堆石壩體分層碾壓后表面板結對壩體滲透性的影響

覃海春，張月婷

1.浙江省第一水電建設集團股份有限公司，浙江 杭州 310051

2.青州市水利局，山東 濰坊 262500

隨著爆破技術的進步和大型碾壓機械設備的出現以及薄層碾壓施工技術的不斷進步和完善，面板堆石壩施工技術也逐漸成熟，成為當今水利水電工程建設的主流壩型之一。我國面板堆石壩從20世紀80年代中期起步，發展較快，包括不斷增多的以砂礫石料填筑的面板壩，以及在深厚覆蓋層修建的面板壩，甚至是在軟巖筑壩方面都取得了一定的研究成果。但是，無論是何種材料的堆石壩，壩體滲流始終是必須控制的一項重要指標。

1 工程背景

江西省蓮花縣寒山水庫位于江西省萍鄉市蓮花縣荷塘鄉，是一座以供水、灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的水利樞紐工程。大壩主體為混凝土面板堆石壩，壩頂高程342.70m，壩軸線長290.96m，最大壩高為78.50m，壩頂寬8.0m，大壩石方總填筑量為119.099萬m3。

地質資料顯示，大壩填筑料場分布泥盆系上統錫礦山組（D3x）變余細粒石英砂巖、千枚巖化粉砂質石英雜砂巖，夾粉砂質千枚巖，局部具硅化現象。受斷層和褶皺構造形變影響，巖層產狀多變。料源中變質砂巖為弱風化～微新巖石，屬中硬～堅硬巖，物理力學性質較好；千枚巖單軸飽和抗壓強度低、屬于軟巖，物理力學性質差。

由于大壩料源巖性復雜，以物理力學性質較好的變質砂巖為主，夾雜少量低強度的千枚巖，爆破后料源局部細粒含量偏高，壩體分層碾壓后表面出現無規律的零星分布的表面細顆粒板結現象，厚度小于10cm。

為了研究這種局部板結現象對壩體垂直滲透性能的影響程度，采用原位滲透試驗對壩體垂直滲透進行試驗研究。

2 分層碾壓后表面局部板結對壩體垂直滲透的影響

2.1 試驗方法

碾壓大壩墊層區、過渡區、主堆石區、副堆石區后，選取無板結層表面、板結層表面、板結層刨毛松動后進行原位滲透試驗。試驗中，對于顆粒較細、滲透系數較低的墊層料采用雙環原位滲透試驗法；對于顆粒較大、滲透系數較高的過渡區及主副堆石區則采用單環原位滲透試驗法。試驗依據《土石筑壩材料碾壓試驗規程》（NB/T 35016—2013）進行，具體步驟如下：

（1）選定試驗位置，對表面進行保留或刨毛處理；

（2）平穩放置滲透鋼環，在不擾動試樣區域的前提下將滲透環壓入鋪層表面2～5cm，并采用塑性黏土對內外環環周進行止水處理；

（3）在內環內壁豎直放置毫米刻度鋼尺，并注水檢查止水是否完整；

（4）持續注水至水面高10cm，待水面穩定后開始計時讀數，計算滲透系數平均值；

（5）整理試驗結果。

2.2 試驗過程

試驗選定在298m高程處進行，共進行了42組原位滲透試驗，試驗過程如下。

（1）墊層區原位滲透試驗。墊層料為摻配料，粒徑較小，依據規范采用雙環滲透試驗法。由于填筑區域內顆粒分布較為均勻，無明顯板結現象，隨機選擇3個點位試驗，分別對表面不做處理和在刨毛處理的狀態下進行試驗，結果如表1所示。

表1 墊層區原位滲透試驗結果匯總表

（2）過渡區及主副堆石區原位滲透試驗。這3個區域由于粒徑較大，依據規范采用單環滲透試驗法進行試驗。其中，過渡區選擇4處不同位置，主堆石區和副堆石區分別選擇5處板不同位置且結現象明顯區域，以及2個表面細碎石集中（板結現象不明顯）的區域作為試驗點。先在板結層保留區進行試驗，然后采用挖掘機對板結層進行刨毛處理，再次試驗。過渡區試驗結果如表2所示。主堆石區試驗結果如表3所示。副堆石區試驗結果如表4所示。

表2 過渡區原位滲透試驗結果匯總表

表3 主堆石區原位滲透試驗結果匯總表

表4 副堆石區試驗點原位滲透試驗結果表

2.3 試驗結果分析

（1）根據施工過程結合地質情況觀察分析，主副堆石區以及過渡區局部受料源中的千枚巖等軟弱顆粒的影響，存在不同程度的表面板結現象，板結厚度小于10cm。該現象是由碾壓過程中的千枚巖破碎、料源中無法剔除的少量巖層夾泥以及填筑過程中的細顆粒上浮等多種原因共同作用造成的。

（2）堆石壩體分層碾壓后形成的板結層對過渡區及主副堆石區的表層垂直滲透性能影響較大，未進行破壞處理的板結試樣均不能滿足設計要求；但采用挖掘機對板結層進行刨毛破壞處理后，滲透性提升較為顯著，不同分區的多組板結層破壞后試樣的滲透系數均能滿足設計要求。

（3）施工過程中板結現象的位置呈現無規律的零星分布狀態，并未出現大面積連接的板結區域，在施工過程中破除這種板結層，則不會直接影響壩面整體的滲透排水。

3 結束語

面板堆石壩是一種當地材料壩，其主體結構堆石體受當地石料場地質條件復雜等因素的影響，筑壩材料很難達到質地均勻的理想狀態。因此，在施工過程中，應經常對壩體滲透性能進行檢測，發現偏差時應及時找出原因并有效解決問題，使工程質量最終達到設計要求。