坝后堆渣场设计与料源平衡方案优化

4.1.7.1　坝后堆渣场设计

1.坝后堆渣场布置

坝后堆渣场布置在主坝下游，768.00m、740.00m高程各设一平台，其中768.0m平台宽80.0m，长约350.0m；740.0m平台宽93.0m，长约260.0m，堆渣下游坡1：2.5，25.0m设一道马道，马道宽5.0m，下游边坡采用浆砌片石骨架衬砌，骨架内绿色植被绿化。堆渣场下游坡脚设堆石排水棱体，棱体顶高672.0m。

堆渣场近坝体10.0m厚范围内要求分层碾压，层厚10.0m，其他部位不要求碾压。

坝后堆渣场设计容量323万m3，实际容量约340万m3，多出部分堆存在768.0m平台紧靠右岸下游坝坡侧，791.00m、780.00m高程各设一道平台，边坡1∶2.0，采用浆砌片石骨架护坡，具体布置详见相关图纸。

2.坝后堆渣场坡面护砌及排水设计

坝后堆渣场坡面采用菱形格浆砌片石骨架衬砌，骨架中到中尺寸为4.95m×4.95m，骨架节点设10mm×10mm泄水孔，排水孔埋深0.50m，骨架内植被绿化。每个块片石护坡单元宽13.50m，每单元设一道0.60m宽人行台阶，两单元间设2cm宽伸缩缝。

坝后堆渣场每一级马道上设排水沟，每一级排水沟都和坝后堆渣场主排水沟相连。排水沟采用浆砌石结构，断面尺寸为0.5m×0.5m。

4.1.7.2　料源平衡

1.料场情况及评价

上水库主坝的主堆、垫层、过渡层、反滤料、排水带以及其他建筑物的混凝土骨料、沥青混凝土骨料约268万m3骨料（需自然方约241万m3）均从龟山料取料。龟山料场为一大型古滑坡体，位于狼山西端，宝泉抽水蓄能电站引水发电系统下库进/出水口的上方。滑坡体北部以F14断层为切割边界，东部以寒武系馒头组、毛庄组、徐庄组中的挠曲为边界，西部及南部至峪河岸边。东西长550～800m，南北宽260～350m，滑坡体最大厚度210m，平均厚约110m，体积约2100万m3。西部及南部向峪河方向（下库）临空，形成悬崖峭壁，高达150m。

滑坡体岩性以张夏组灰岩、白云岩为主，主要地层岩性自西向东依次为馒头组泥灰岩；毛庄组粉砂岩、页岩和灰岩；徐庄组页岩、灰岩与砂岩互层；张夏组灰岩、白云岩。除北部表层及局部岩石较破碎，灰岩表层已钙质胶结外，其余基本保持原岩结构。滑坡体总体表现为向东及北东倾斜的单斜构造。

在龟山滑坡体南侧，沿汝阳群石英砂岩顶面、馒头组泥灰岩及滑带中有泉水出露，其流量一般0.7～1.2L/s，雨季最大3～5L/s，冬春季节有时出现断流。泉水出露高程638.00m。

料场开采古滑坡体上部，一方面有利于古滑坡体的稳定，另一方面可作为上库大坝及库区堆石料、垫层料、过渡料、反滤料及混凝土人工骨料等。由于工程区域附近缺乏天然砂砾料场，以上所需的各级配料经人工砂石系统加工而成。该滑坡体地形上缓下陡，植被发育，坡积物少，地下水埋深在700.00m高程以下。龟山古滑坡体为推移式滑坡，若开挖滑坡体后缘出露位置较高、势能较大的下滑区岩体，可有效地提高龟山古滑坡体的稳定性，同时开挖的岩石可用作上水库大坝及库区堆石料。经计算，龟山滑坡体开挖至800.00m高程时，开挖方量可满足工程量的要求。开挖卸载方式采取等高程自上而下逐层开挖方案。

