水中抛填砂砾石料低坝坝体及其提高坝体相对密度的施工方法

摘要

本发明公开了一种水中抛填砂砾石料低坝坝体及其提高坝体相对密度的施工方法；所述坝体包括上游和下游的坝脚，所述坝脚之间抛填形成的砂砾石料坝体，所述砂砾石料坝体包括水面以下的砂砾石料坝体和水面以上的砂砾石料坝体，所述水面以上的砂砾石料坝体的坝顶钻有多排振冲加密孔且相近两排的振冲加密孔交错布置，每排振冲加密孔是由第Ⅰ次序振冲加密孔和第Ⅱ次序振冲加密孔交替组成。该方法针对低坝采用对水中抛填砂砾石料至水面以上的坝体进行合理布孔、造孔、振冲加密及连续填料，提高抛填砂砾石料坝体的相对密度不低于现行碾压式土石坝设计规范规定的0.75，以控制坝体变形，保证坝体稳定安全。

说明书

技术领域

本发明涉及水工结构领域，具体地指一种水中抛填砂砾石料低坝坝体及其提高坝 体相对密度的施工方法。

背景技术

土石坝按施工方法一般分为碾压式土石坝、抛填式堆石坝、定向爆破堆石坝和水 力冲填坝等，碾压式土石坝是当今土石坝的主导坝型，通常坝体填筑前需先修建围堰导流， 然后在干地条件下自建基面分层碾压填筑坝体，填筑进度须满足工期计划或坝体安全度汛 等要求。

三峡工程建成后按175-156-145m(吴淞)水位运行，在春、夏、秋三季三峡水库低水 位运行，冬季三峡水库高水位运行，其库区形成深度达30m左右的消落区。对于消落区库尾 面积较大、地势开阔平坦区域产生严重的生态、环境问题，修建生态环境综合治理工程控制 库水位消落高度，工程一般采取低闸坝方案，坝体优先考虑采用当地材料坝。

消落区受三峡水库蓄水影响，坝体采用干地条件下分层碾压填筑，须在坝体上、下 游侧修筑与坝体长度、高度基础相当的防渗围堰，围堰工程量大，经济上不合理；采用进占 法由岸坡向河床方向逐渐推进、水中直接抛填砂砾石料(砂砾石料质地坚硬,级配较好，小 于5mm粒径含量小于30％，小于0.075mm粒径含量小于8％)至水面以上筑坝，坝体自身兼顾 导流功能，不修筑防渗围堰，但抛填砂砾石料坝体相对密度较低，约为0.65左右，坝体的变 形、稳定安全难以保证。现行的《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》适用于振冲法施 工处理深度20m以内的地基处理工程，如何提高水中抛填砂砾石料坝体相对密度没有规程 规范可以采用。

发明内容

本发明的目的是提供一种水中抛填砂砾石料低坝坝体及其提高坝体相对密度的 施工方法；该方法针对低坝采用对水中抛填砂砾石料至水面以上的坝体进行合理布孔、造 孔、振冲加密及连续填料，提高抛填砂砾石料坝体的相对密度不低于现行碾压式土石坝设 计规范规定的0.75，以控制坝体变形，保证坝体稳定安全。

为实现上述目的，本发明提供的一种水中抛填砂砾石料低坝坝体，所述坝体包括 上游和下游的坝脚，所述坝脚之间抛填形成的砂砾石料坝体，所述砂砾石料坝体包括水面 以下的砂砾石料坝体和水面以上的砂砾石料坝体，所述水面以上的砂砾石料坝体的坝顶钻 有多排振冲加密孔且相近两排的振冲加密孔交错布置，每排振冲加密孔是由第Ⅰ次序振冲 加密孔和第Ⅱ次序振冲加密孔交替组成；所述水面以上的砂砾石料坝体的坝顶填筑碾压有 分层填筑碾压砂卵石坝体。

