1、1哈拉布拉水库坝体设计与施工的体会【摘 要】：哈拉布拉水库为混凝土面板堆石坝，最大坝高 63.85m，上下游边坡皆为 1:1.4，存在施工场地狭窄、施工地质情况变化较大等问题。通过对坝体结构设计、填筑标准、施工工艺的不断优化，精心组织安排施工，大坝填筑工程提前完工，施工期沉降量小，压实指标达到优良标准。本文通过对哈拉布拉水库坝体填筑过程中出现的设计与施工问题的探讨，对同类坝型的设计与施工，提供了有益的借鉴。【关键词】： 混凝土面板堆石坝 坝体填筑 设计与施工 实施探讨1 工程概况哈拉布拉水库位于新疆塔城地区裕民县境内的哈拉布拉河中段，水库由大坝、放水隧洞和溢洪洞组成，是一座以灌溉为主，兼顾城镇
2、供水、防洪、发电、旅游的综合性山区水库。水库总库容 1436104m3，坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高 63.85m，坝顶长 175m，坝顶宽 6.0m，上下游边坡皆为 1:1.4。坝体填筑分垫层区、过渡区、堆石区三个区域。垫层区设计水平宽度为3m；在周边缝下游设垫层小区，顶宽 0.6m；过渡区设于垫层料下游，水平宽 3m。堆石区及过渡区填筑料采用爆破料，为凝灰岩和辉石闪长岩；垫层料采用河床砂砾料。图1 坝体最大断面2 坝体填筑设计实施与优化2.1 对坝体分区及填筑和压实标准的优化(1) 对坝体分区的优化初步设计坝体填筑从大的方面分两个区：垫层区（区）和堆石区（区） ，堆石区又分为过渡区（A
3、 区） ，主堆石区（B 区）和下游堆石区（C 区） ，各区的堆石料要求、填筑要求和碾压指标见下表：2表 1 初步设计坝体填筑特性及要求表 部位 分区号 石料要求 堆筑要求 碾压指标要求A 全风化料上游回填 B 现场开挖弃料A 50#碾压砂浆垫层 B 砂砾料 dmax100mm 层厚 0.4m 干容重 2.17g/cm3，设计相对密度 0.8,10t振动碾，碾压 8-10 遍。A 块石 dmax400mm 层厚 0.5m 干容重 2.15g/cm3，设计孔隙率 21%，10t振动碾，碾压 8-10 遍。B 块石 dmax800mm 层厚 1.0m 干容重 2.12g/cm3，设计孔隙率 24%，
4、10t振动碾，碾压 6-8 遍。堆石C 块石 dmax1000mm 层厚 1.2m 干容重 2.02g/cm3，设计孔隙率 28%，10t振动碾，碾压 6-8 遍。在实际施工中，存在以下问题：根据实际地质条件，主堆石区和次堆石区的爆破料都在同一料场开采，坝料性质相近；坝体施工场面狭窄，纵、横坡面上主次堆石区临时施工道路难以布置，运料交通不畅；次堆石区比主堆石区的填筑料和压实指标都要求低，容易造成相邻两个区域存在不均匀沉降。两个区域的不同要求反而增加施工难度，给施工的安全控制、质量控制和进度控制带来隐患。经论证，决定取消次堆石区，除垫层区外，坝体按统一规格坝料填筑，用统一压实标准碾压。(2) 压
5、实指标的优化现场对各分区坝料进行碾压试验，振动碾主要技术参数见下表：表 2 碾压设备主要技术参数表 设备名称 型号工作质量t振动轮尺寸直径宽度 mm激振力KN振动频率HZ爬坡能力%发动机功率KW工作速km/h最小转弯半经mm自行振动碾YZ 18JC 1859302410330190 28 30 1152.865.309.70 6500根据现场碾压试验数据，爆破料实际碾压密实度较高，故将碾压指标过渡区设计孔隙率由22%提高到 20%，堆石区设计孔隙率由 24%提高到 22%。(3) 碾压参数的优化现场碾压试验爆破料采用进占法铺料，堆石料每层铺料厚度为 80cm、100cm、120cm，碾压 6
6、遍、8 遍、10 遍；过渡料每层铺料厚度为 80cm，碾压 6 遍、8 遍、10 遍、11 遍、12 遍。垫层料每层铺料厚度为 40cm，碾压 2 遍、4 遍、6 遍、8 遍；垫层小区料每层铺料厚度为 20cm，采用 2t振动平板夯振动碾压 4 遍、6 遍、8 遍、10 遍。通过现场碾压试验得出堆石料孔隙率、垫层料相3对密度、小于 0.075mm、小于 5mm 颗粒含量均满足设计的结论，并取得各区的碾压参数。实际施工时，采用碾压试验所得到的各区最适宜碾压指标，检测压实值经常在临界值左右浮动，通过实际填筑碾压，将各区碾压指标作了调整，并要求各区洒水碾压，其中将过渡区每层铺料厚度调整为 40cm，
