西龙池下库大坝施工期沉降分析（李干荣,王松波）

关 键 词: 施工方法;沉降沉降;面板堆石坝;西龙池抽水蓄能电站

中图分类号: TV698 文献标识码: A

1 工程概况

山西西龙池抽水蓄能电站位于山西省忻州市五台县境内，滹沱河与清水河交汇处上游约3km处的滹沱河左岸。西龙池抽水蓄能电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站等建筑物组成，工程等级为Ⅰ等。工程建设总工期为6a，2009年8月工程竣工，2008年8月第1台机组发电，发电工期为5a。

下水库位于滹沱河左岸，为岸边式水库，按设计正常蓄水位838.0m计，高出河床（高程662.0m）176.0m，水库死水位798.0m，总库容494.2万m3，调节库容421.5万m3，工作水深46.5m，挡水坝坝型为沥青混凝土面板堆石坝，坝顶高程840.0m，坝顶长度538.0m，最大坝高97.0m（坝轴线位置）。

下水库坝基为覆盖层，其覆盖层分布广、厚度大，坝体上、下游坡脚的连线整体坡向下游，坡度8°～10°，坝基左、右侧分别为大龙池沟和瓦窑沟两个冲沟，冲沟均为深厚碎石土覆盖层。大龙池沟及瓦窑沟两冲沟中部为岩基小山梁。

覆盖层的地质特性表现为各区覆盖层的颗粒组成和物理性质存在差异性，因在形成时代、沉积层序、组成物质和结构特征上均存在差异，即使是处于同一区内的洪积物，其物质组成在粒径、含量、胶结程度和厚度等方面也不相同。覆盖层碎石的岩性以灰岩为主，其次为白云岩，均处于弱风化状态;其饱和抗压强度为60.1～110.2MPa，均属坚硬岩类;吸水率一般在0.15%～0.50%之间;软化系数为0.55～0.93。覆盖层碎石的体形特征为棱角—次棱角状。

2 施工方法

2.1 大坝填筑施工方法

下水库堆石坝从上游至下游依次为2A垫层区、3A过渡层、主堆石区、次堆石区，底部覆盖层及两侧岸坡基础设排水过渡层，下游坝脚设排水棱体。

大坝于2004年7月1日开始填筑，大坝填筑由低到高随坝基的开挖和验收进行施工，先进行大龙池沟及瓦窑沟沟底基础的排水过渡料及大坝下游坡脚的排水棱体填筑。次堆石区于同年8月28日开始从725.24m高程开始填筑，填筑施工采用全断面上升法。主堆石区因坝基基础处理和验收的影响，垂直于坝轴线方向上分3个工作面进行填筑，第1个工作面于2005年1月27日从主堆的最低处基础746.15m高程开始填筑;第2个工作面于2005年11月14日从778.53m高程开始填筑;第3个工作面于2005年12月18日从775.31m高程开始填筑。第2个工作面和第3个工作面在2006年2月12日与787.284m高程齐平，主堆石区在2006年4月29日与807.245m高程合并为1个工作面。主堆石区和次堆石区于2006年6月3日填至同一个高程814.236m。两侧坝基排水过渡区与主、次堆石区同时上升。坝前2A垫层区和3A过渡区与主堆石区第3个工作面同时上升。

大坝各区在填筑施工前，均进行了碾压试验，取得了相应的碾压施工参数。垫层和过渡区因宽度仅3m，填筑施工采用自卸车后退法卸料，挖掘机平料和修面;其它各区均采用20～25t自卸车进占法卸料，大型推土机平料，自行式破碎锤超径石处理，采用两侧坝肩布置的供水系统接φ100水管进行洒水，15～20t振动碾碾压。

2.2 坝基开挖及处理施工方法

坝基覆盖层开挖根据设计开挖深度采用大型挖掘机自上而下逐层开挖。坝基处理主要对坝基分布的勘探竖井、平洞、探槽、主堆石区覆盖层中分布的深度10m内的土质透镜体和松散碎石土架空层等平面尺寸大小为2m×2m的基础缺陷、次堆石区覆盖层中分布的深度10m内的土质透镜体和松散碎石土架空层等平面尺寸大小为10m×10m的基础缺陷、土岩分界处的岩坡地质陡坎等进行处理。