龟山料场地层岩性主要为张夏组中厚层、厚层状鲕状灰岩、白云质灰岩以及白云岩。岩石抗风化能力强，基本上为微风化至新鲜岩石，但由于龟山的整体滑动，滑体内裂隙发育，尤其是后缘拉裂带岩体破碎，破碎岩体之间充填有淋滤作用析出的钙质、泥和岩屑，根据前期料场GZK1和GZK2两个钻孔的RQD统计情况，滑坡体后缘岩体破碎严重。位于滑坡体后缘842.00m高程的PD12探硐地质情况揭示，0～57m为灰色灰岩，产状杂乱，局部有架空现象和滴水，岩块多呈棱角～次棱角状，岩块之间一般呈接触式钙质胶结或填充碎石、岩屑与灰白、灰黄色的钙泥质混杂物，胶结，填充不密实，岩石块度大小不均一，块度20～50cm的约占50%～60%，大于50cm约占30%，其余小于10cm；57～61m为灰色灰岩、白云质灰岩，岩体破碎，产状杂乱，岩块多呈棱角～次棱角状，局部有架空和滴水现象，岩块之间一般呈接触式钙质胶结或少量灰黄色泥质充填，岩石块度较小，一般为5～10cm，约占60%，其他为块度小于5cm的碎石；61～75m为灰色灰岩，产状杂乱，岩体较完整，节理稍发育，裂隙面有白色或浅黄色次生方解石附着或充填，岩石块度较大，个别块度大于80cm，块度在20～50cm约占70%以上；75～80m为灰色灰岩、白云质灰岩，产状凌乱，局部岩体较破碎，并有架空现象，岩石裂隙面有钙质附着，岩块之间局部有碎石、岩屑和泥充填，岩石块度10～30cm约占60%～70%；80～110m为灰色灰岩，产状杂乱，岩体较完整，节理稍发育，延伸长，局部有架空现象，架空处岩体较破碎，裂隙面一般有钙质或灰白、灰黄色钙泥质混杂物充填或次生方解石充填，岩石块度较大，一般大于1m，最大块度超过3m，其中109m处发育有一拉裂缝，裂缝走向290°，倾向SW，倾角85°，宽度最大达2m，上下贯通，岩体较破碎，拉裂面有钙质及灰黄色泥质附着，掘进过程中，该处空气质量明显改善，龟山顶部施工噪声能够传到洞内，而且有滴水现象，初步分析，该裂缝可能延伸到地表；110～125m为灰色灰岩、白云质灰岩，产状杂乱，但岩体相对完整，岩块之间充填有钙质及灰黄色泥钙质混杂物或次生方解石，岩体局部呈整体块状；125～134m左壁钙质胶结，充填有灰岩岩块，块度较小，一般10～30cm，层理发育，厚度3～5cm，层理面光滑，洞顶和左壁钙质胶结，岩石破碎，大小不一，其中块度3～5cm约占70%～80%，岩石利用率低。

根据目前已有地质资料分析，龟山料场岩体相对破碎，尤其是滑坡体后缘部分，粒径10～30cm较多，局部较完整，少部分块度小于10cm，破碎岩石之间有白色、灰黄色和灰白色方解石、钙泥质混杂物附着或充填，局部有架空现象或滴水。但中前部相对完整，可利用率较高。根据承包商对料场800.00m高程以上覆盖层已完成剥离，覆盖层以下有约4～5m厚的破碎岩体，灰岩多呈棱角状，钙质胶结溶洞及架空孔洞较多，探硐洞壁有淋滤钙质薄壳，厚度不等，局部有泥钙质胶结。剥离揭示的地质情况与前期勘探资料基本一致，综合分析，开挖过程中由于岩体破碎，可能会造成弃料的增加，增加开采量，但由于滑坡体700.00m高程以上皆为张夏组厚层、巨厚层鲕状灰岩、白云质灰岩，因此，储量上能满足施工要求。

前期曾对岩石的物理力学试验进行过多组试验，岩石的密度、湿抗压强度、软化系数、冻融损失率均能满足块石料质量技术要求。本次料场复查，又对岩石进行了物理力学试验，试验结果见表4.1-41。

