高海拔地区土石坝筑坝施工技术研究

高海拔地区土石坝筑坝施工技术研究
发布时间：2021-09-07T11:53:35.019Z 来源：《基层建设》2021年第17期作者：刘燕平[导读] 摘要：高海拔地区土石坝筑坝施工技术主要研究了“微风化千枚岩筑坝”施工技术，解决了大坝填筑料源不足的问题，是采用中软岩筑坝成功的案例，拓宽了筑坝材料的使用范围，研究了“膜下找平+防渗膜掺加炭黑+膜上覆盖”施工技术，解决了强紫外线地区防渗膜抗老化性能差的问题，既能节省了施工成本，也延长了土工膜的耐久性，对高海拔强紫外线地区土工膜的防渗施工具有良好的经济效益和质量
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摘要：高海拔地区土石坝筑坝施工技术主要研究了“微风化千枚岩筑坝”施工技术，解决了大坝填筑料源不足的问题，是采用中软岩筑坝成功的案例，拓宽了筑坝材料的使用范围，研究了“膜下找平+防渗膜掺加炭黑+膜上覆盖”施工技术，解决了强紫外线地区防渗膜抗老化性能差的问题，既能节省了施工成本，也延长了土工膜的耐久性，对高海拔强紫外线地区土工膜的防渗施工具有良好的经济效益和质量保证。

关键词：高海拔；微风化千枚岩筑坝；防渗膜；炭黑；覆盖前沿
西藏高原地区自然环境条件极端恶劣，紫外线强、昼夜温差大、岩石风化较严重，通过分析论证“微风化千枚岩筑坝”施工技术及“膜下找平+掺加炭黑+膜上覆盖”施工技术，拓宽了大坝填筑料源的范围及解决了防渗膜耐久性问题，节约了大坝施工成本，保证了施工质量，为类似工程提供借鉴和参考。

1“微风化千枚岩筑坝”施工技术研究 1.1微风化千枚岩基本物理性质
（1）千枚岩的基本物理性质是由千枚岩自身的结构特征和矿物组成所决定的基本属性，其基本物理性质主要包括风化程度、干容重、含水率、软化系数、孔隙率、抗压强度、内摩擦角等。

其颗粒密度可以采用比重瓶法进行测定，块体密度则可以根据千枚岩块体的疏散程度分情况选用蜡封法和量积法进行测定，按照工程岩体试验方法标准 GB/T50266-2013对现场取样的千枚岩岩块切割成50mm的四方体块，并分为未饱水和饱水两组，做单轴抗压强度试验，千枚岩筑坝料基本物理指标见下表。

表1 千枚岩基本物理指标
千枚岩填料的高压大三轴剪切试验设备采用GST-80型高压大三轴仪，施加围压400kPa～1600kPa。

试验土样最大粒径60mm，制样尺寸为φ300mm×600mm（底面直径×圆柱高），试验结果如下。

表2 高压大三轴试验成果（E-μ模型）
表3 高压大三轴试验成果（E-B模型）
根据设计要求，粘聚力和内摩擦角分别为：（1）主堆石区：Cd=45kPa；φd=36.1°（2）次堆石区：Cd=40kPa；φd=34.9°，表2、表3中试验成果所得到的粘聚力和内摩擦角均大于设计参数，故千枚岩相关技术参数均符合大坝设计要求，该料场微风化千枚岩可以作为大坝填筑料，为提高保险系数，千枚岩用于次堆石区填筑，且全坝采用防渗膜包裹，防止外来水进入，大坝坝基采用砂砾石铺筑，以便及时排出坝体内积水及地下水。

1.2现场碾压试验
千枚岩各项物理性能经试验合格后，在现场进行生产性试验，确定铺筑厚度、碾压遍数等施工参数。

碾压试验场地布置图如图1-1所示。

图1-1 堆石料碾压试验场地布置图
采用进退错距法碾压，碾压完成后测定压实后的干密度、含水率及颗粒级配等参数，最后确定合理的施工参数：铺料厚度控制不超过100cm，凸块碾碾重28t，行车速度1～2km/h，碾压遍数8遍，碾压完成后各项指标满足设计要求。

