唐河水电站堆石坝基础处理与堆石料填筑施工

王 建

（山西省水利建筑工程局 山西太原 030006）

1 工程概况

唐河水电站位于山西省灵丘县唐河上。唐河属海河流域大清河水系，坝址以上控制流域面积457 km2，电站为综合利用水库，工程任务为：以水力发电、工业供水和农业灌溉为主，兼顾防洪。设计总库容为998.8万m3。

唐河水电站大坝设计从左到右依次为重力坝段、泄洪闸段和混凝土面板堆石坝段，其中0+114.5～0+395为混凝土面板堆石坝段，此段坝顶长280.5 m，宽6 m，坝顶相对高程26.9 m，坝底相对高程0.0 m，最大坝高26.9 m，上游坡比1:1.4，下游坡比1:1.4。堆石坝填筑量23.7万m3，其中垫层料2.9万m3、过渡料4.4万m3、堆石料16.4万m3。石料来源为主体建筑物开挖利用料和上游油房沟石料场开采料，垫层料采用上游河砂、菜峪河砂场筛分后的砂卵石、石磊石料场人工轧制碎石掺配，过渡料为左坝肩开挖的变质灰绿岩。

坝体填筑分区从上游至下游依次为垫层料、过渡料、主堆石料、下游堆石料和下游坝面干砌石(见图1)。其中垫层料最大粒径80 mm，相对密度0.75，含泥量低于6%；过渡料最大粒径300 mm，孔隙率小于20%；堆石料最大粒径800 mm，孔隙率22%。

图1 混凝土面板堆石坝填筑示意图

2 坝基础处理

2.1 基础开挖

趾板基础为弱风化岩石，右岸岸坡为破碎带岩体。趾板基础开挖要平顺，不允许出现陡坡和反坡。如趾板开挖底面存在局部陡坎、反坡或凹坑时，需进行削坡或补填混凝土处理。对趾板下游6 m范围采取挂网喷混凝土进行保护，堆石体基础挖除覆盖层至砂砾石基础，经振动碾碾压取样合格后再进行填筑。

2.2 地质缺陷处理

缺陷地基是指不能满足建基要求需作处理的基础，如断层、裂隙、软弱夹层以及松散软岩，对其处理在趾板区域和堆石体区域有所不同。

2.2.1 趾板区地质缺陷处理

对趾板区存在的断层、软弱夹层及裂隙采取挖深后设置混凝土塞的处理方案，从基础表面深挖2倍宽度，深挖后将深挖面冲洗干净，用C20混凝土回填，边坡控制在1：1。对松散软岩清除其填充物、破碎岩石，冲洗干净后用C20混凝土回填。为加强趾板基础岩体完整性，在趾板下对岩基进行固结灌浆。固结灌浆孔间排距均为4 m。

2.2.2 岸坡基础处理

对于右岸岸坡，由于岩石属于强风化岩体，比较破碎，清除坡面及坡脚堆积物，进行混凝土贴面挡墙施工，然后进行固结灌浆加固处理。

2.2.3 堆石区基础处理

堆石区基础位于相对高程5.5 m至7.5 m之间，建基面为砂卵石，开挖后用14 t振动碾碾压8遍。部分土质松软的地方将其挖除后用过度料填筑，振动碾压符合设计要求。

3 堆石坝填筑施工

3.1 碾压试验

在堆石坝填筑前，先进行各种填筑料的碾压试验，对垫层料，过渡料、堆石料在大坝上游分别进行碾压试验。试验按不同虚铺厚度、洒水量、碾压遍数分别进行。

垫层料取自库区上游的河砂，菜峪河砂厂的砂卵石和人工轧制的碎石按一定比例掺配的混合料，其含砂量在30%～40%，含泥量5%，颗粒级配符合设计要求。通过碾压试验，垫层料压实厚度40 cm时，碾压6遍干密度不再增加，干密度2.35 g/cm3,符合设计要求。不需要加水，碾压遍数确定为6遍。

过渡料的来源为左坝肩开挖料，经试验符合设计级配要求，过渡料压实厚度40 cm，不加水，碾压8遍干密度增加明显减缓，干密度大于2.20 g/cm3的设计指标，渗透系数符合设计要求。最终确定过渡料碾压遍数8遍，压实厚度为40 cm。

主次堆石料来自基础开挖石料场，油房沟石料场石料采用1台LG855D液压振动锤和2台高风压潜孔钻分梯段进行爆破开采。经试验主次堆石颗粒级配、干密度、空隙率都符合设计要求，最大粒径

