牙塘水库砂砾坝填筑施工技术

毛兰芳

提要：本文结合甘肃省东乡南阳渠灌溉工程牙塘水库砂砾石坝壳填筑施工的实际情况，从现场碾压试验对大坝设计参数的反馈，施工机械配置等方面予以论述，并着重对近阶段水库施工中存在的一些普遍性问题进行了探讨。

关键词：砂砾坝 碾压试验 机械配置

1. 概述

牙塘水库坝址区位于甘肃省和政县柳梅滩上游约1.6km峡口处。坝长447m，高57.2m，设计断面为碾压式沥青砼心墙砂砾坝壳，坝基为现浇150#砼防渗墙和帷幕灌浆防渗方式，水库库容1920万m3。牙塘水库主体工程分挡水建筑物、泄洪输水系统和非常溢洪道系统三部分。

2. 大坝施工前期准备工作

首先进行临时工程的布置和建设，其次针对大坝工程的特性，重点进行了砂砾石坝壳料场复查和碾压试验两项准备工作。

2. 1料场复查

本工程砂砾石坝壳料场较为分散，沿牙塘河床约15km范围内分布有7个料场，总储量364万m3，其中水上149万m3，水下218万m3施工单位对料场进行复查的主要内容有：

1） 料场覆盖层厚度，料层的变化情况及夹层的分布情况；

2） 料场的分布范围，开采及运输条件；

3） 料场中地下水位的变化情况及其与季节性降水间的关系；

4） 料场的可开采范围、占地面积、弃料面积、道路占地以及不用层厚度，初步计算每一料场的有效储量及可开采数量；

5） 核实坝料的物理、力学性质及压实特性。

复查工作以单斗挖掘机坑探为主，人工坑探为辅的方式进行。值得注意的是，料场复查完毕后必须及时提交以上项目的复查结果报告，并对复查中发现的与勘测不符的有关情况及时提出建议性的意见以供建设管理和勘测设计单位决策。牙塘水库料场复查中发现的主要问题可归纳为以下几方面：

1） 坝壳料含泥量与勘测值有较大偏差；

2） 个别料场出现大面积的洪积物夹层；

3） 料场面积经扣除覆盖层弃碴占地，道路占地，防洪用地后，面积大大减少，相应的储量亦有缩减；

4） 料场地下水位的变化幅度较大。

2.2现场碾压试验

牙塘水库大坝的现场碾压试验以在料场复查基础上所确定的筑坝主料场Ⅲ、Ⅶ、Ⅹ为样本，碾压机具经工程类比选用T170（推土机）+YZT16（振动碾），YZT16型振动碾的主要工作参数如下：

振动轮直径φ1800mm，宽度2000mm；

振动轮线压力2554N/cm（静784，动1770）；

行驶速度：2～5km/h；

振动频率：30Hz；振幅：1.7mm；

总作用力：684KN（其中激振力：354KN）。

根据碾压试验干容重结果可绘制n-rd-h关系曲线，由此选择的施工参数为：铺土厚度1.0m，碾压遍数8遍。

值得注意的是：碾压试验的目的除确定施工参数外，还具有对设计标准合理性进行评价的作用。牙塘水库属8度地震设防，设计提出的压实相对密度为0.8，设计部门按其室内试验和现场取样所确定的压实干容重在2.26kg/cm3左右，该指标在国内坝工界属高限区，经碾压试验后对坝壳料提出了分区碾压指标，相应调整了压实干容重（控制指标：上游不小于2.23kg/cm3、下游不小于2.20kg/cm3）。只是由于料场分布区域较广，各区域间的指标仍会有不断变化，从目前的施工情况看，该控制指标仍然偏高。

3. 坝壳料施工

牙塘水库确定的施工渡汛方案为坝体分台阶式挡水，自截流后至汛前的筑坝最高强度为10000m3/d。

3. 1机械配置

机械配置的主要原则为：机械的生产能力必须满足施工强度要求，施工质量满足设计要求，后续机械生产能力必须大于先序生产能力，同一生产线上实现流水作业的组合机械的机种要尽量的少，要求尽量开展平行施工作业，防止配置机械中某一环节故障而影响全局，同时并列生产线间可相互调剂使用。