7、主要是因为垫层区、过渡区相邻且皆为 3m 宽，正好为 3 个碾迹，统一铺料碾压，便于施工质量控制。采用上述碾压指标后，再没有出现压实值在临界值左右浮动的现象。经过一段时间施工，又发现洒水碾压的洒水量难以控制，且随着坝体填筑高度不断增加，取水成本不断加大，还耽误工期，经过不洒水实际填筑碾压结果，将各区碾压遍数再一次作了调整，详见表 3。表 3 各种碾压参数及压实效果对比表 现场碾压试验结果 采用洒水碾压 最终采用的碾压方式项目位置 每层铺料厚度(cm)碾压遍数(遍)试验 取得压实 数据实际压实效果每层铺料厚度(cm)碾压遍数(遍)实际压实效果每层铺料厚度(cm)碾压遍数(遍)实际压实效果垫层区
8、40 4 0.86 0.86 40 8 0.87 40 10 0.88 过渡区 80 8 18.60% 18.96% 40 8 18.94% 40 10 18.67% 堆石区 80 8 21.50% 21.14% 80 10 20.79% 80 12 20.65% 注：表中垫层区和小区垫层区压实效果为相对密度，过渡区和堆石区压实效果为孔隙率。(4)各区填筑料级配的优化根据现场各区料的实际级配情况及碾压试验结果，对各区填筑料的级配要求作了进一步调整，主要是爆破料的最大粒径、垫层料的小于 5mm 的颗粒含量等，详见表 4。表 4 调整后坝体填筑特性及要求表 部位 材料 填筑要求 碾压指标垫层区 天
9、然砂砾料Dmax80mm，小于 5mm 的颗粒含量为 3045%，小于 0.075mm 的颗粒8%，不均匀系数 CU5，曲率系数 CC=13，渗透系数 K10 -3cm/s。相对密度0.8垫层小区天然砂砾料级配连续，D max40mm，D 9020mm，小于 5mm 的颗粒含量45%，D 15=0.5mm，不均匀系数 CU5，曲率系数 CC=13。相对密度0.8过渡区 爆破料 级配连续，D max30cm，小于 0.075mm 的颗粒含量5%，小于 5mm的颗粒含量20%，不均匀系数 CU5，曲率系数 CC=13。孔隙率20%堆石区 爆破料 级配良好，D max80cm，小于 5mm 的颗粒含
10、量20%，小于 0.075mm的颗粒含量5%，不均匀系数 CU5，曲率系数 CC=13。孔隙率22%2.2 对大坝填筑的其他设计优化4(1) 大坝基础处理原设计将河床覆盖层清除 50cm 后，坝体直接座落在砂砾石层上。实际在坝基范围内开挖探槽发现在 89m 深的覆盖层中，表层 2m 是砂卵砾石层，中间 34m 是淤泥质粉土，呈黑色、灰黑色，局部最小厚度 2.0m，最大厚度 5.0m，淤泥质粉土厚度沿坝轴线方向变化很大，沿垂直坝轴线方向，受基岩顶面起伏影响，厚度变化较大，淤泥质粉土层占到坝基覆盖层厚度的一半，具有高含水、高含有机质、高压缩、低抗冲刷能力等特性，不可直接作为坝体天然坝基。为确保大坝
11、安全，将河床以下的淤泥及砂砾石层全部清除，大坝基础直接坐落在基岩上。(2) 增加过渡料填筑区河床段淤泥层及砂砾石清除后，古河床处形成宽 20m 左右、深 78m 的开挖面，开挖边坡接近 90，施工面较小不便于施工。如果采用坝体堆石料填筑，在沟槽两侧坝料与岩面接触处不容易碾压密实，为保证填筑质量，使沟槽内填筑的坝料有较高的密实度，要求基槽用过渡料填筑。同样，要求在坝体与两岸山体接触面水平宽 3m 范围内，也用过渡料填筑。(3) 大坝后坡增设马道根据大坝自动化观测需要，在大坝后坝坡 1008.08m 和 1028.8m 高程设观测房、观测墩，一方面考虑到观测房建基面的需要，另一方面为方便今后大坝运
12、行管理中后坝坡巡查，在大坝下游坡 1008.8m 和 1028.8m 高程增设两级马道。3 大坝填筑效果大坝填筑检测结果见表 5，合格率 100%。 表 5 坝体填筑相对密度、孔隙率检测结果 项目 垫层小区料 垫层料 过渡料 堆石料检测样本内数 22 86 101 73平均值 0.89 0.88 18.8 20.8设计值 0.8 0.8 20% 22%合格率% 100 100 100 100为有效地监测坝体垂直沉降，在坝体最大断面 1010m、1030m 高程分别设置了二层水管式沉降计（XNSC-100 型） ，实际监测显示最大垂直沉降量为 18.76cm，达到最大坝高的 0.30%，施工期沉
