2.2 岩土概论与土石坝填筑

2.2.1 土的形成和分类

土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物。岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化是指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。混凝土的人工破碎骨料和堆石坝的坝壳料相当于物理风化。化学风化是指岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒的过程。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。物理风化一般是量变过程，形成的土颗粒较粗；化学风化一般是质变过程，形成的土颗粒很细。

根据土的来源又可分为有机土和无机土；根据颗粒大小把0.075～600mm直径的土分为粗粒土，小于0.075mm的分为细粒土。施工中土石分界与地质学的岩土分界是不同的概念，前者是基于施工方法而言，适用于机械开挖、装运的为土，而以钻爆法为施工手段的为岩石，其鉴定方法一般有：以颗粒大小定义，如0.7m³；用特定施工机械的松动能力确定，如大马力推土机或其松土器；以岩土划分代替土石划分等。

2.2.2 土的组成

2.2.2.1 土的三相

土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。固相：土的颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。

2.2.2.2 土的分类

岩土（rock and soil）是从工程建筑观点对组成地壳的任何一种岩石和土的统称。岩土可细分为坚硬的（硬岩）、次坚硬的（软岩）、软弱联结的、松散无联结的和具有特殊成分、结构、状态和性质的五大类。中国习惯将前两类称岩石，后三类称土。当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。根据土的黏性分：黏性土（颗粒很细）和无黏性土（颗粒较粗、甚至很大，砂、碎石、甚至堆石，直径几十厘米甚至一米。）

2.2.2.3 土的固相

土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。

粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。

土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。

我国《岩土工程勘察规范》GB 50021—2001（2009年版）的粒组划分标准可参见表2-1。

2.2.2.4 土的液相

自由水：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水称为自由水（分为毛细管水和重力水）。

吸着水：强吸着水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、黏性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。

吸着水厚度影响因素：成土矿物、阳离子浓度及化学性质（阳离子价低、厚；阳离子浓度高、薄）。

2.2.2.5 土的气相

存在土中的气体分为两种基本类型：①与大气连通的气体；②与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。

2.2.3 土的物理性质指标

2.2.3.1 分类

（1）直接指标：必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重、渗透系数。

（2）间接指标：根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等。

2.2.3.2 试验直接测定的物理性质指标

土的密度ρ与重度γ：土的密度定义为单位体积土的质量，用ρ表示，单位为kg/m³（或g/cm³）。对于黏性土，土的密度常用环刀法测定。土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用γ表示，单位为kN/m³。

土粒比重G_s：土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量（或重量）之比（无因次），土粒比重在数值上等于土粒的密度。土粒比重常用比重瓶法测定，具体步骤为：事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量；然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量。

土的含水率w：土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示。测定含水率常用的方法是烘干法，具体步骤为：先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在100～105℃常温下烘干，称得干土质量，即可计算得出。

2.2.3.3 间接换算得的物理性质指标

土的孔隙比e：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示。

土的孔隙率n：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示。

土的饱和度S_r：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示。

干密度ρ_d与干重度γ_d：土的干密度是指单位体积内土粒的质量；土的干重度是指单位体积内土粒的重量。土烘干后，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。

饱和密度ρ_sat与饱和重度γ_sat：饱和密度是指土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量。在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度。

浮密度ρ′与浮重度（有效重度）γ′：土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念。与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差。

2.2.4 面板堆石坝筑坝材料

2.2.4.1 颗粒分析

测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。常用的方法：①筛分法，适用粒径大于0.075mm；②密度计法，适用粒径小于0.075mm；③联合测定法，适用于既有粒径小于0.075mm，又有粒径大于0.075mm。

1.颗粒分析试验曲线的主要用途

按粒径分布曲线可求得：土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质；某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。

根据某些特征粒径，可得到2个有用的指标，即不均匀系数C_u和曲率系数C_c，土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。一般来说，C_u小、曲线陡，C_u大、易压密；C_c过大、台阶在d₁₀～d₃₀间，C_c过小、台阶在d₃₀～d₆₀间。

