tǒng)始終滿足精度要求。膠結砂礫石的制備必須嚴格按照試驗室簽發(fā)的配料單進行配料，嚴禁擅自更改。

膠結砂礫石運輸車輛行走道路應平整通暢，減少途中顛簸，運輸?shù)缆窇袑Ｈ司S護；汽車行駛過程中不得突然加速、減速、急剎車或急轉彎以及其它有損于膠結砂礫石質量的操作，以免造成骨料分離。自卸汽車在運輸膠結砂礫石過程中應有遮陽、防雨設施。汽車入倉前應對輪胎進行沖洗并脫水。卸料自由落差不宜大于1.5m，超過1.5m宜加設專用垂直溜管或轉料漏斗。同時運輸兩種或兩種以上強度等級或不同級配的膠結砂礫石入倉時，應在運輸機具上設置明顯的標志，標志運輸膠結砂礫石類別，以免相互混淆。

4.3 碾壓控制

膠結砂礫石應卸在將要攤鋪的部位；采用自卸汽車直接進倉卸料時，應采用退鋪法依次卸料，無論采用何種卸料方式，卸料時自由落下高差不得大于1.5m，卸料應采用多點式卸料法（料堆高度要求小于80cm），應避免一次卸料料堆過高，以減少骨料分離；不能將膠結砂礫石卸在靠倉面邊緣的1.2m范圍之內。汽車卸料應按碾壓條帶進行，盡量避免將料卸在已碾壓好的相鄰條帶層面上。卸下的膠結砂礫石應及時進行攤鋪，宜采用邊卸料邊攤鋪的方式進行。對已攤鋪而未能及時進行碾壓的膠結砂礫石應及時用塑料薄膜覆蓋，以防水分蒸發(fā)。

松鋪厚度60cm、壓實厚度50cm，采用XG626H單鋼輪振動碾，高頻碾壓，振動碾開行速度1.0km/h～1.5km/h，靜碾2遍+振碾8遍的施工工藝。

4.4 層間處理工藝

現(xiàn)場碾壓施工中，超過直接鋪筑允許時間而未超過加墊層鋪筑允許時間的，加墊層砂漿后鋪筑、砂漿厚度10mm～15mm；超過加墊層鋪筑允許時間的為施工冷縫，必須通過高壓水沖毛后，鋪10mm～15mm墊層砂漿。沖毛以微露砂中粗顆粒為宜，邊鋪墊層砂漿邊覆蓋上層膠結砂礫石，嚴防墊層砂漿失水發(fā)白現(xiàn)象。

4.5 加漿振搗膠結砂礫石施工工藝

富漿膠結砂礫石上游、下游保護層采用加漿振搗施工。施工工藝為：造孔→注漿(底部、中部注漿)-～振搗。梅花型造孔，間距20～30cm，孔徑5cm左右，宜分兩次造孔、注漿，振搗應使其密實，保證質量。同一碾壓層應先施工加漿振搗部位后施工振動碾壓部位。

在止水埋設處的富漿膠結砂礫石施工過程中，應采取措施妥善保護止水材料，對該部位的大骨料應人工予以合理剔除，振搗應仔細謹慎，以免產(chǎn)生任何滲水通道。

4.6 質量檢測控制

施工過程中加強對原材料進行檢測，對各種材料的檢測項目和頻次嚴格按相關規(guī)范進行執(zhí)行；對拌合后的膠結砂礫石料在攪拌機口隨機取樣檢測；膠結砂礫石現(xiàn)場碾壓時，加強全過程控制及檢測，做好相應數(shù)據(jù)及照相、視頻記錄工作。

5.結論

本項目膠凝砂礫石壩，利用現(xiàn)場壩基開挖的弱風化料、強風化下帶料進行筑壩，減小了工程外購材料及棄渣處理。對本工程而言，其工程造價相對碾壓混凝土重力壩節(jié)約18.9%，較面板堆石壩節(jié)約11.5%，具有良好的經(jīng)濟性。同時通過膠凝砂礫石配合比試驗及現(xiàn)場碾壓試驗，確定了膠凝砂礫石壩施工參數(shù)，結合施工現(xiàn)場的質量控制工藝，確保工程施工的可靠性和安全性。為該壩型的設計、施工及推廣提供了有益經(jīng)驗。