水电站堆石坝基础处理与堆石料填筑施工

刘涛

（中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司，成都611130）

1 引言

在水电站工程建设中，大坝是最为核心的构筑物，它能够抬高河流水位，形成调节水库，是实现防洪抗旱、水力发电、河流运输等功能的重要基础设施。在水电站大坝建设中，坝体形式多种多样，堆石坝能很好地适应不同的地质条件，并且可以采用工程项目当地的天然石料进行施工，不仅可以降低成本，还能减少对周边自然生态环境的影响，因此，得到了广泛的应用。

2 工程概况

某水电站在具备水力发电功能的同时，还担负着农业灌溉、工业供水以及防洪抗旱的责任，设计库容为10 233 500 m3。水电站大坝分为3 个不同的区段，分别是重力坝、泄洪坝以及混凝土面板堆石坝，其中，混凝土面板堆石坝的坝顶高程为26.9 m，全长280.5 m，上下游的坡比均为1∶1.4。堆石坝中，石料的来源是水电站主体建筑施工时开挖的石料以及上游采石场开采出的石料，最大粒径800 mm，孔隙率为22%，填筑量为164 000 m3；垫层料则选择了上游的河砂以及附近砂厂筛分后的砂卵石，最大粒径为80 mm，相对密度为0.75。为了保证填筑效果，在堆石料和垫层料之间设置变质灰绿岩作为过渡料，最大粒径300 mm，孔隙率不超过20%。

3 堆石坝基础处理

基础处理关系着堆石坝整体的施工质量和稳定性，需要引起施工人员的高度重视，在充分考虑水电站堆石坝施工区域水文地质条件的情况下，采取有效的处理措施，保证基础处理的效果。在本工程的基础开挖环节，考虑到趾板区域的岩层为弱风化岩层，河道右岸岩体破碎，为了保证施工效果，趾板基础的开挖应尽可能保持平顺，避免出现陡坡或者反坡的情况。开挖过程中，如果发现有局部陡坎或者凹坑，需要采取有效措施进行处理，如削坡、混凝土补填等[1]。在趾板下游约6 m范围内，通过挂网喷混凝土的方式进行保护，挖出的覆盖层土石料经过振动、碾压、筛分处理后，可用于填筑作业。

堆石坝基础处理过程中，应对存在缺陷的基础进行处理，如断层、软弱夹层等。

1）对趾板基础的处理。本工程地质勘察结果显示，趾板区域存在断层和裂隙，可以通过挖深后，利用混凝土进行填塞。从实际操作的角度看，可以在地基基础表面开挖2 倍宽度的基坑，然后对开挖面进行冲洗，使用C20 混凝土进行回填作业，将边坡比控制在1∶1。针对存在松散软岩的区域，应将填充物清除，同样是冲洗干净之后，使用C20 混凝土回填。为了保证趾板基础岩体的完整性，需要在其下方对岩基进行固结灌浆处理，灌浆孔的间距设置为4 m。

2）岩坡基础的处理。考虑该工程中河流右岸的岸坡岩体属于强风化岩[2]，破碎严重，需将坡面与坡脚堆积物清除，然后浇筑混凝土形成贴面挡墙，通过灌浆加固的方式来对基础进行处理。

3）堆石区基础的处理。工程中堆石区基础的相对高程在5.5～7.5 m，基础表面是砂卵石，在完成基础开挖后，应使用14 t 振动压路机振动碾压8 遍。一些土质比较松软的区域，需要使用过渡料进行换填，再进行振动碾压，直至其满足设计要求。

4 堆石料填筑施工

在堆石坝施工中，堆石料的填筑同样非常重要。为了保证填筑效果，施工前需要针对不同类型的填筑料进行碾压试验，试验对象包括堆石料、垫层料和过渡料。通过试验，可以对虚铺厚度、洒水量以及碾压遍数进行确定。

4.1 碾压试验

4.1.1 堆石料的碾压试验

工程中使用的堆石料来自基础开挖石料和上游的石料厂，经过相应的碾压试验，确保堆石料的干密度、孔隙率以及颗粒级配等都能很好地满足工程的设计施工要求，石料最大粒径为740 mm，不超过800 mm，小于25 mm 的碎石含量不超过40%，小于5 mm 的碎屑含量不超过20%，抗剪强度高、压缩性低，而且透水性良好，经过现场试验以及室内试验，最终确定堆石料的压实厚度为800 mm，需要反复碾压8 遍[3]。

4.1.2 垫层料的碾压试验

垫层料由上游河砂、附近砂厂筛分后的砂卵石以及经过人工轧制的碎石掺配而成，含砂量控制在30%～40%，含泥量不超过5%，颗粒级配能够很好地满足设计与施工要求。经碾压试验后，确定垫层料的压实厚度为400 mm，碾压遍数为6 遍，在数值固定后，干密度为2.35 g/cm3，在碾压过程中不需要洒水。

4.1.3 过渡料的碾压试验

过渡料主要是左侧坝肩开挖得到的变质灰绿岩，要能够满足设计级配要求。经碾压试验确定，过渡料的压实厚度为400 mm，碾压遍数为8 遍，干密度的最终值在2.20 g/cm3以上，渗透系数可以很好地满足设计要求。

4.2 填筑施工

在堆石料进行填筑施工的过程中，需要注意几个比较重要的内容。

4.2.1 挤压式混凝土边墙固坡

常规堆石坝施工中，上游垫层区域一般都是通过坡面超填的方式使垫层料超填约30～40 cm，达到预定高度后进行削坡，使用斜坡碾进行反复碾压，然后经过削坡整理、喷砂浆固坡等环节，完成边坡处理工作[4]。这种方法在实际应用中无法很好地保证垫层区斜坡面的密实度，而且存在垫层料超填量以及人工削坡处理工作量偏大的问题，也无法有效抵御雨水的冲刷。为了切实保证垫层区域的压实质量，并且在减少工程量的同时提高施工效率，结合该工程的实际情况，在垫层区上游设置了挤压式混凝土边墙，在每一层填料填筑之前，沿设计断面使用挤压边墙机进行施工，得到连续混凝土墙，墙体高度和垫层区域每一层的填筑高度均为400 mm，墙体顶部宽度为100 mm，上游坡与混凝土面板内侧坡比为8∶1，能够为垫层料的碾压提供方便。

4.2.2 物料填筑施工

1）垫层料的填筑。挤压边墙施工完成后，使用10 t 自卸汽车配合倒退法进行垫层料的填筑，铺料厚度为450 mm，使用14 t 振动碾碾压6 遍，在混凝土挤压边墙和坡脚位置，使用电夯夯实。

2）过渡料和堆石料的填筑。使用14t 自卸汽车卸料，TY220推土机整平，YZ18 振动碾碾压8 遍。堆石料填筑和压实的厚度依照800 mm 进行控制，过渡料填筑分层厚度为400 mm[5]。

5 结语

水电站堆石坝是一种特殊的土石坝，可以实现就地取材，不仅施工速度快，而且能够有效降低物料的采购和运输成本，保证工程的施工质量和施工效果，具备良好的经济效益。从施工技术人员的角度，在对水电站堆石坝进行施工的过程中，应切实做好基础处理和填筑施工的质量控制，以保证堆石坝施工的效果。