王知晓，2 王琦凯 陈崇德

(1.湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156；2.湖北瑞洪工程管理有限公司，湖北 荆门 448156)

1 概 述

关门岩水库位于长江一级支流清江水系渔洋河上游河段，地处五峰土家族自治县渔洋关镇柴埠溪风景区内，距五峰县城25km。水库集水面积63.70km2，最大坝高85.6m，坝长295m，坝顶宽7m，总库容1440万m3，其中有效库容1184万m3，死库容63万m3，大坝按50年一遇洪水标准设计、1000年一遇洪水标准校核，为Ⅲ等中型工程。水库是以城镇供水为主，结合农业灌溉、防洪、旅游开发等综合利用的中型水库，城镇供水设计保证率95%，灌溉设计保证率75%。

关门岩水库工程主坝为钢筋混凝土面板堆石坝，主要由垫层区(2A区)、过渡区(3A区)、主堆石区(3B区)、次堆石区(3C区)组成，总填筑量169万m3。大坝坝体填筑的材料均从料场开采，料场岩性为白云质灰岩及泥质白云岩，岩体呈强至弱风化状，抗压强度13～138MPa，软化系数0.61～0.836，属软硬互层特性，整体强度偏低。碾压试验表明，可以满足大坝填筑稳定性的要求。

2 大坝填筑料的特点

2.1 软岩料的特点分析

a.级配试验。软岩料干湿循环试验结果表明：由于软岩料抗压强度低、软化系数小，受气候、环境(干湿、碾压)变化影响，岩块易发生崩解，细粒(小于5mm)含量增加，而且干湿循环与碾压次数越多，岩块崩解越剧烈，细粒含量增加越多。因而本工程对软岩级配不做要求，以碾压层面上不出现泥化板结、弹簧土，载重车经过后车轮不沉陷为限制条件。

b.压实性试验。当软岩料细粒(小于5mm)含量较多、含水量(或称加水率)较低时，颗粒表面水膜薄，摩阻力大，不易压实；当含水量达到一定范围时，颗粒表面水膜增厚，摩阻力减小，易于压实。同时，软岩料平铺在硬岩料之上，软岩料在振动碾压过程中颗粒破碎强烈，压实后可达到较高的密度且相应孔隙率减小。

c.渗透性试验。当软岩料的级配和密度相同时，其水平向渗透系数比垂直向渗透系数大。其原因为：ⓐ压实层上部的颗粒破碎强烈，细颗粒含量增多，粗颗粒的孔隙被细粒(小于5mm)充填，故垂直渗透系数较低；ⓑ压实过程中，填筑层上部和下部所受到的压实功能不同，填筑层下部的压实干密度低于上部，细颗粒含量(小于5mm)下部也比上部少，故压实层水平渗透系数大于垂直渗透系数。

d.压缩性试验。软岩料的孔隙比与土体压力值曲线表现为比较光滑的曲线，没有突变点，说明软岩料在垂直压力作用下是随压力增大而破碎的，在试验垂直压力范围内(p≤3.2MPa)，不会发生突然沉降变形。

e.强度与变形特性。料场为白云质灰岩与薄层泥质岩互层，两种岩性风化差异较大。应严格按照大坝填筑指标控制并做好排水体系。

2.2 软岩料利用的原则

a.坝体主堆石区作为支撑面板的主体，一般采用较好的硬岩堆石，软岩一般用在坝体下游的次堆石区(3C区)。

b.软岩堆石料区的下游边界线在大坝运行时，处于干燥区，以便坝体排水通畅，避免软岩遇水产生湿化变形。

c.下游边界线应保证坝体下游边坡的稳定，且在其外侧留有不小于1m的新鲜硬岩填筑区，防止软岩料的继续风化。

d.软岩堆石料区的上游边界线应有不小于5～10m的新鲜硬岩填筑层覆盖。

e.上游边界线应通过分析计算，在确保坝体施工期、运行期的沉降量以及面板的应力在合理范围内的前提下，尽可能往坝体上游侧靠近，最大限度地利用软岩材料填筑。

2.3 坝体填筑材料试验控制指标

坝体填筑材料试验控制指标见表1。

表1 坝体填筑料试验指标

3 大坝坝体填筑

3.1 大坝填筑施工程序

3.1.1 填筑料开采

严格按爆破设计方案对料场进行爆破开采，在装料过程中，对料场内的软硬岩进行简单的挑选。

3.1.2 大坝填筑施工程序

施工程序见图1。

图1 大坝填筑单元施工程序

3.1.3 铺料顺序及方法

坝前区填筑摊铺顺序为堆石料上升一层，过渡料和垫层料上升两层；堆石料铺好后，清除上游30cm以上的块石，铺填过渡料；过渡料铺填好后，清除上游8cm以上的块石，铺填垫层料。挤压边墙的施工与过渡料的施工同时进行，待过渡料铺填完成和挤压边墙施工完毕后进行垫层料的施工。坝前区填筑料摊铺顺序见图2。

