黃河康揚(yáng)水電站壩體填筑質(zhì)量控制與檢測(cè)

樊偉東

(青海省水利水電科學(xué)研究所，青海 西寧 810012)

0 前言

大中型水利水電工程建設(shè)的開(kāi)發(fā)，多年來(lái)經(jīng)專(zhuān)家學(xué)者的積極探索和研究,壩體設(shè)計(jì)、開(kāi)挖、施工技術(shù)已取得了巨大的進(jìn)步，不同地質(zhì)條件下回填工程施工均獲得了顯著的成功。但對(duì)于壩體填筑的當(dāng)?shù)亟ㄖ牧希S著地域地質(zhì)條件的不同，均有其較大差異。因此填筑質(zhì)量是否能達(dá)到理想的設(shè)計(jì)要求，保證工程質(zhì)量、安全運(yùn)行，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，仍是人們的共同關(guān)注。本文通過(guò)對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中實(shí)測(cè)的大量數(shù)據(jù)和良好的工程質(zhì)量,并經(jīng)5 a的安全運(yùn)行檢驗(yàn),初步歸結(jié)為:

（1）精心設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)地地質(zhì)勘探資料，借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)該壩型的成功經(jīng)驗(yàn)，精心設(shè)計(jì)，并在施工過(guò)程中與承建單位及時(shí)溝通，詳細(xì)進(jìn)行設(shè)計(jì)交底，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）嚴(yán)格招投標(biāo)程序,由壹級(jí)資質(zhì)和已承建竣工的類(lèi)似工程規(guī)模業(yè)績(jī)的水利水電專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍承建,投入先進(jìn)的施工設(shè)備和較高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,透徹領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)精神,有著完善的質(zhì)量保證組織機(jī)構(gòu)和質(zhì)量保證體系,精心施工。

（3）建設(shè)單位進(jìn)行全面質(zhì)量管理,提高參建單位全體員工質(zhì)量意識(shí),監(jiān)理單位嚴(yán)格工序和過(guò)程控制,積極采取新工藝,新技術(shù),新材料的應(yīng)用。工程內(nèi)部技術(shù)成果共享，加強(qiáng)信息化科學(xué)管理。

（4）堅(jiān)決執(zhí)行工程質(zhì)量建設(shè)單位負(fù)責(zé),施工單位保證,監(jiān)理單位控制,政府部門(mén)監(jiān)督的建設(shè)監(jiān)理監(jiān)督機(jī)制,是保證工程質(zhì)量的重要關(guān)鍵。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

黃河康揚(yáng)水電站位于青海省尖扎縣與化隆縣交界處黃河干流上,距李家峽水電站17 km，距公伯峽水電站53 km,距省會(huì)西寧105 km。工程主要由地面發(fā)電廠房,開(kāi)關(guān)站，泄洪閘,混凝土重力壩,右副壩和左岸壤土斜墻壩組成。總裝機(jī)容量283.5MW(40.5 MW×7臺(tái))，年發(fā)電量9.92億kW·h。壩體形式為壤土斜墻壩,工程規(guī)模屬Ⅲ等中型.主要任務(wù)以發(fā)電為主。壤土斜墻壩與右岸泄洪閘連接,最左端通過(guò)壩后公路與康尖公路連接,壩體起止樁號(hào):0＋065～0＋825,壩長(zhǎng) 760 m,壩頂高程 2 036 m,最大壩高22 m。斜墻壩從上游至下游依次為上游壩殼,上游反濾層,壤土斜墻壩,下游反濾層,下游壩殼和排水棱體。上游壩坡1∶2.5,下游壩坡1∶1.8,防滲體上游壩坡 1∶2.1,下游壩坡 1∶1.8,防滲體與右岸連接處擴(kuò)大了防滲體斷面,防滲體與右岸泄洪閘連接處附近也擴(kuò)大了防滲體斷面。砂礫石壩采用混凝土防滲墻,墻厚80 cm,墻頂插入土質(zhì)防滲體不低于2 m,墻底嵌入強(qiáng)風(fēng)化層下限至少0.5 m,上游坡面采用預(yù)制混凝土塊護(hù)面,下游壩坡采用格構(gòu)護(hù)坡。

