强震区混凝土面板坝抗震技术的施工保障措施

付建刚

（中国水电建设集团十五工程局有限公司）

摘　要：本文依托新疆卡拉贝利混凝土面板砂砾石坝大坝工程，主要从大坝砂砾石料料场复查、碾压试验、碾压参数控制、大坝纵横向接坡处理、边角夯压处理、土工格栅施工、挤压边墙混凝土施工等方面围绕大坝抗震要求，在填筑施工整个质量控制过程中，严格按照设计和规范标准化施工，经多方检测，质量均符合要求，为同类工程提供了可借鉴的经验。

关键词：强震区；碾压；边角夯压；土工格栅；挤压边墙

1　工程概况

卡拉贝利水利枢纽是Ⅱ等大（2）型工程，水库总库容2.62亿m3，大坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高92.5m，为1级建筑物。工程区地震基本烈度为Ⅷ度，大坝采用50年超越概率2%的地震动参数值进行设计，相应基岩地震动水平向峰值加速度为375.1g。

卡拉贝利水利枢纽工程由拦河大坝、溢洪道、两条泄洪排沙洞、发电引水洞及水电站厂房组成。大坝采用混凝土面板砂砾石坝，坝顶高程1775.50m，最大坝高92.5m，坝长760.7m，坝顶宽度12m。上游坝坡1∶1.7，下游坝坡1∶1.8，在下游坡设10m宽、纵坡为6%的之字形上坝公路。

大坝主要坝料为垫层小区料、垫层料、砂砾料、排水体料，垫层小区料D≤20mm，垫层料Dmax=80mm，小于5mm含量为30%～47%，小于0.075mm含量小于8%，渗透系数控制在10-2～10-3cm/s，砂砾料采用C3料场全料，排水体料D≥5mm，渗透系数大于10-1cm/s，各种坝料相对密度控制标准为Dr≥0.85。垫层料上游坡面采取挤压边墙固坡技术，挤压边墙混凝土设计指标为强度3～5MPa，弹性模量3000～5000MPa，干密度不小于2.15t/m3，渗透系数控制在10-3～10-4cm/s之间。

坝0+030.00～坝0+650，高程1750.00～1771.00m范围下游坝坡设计有钢塑土工格栅，每1.5m铺设1层，格栅在下游边坡处翻卷，与上一个铺设层搭接3m。

2　工程抗震设计思想的辨析

施工中照图施工是施工队伍的第一要务，但仅此远远不够，只有对设计思想和意图明晰了，施工才能自觉认真。正像中医诊病一样，只有识虚实寒热，才能辨表里阴阳。由于该坝地处强震区域，且为砂砾石坝，设计上采取了系列措施，施工中应该充分理解，做到完全自觉。

地震波形是两种，一种是纵波（弹性波）；另一种是横波（剪切波），横波破坏性最大。国际坝工界对地震时大坝破坏的现状分析的结果是，大坝在地震破坏时，坝高2/3以上破坏得最厉害；坝料由砂砾石填筑时，从材料力学角度看主要是摩擦力问题，要提高砂砾石料的抗震强度指标，主要提高压实干密度。这就要求施工过程中从料场的规划、开采、运输、摊铺、碾压等全过程科学、严密控制质量，满足规范和设计要求；挤压边墙的施工质量、垫层料的质量和压实、排水料的填筑质量、面板的浇筑质量等必须加强全过程质量控制。

设计要求在坝0+030.00～坝0+650，高程1750.00～1771.00m范围下游坝坡设计有钢塑土工格栅，基本是在坝高2/3以上，都是抗震加固措施的充分体现，施工中应认真细致完成。

基于上述认识，在卡拉贝利大坝施工中，以抗震为目标，从各个方面、各个环节科学化施工，加强管理，圆满完成抗震设计要求的各项工程任务。

3　料场复查和碾压试验

大坝填筑主料场为C3料场，复查面积为149.3万m2，按照150m×150m间距布置探坑共计66个，采用1.8m3反铲开挖探坑，探坑深度4.4～7.5m，覆盖层平均厚度0.29m，有用层平均厚度5.7m，有效储量851万m3，目测探坑断面无淤泥、细砂夹层、胶结层，人工在开挖探坑壁内刻槽取料进行筛析法测定颗粒级配，不均匀系数Cu=d60/d10=158.33＞5，曲率系数Cc=d302/（d60×d30）=8.49，不在1～3之间，属于不连续级配砂砾料，小于5mm含量为11.7%～29.7%，平均值23.8%，含泥量（室内水洗法测定）为1.98%～7.28%，平均值4.3%，最大粒径为300～400mm，大于200mm粒径含量为5.31%。灌水法测定天然密度平均值为2.12g/cm3。