进一步地，坝脚的高度为坝脚上游和下游的坡比为1︰2.0～2.5。

再进一步地，所述砂砾石料坝体上、下游坡比为控制在1︰2.5～2.75。

再进一步地，所述第Ⅰ次序振冲加密孔与第Ⅱ次序振冲加密孔的孔距a为3.0～ 3.5m；每排加密孔的之间的排距b为孔距。

再进一步地，所述坝体坝轴线上浇筑有竖直的混凝土防渗墙。

本发明还提供一种提高水中抛填砂砾石料低坝坝体相对密度的施工方法，包括以 下步骤：

1)收集整理分析大坝技术资料及做好设备、备料等准备工作；

2)视坝址水深，先采用进占法由岸坡向河床方向逐渐推进或水面船法抛填坝体 上、下游坝脚块石料，形成坝脚；其中，坝脚的高度为

3)采用进占法由岸坡向河床方向逐渐推进抛填坝体砂砾石料至水面以上、得到高 出水面2.0～2.5m的砂砾石料坝体；其中砂砾石料坝体包括水面以下的砂砾石料坝体和水 面以上的砂砾石料坝体；

4)对水中抛填至水面以上的砂砾石料坝体进行测量，以坝轴线为控制线进行振冲 加密孔位布置；振冲加密孔沿坝轴线分排分序布置，其中，第Ⅰ次序振冲加密孔与第Ⅱ次序 振冲加密孔成交替布置；

5)选用液压调频振冲器及满足起吊负荷和振冲加密最大孔深的起吊设备，开展现 场振冲加密生产性试验；

6)采用汽车吊或履带吊起吊液压调频振冲器对准孔位进行造孔，造孔孔位误差小 于10cm，造孔孔径由实际采用的液压调频振冲器型号振冲坝体砂砾石料时自动确定，造孔 贯入坝体时应保持垂直，控制偏斜度不大于3％；

7)振冲器造孔至设计深度后对坝体进行填料振冲加密；振冲加密从孔底开始逐段 向上分段加密，加密段长0.3～0.5m，加密时连续向孔内填料，填料要求为20～150mm的砾石 料，振冲加料时往复提升振冲器1.5～2.0m；当振冲器振冲加密达到施工工艺技术参数后， 向上提升振冲器进行下一加密段施工，如此反复直至坝体顶部；

8)对裸露水面以上坝体表面定位的所有振冲加密孔分序进行振冲加密，完成后对 振冲加密坝体进行相对密度质量检查，即得到抛填砂砾石料低坝坝体；

9)在水面以上的砂砾石料坝体顶部进行坝轴线部位坝体坝基混凝土防渗墙及墙 下帷幕灌浆施工，完成后再进行分层碾压施工，完成分层填筑碾压砂卵石坝体；

10)低坝坝体施工过程中，视消落区水位变幅情况，完成低坝坝体边坡修整和培 坡，即完成水中抛填砂砾石料低坝坝体的施工。

进一步地，所述步骤2)中，坝脚上游和下游的坡比为1︰2.0～2.5；块石料饱和抗压 强度为30～160MPa，块石的粒径小于70cm，其中，粒径小于0.1mm的块石重量在块石总重量 中占比小于5％。

再进一步地，所述步骤3)中，砂砾石料坝体上、下游坡比为控制在1︰2.5～2.75；砂 砾石料的粒径小于150mm，其中，粒径小于5mm的砂砾石料重量在砂砾石料总重量中占比小 于30％，粒径小于0.075mm的砂砾石料重量在砂砾石料总重量中占比小于8％。