1.2 主要工程量與設(shè)計(jì)指標(biāo)

基坑開(kāi)挖8.9萬(wàn)m3,壩殼砂礫石回填34.48萬(wàn)m3壤土防滲體9.18萬(wàn)m3,反濾料回填4.69萬(wàn)m3,上下游墊層1.79萬(wàn)m3,排水棱體0.85萬(wàn)m3,包括防滲墻C15混凝土9 524 m3等共計(jì)61.15萬(wàn)m3。

壩體斜墻壤土防滲料:滲透系數(shù)k≤1.0×10－5cm/s,水熔鹽含量(按質(zhì)量計(jì))不大于3%,有機(jī)質(zhì)含量按質(zhì)量計(jì)不大于2%,塑性指數(shù)小于20,液限小于40,干密度通過(guò)碾壓實(shí)驗(yàn)后確定 (后定為1.71 g/cm3),壩體砂礫料相對(duì)密度不小于0.75,反濾料墊層最大粒經(jīng)小于80 mm,小于5mm的顆粒含量為30%～50%,小于0.075 mm的顆粒含量應(yīng)不超過(guò)5%,級(jí)配連續(xù),級(jí)配應(yīng)滿(mǎn)足D15≤9d85(濾土要求),D15≥4d15(排水要求),填筑相對(duì)密度不小于0.75,排水棱體粒經(jīng)400mm～120mm,新鮮完整卵石和礫石。

康揚(yáng)水電站土石壩標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1所示。

圖1 康揚(yáng)水電站土石壩標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2 壩體填筑施工

（1）斜墻壩由中國(guó)水電第十五工程局2004年7月承建至2006年8月完工，同年9月蓄水運(yùn)行,歷時(shí)26個(gè)月。施工期間,首先健全了以項(xiàng)目經(jīng)理為質(zhì)量第一責(zé)任人的施工組織機(jī)構(gòu)，下設(shè)分管各項(xiàng)的副經(jīng)理、總工程師、生產(chǎn)辦和配有試驗(yàn)設(shè)備齊全的質(zhì)量檢測(cè)專(zhuān)職檢驗(yàn)試驗(yàn)室等職能部門(mén)。對(duì)承建工程制定完善的質(zhì)量保證體系,形成文件并具體實(shí)施,落實(shí),檢查,嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范,設(shè)計(jì)文件,合同要求,執(zhí)行工程質(zhì)量‘三檢一驗(yàn)’制。

（2）投入足夠先進(jìn)施工設(shè)備資源和技術(shù)資源,進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì),首先對(duì)壩體填筑的單元工程,重要隱蔽單元工程,關(guān)鍵部位單元工程,分部工程詳細(xì)劃分,作到施工有序,規(guī)范驗(yàn)收。

（3）開(kāi)工前進(jìn)行料場(chǎng)探坑取樣復(fù)查,對(duì)礫石料、反濾料、防滲壤土料等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求進(jìn)行備料，并對(duì)砂礫石壩料,壤土斜墻壩料技術(shù)處理后,分別選擇了68 m×37 m,38 m×25 m的碾壓試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行大型碾壓試驗(yàn)。從實(shí)測(cè)的數(shù)百個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)中整理得出表1,表2所列的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、施工要求的碾壓參數(shù)和碾壓機(jī)械。對(duì)砂礫料,反濾料碾壓試驗(yàn)成果,進(jìn)行了ρd-P5-Dr三因素相關(guān)圖繪制,由監(jiān)理審核批復(fù),作為壩體填筑質(zhì)量控制的檢測(cè)依據(jù)。

