主堆石区过渡料级配设计及要求

（1）料场

大坝填筑总方量为316.1万m3，其中壤土铺盖2.3万m3，碎石土盖重15.2万m3，开采石料279万m3，开挖利用料20万m3。1#料场位于坝轴线上游1 km的右岸引洮平台以上的山坡，2#堆石料场位于洮河左岸瓦力沟与扒泥沟之间，3＃堆石料场位于洮河右岸荨麻沟内，各料场岩石裸露，岩性单一，岩石强度高，耐风化，均为厚层灰岩，开采条件优越，运距较短。厚层灰岩相对密度为2.72，天然密度为2.69 g/cm3，饱和吸水率为0.22，单轴饱和抗压强度为78 MPa，孔隙率为1.47%。

（2）坝料设计

①垫层料设计

垫层区（2A）对面板起均匀支撑作用，与上游的铺盖料、下游的过渡料三者间满足渗透稳定，在面板开裂或止水结构破坏导致面板坝渗漏时，其可以起到限制渗流的作用，同时对上游堵缝材料起反滤作用，达到自愈，为面板坝提供第二道防渗线。垫层料压实后应具有良好的颗粒级配、内部渗透稳定性、低压缩性、高抗剪强度和良好的施工特性。坝址区附近天然沙砾料缺乏，垫层料采用洞挖料中新鲜、坚硬的厚层灰岩人工轧制掺配而成，通过合理调整级配，满足垫层料特性要求。

A.垫层料级配的设计

垫层料中粒径小于5 mm颗粒的含量和含泥量多寡对垫层的压实性、内部渗透稳定性、抗剪强度、施工性能以及自愈反滤作用均有很大的影响。《混凝土面板堆石坝设计规范》要求垫层料最大粒径为80～100 mm，粒径小于5 mm的颗粒含量为30%～50%，粒径小于0.075 mm颗粒的含量少于8%。从垫层的半透水性要求出发，考虑垫层施工时材料的离析性，根据谢腊德提出垫层料粒径小于5 mm的颗粒不应小于35%、上限至55%的级配界限，并参考已建面板坝工程经验，设计垫层料的最大粒径采用100 mm，粒径小于5 mm颗粒的含量为35%～50%。

根据已建面板坝工程经验，当垫层料粒径小于5 mm颗粒的含量一定时，含泥量主导着垫层料的渗透性，在含泥量小于10%的范围内，渗透系数随含泥量的增加而减小，但不宜超过8%，否则施工时将产生孔隙应力而影响压实，因此设计采用粒径小于0.075 mm颗粒的含量为2%～8%以保证垫层料的半透水性，渗透系数K控制在1×10-4～1×10-3 cm/s。

B.垫层料干密度和孔隙率设计

垫层料的压实密度对垫层渗透性和减小面板接缝位移有很大影响。设计干密度为2.28 t/m3，孔隙率为16.2%，渗透系数K＝1×10-4～1×10-3 cm/s。

在趾板下游侧设置薄层碾压的特殊垫层料区（2B）。特殊垫层料的最大粒径比垫层料更小，根据国内外工程经验，特殊垫层料采用剔除垫层料中粒径大于40 mm以上颗粒后剩余的部分。其最大粒径为40 mm，粒径小于5 mm颗粒的含量为35%～60%，粒径小于0.075 mm颗粒的含量为5%～10%，填筑层厚为20 cm，设计干密度2.28 t/m3。

对于岸坡陡峻的九甸峡面板堆石坝，为减小坝体与岸坡附近的变形梯度，以保持面板及周边缝的有效性，在堆石体坝轴线下游20 m范围，坝体与岸坡相接处、坝基深河槽基础面与堆石体相接处均采用垫层料填筑，填筑水平宽度为2.0 m。经过现场爆破和碾压试验，设计的垫层料级配曲线见图7.1-3。

