德泽水库大坝填筑质量检测

高亚威

(沈阳工学院，辽宁 抚顺 113122)

1 工程概况

牛栏江—滇池补水工程是水资源综合利用的水利枢纽工程，是滇中调水的近期重点工程。大坝为混凝土面板堆石坝，从上游到下游分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游次堆石区。

牛栏江流域上游部分地区属于北亚热带季风气候，绝大部分的地区属于暖温带高原季风性气候。气候的主要特点是年温差小、日温差大，干湿季节气候分明[1]。

据试验成果，表明Ⅰ区、Ⅲ区均为较好的堆石料。Ⅰ区、Ⅲ区弱风化岩石均可作为混凝土粗细骨料的料源。大坝施工用土料场，位于后山梁子石料场Ⅱ区内，分布高程1952～2024m，高差约72m。

德泽水库枢纽工程上、下游围堰的填筑石料及大坝上游铺盖区回填任意料利用大坝开挖料。溢洪道开挖石方碴料中28.09万m3可为坝体次堆石的填筑用料，采用边开挖边上坝和经转存于水井渣场上坝填筑[2]。发电放空隧洞及电站的回填土石料利用自身的开挖料。

2 大坝填筑质量控制

2.1 坝料填筑质量标准[2]

2.1.1 一般要求

(1)坝体各部位填筑用坝料质量必须符合设计要求。

(2)坝体压实用设备的规格、重量、振动频率、振动力等符合要求。

(3)铺料厚度、碾压遍数、加水量等碾压参数应符合设计要求，铺料厚度应每层测量，其误差不宜超过层厚的10%。

(4)坝料压实质量检查，应采用碾压参数和干密度(孔隙率)等参数控制。以控制碾压参数为主。

(5)填筑面应保持平整。

(6)负温下施工，填筑面上的冰雪已清除干净，填筑面无冻结现象。

2.1.2 坝料压实检查项目、取样次数及试验方法

(1)检查项目和取样次数[3]见表1。

表1 坝料压实检测项目和取样次数[3]

注：渗透系数按设计要求进行检测。

(2)检查方法。①垫层料、过渡料和堆石料压实密度现场检测采用挖坑灌水法检测，并辅以表面波压密度度仪，每500～1000m3取1组，但每层不少于1组[4]。②垫层料试坑直径不小于最大粒径的4倍，试坑深度为碾压层厚。③过渡料试坑直径为坝料最大粒径的3～4倍，试坑深度为碾压层厚[3]。④堆石料试坑直径为坝料最大粒径的2～3倍，试坑直径最大不超过2m深度为碾压层厚。⑤按表1规定取样所测定干密度，其平均值不小于设计值，标准差不宜大于50kg/m3。当样本数小于20组时，应按合格率不小于90%，不合格点的干密度不低于设计干密度的95%控制。

表2 大坝坝料填筑质量标准

2.1.3 设计要求的大坝填筑质量标准

大坝坝料填筑质量标准见表2。

2.2 坝料填筑质量控制

(1)建立完善的质量控制体系[5]，编制详细的《大坝填筑施工方案》、《大坝填筑工程检验方法及控制措施》，保证大坝填筑施工质量符合标准及设计要求。

(2)现场碾压试验。碾压场地根据现场条件，开挖整理出50m×25m的试验场地，碾压试验共进行5大场23小场，确定能够满足标准及设计要求的施工参数：铺土(料)厚度、碾压遍数、行车速度、错车方式及堆石料的加水量等[6]。

(3)严格过程控制。严格控制过程，采用事前、事中、事后三控制原则，对坝体填筑质量进行控制。事前主要控制坝料块度与级配，事中主要控制铺料厚度与洒水量，坝体与岸坡接触带，不同坝料接触带以及碾压质量控制等，事后主要通过检测数据对施工质量加以控制。

(4)坝体碾压质量评价。通过采用现场试验及现场取样室内试验的方法，对坝体填筑碾压的质量进行控制，并按SL 176—2007《水利工程施工质量检验与评定规程》[7]对坝体填筑质量进行评定，在坝体填筑期间共完成1040个填筑单元，根据检测成果分析，坝体填筑工程质量符合设计要求，质量控制程序是可行、有效的。