（4）土料施工:對(duì)插入斜墻防滲體2 m高的混凝土防滲墻結(jié)合面，采用先在混凝土表面涂刷黏土漿液，邊涂刷邊鋪20 cm厚適合小型夯夯實(shí)含水量的壤土料，邊用機(jī)械夯夯實(shí).對(duì)上下層鋪土之間的結(jié)合層面進(jìn)行3 cm左右深的刨毛處理?；炷练罎B墻側(cè)臺(tái)背填筑，為確保臺(tái)背側(cè)土料碾壓質(zhì)量，在距臺(tái)背側(cè)2.0m區(qū)以?xún)?nèi)及臺(tái)頂0.5m以下區(qū)，采用薄鋪多碾的方法進(jìn)行土料碾壓，其攤鋪厚度不大于20 cm，25 t氣胎碾順?lè)罎B墻走向進(jìn)退錯(cuò)距法碾壓成型。壩面大面積填土碾壓,防滲體壤土料開(kāi)挖,考慮土料天然含水量偏高，擬采用平采方式進(jìn)行開(kāi)挖。由220HP推土機(jī)分層開(kāi)挖，3.0m3裝載機(jī)裝料，20t自卸汽車(chē)?yán)\(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)距1.0 km，進(jìn)占法卸料，壩面進(jìn)料路徑注意及時(shí)改變,以防止大型運(yùn)土機(jī)械對(duì)壓實(shí)土的剪切破壞。120HP推土機(jī)分層攤鋪平整，PY180B平地機(jī)精平,其攤鋪厚度按30 cm控制，16 t拖式凸塊振動(dòng)碾進(jìn)退錯(cuò)距法平行壩軸線壓實(shí)。施工過(guò)程中質(zhì)量控制，對(duì)拉運(yùn)至壩面的土料的天然含水量偏高，在壩面采用平面薄層攤鋪的方式或采用旋耕機(jī)翻拌曝曬等方法予以減水。其含水量應(yīng)不大于最優(yōu)含水量的3%,不小于最優(yōu)含水量的2%。土料鋪填厚度,采用水準(zhǔn)儀及鋼釬插入法檢測(cè),依碾壓試驗(yàn)參數(shù),最終設(shè)計(jì)確定其干容重按1.71 g/cm3控制其碾壓質(zhì)量。500 cm3環(huán)刀法取樣（取樣頻率為每200～500 m3，1次）,酒精燃燒法檢測(cè)含水量,其壓實(shí)干密度應(yīng)按不小于1.71 g/cm3控制,個(gè)別最小干密度不得小于設(shè)計(jì)干密度的98%。

（5）壩殼砂卵礫石料施工：首先對(duì)料場(chǎng)區(qū)覆蓋層進(jìn)行清理.其厚度14～22m,施工由3.8m3液壓正鏟挖掘機(jī)裝料,20 t自卸汽車(chē)?yán)\(yùn)至指定棄料區(qū)堆放壩料開(kāi)挖，同清理覆蓋層方法,壩體填筑，進(jìn)占法卸料,人工配合220HP推土機(jī)分層攤鋪平料,其攤鋪厚度按80 cm控制,18 t自行式平面振動(dòng)碾進(jìn)退錯(cuò)距法壓實(shí),施工過(guò)程中質(zhì)量控制,其厚度采用水準(zhǔn)儀控制,灌水法取樣。炒干法測(cè)其含水量（取樣頻率為每3 000～5 000m3,1次）,測(cè)相對(duì)密度不小于0.75。