图7.1-3　垫层料颗粒级配曲线

②过渡料设计

过渡层区（3A）位于垫层区（2A）和主堆石区（3B）之间，因垫层料粒径与主堆石料粒径相差较大，两者若不设过渡区，垫层料的细颗粒必将随着渗流而进入主堆右区。在垫层区和主堆石区之间设置过渡区，既可对垫层料加以保护，又可使填筑料粒径有所过渡，便于施工。因此过渡料必须满足低压缩性和高抗剪强度，且具有自由排水的性能。设计采用级配良好的新鲜灰岩爆破料和洞挖料填筑，最大粒径为300 mm，粒径小于5 mm颗粒含量占11.5%～25.5%，粒径小于0.075 mm颗粒含量占0～2.5%，设计干密度为2.25 t/m3，设计孔隙率为17.3%，渗透系数K＝1×10-2 cm/s，水平宽5 m。

鉴于狭窄河谷对高面板堆石坝应力变形的影响，在堆石体坝轴线下游80 m范围与较陡的岸坡相接处、坝基深河槽基础面以及堆石体与其他建筑物相接处也采用低压缩性和高抗剪强度过渡料填筑，填筑水平宽度为2.0 m，过渡料填筑厚度为40 cm，用10 t振动碾碾压8遍，洒水量为20%，以减小高陡边坡处变形梯度。经过现场爆破和碾压试验，设计的过渡料级配曲线见图7.1-4。(www.xing528.com)

图7.1-4　过渡料颗粒级配曲线

③主堆石料设计

主堆石区（3B）位于过渡料区的下游，是大坝的主要承载结构，要求填筑石料具有较高的抗剪强度、较低的压缩性并与相邻区变形协调，满足水力过渡和渗透稳定的要求。设计采用料场开采的新鲜灰岩填筑。设计最大粒径为600 mm，粒径小于5 mm颗粒的含量占10%～20%，粒径小于0.075 mm颗粒的含量为0～5%，级配连续，设计孔隙率为19.1%，设计干密度为2.2 t/m3，渗透系数K＝1×10-1 cm/s。经过现场爆破和碾压试验，设计的主堆石料级配曲线见图7.1-5。

④下游堆石区（3C）设计

下游堆石区（3C）与主堆石区（3B）共同起到稳定坝体的作用。设计采用料场开采的弱风化灰岩及其他建筑物开采的弃料作为下游堆石区料，其最大粒径为600 mm，级配连续，设计孔隙率为19.1%，设计干密度为2.2 t/m3，并控制该区料饱和抗压强度在30 MPa以上，置于下游水位以上。

图7.1-5　主堆石料颗粒级配曲线

⑤下游护坡（P）设计

为避免坝体堆石料风化、保证坡面稳定和增强大坝抗震能力，并保护下游坝坡不受雨水冲蚀，使大坝外表美观，在下游坝面设置干砌块石护坡（P），考虑抗震因素，设计取护坡厚度为1.2 m，粒径大于300 mm，并在一级“之”字路以上范围下游坝坡设置钢筋网并喷砼。

⑥上游铺盖区（1A）及其盖重保护区（1B）设计

本工程混凝土面板堆石坝坝高超过100 m，水库库容近10亿m3，水库放空泄洪排沙洞高程以下的面板、面板垂直缝、趾板伸缩缝、周边缝等不具备检修条件，因此采取在面板上游2130 m高程以下回填壤土、粉细沙防渗土料起到辅助防渗作用，当面板、面板垂直缝、趾板伸缩缝、周边缝张开时，防渗土料将随水流进入缝中，并受面板下垫层的反滤作用淤堵裂缝，使其自愈而恢复防渗性能，在其上覆盖任意料，以防防渗土料失稳的工程措施。

上游铺盖区（1A），顶高程为2130.0 m，顶宽为3.0 m，上游坡比为1∶1.4，填筑干密度为1.6 t/m3。为延长水平渗径，铺盖区延河床向上游铺设至上游围堰。盖重保护区（1B）在高程2130.0 m处顶宽3.0 m，上游坡比为1∶2.5。可采用任意料填筑，控制填筑干密度1.85 t/m3。

（3）大坝填筑标准

经过现场碾压试验，并参考类似工程的设计经验，确定大坝坝体各分区的填筑标准，见表7.1-1。

表7.1-1　大坝填筑标准