再进一步地，所述步骤4)中，第Ⅰ次序振冲加密孔与第Ⅱ次序振冲加密孔的孔距a 为3.0～3.5m；每排加密孔的之间的排距b为孔距。

再进一步地，所述步骤6)中，造孔时施工工艺技术参数见表1。

表1液压调频振冲器振冲加密砂砾石料施工工艺技术参数表

。

再进一步地，所述填料是粒径为20～150mm的砾石料。

本发明的有益效果在于：

本发明针对采用砂砾石料干地分层碾压填筑坝体时，需修筑与坝体长度、高度基 本一致的临时防渗围堰满足施工导流条件下，采用在水中抛填砂砾石料坝体兼顾施工导 流，振冲加密提高坝体相对密度的建筑方法，该方法操作简便，大大减少坝体干地碾压施工 围堰填筑及防渗工程投资，缩短工期，同时又保证了坝体变形及稳定安全。

附图说明

图1为本发明的振冲加密抛填砂砾石料低坝提高坝体相对密度方法剖面图；

图2为振冲加密孔平面布置示意图；

图中：坝脚1、抛填砂砾石料坝体2、水面以下的砂砾石料坝体2.1、水面以上的砂砾 石料坝体2.2、分层填筑碾压砂卵石坝体3、振冲加密孔4、边坡5、坝体混凝土防渗墙6、墙下 帷幕灌浆7、消落区水位变幅区8、坝轴线9、—第Ⅰ次序振冲加密孔4.1、●—第Ⅱ次序振冲 加密孔4.2、a.振冲加密孔孔距、b.振冲加密孔排距，H为坝体高度。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但 本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

三峡水库开县消落区生态环境综合治理水位调节坝工程位于三峡库区尾部,由水 位调节坝和库区生态建设工程组成，工程建设以减少三峡库尾消落区面积，降低消落区的 水位变幅，改善开县城区及其周边的生态环境。水位调节坝采用闸坝坝型，由土石坝、泄水 闸、非溢流坝、鱼道等建筑物组成。土石坝为采用混凝土防渗墙的砂砾石坝，坝顶长约244m， 最大坝高24m，顶顶高程177.78m，坝顶宽7.0m，上、下游坝坡坡比均为1:2.5，坝体及坝基砂 卵石均采用混凝土防渗墙防渗。由于三峡水库提前蓄水至168m，土石坝采用干地分层碾压 填筑施工需在其上、下游侧各修建与土石坝体长度、高度基本一致的围堰，临时防渗围堰投 资约为土石坝坝体投资的1.8倍，为节约投资、缩短工期，调整土石坝坝体结构形式及施工 方法，土石坝坝体自身兼顾施工期导流功能，不修建上、下游围堰，利用先期修建的泄水闸 过流，土石坝坝体采用水中抛填质地坚硬、级配较好、小于5mm粒径含量小于30％、小于 0.075mm粒径含量小于8％的砂砾石料至水面以上3.0～4.0m后再进行干地施工。受三峡水 库提前蓄水及上游来水影响，考虑水位变幅确定坝体高程173.78m以下采用由岸坡向河床 方向逐渐推进的方法抛填，高程173.78m以上坝体采用干地分层碾压填筑，坝体混凝土防渗 墙在高程174m进行施工。抛填砂砾石料坝体相对密度较低，坝体的变形、稳定安全难以保证 工程安全运行，根据工程具体实际情况和现场施工条件，参照现行《碾压式土石坝设计规 范》，研究提出采用振冲加密水中抛填砂砾石料坝体提高其相对密度的方法，即对水中抛填 砂砾石料坝体合理布置振冲加密孔，通过造孔、填料及振冲加密提高坝体砂砾石料相对密 度不低于0.75，从而保证坝体的变形及稳定安全。

三峡水库开县消落区生态环境综合治理水位调节坝工程土石坝采用提高水中抛 填砂砾石料低坝坝体，所述坝体包括上游和下游的坝脚1，所述坝脚1之间抛填形成的砂砾 石料坝体2，所述砂砾石料坝体2包括水面以下的砂砾石料坝体2.1和水面以上的砂砾石料 坝体2.2，所述水面以上的砂砾石料坝体2.2的坝顶钻有多排振冲加密孔4且相近两排的振 冲加密孔4交错布置，每排振冲加密孔4是由第Ⅰ次序振冲加密孔4.1和第Ⅱ次序振冲加密孔 4.2交替组成；所述水面以上的砂砾石料坝体2.2的坝顶填筑碾压有分层填筑碾压砂卵石坝 体3。