不超过800 mm，小于25 mm的颗粒含量不超过40%，小于5 mm的颗粒含量不超过20%，小于0.075 mm的颗粒含量不超过5%，并具有低压缩性、高抗剪强度和强透水性。经室内和现场试验确定主次堆石压实厚度为800 mm，碾压遍数8遍。

3.2 大坝填筑施工

3.2.1 挤压边墙固坡

传统的堆石坝施工中，上游垫层区均采用坡面超填30～40 cm的垫层料，在填筑一定高度后，进行人工削坡整理，用斜坡碾反复碾压后再进行削坡整理、喷砂浆固坡处理等多道工序施工。采用这种传统的施工方法，垫层区斜坡面密实度难以保证，施工工序复杂、垫层料超填量和人工削坡整理工作量大，且坡面易受雨水冲刷。

为提高垫层区压实质量、简化施工工序、加快施工进度并减少垫层料用量，垫层区上游面采用挤压式混凝土边墙固坡。挤压式混凝土边墙固坡，是在每层垫层料填筑之前，沿着设计断面用挤压边墙机施工成一道连续混凝土小墙，墙高与垫层区每层填筑高度相等即40 cm，墙顶宽10 cm，上游坡同混凝土面板的坡比，内侧坡比采用8:1以便于垫层料碾压。挤压边墙墙体混凝土具有低强、低弹模、半透水并凝固快的性能。施工实践表明挤压边墙对面板的应力、应变无不利影响，不会影响混凝土面板的影响。

3.2.2 垫层料填筑

挤压边墙完成后，进行垫层料填筑，垫层料铺料厚度45 cm，垫层料采用14 t自卸汽车运料，平行坝轴线填料，采用后退法依次填筑垫层料，220挖掘机平仓，14 t振动碾碾压，碾压遍数8遍，坡脚和混凝土挤压边墙处采用电夯夯实。取样合格后进行下层填筑。

3.2.3 过渡料和堆石料填筑

过渡料和主堆石料填筑，采用14 t自卸汽车运料，平行坝轴线铺料，TY220推土机平整，平整后采用YZ18振动碾碾压8遍，碾压采用错距法。主堆石料洒水采用坝外加水和坝面洒水相结合，垫层料和过渡料因料场含水，在坝上不再洒水。主堆石料填筑、压实厚度均按80 cm控制，过渡料的填筑分层厚度均为40 cm，在垫层料和过渡料填筑后正好两层40 cm厚与其填平。填筑时先垫层料再过渡料，经试验检验过渡料和垫层料均不需要加水，根据碾压试验确定碾压遍数为8遍。

唐河水电站填筑施工过程中，经挖坑灌水法试验，检测每个分区的干密度均达到或超过设计指标，垫层料和过渡料的原位渗透系数均满足设计技术指标。各料区的颗粒级配符合设计要求，垫层、过渡层的厚度、铺筑位置及反滤料的材质、粒径、级配、不均匀系数、含砂量等，均符合各项指标要求。堆石压实采用重型振动碾，沿坝轴线方向分段碾压，与岸坡结合处2 m宽范围内平行岸坡方向碾压，振动碾难以碾压的地方和不易压实的边角部位采用减薄铺料厚度，并用小型振动碾压实。

3.2.4 各种填料的连接次序

混凝土面板堆石坝的垫层区与过渡区、过渡层与主堆石连接时，先填主堆石，再填过渡料，最后填垫层料。一层主堆石、二过渡层和垫层平起作业；在铺筑垫层料之前，清除过渡区上游面所有大于150 mm的填筑料。

3.2.5 冬季填筑施工

堆石坝体施工一般不受大气降水影响，冬季仍可填筑堆石，但必须防止坝料冰冻。因为冰冻的坝料碾压不实，冰融后会招致显著沉降和架空。因此，冬季进行填筑施工应采取相应的有效措施，以保证筑坝质量，冬季填筑坝料不允许冻块上坝，按相应条件的碾压试验确定冬季筑坝碾压参数，其中包括不加水碾压，合理减薄压实层厚度，增加碾压遍数，或增加碾压碾重。

4 结语

唐河水电站面板堆石坝主要特点采用河砂掺配砂卵石和人工轧制碎石分层拌制而成，既保证了施工质量，又加快了施工进度，也取得了很好的经济效益。在大坝填筑施工中总结一些施工经验，收集各种坝料碾压和填筑参数来指导坝体填筑，为今后类似工程提供借鉴。