根据试验资料：饱和密度最小为2.59g/cm3，最大为2.87g/cm3；干密度最小为2.57g/cm3，最大为2.86g/cm3；石料的干抗压强度最小为31.4MPa，最大为181.2MPa；饱和抗压强度最小为26.2MPa，最大为202.5MPa；岩石的冻融抗压强度最小为26.5MPa，最大138.6MPa，岩石抗风化能力强，基本符合建筑冻融抗压强度的要求。通过复查，进一步说明龟山滑坡体石料场完整岩石质量满足大坝及库区石料的技术需求。

由于龟山料场分布有角砾岩，考虑施工规模和强度，完全分拣的可能性不大，角砾岩能否作为主堆料源，必须通过试验验证，因此近期对角砾岩的基底胶结物进行了物理力学试验，共计48个试件，其中干、湿抗压强度各占24个试件，结果见表4.1-42。

试验指标表明，角砾岩整体强度上属中硬岩石，但软化系数偏低，岩石的抗风化能力、耐水浸能力较差，属易软化岩石；从水理性质上看，吸水率、饱水率较高，饱水系数0.92～0.94，属于抗冻性能较差的岩石。综上考虑，此类岩石不宜用作反滤料、排水料以及混凝土骨料等高质量料。由于试验样品取料位置大多位于滑坡体表层，部分样品有一定程度的风化。随着承包商对龟山料场开挖高程的下移，角砾岩的胶结程度及物理力学性质会有所改变。2005年10月经过进一步的试验和论证，龟山石料可以满足垫层料、反滤料及混凝土骨料的质量要求，而沥青混凝土骨料由于质量要求较高，当时的龟山料虽然好转，暂未有考虑取用，而考虑采用流水沟料场灰岩。随着龟山料开采高程的再一次下降，2006年12月又开展了龟山料做沥青骨料的配合比复核试验，根据试验结果龟山料主要的鲕状灰岩、白云质灰岩（包括部分角砾岩）也可作为沥青混凝土骨料使用。但由于龟山料场鲕状灰岩和白云质灰岩在开采时容易和泥质岩一些软岩混掺，实际使用比较困难，因此虽然经过试验证明龟山料场的灰岩料可以用于沥青混凝土骨料，但实际很少采用，而主要以流水沟料场的灰岩料为主。

滑坡体700.00m高程以上皆为张夏组厚层、巨厚层状鲕状灰岩、白云质灰岩，因此，理论上700.00m高程以上皆可开采，该高程以上储量为1237.4万m3，770.00m高程以上总储量487.4万m3，800.00m高程以上总储量大于250万m3。经计算，卸载高程为800.00m时，即可满足开挖工程量的要求，但在开挖过程中由于岩体破碎，可能会造成弃料的增加，增加开采量，因此承包商在施工组织设计中，应当考虑施工道路下移的可能性。在开挖过程中，破碎岩石之间的白色、灰黄色和灰白色方解石、钙泥质混杂物由于物理力学指标相对较低，并且容易引起蚀变，应当尽量清除。

2.招标阶段料源平衡

招标阶段上水库料源平衡规划中堆石料（主堆、垫层、过渡层、反滤料、排水带）、骨料（混凝土及沥青混凝土骨料）约268万m3（需自然方约241万m3）从龟山料场取料，根据可行性研究地质分析成果，龟山料场总储量为2400万m3，800m高程以上可提供250万m3（自然方）灰岩，质量满足设计要求。

次堆和库底填渣约256.5万m3（需自然方约211万m3），采用库区和坝基开挖的石料填筑，全库计算开挖石方230万m3（自然方），满足库底填渣和次堆的填筑需要，各种材料的用量统计见表4.1-43，表4.1-44。

表4.1-43　上水库工程主要砂石材料种类及用量表(www.xing528.com)