3 大坝填筑质量检测

3.1 特殊垫层料及垫层料的质量检测

3.1.1 干密度、孔隙率、含泥量试验

大坝特殊垫层料填筑方量为2700m3，每层取样2次，共取样720次，根据DL/T 5128—2009《混凝土面板堆石坝施工规范》标准要求，采用灌水法进行现场检测，检测结果汇总见表3。

表3 特殊垫层料填筑质量检测结果汇总表

大坝垫层料填筑方量为237300m3，根据DL/T 5128—2009标准要求，采用灌水法现场共进行480次试验，并将样品带回试验室进行室内检测，检测结果汇总见表4。

表4 垫层料填筑质量检测结果汇总表

3.1.2 颗粒分析试验

将从试抗内抽取有代表性的样品带回试验室进行试验，采用振筛机对样品进行筛分，然后再根据公式进行计算并按设计要求绘制包络线。特殊垫层料及垫层料的颗粒级配试验共完成1200次，所测得的结果基本上都在包络线范围内，满足设计要求。

3.1.3 渗透试验

采用SL345—2007《水利水电工程注水试验规程》标准对进行现场干密度检测的试坑进行渗透系数试验[8]。

采用单环法对试坑进行清理，加入单环，注入清水，记录加水量及时间，编制曲线，并按公式计算渗透系数。检测结果基本在1×10-3～1×10-4cm/s范围内，个别检测结果不满足设计指标，经现场采取重新洒水碾压及减少重型设备干扰等措施，再次试验均能满足设计要求。

3.2 过渡料的质量检测

3.2.1干密度、d<100mm颗粒含量、孔隙率试验

大坝过渡料填筑方量为168958m3，根据DL/T 5128—2009标准要求，采用灌水法现场共进行368次试验，并将样品带回试验室进行室内检测，检测结果汇总见表5。

表5 过渡料填筑质量检测结果汇总表

3.2.2 颗粒级配及渗透系数试验

(1)颗粒级配试验。按照DL/T 5128—2009标准要求，从现场做干密度试验的试坑内取回样品带到试验室内进行小粒级(粒径小于100mm)的颗粒级配试验，大粒级(粒径大于等于100mm)在现场进行干密度试验时称重的过程中采用钢板尺直接进行量测并记录，再与试验室内的试验数据结合绘制过渡料的颗粒级配曲线，(颗粒分析的检测频次按每填筑2层取样1次控制)[3]。颗粒级配共进行了141次，检测结果除部分颗粒在包络线外，其余基本在包络线范围内。

(2)渗透系数试验。过渡料的粒径要求不大于300mm，根据规范要求，试坑直径在1.0～1.2m，其渗透系数试验是在现场干密度试验的试坑内进行，用塑料布将试坑铺满，然后向试坑内灌水，待灌满水后再将塑料破坏，计时水渗完的时间，根据公式计算其渗透系数。渗透系数试验共检测56次，检测结果均满足设计>1×10-2cm/s的要求。

3.3 主堆料的质量检测

3.3.1 干密度、含泥量、孔隙率试验

大坝主堆石料填筑方量为3766982m3，根据DL/T 5128—2009标准要求，采用灌水法现场共进行395次试验，并在试验室进行室内检测，检测结果汇总见表6。

表6 主堆石料填筑质量检测结果汇总表

在主堆石料的填筑施工过程中，由于受料场、气候及风雨等因素影响，造成主堆石料的填筑干密度检测时不满足设计≥2.18的要求，施工单位进行认真整改，包括重新洒水碾压或将开挖料清除后重新铺筑碾压的方法，试验人员再次到现场进行试验，直至试验结果满足设计要求。

从取样坑的情况来看，碾压后，大粒径间孔隙被细料填充，密实程度较好，无架空现象，铺料表层约10cm左右大多为细料，是因为推土机平料时细料会留在表面，且碾压机械功率高，在反复碾压过程中，在机械碾压功能作用下部分石渣料破碎。碾压遍数为10遍。从单个取样坑干密度情况来看，干密度的检测结果基本满足设计要求。