坝脚1的高度为坝脚1上游和下游的坡比为1︰2.0～2.5。

砂砾石料坝体2上、下游坡比为控制在1︰2.5～2.75。

第Ⅰ次序振冲加密孔4.1与第Ⅱ次序振冲加密孔4.2的孔距a为3.0～3.5m；每排加 密孔的之间的排距b为孔距。其施工方法，具体实施包括以下步骤：

(1)收集整理分析大坝技术资料及设计文件，做好设备、备料等准备工作；

(2)视坝址水深，先采用进占法由岸坡向河床方向逐渐推进或水面船法抛填坝体 上、下游坝脚块石料，形成坝脚1；其中，坝脚的高度为

(3)采用进占法由岸坡向河床方向逐渐推进抛填坝体砂砾石料至水面以上、得到 高出水面2.0～2.5m的砂砾石料坝体2；其中砂砾石料坝体2包括水面以下的砂砾石料坝体 2.1和水面以上的砂砾石料坝体2.2；

(4)对水中抛填至水面以上的砂砾石料坝体2.2进行测量，以坝轴线为控制线进行 振冲加密孔位布置。对于坝体高度(振冲加密孔深)大于19m部位振冲加密孔孔距3.5m，排距 3.0m，分两序施工；对于坝体高度(振冲加密孔深)小于19m部位振冲加密孔孔距3.0m，排距 2.6m，分两序施工。

(5)采用50t履带吊车起吊200kw液压振冲器在水中抛填坝体顶面进行生产性试 验，验证施工工艺技术参数。

(6)履带吊车起吊振冲器，使振冲器处于垂直状态对准孔位，开启压力水泵和振冲 器，控制造孔水压在0.8～1.0MPa，造孔油压为20～24MPa，造孔风压为0.8～1.5MPa，徐徐下 放振冲器进行振冲加密造孔。

(7)振冲器造孔至设计深度后，从孔底开始进行振冲加密，振冲加密时连续向坝顶 孔内填加粒径为20～150mm的砾石料，振冲加料时在加密段部位往复提升振冲器1.5～ 2.0m，当振冲器振冲加密油压达到20MPa、加密水压达到0.5MPa、留振时间达8～10s时，将振 冲器上提继续进行下一个加密段施工。

(8)重复上一步骤工作，自上而下，直至加密到抛填坝体顶部高程。

(9)对裸露水面以上坝体表面定位的所有振冲加密孔分序进行造孔、振冲加密，完 成后对振冲加密坝体进行相对密度质量检查，即得到抛填砂砾石料低坝坝体；

(10)在水面以上的砂砾石料坝体坝体2.2顶部进行坝轴线部位坝体坝基混凝土防 渗墙6及墙下帷幕灌浆7施工，完成后再进行分层碾压施工，完成分层填筑碾压砂卵石坝体 3；

(11)低坝坝体施工过程中，视消落区水位变幅情况，完成低坝坝体边坡5修整和培 坡，即完成水中抛填砂砾石料低坝坝体的施工。

开县消落区生态环境综合治理水位调节坝工程土石坝水中抛填砂砾石料坝体振 冲加密施工48天，共完成振冲加密造孔718个，振冲加密总进尺9318m。经现场第三方质量检 测，振冲加密水中抛填砂砾石料坝体相对密度均大于0.75，满足设计要求。

采用水中抛填砂砾石料，振冲加密提高坝体相对密度方法首次成功实践，减少了 坝体干地碾压施工围堰填筑及防渗工程措施，节约工程投资1166万元，提前工期约4个月， 效益显著。工程建成后，土石坝坝体各项监测数据表明其变形稳定，运行良好。

其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描 述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经 创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。