（6）反濾料施工：a.防滲體下游坡面反濾料施工;下游坡面施工，“先砂后土法”。厚度為120 cm（法線方向）,5 t自卸汽車(chē)按分級(jí)不同拉料至現(xiàn)場(chǎng),在已碾壓成形的下游壩殼砂卵礫石料層面上垂直壩軸線方向,倒退法卸料。按照施工分期分段要求攤鋪，由人工輔助1.2 m3液壓反鏟挖掘機(jī)將Ⅱ級(jí)反濾料翻拍到位（坡比1∶1.8），再用同樣方法將Ⅰ級(jí)反濾料翻拍到位（坡比1∶1.8）.在反濾料翻拍到位后，即可進(jìn)行防滲體壤土料施工.防滲體壤土料,首先進(jìn)行第一、二層30 cm厚度填筑土料碾壓后，經(jīng)PY180B平地機(jī)平整,與下游翻拍到位的兩級(jí)反濾料騎縫碾壓成形。b.防滲體上游坡面反濾料施工：防滲體上游坡面反濾料施工，其工藝為“先土后砂法”。上游反濾料厚度為60cm（法線方向），施工由3.0m3裝載機(jī)在左岸上游反濾料加工場(chǎng)裝料,5t自卸汽車(chē)?yán)?在已碾壓成形的防滲體壤土料層面上倒退法卸料（垂直壩軸線方向）.防滲體坡面反濾料碾壓,由18t自行式振動(dòng)平碾進(jìn)退錯(cuò)距法壓實(shí)。施工過(guò)程中質(zhì)量控制,要求反濾料干凈無(wú)污物,超徑顆粒含量不應(yīng)大于3%，遜徑顆粒含量不應(yīng)大于5%，針片狀顆粒含量不應(yīng)大于10%,加工好的反濾料中小于0.1mm的顆粒含量應(yīng)小于5%；碾壓厚度采用水準(zhǔn)儀或鋼釬插入法檢測(cè),灌砂法取樣（取樣頻率為每200～500m3，1次）。防滲體坡面反濾料施工,其關(guān)鍵工序在于反濾料與其相鄰壩料的搭坡碾壓技術(shù)。

表1 壤土斜墻壩料碾壓參數(shù)與壓實(shí)機(jī)械控制指標(biāo)一覽表

表2 砂礫石壩體碾壓參數(shù)與壓實(shí)機(jī)械控制一覽表

3 質(zhì)量控制與檢測(cè)

3.1 壤土斜墻防滲體

施工過(guò)程中質(zhì)量控制，對(duì)拉運(yùn)至壩面的天然含水量偏高，在壩面采用平面薄層攤鋪的方式或采用旋耕機(jī)翻拌曝曬等方法予以減水；其含水量應(yīng)不大于最優(yōu)含水量的3%，不小于最優(yōu)含水量的2%；土料鋪填厚度，采用水準(zhǔn)儀及鋼釬插入法檢測(cè),依碾壓試驗(yàn)參數(shù)控制壓實(shí)質(zhì)量,不得漏壓、欠壓,彈簧土應(yīng)立即清除,對(duì)不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的必須補(bǔ)壓,直至合格。500cm3環(huán)刀法取樣依據(jù)施工規(guī)范取樣頻率為每200～500m3,1次。酒精燃燒法檢測(cè)土料含水量及干密度，最小干密度應(yīng)大于等于98%的設(shè)計(jì)干密度.在檢測(cè)過(guò)程中,同時(shí)也對(duì)土料的部分物理力學(xué)性能進(jìn)行了檢測(cè)(見(jiàn)表3),取樣頻次,檢測(cè)成果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.2 砂礫石壩殼

砂礫料施工過(guò)程中質(zhì)量控制，其碾壓質(zhì)量采用表2中碾壓試驗(yàn)參數(shù)控制,水準(zhǔn)儀找平,灌水法取樣,取樣頻率控制為每3000～5000m3,1次，并進(jìn)行了近百余組顆粒分析試驗(yàn),以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)對(duì)各種壩料的級(jí)配要求。測(cè)其大于5mm粒經(jīng)礫石含量百分比,以ρd-P5-Dr三因素相關(guān)曲線,控制其相對(duì)密度不小于0.75。