3.3.2 颗粒级配及渗透系数试验

(1)颗粒级配试验。按照DL/T 5128—2009标准要求，从现场做干密度试验的试坑内取回样品带到试验室内进行小粒级(粒径小于100mm)的颗粒级配试验，大粒级(粒径大于等于100mm)在现场进行干密度试验时称重的过程中采用钢板尺直接进行量测并记录，再与试验室内的试验数据结合起来绘制主堆石料的颗粒级配曲线，(颗粒分析的检测频次按每填筑2层取样1次控制)。颗粒级配共进行了175次，检测结果除部分颗粒在包络线外，其余在包络线范围内。

(2)渗透系数试验。由于主堆石料的粒径要求不大于800mm，因而根据规范要求，试坑直径在2.0～2.2m，其渗透系数试验是在现场干密度试验的试坑内进行，用塑料布将试坑铺满，然后向试坑内灌水，待灌满水后再将塑料破坏，计时水渗完的时间，根据公式计算其渗透系数。渗透系数试验共检测85次，检测结果均满足设计>1×10-2的要求。

3.4 次堆料的质量检测

3.4.1 干密度、含泥量、孔隙率试验

大坝过渡料填筑方量为1028624m3，根据DL/T 5128—2009标准要求，采用灌水法现场共进行137次试验，样品试验室进行室内检测，检测结果汇总见表7。

3.4.2 颗粒级配及渗透系数试验

颗粒级配及渗透系数试验方法与主堆石料相同。颗粒级配按标准要求共检测65次，渗透系数共检测32次。颗粒级配曲线基本满足设计要求。次堆石料的渗透系数满足设计>1×10-2cm/s的要求。

4 检测结果分析

4.1 特殊垫层料及垫层料

从现场干密度等指标试验结果看，振动碾的碾重及碾压遍数对其影响很大，在铺土厚度相同条件下，碾压遍数(分别为8、10、12遍)的不同导致干密度值的变化在2.14～2.21g/cm3之间，现场试坑法渗透系数为8.0×10-3cm/s，不能满足设计要求，因而，在实际施工中，必须严格按照碾压试验确定的碾压遍数及振动碾的碾重、振动频率等进行施工，以保证坝体填筑施工质量。

4.2 过渡料

从检测结果看，填筑料中含泥量超过设计要求时，在相同的碾压遍数、碾重及振动频率、铺土厚度等，现场所测得的干密度一般不会满足设计要求；如果粒径比较均匀，碾压后，大粒径间孔隙被细料填充，密实程度较好，无架空现象。

过渡料的质量控制的重点是必须要严格控制粒径大小。

4.3 主堆石料和次堆石料

(1)严格控制堆石料的粒径对控制填筑质量十分关键。当岩石为为弱-微风化料，碾压后石渣料破碎率不高，级配变化不大，从取样坑的情况来看，碾压后，大粒径间孔隙被细料填充，密实程度较好，无架空现象。

(2)碾压遍数为8、10、12遍的平均干密度将随碾压遍数的增加而有规律的增大，但增长幅度不大，从单个取样坑干密度情况来看，干密度的大小与碾压遍数的关系不明显，而与试坑中大块石的多少密切相关。因而说必须控制每个试坑中单个块石的最大粒径，且按照碾压试验确定的碾压遍数进行施工。

5 结语

(1)混凝土面板堆石坝坝体压实质量检查采用碾压参数和干密度相结合方法是有效的。

(2)碾压参数控制是质量过程控制，干密度检测是质量结果控制，碾压参数控制是因，干密度检测是果，由于干密度检测具有实证性的特点，作为质量评价的标准更有说服力，因而大坝压实质量应采取碾压参数与干密度检测并重的方式进行“双控”[9]。

(3)为提高干密度检测代表性和说服力，德泽水库大坝填筑加大了干密度检测频次，每种坝料、每层均进行干密度检测。

(4)关于干密度检测方法的改进。德泽水库枢纽工程大坝压实质量采用“挖坑灌水法”进行干密度检测。碾压试验时，曾经提出对垫层料采用核子密度仪检测，核子密度仪是一种快速、准确地测量各种土壤、沥青、混凝土等建筑材料的水分及密度的智能化仪器，试验时间短，适合大型土方填筑工程施工质量检测工作[10]。但由于本工程为堆石坝，从填筑料的组成情况不太适宜此方法，为慎重起见，决定采用“挖坑灌水法”检测压实质量。