13、降不大。54 几点体会4.1 关于主堆石区和次堆石区分区问题混凝土面板堆石坝设计规范 3.2.1 对坝体分区的要求是“从上游向下游宜分为垫层区、过渡区、主堆石区、下游堆石区” ， 但“应根据料源及对坝料强度、渗透性、压缩性、施工方法和经济合理等要求进行分区” 。故一般都将坝体堆石区分为主堆石区和次堆石区，其中次堆石区的坝料粒径要求比主堆石区大，碾实标准比主堆石区低，这样设计一是达到各区坝料的渗透性宜从上游向下游增大的目的，二是由于次堆石区不是大坝承受水荷载的主要支撑体，故降低对次堆石区坝料和压实指标要求，可以达到降低投资的目的。但是对于主、次堆石区皆用爆破料填筑的中、低坝，当受地质条件限制，或
14、处于环境保护的考虑，爆破料需在同一料场开采，且料场场地不宽裕，大坝填筑施工场地狭窄，难以布置多条施工道路，两个区域不同的要求反而增加施工难度，给施工安全控制、质量控制和进度控制带来隐患。同时由于次堆石区比主堆石区在粒径和压实指标都要求低，造成相邻两个区域存在不均匀沉降，给大坝稳定造成隐患。由于是爆破料填筑，坝体内侵融线在进入堆石区后就会迅速降至坝基，故次堆石区已起不到排水棱体的作用。所以是否需要进行主、次堆石区分区，应从施工方便、便于质量、进度控制、经济合理等进行多方面进行论证。4.2 关于洒水碾压问题混凝土面板堆石坝设计规范 4.2.3 要求“坝料填筑宜明确加水要求” ，但在条文说明中解释到
15、“对于新鲜、坚硬的堆石料，经碾压试验中加水和不加水的对比试验，加水效果确实不明显时，方可取消加水工序” 。哈拉布拉水库大坝填筑施工中证明，对于新鲜、坚硬的爆破料，洒水后水会迅速下渗，对压实效果起不了多大作用，而且水洒多少遍、达到什么程度为标准，尺度很难把握，同时为了洒水要增加很多人力、物力和财力，随着坝体的增高，投入会越来越大，并且增加施工难度。根据实际碾压结果，增加碾压遍数比洒水碾压的压实效果要明显。所以针对爆破料筑坝，是采用洒水碾压还是采用增加碾压遍数碾压，以达到压实效果，应根据现场施工条件，进行经济比较论证。4.3 关于填筑和压实标准问题混凝土面板堆石坝设计规范 4.2.4 要求“填筑标
16、准应通过碾压试验复核和修正” ，一般在初步设计中，根据大坝的等级、高度和料场特性等，提出各分区的填筑和压实标准，到施工前，再根据现场碾压试验对填筑标准和碾压参数进行调整。但现场碾压试验数据一般是在单层、小面积的条件下取得的，其基础坚硬平整度、填筑料级配等边界条件与实际大坝填筑的条件还存在一定的差距。所以填筑和压实标准不仅要通过现场碾压试验复核和修正，还要在实际大坝填筑中不断6复核和修正。4.4 关于前期地勘由于资金的限制，哈拉布拉水库地质是可研和初步设计两个阶段一步到位完成的，且在主选坝址轴线上只布置了两个钻孔，由于钻探工艺及数量较少等问题造成分层较粗，没有能够详细揭露出坝基地质状况，导致施工
17、中地基处理设计方案变更和投资增加。前期地质工作要给予高度重视，资金投入要足，工作量要够，所提供的地质资料要祥实。前期地质工作的一点点疏忽，会给后期建设带来不可估量的损失，也就是说，前期地质工作做到了家，所揭露的地质状况与实际相吻合，后期建设的风险就会大大降低。4.5 关于利用料的问题原设计泄洪建筑物为岸边开敞式溢洪道，溢洪道开挖料要用来填筑次堆石区。实际施工时，不可能一边筑坝、一边开炸溢洪道，这样不但施工干扰大，安全施工也难以控制。如将溢洪道开挖料高料高用，同样存在施工干扰、安全隐患问题。所以要利用溢洪道开挖料，必须在大坝填筑前，先完成溢洪道的爆破工作，并将爆破料另外堆存，但这样必须要记入二次倒运费用。参考文献1混凝土面板堆石坝设计规范（SL 228-98）2混凝土面板堆石坝施工规范（DL/T 5128-2001）3碾压式土石坝设计规范（SL 274-2001）4碾压式土石坝施工规范（DL/T 5129-2001）作者简介：段新虹，女，1965 年 2 月生，1986 年 7 月毕业于新疆农业大学，获学士学位，目前是新疆塔城地区哈拉布拉水库工程建设管理局总工程师、副局长，高级工程师，取得水利行业造价工程师和监理工程师资格证书。地址：新疆塔城市和平小区 3 号楼 201 室，邮编：834700，电话：09016272267，传真：09016272919，Email：。