2.曲率系数（C_c）

曲率系数C_c的英文名称为Coefficient of curvature，是反映土颗粒粒径分布曲线形态的系数，反映土的粒径级配累计曲线的斜率是否连续的指标系数。计算公式为：

C_c=（d₃₀×d₃₀）/（d₆₀×d₁₀）

式中：

d₁₀为小于此种粒径的土的质量占总土质量的10%，也称为有效粒径（含量占10%的粒径）；d₃₀为小于此种粒径的土的质量占总土质量的30%，或者说粒径分布曲线上小于该粒径的土粒质量占土总质量的30%的粒径（含量占30%的粒径）；d₆₀为小于此种粒径的土的质量占总土质量的60%，也称为控制粒径（含量占60%的粒径）。

3.不均匀系数（C_u）

不均匀系数（C_u）的英文名称为Coefficient of uniformity，是限制粒径（d₆₀）与有效粒径（d₁₀）之比值，是反映组成土的颗粒均匀程度的一个指标。反映土颗粒粒径分布均匀性的系数。不均匀系数一般大于1，愈接近于1，表明土愈均匀。计算公式为：

C_u=d₆₀/d₁₀

其中：在土的粒径累计曲线上，d₁₀为过筛重量占10%的粒径，d₆₀为过筛重量占60%的粒径。

C_u&lt；5的土称为匀粒土，级配不良；C_u越大，表示粒组分布越广，C_u＞5，土不均匀，级配良好；C_u＞5且C_c=1～3的不均匀级配良好土，压实后细粒填充于粗粒形成的空隙中，容易获得较大密实度和较好的力学特性。C_u&gt；10的土级配良好，但C_u过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数来评价。

2.2.4.2 坝壳料

堆石是最好的筑坝材料，现在高土石坝的坝壳料都采用堆石。岩石抗压强度高（平均饱和抗压强度大于30MPa）的硬岩堆石，无疑在抗剪强度、压缩性方面都较好，对于饱和抗压强度小于30MPa的软岩，碾压前的堆石颗分并无意义，其工程特性主要取决于压实参数。抗剪强度、压缩性均需通过试验确定。

风化料属于抗压强度小于30MPa的软岩类，存在湿陷问题，利用软岩风化混合料作为坝壳防渗体，其填筑含水量必须大于湿陷含水量，最好充分加水（自由排水料）或按最优含水量加水（视同土料），压实到最大密度，以改善其工程性质。

反滤料一般要满足坚固性要求（灰岩存在溶蚀应慎重），对反滤料级配提出严格要求，并尽量避免用纯砂作反滤料。

1.爆破石料的级配特性

面板坝堆石料的最大特点是其级配的可变性。在工程实践中，经常面对的是两种级配，即原始级配（填筑前的级配）和填筑碾压后的级配。表征级配的特征粒径与其有关的特性指标主要有：最大粒径d_max、5mm以上的含量P5、含泥量、P0.1、d₁₀、d₆₀、d₃₀、d₁₅、d₈₅、不均匀系数C_u（d₆₀/d₁₀）、曲率系数C_c（d²₃₀/d₆₀×d₁₀）等。

2.爆破石料的级配

垫层料的级配：在面板堆石坝的堆石料中，垫层料的级配要求最为严格。集中表现在对粒径小于5mm的颗粒含量的限制，最有代表性的是美国面板坝专家谢腊德sherand提出的级配界限。谢拉德级配界限的关键，是保证垫层料粒径小于5mm的颗粒含量范围应为35%～55%。国际大坝委员会将垫层料粒径小于5mm的颗粒含量范围定为35%～45%。试验表明垫层料粒径小于5mm的颗粒含量范围定为24%～52%时，具有反滤和自反滤稳定性，考虑到实际施工存在的离散性，《混凝土面板堆石坝设计规范》DL/T 5016—1999由1999版规定的30%～50%，调整到2011版的35%～55%。垫层料中粒径小于0.075mm的含量不宜过多以免影响透水率，我国一般规定为5%～8%，利于加工和对泥浆的反滤作用，垫层料的最大粒径为80～100mm。