1.3沉降观测
正式填筑过程中在坡面马道处设置5个沉降观测点，其沉降数据基本与非千枚岩填筑区相同，碾压后经取样检测，各项指标满足设计要求。

表4 沉降观测统计表
2“膜下找平+掺加炭黑+膜上覆盖”施工技术研究
大坝填筑完成后为防止外来水进入坝体，须用防渗膜包裹大坝，由于高海拔强紫外线强、早晚温差变化等因素的影响，防渗膜的耐久性面临较大难题，原设计中膜下采用喷射混凝土进行找平，喷护厚度较厚，施工成本大，且采用普通复合土工膜材料，在紫外线影响下抗老化能力弱，故需研究适宜于高海拔环境条件的防渗膜施工技术。

大坝设计坡比为1：1.8，每各10～15m设置一个嵌固平台用于固定防渗膜，平台宽度为1.5m。

坡面防渗及护坡自内向外依次为M5水泥砂浆10cm、400g土工布、1.5mmHDPE膜、400g土工布、砂砾石30cm、块石护坡40cm，其结构型式见下图。

图2-1 坡面防渗及护坡结构型式图
在规模性施工前，先对防渗及护坡结构进行试验性施工，当护坡干砌石施工高度达到5m左右时，由于坡面较陡，受膜下水泥砂浆层及30cm砂砾石影响，防渗膜受到的摩擦力过小，导致坡面干砌块石向下缓慢座滑、坡脚发生拱起，试验区发生破坏，原设计防渗结构方案已不能满足现场实际施工情况，且因大坝位于海拔4000m以上地区，紫外线强，日照时间长，早晚温差大，常规复合土工膜，土工膜在强烈紫外线的直接照射作用下，快速老化，土工膜铺设后如不及时覆盖，短时间内发生脆裂现象，后期无法进行热熔焊接，并缩短土工膜的使用寿命。

为解决防渗膜摩擦力过小问题，采用两种材料代替砂浆层及砂砾石层进行试验，第一种采用粗砂进行膜下找平并采用斜面振动器进行压实，第二种采用1～2cm粒径圆砾石进行膜下找平，经现场试验效果及成本比较，最终采用小于2cm粒径圆砾石进行膜下找平，施工成本为喷射混凝土找平层的1/3，找平效果满足要求，能有效防止土工膜被刺破。

为了确保防渗膜的使用寿命，采用了一种掺炭黑的防渗膜材料，炭黑掺比约为2%-3%，大大提高土工膜的抗紫外线能力，现场日照试验表明，掺加炭黑后土工膜的抗老化能力可提高20~30倍，能有效增强土工膜抗老化性能，复合土工膜施工完成后及时在膜上喷护混凝土进行覆盖，减少土工膜的暴露时间。

3结语
“微风化千枚岩筑坝材料”施工技术通过研究微风化千枚岩的岩石性能及筑坝的可行性，使微风化千枚岩在大坝筑坝施工中具有良好的经济效益，同时，也是采用中软岩筑坝成功的案例，拓宽了筑坝材料的使用范围；“膜下找平+掺加炭黑+膜上覆盖”施工技术使防渗膜在强紫外线地区具有良好的抗老化性能，既能节省施工成本，也能延长土工膜的耐久性，对强紫外线地区土工膜的防渗施工具有良好的经济效益和质量保证。

参考文献：
[1]碾压土石坝施工规范（DL/T5129；）.北京：中国电力出版社.
[2]工程岩体试验方法标准 GB/T50266-2013.北京：中国计划出版社.
[3]杨泽艳.《混凝土面板堆石坝软岩筑坝技术进展报告》
[4]刘燕平，闫昭臣.西藏驱龙铜多金属矿尾矿库施工技术研究与实践. 世界有色金属，1002-5065（2017）19-0247-2。