续表

表4.1-44　上水库大坝及库区土石方开挖及利用表

续表

注 库区及坝基开挖的石方用于填筑库底填渣和主坝次堆，而覆盖层全部弃掉，覆盖层弃掉总量为262.00万m3。

库区开挖石方主要由灰岩、页岩和泥灰岩组成，根据可行性研究地质分析成果，库内岩石为硬岩，可以满足大坝及库区填筑的要求。

3.施工阶段初期料源平衡设计

施工图初期揭露龟山料场岩石特性与可研阶段的有一定出入，通过实地勘察和补充地质勘探工作，设计推荐料源平衡方案见表4.1-45，该方案2005年1月通过设计监理审查。

实际实施由于龟山料场鲕状灰岩和白云质灰岩在开采时易和泥质岩等软岩混掺，实际很少采用，沥青混凝土骨料主要来自流水沟料场+庞冯营料场灰岩（奥陶系）外购。混凝土骨料、4B反滤料、部分垫层料由于受现场高质量收集、周转料场及库区毛庄二岩石开采、砂石料加工系统等各方面施工干扰及限制，采用外购。

表4.1-45　设计推荐土石方平衡表　单位：万m3

注 环库公路以下提供石方（含毛庄2岩石）开挖109.3万m3（自然方），扣除环库公路以下包括毛庄2岩石，库盆实际石方开挖量为87.7万m3（自然方）；库区开挖总量为492万m3。表中库区高质量料未含5万m3沥青混凝土高质量料，考虑外购。

4.施工图阶段料源平衡优化

由于库区毛庄2组岩石裂隙发育，局部有夹泥，且用料与开挖进度不匹配，周转料场占压库区开挖工作面，实际施工时库区毛庄2组岩石收集使用率很低，室内实验显示毛庄2石灰岩加工混凝土骨料针片状含量大于15%，不满足设计要求。如动用备用料场寺沟，无用层剥离量较大。

随着对龟山料场进一步开挖，岩石风化程度减弱、角砾岩含量减少，存在重新启用龟山料场的可能，为此设计针对龟山料场灰岩、白云岩、胶砾岩进行分组、混掺物性试验。

5.垫层料、反滤4B、4C料试验

垫层料进行了现场碾压试验、渗透试验、击实试验、固结试验、三轴压缩试验、洛杉矶试验；试验料源采用，试验成果与原试验成果对比见表4.1-46，试验结果显示龟山100%角砾岩和30%角砾岩+70%灰岩两类均满足设计要求。

反滤4C料进行了现场碾压试验，试验目的为检验试验石料碾压前后二次破碎情况，要求碾压后石料级配落在设计级配包络线范围内，试件为角砾含量约30%，试验结果显示龟山30%角砾岩+70%灰岩两类均满足设计要求。

反滤4B料进行了现场碾压试验、渗透试验、击实试验，试验目的是对比用龟山料场角砾岩含量约30%的原料加工的反滤料碾压前后二次破碎情况和渗透系数的变化，要求碾压后石料级配落在设计级配包络线范围内、渗透系数满足设计要求，试件为角砾含量约30%，试验结果显示龟山30%角砾岩+70%灰岩两类均满足设计要求。

6.普通混凝土骨料试验

普通混凝土骨料依据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL 251—2000）、《水工混凝土砂石骨料试验规程》（DL/T 5151—2001）、《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150—2001）、《水工钢筋混凝土结构设计规范》，试验项目有粗、细骨料质量检验，混凝土标准试块抗压、抗渗、抗冻性能试验，试件类别有100%灰岩，30%角砾岩+70%灰岩、100%角砾岩加工的骨料各一组，取样数按有关规范执行，试验结果显示龟山30%角砾岩+70%灰岩、100%角砾岩、100%灰岩均满足设计要求。

实际实施由于龟山料场鲕状灰岩和白云质灰岩在开采时易和泥质岩等软岩混掺，实际很少采用，沥青混凝土骨料主要来自流水沟料场+庞冯营料场灰岩（奥陶系）外购。混凝土骨料、4B反滤料、部分垫层料由于受现场高质量收集、周转料场及库区毛庄二岩石开采、砂石料加工系统等各方面施工干扰及限制，采用外购。