3.3 反濾料與墊層施工質(zhì)量控制

反濾料與墊層料屬同一種料,設(shè)計(jì)要求相對(duì)密度不小于0.75。依200～500m3取樣一次,反濾料和墊層料。檢測(cè)相對(duì)密度163組,檢測(cè)頻次為每368m3，1組。施工過(guò)程中質(zhì)量控制,其厚度采用水準(zhǔn)儀控制,灌沙法取樣,炒干法測(cè)其含水量,其相對(duì)密度不小于0.75。工程的竣工,檢測(cè)成果和安全運(yùn)行是檢驗(yàn)建筑物質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),由表3壩體壤土防滲墻資料表明,其物理力學(xué)指標(biāo)全部滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,實(shí)測(cè)干密度平均值1.78g/cm3,大于設(shè)計(jì)值的1.71g/cm3干密度,表明壤土料場(chǎng)選擇正確,壓實(shí)效果顯著;滲透系數(shù)均值k=4.48×10-7cm/s,小于設(shè)計(jì)指標(biāo)k≤1.0×10-5cm/s,表明防滲效果良好。

表4為壩體填筑檢測(cè)成果一覽表。

表4中礫石料反濾料的平均相對(duì)密度Dr=0.87～0.89,大于設(shè)計(jì)值Dr=0.75,經(jīng)技術(shù)處理的砂礫石,大于5mm粒經(jīng)含量均在60%～80%,即試驗(yàn)得出的ρd-P5-Dr三因素曲線圖是最宜達(dá)到設(shè)計(jì)相對(duì)密度和干密度的最佳級(jí)配。由從各壩區(qū)近百余組試坑中取樣實(shí)測(cè)顆粒分析成果表明,大都在設(shè)計(jì)包絡(luò)線內(nèi),故可以認(rèn)為大壩各分區(qū)填筑碾壓質(zhì)量是良好的。用三因素圖進(jìn)行質(zhì)量控制,級(jí)配連續(xù),易壓實(shí),且不會(huì)產(chǎn)生碾壓架空現(xiàn)象,使碾壓質(zhì)量達(dá)到100%的合格率關(guān)鍵程序。通過(guò)回訪大壩儀器施工安裝檢測(cè)單位,對(duì)其壩體沉降,位移,變形觀測(cè)資料表明,自壩體擋水運(yùn)行至今,無(wú)任何變異.機(jī)組基本以滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行發(fā)電,更說(shuō)明優(yōu)質(zhì)的施工填筑質(zhì)量是安全運(yùn)行的重要保障。

4 結(jié)語(yǔ)

工程開(kāi)發(fā)建設(shè)的質(zhì)量管理,應(yīng)由執(zhí)行建設(shè)單位負(fù)責(zé),施工單位保證,監(jiān)理單位控制,政府部門(mén)監(jiān)督的建設(shè)監(jiān)理監(jiān)督機(jī)制。砂礫石壤土防滲壩質(zhì)量控制,應(yīng)首選防滲效果良好易壓實(shí)的黏土材料和級(jí)配連續(xù)的砂礫石料,進(jìn)行大型碾壓試驗(yàn),選取合理的碾壓參數(shù)。砂礫石料采用ρd-P5-Dr三因素相對(duì)密度質(zhì)量控制,防止架空碾壓,保障良好的工程質(zhì)量,減少了工程維修費(fèi)用。壩體通過(guò)5 a的安全運(yùn)行檢驗(yàn),機(jī)組正常發(fā)電,是取得顯著經(jīng)濟(jì)效益的重要保證。工程的竣工,初步改善了區(qū)域性生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)了地方養(yǎng)殖業(yè)、中小企業(yè)和旅游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益。

表3 壤土斜墻防滲土料物理力學(xué)性能檢測(cè)成果一覽表

表4 壩體填筑檢測(cè)成果一覽表

[1]水利工程施工[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

[2]SL176-2007，水利水電工程施工質(zhì)檢驗(yàn)與評(píng)定規(guī)程[S].

[3]SL223-2008，水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程[S].

[4]水利水電基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，第一部分:土建工程[S].