考虑大坝位于强震区，2015年4月，按照料场复查的平均级配线，依据最新版本的《土石坝筑坝材料碾压试验规程》（NB/T 35016—2013）中“砂砾料原型级配现场相对密度试验方法”，对坝料进行原型级配（全级配）的相对密度试验。采用厚度14mm的钢板加工带底的密度桶6个，内径1200mm，高度800mm。试验场地采用推土机整平，22t振动碾振动碾压12遍，达到基本不沉降，按照试验布置讲密度桶一字间隔摆放。试验用料的级配采用料场复查的平均级配线、上包级配线、上平均级配线、下平均级配线、下包级配线，考虑料场砾石含量的变化，另增加砾石含量65%的级配线。按照级配线采用筛分的C3料场各级配料配置试验用料，拌和均匀后四分法人工在密度桶内松填装料，距离桶顶10cm左右时停止，灌砂法测定不同砾石含量下的最小干密度，人工装料高出桶顶20cm，桶四周填料，形成碾压工作面，用22t自行式振动碾，低振幅高频率、行进速度不大于2.5km/h，在桶上振动碾压26遍，再定点微动碾压15min，碾压后的桶顶超高控制在10cm左右，人工去除桶顶10cm高的砂砾料，灌砂法测定不同砾石含量下的最大干密度。进行平行试验，取两次试验结果的平均值作为相对密度试验结果，根据相对密度公式和试验结果，绘制砾石含量、干密度、相对密度三因素关系曲线，作为大坝填筑压实质量控制指标。

通过现场碾压试验，对铺料厚度60cm、80cm、100cm和碾压遍数8遍、10遍、12遍组合试验，每个组合取样三组，对试验结果进行组合分析，结果显示随着碾压遍数的增加，干密度增大；铺料厚度增加，干密度降低；碾压遍数增加，沉降量增大，符合一般规律。通过经济优选分析，选取碾压10遍，铺料80cm，行进速度不大于2.5km/h作为砂砾料碾压参数。

4　碾压参数控制、接坡、边角夯压

大坝填筑严格执行标准化施工程序，分铺料区、碾压区、检测区流水线作业，各分区洒线、挂牌标识清楚。

铺料前先做铺料样台，坝面技术人员采用水准仪测量标高，反铲辅助完成，间隔30m，方格网布置，控制坝面高程偏差不大于10cm。

碾压区设专人翻计数牌监测碾压遍数，质量管理人员检查碾压速度、碾迹搭接宽度和长度、振动频率和振幅等。

检测区严格按照《混凝土面板堆石坝施工规范》（SL 49—2015）要求的检测频次砂砾料1000～5000m3/组，每个坑取样800～1000kg，挖至结合层，灌水法取样检测干密度。

大坝采取分期导流，分期填筑，大坝填筑纵横向接坡严格按照规范要求进行，纵向接坡采取预留台阶法收坡，综合坡比不陡于1∶3，预留台阶宽度为1.2m，大坝填筑层层放线，反铲整理预留台阶边线，形成整齐的梯田状；同样，由于趾板工期影响，分期填筑时先进行大坝下游填筑，形成横向接坡，横向接坡同样采取预留台阶法收坡，预留台阶宽度为1m。接坡施工时采取反铲挖除填筑层上一层的台阶，使碾压面搭接良好。

大坝填筑靠岸坡的部位采取反铲辅助人工处理粗粒料集中现象，采用22t自行式振动碾顺岸坡方向振动碾压4m宽，与正常碾压碾迹良好搭接，针对振动碾无法碾压到的岸坡部位，采取3t平板汽油夯夯压10遍；下游边坡采取超填削坡和下游坡面斜坡碾压的处理方式，保证碾压密实；上游垫层料碾压，为了保证碾压安全，采取振动碾距离挤压边墙预留40cm，该部位采用3t平板汽油夯夯压10遍，通过现场夯压试验证明可满足要求。

5　土工格栅施工

由于大坝的抗震需要，设计单位在大坝下游坝体布设钢塑土工格栅，高程1750.00～1771.00m之间每间隔1.5m设置一层，共15层，计41万m2。格栅铺设前进行原材料检测，合格后方可铺设，单卷格栅幅宽6m，长30m，施工过程中严格按照设计要求进行搭接，上下游方向搭接长度不小于30cm，桩号方向搭接长度不小于15cm，搭接部位采取铅丝间隔绑扎，上下游方向搭接部位平行绑扎两道，桩号方向绑扎一道，绑扎间隔不大于15cm。

6　挤压边墙施工

垫层料上游坡面采取挤压式混凝土边墙施工技术，明显提高了垫层料的压实质量，简化了垫层料的施工工序，同时满足了临时度汛的要求。边墙挤压机型号为BJY-40，击振力1.3kN，振动频率48Hz，成型速度40～80m/h。边墙断面设计为不对称梯形，墙高40cm，与垫层料厚度一致，上游坡比1∶1.7，下游坡比8∶1，顶宽10cm，底部宽度83cm。

要保证挤压边墙坡面平整，每层挤压墙线直面平，棱角分明，必须保证挤压边墙机施工行走轨迹范围内垫层基础面平整。施工过程中层层放线，每班配备15人进行靠近边墙1.5m范围垫层料整平，测量控制，间隔15m打桩挂线，整平后采用夯板夯压，平整度控制在±3cm以内。用全站仪每15m放样并标示出挤压边墙机行走轨迹的内侧边线，作为施工时的控制线；挤压机就位后首先调整挤压机在同一水平面上，且确保其出料口高度为40cm。混凝土罐车采用前进法卸料，速凝剂由挤压边墙机设置的外加剂罐边行走边向进料口掺加，速凝剂的掺加要连续和均匀。边墙混凝土施工后3h即可进行垫层料的卸料和摊铺。

7　结语

卡拉贝利混凝土砂砾石坝工程目前已下闸蓄水，监测资料显示，大坝主河床坝0+280断面安装的电磁式杆式沉降仪显示最大沉降量为147mm，该处最大坝高约75.5m，最大沉降量占坝高的0.2%，说明大坝填筑质量可控；抗震设计方案在施工中严格质量控制，落实施工保障措施，确保大坝抗震安全。