坝基开挖完成后，采用地质雷达对整个覆盖层进行探测，次堆石区每10m宽度布设1条地质雷达探测测线，主堆石区每2m宽度布设1条，检测前通过不同频率、不同点距、不同采样率、不同叠加次数的参数进行试验探测，选定最佳检测参数。经过探测，坝基10m深度范围内主堆石区坝基无2m×2m的透镜体和架空层，次堆石区坝基无10m×10m的透镜体和架空层。共探测小于上述规格的透镜体和架空层12个，经开挖验证，证明探测结果较为准确，挖除后采用碎石土分层夯实处理。

坝基分布的竖井为地质勘探井，兼做大坝沉降监测仪器的埋设点。开挖时为保证施工期安全，采用黄砂回填，开挖至设计高程后，人工将黄砂清除，采用碎石土逐层夯实。

坝基开挖完成后，覆盖层均进行了方格网密度和级配检测，主堆石坝基为25m×25m方格，次堆石坝基为50m×50m方格。密度和级配达不到设计要求的部位按要求进行了挖除，面积和深度较大的部位采用回填黄砂和垫层料两层过渡处理。

坝基部位出露的土岩、分界岩坡、地质陡坎，采用垫层料掺水泥贴坡回填处理，处理后的坡度缓于1∶4。

3 料源

大坝在填筑过程中，坝基底部排水过渡料来至闪虎沟料场，两侧坝基排水过渡料来至水泉湾料场;排水棱体料来至闪虎沟料场;次堆石区填筑料来至库岸石方开挖和少部分的地下厂房洞挖料;主堆石区和过渡料填筑以水泉湾料场为主，闪虎沟料场为辅，坝轴线以下主堆石区部分采用水泉湾断层带风化岩填筑;垫层料为水泉湾料场爆破料经砂石系统破碎形成的碎石料与黄砂按比例掺和而成。

下水库次堆石所用的库岸石方开挖料与地下厂房洞挖料岩性均为灰岩，岩石物理力学性相近;主堆石区填筑所用的水泉湾料场和闪虎沟料场均为中厚层的新鲜弱风化灰岩料。

4 沉降观测

下水库共埋设沉降测斜管7个，其分布情况和监测数据如表1。

根据以上两次监测数据可以看出，坝基覆盖层的施工期沉降已趋于稳定，坝体沉降在2006年8月底填筑到顶后沉降已明显趋缓。

5 变形模量实验结果

下水库坝体在上升过程中对各填筑区进行了多次变形模量（浅层平板载荷）试验，其检测成果如表2。

6 干密度试验结果

大坝填筑干密度试验均采用灌水法，每个填筑验收单元至少进行1个干密度点检测。各区干密度检测情况如表3。

7 坝体沉降与坝高

为分析坝体的沉降与坝高的关系，分别选取主堆石区和次堆石区的观测管在不同填筑高程的最大沉降量进行研究，图3是根据ES-1、ES-4、ES-7观测管所在大坝填筑分区上升过程中大坝填筑高程与沉降管监测当时的填筑高程所对应的最大沉降量所绘制的拟合曲线，拟合方程为###y=0.0871x2+1.8069x-14.498，R2=0.9529（R2为关联系数）。图4是根据ES-2、ES-3、ES-5、ES-6观测管所在大坝填筑分区上升过程中大坝填筑高程与沉降管监测的当时填筑高程所对应的最大沉降量所绘制的拟合曲线，拟合方程为y=0.2409x2-10.372x+127.18，R2=0.9754。因此，大坝的施工期沉降随坝高的增加成一元二次方程递增关系。

8 结论

通过西龙池下水库堆石坝覆盖层基础及大坝在施工期的沉降、坝体干密度检测和变形模量检测成果，分析其相互的关联关系，从而得出西龙池特定地质条件、特定筑坝材料下的施工期沉降规律:

（1）坝基覆盖层的稳定沉降量与坝体高度和覆盖层厚度之比成一元二次方程递增关系，由此可以研究和较准确地推测整个覆盖层坝基的沉降变形情况。

（2）不同分区内坝体的施工期沉降与坝高成一元二次方程递增关系。

（3）理想的均一状态下，坝体的施工期沉降与坝高的平方成正比，与密度成正比，与变形模量成反比。由于大坝的非均质性，计算结果与实际值相差较大，但大坝的施工期沉降与坝高、密度、变形模量的关系可以在一定程度上反应出来，即施工中可以通过提高坝体密度和变形模量来减少坝体施工期沉降。

（4）坝体施工期沉降的速度与坝体上升速度基本同步，大坝的不稳定沉降过程，反应了大坝的实际堆石填筑加荷过程。提高坝体上升速度可以有效缩短施工期沉降时间。

作者简介: 李干荣，男，武警水电第二总队第七支队，高级工程师。