图2 挤压边墙、垫层、过渡层、堆石区填筑顺序注 ①～⑤为填筑区分类。

3.1.4 碾压方法

a.碾压设备：垫层料、过渡料、堆石区采用22t自行式振动碾，特殊垫层区采用蛙式打夯机。

b.碾压方法：振动碾行走方向与坝基坑平行，行走速度1.5～2km/h，碾压采用错距法。

3.1.5 坝料填筑

a.堆石区填筑：按照一层过渡料(40cm)、一层垫层料(40cm)、一层主堆石料(80cm)，再一层过渡料(40cm)、一层垫层料(40cm)的次序，逐层上升，当填筑垂直高度达到5.8m时，上游坡面进行削坡。

b.块石护坡及坝后加宽区填筑：每层铺填厚度0.8m，第一层铺填完毕后在上面铺填一层细骨料作为第二层填筑的自卸车施工便道；坝后加宽区填筑采用一台1.6m3的反铲机施工，主要是在护坡处挑选比较平整的大块石，块石大面朝外，坡面误差±10cm；各层的护坡块石与坝后加宽填筑同层的堆石料采用交替填筑的方法。

c.挤压边墙混凝土施工：施工流程为：作业层面平整→测量放样→边墙混凝土施工→垫层料摊铺→垫层料碾压→回填检查合格后进入下一层施工。

d.垫层料填筑：垫层料由砂石骨料加工系统生产，铺料时先把过渡料上游坡面大于40cm的填料清除到下游面，并在上游方向超铺30～40cm，并设挡渣板，垫层料与同层的过渡料一起碾压。

e.过渡料填筑：过渡料主要从料场爆破开采，铺料时先把堆石料区滚落到过渡区边缘的大于30cm的块石清除。

3.2 填筑质量

3.2.1 现场碾压检测成果汇总

成果汇总见表2，从表2可以看出，大坝填筑质量满足设计要求。

3.2.2 坝体沉降变形监测

a. 549m高程水管式沉降仪各测点于2016年5月埋设，2017年6月22日取基准值，TA1～TA5各沉降测点至2019年3月最大累计绝对沉降量分别为25.1cm、28.6cm、49.8cm、31.5cm、24.3cm；各测点近9个月的月沉降量值均小于2mm。各测点在大坝堆石体施工期累计沉降率分别是TA1为0.87%，TA2为1.00%，TA3为1.77%，TA4为1.13%，TA5为0.89%(见图3)。

表2 坝体填筑现场试验成果(平均值)

图3 549m高程水管式沉降仪各测点沉降变化曲线

b. 571m高程水管式沉降仪各测点于2017年1月埋设，2017年6月21日取基准值，TA6～TA8各沉降测点至2019年3月最大累计绝对沉降量分别为54.5cm、48.6cm、67.3cm；各测点近9个月的月沉降量值均小于2mm。各测点在大坝堆石体施工期累计沉降率分别是TA6为1.09%，TA7为0.98%，TA8为1.36%。月沉降量值均小于2mm。坝体整体的沉降已趋于稳定(见图4)。

图4 571m高程水管式沉降仪各测点沉降变化曲线

3.2.3 坝体内部水平位移监测

a.土体位移计测点ID1～ID5于2016年5月埋设，及时取得测值，前期各测点观测值为相对于ID5测点(坝横桩号0+132.728，坝纵桩号0+068.20)的位移量，2017年6月后为各测点相对于基点的位移量。

b.土体位移计测点ID6～ID8于2017年1月埋设，及时取得测值，前期各测点观测值为相对于ID7测点(坝横桩号0+132.728，坝纵桩号0+028.20)的位移量，2017年6月后为各测点相对于基点的位移量。

c.截至2019年4月，测得的土体位移计各测点(ID1～ID8)累计位移分别为-343.54mm、-331.20mm、-202.60mm、-98.55mm、-3.38mm、-194.29mm、-155.78mm、11.74mm。从土体位移计观测成果表可以看出，近期水平位移变化逐渐趋于稳定，变化曲线平稳(见图5、图6)。

图5 549m高程土体位移计各测点位移变化曲线

图6 571m高程土体位移计各测点位移变化曲线

d.坝基渗透压力监测和绕坝渗流监测。埋设于坝前帷幕前后的渗压计(P1～P5)，受水库地下水位及基坑积水的影响；埋设在河床的渗压计(P6～P10)测值稳定，近期无渗水压力，说明河床部位透水性良好；埋设在554.80m高程的渗压计(P11、P12、P13)与埋设在570.00m高程的渗压计(P14、P15、P16)测值稳定，基本无渗水显现。

e.应力应变监测。已埋设的混凝土面板右L2、右L6、左L4的二向、三向应变计及无应力计共计7组，目前变化量符合面板混凝土应力应变变化规律。

4 结 语

关门岩水库大坝填筑实践证明：采取就地取材的原则，利用附近的软硬岩材料填筑大坝坝体，主要是做好坝体填筑材料的分区及各分区填筑标准的研究，并在施工中严格按照设计标准实施。既节省了工程投资，缩短了施工时间，提高了水库效益，也保证了水库建设的质量，为类似大坝的建设积累了经验，值得推广应用。