据以上原则及筑坝高峰强度所选定的机械配置方案为：

砂砾料开采，上坝：采用挖掘机+自卸汽车。依牙塘水库料场砂砾卵石的颗粒级配，水文地质情况等选择WY160A反铲挖掘机，斗容量1.6m3，生产能力220m3/h；选用13.5～20t自卸汽车。截流前的机械组合为：

WY160A：3台；自卸汽车（13.5t）：10台；

自卸汽车（18～20台）：8台；

以上机械组合最高日上坝强度为5120m3。

砂砾料碾压：依现场碾压试验和相似工程类比法选用YZT16振动碾，其生产率计算为：

Qv=1000×B×V×H×c/n（压实方）（m3/h）

式中：

B：碾宽（2.0m）； V：行驶速度（3km/h）

H：压实后铺层厚（0.85m）； n：碾压遍数

c：参数（采用正常重叠宽度时取0.75）

计算结果为：Qv=478m3/h

考虑到碾压工序属筑坝作业的控制性工序，其所产生的故障影响将导致整个筑坝作业的停顿以及按后序生产能力须大于先序生产能力的原则，截流前筑坝作业中选用2台振动碾。满足了施工高峰期的需要。

3. 2施工质量控制

牙塘水库工程實行社会监理，采用FIDIC条款进行工程质量管理，施工单位建立了全面质量管理体系，大坝施工质量控制的主要内容及顺序为：

1） 采场料源质量控制，不合格料不准开采；

2） 坝面砂砾料外观检查，不合格者清除出场；

3） 坝面碾压参数控制，主要检查振动碾的行驶方向，行驶速度，套压重叠宽度，碾压遍数；

4） 采用灌水法（部分用灌砂法）测定成品干容重。干容重合格率应不小于90%，不合格试样不得集中；不合格干容重不得低于设计干容重的98%。不合格坝区一般采用再洒水补碾的方法处理；

5） 申请现场监理抽检、验收。

4施工总结：

4. 1监理地位突出，作用重大。其工程建设涉及到设计单位、建设单位及施工单位等多方，而由于水库工程的复杂性，施工单位又分为地基处理、泄洪输水及坝体填筑和金属结构制作安装等4家施工企业，而水库施工的阶段性目标要求很强，协调工作量巨大，其中唯一能担当此任的非监理方莫属，它在设计与施工、施工与建设方、施工单位之间产生矛盾时，能够充分协调，化解矛盾。

4.2设计指标的确定至关重要。通过牙塘水库工程建设，笔者切身体会到“一个合理的设计指标的拟定远强于最优化的施工方案”。设计指标的确定按规定只能由水工设计部分提出，在设计过程 中应充分吸取地质勘察部门及监理方、施工单位的意见，并尽量类比已建工程，努力做到科学、合理。

4. 3料场选择与规划不可忽视。牙塘水库料场选择因受当地地形、地质条件的限制，只能在狭长的河谷滩地选取，但面对抢拦洪高程时的高峰施工强度（10000m3/d）及大规模机械化作业和防洪准备等占地面积的制约，合理规划料场显得尤为重要。牙塘水库施工中由于实事求是地贯彻了“科学规划，近料先用、远料后用、高料高用、低料低用”的原则，从淹没区内多开采了20余万m3的坝壳料，在保证前期施工强度的同時，为后续工程建设拓展了较大空间。

4.4快速检测方案的制定势在必行。如前所述，牙塘水库坝体填筑的施工质量控制以现行规范（SDJ213-83）为准，其所明确规定的1次/400～2000m3干容重、砾石含量检测项目已较难适应目前水库工程大强度的施工要求。以牙塘水库的实际施工情况，坑探检测以上项目的历时在12h左右，随着坝体逐步升高，坝面施工空间越来越小，检测试验占用大量的黄金时间的现状确实有必要得以改进。

5. 结束语

牙塘水库系我省近30年来所建的第一座碾压式沥青砼心墙砂砾坝，鉴于近年我省所建水库工程较少，坝工技术较其它地区相对落后，笔者试图通过牙塘水库的施工总结，提炼出一些成功的经验和失败的教训，以期为我省坝工技术今后的发展做一些微薄的贡献。