过渡料级配：级配应连续，最大粒径不宜超过300mm。

主堆石料的级配：最大粒径不应超过压实层厚度，一般为600～800mm。小于5mm的颗粒的含量不宜超过20%，小于0.075mm的颗粒的含量不宜超过5%。

3.堆石料的密度

堆石料的密度，受其母岩岩性、堆石级配、压实方法等的影响变化较大。但一般来说，垫层料的密度高于主堆石料。

4.堆石料的压缩变形性质

堆石坝的压缩模量分为垂直（或重力）压缩模量E_v和水平荷载压缩模量E_w。堆石料压缩变形的一般特性有：

（1）压缩性质：堆石料经过碾压，其压缩性很低。

（2）浸水性质：软化系数较低的石料，在加水后其颗粒棱角的软化、润滑，促进了颗粒体系的失稳与颗粒位移，使其进入更加稳定的平衡状态。

（3）蠕变性质：主要是颗粒破碎引起的颗粒排列的进一步调整。

（4）先期压缩性：由于碾压密实而具有类似超固结黏土的先期压缩性。

5.堆石料的渗流性质

垫层料的渗流性质：渗透系数k一般要求为10^-3～10^-4cm/s，寒冷地区工程往往采用10^-2～10^-3cm/s。

主堆石料的渗流性质：其渗流功能主要是通畅地排出渗水，即具有自由排水的性质。一般要求渗透系数k&gt；1×10^-2cm/s。

6.堆石料的压实性质

堆石料压实性质的特点：指堆石在机械作用下颗粒重新排列，使密实度提高的过程；这一过程同时伴有颗粒破碎、级配不断变化的特征。

影响堆石料压实的因素：堆石料性质的影响和加水的影响。

2.2.5 料场规划和料源平衡

2.2.5.1 料场规划

料场应根据工程规模、料场地形地质条件及导流方式、填筑强度、坝料综合平衡等进行规划。

2.2.5.2 料源平衡

土石方的挖填平衡是面板堆石坝设计施工必须遵循的重要原则。尽可能利用枢纽建筑物的开挖料，提高有效挖方的利用率，以获得最大的经济效益。

2.2.5.3 料场场地布置

1.料场布置的依据

枢纽布置图、料场地形图和地质图；开采工艺流程、机械设备、设施的运行条件及其对场地的要求；开采区开采石料的数量与规模，供料期的长短以及供料的部位；满足施工总进度要求的开采进度、开采强度和高峰强度。

2.场地布置的内容

主料场应选择多于一个的料层厚、质量好、储量集中的大开采区。垫层料场、过渡料场尽量单独布置，以减少施工干扰。坝料应尽量直接上坝。施工机械配置和道路布置应满足坝料开挖和运输强度以及料场内机械运行的要求。

2.2.6 坝料开采方式

2.2.6.1 深孔梯段爆破开采坝料

1.深孔梯段爆破开采坝料

深孔梯段爆破的主要优点是能较好地控制坝料的粒径，满足坝料的级配要求。虽然这种爆破方式的开采强度不高，但随着大口径钻孔机械的发展，钻孔效率将大大提高，梯段高度也可以增大。

2.中小孔径深孔不耦合装药爆破

在西北口面板坝施工中尝试采用中小孔径深孔梯段不耦合控制爆破方法，开采出了满足设计要求的坝料。这一经验经过10多年、几十个工程的运用和不断完善，曾经成为占主导地位的坝料开采方法。

3.大孔径深孔不耦合装药爆破

广东高塘面板堆石坝和天生桥一级面板堆石坝，在开采及溢洪道开挖兼坝料开采施工中，分别采用了φ250mm、φ200mm的大孔径深孔不耦合装药爆破方法，取得了比较满意的效果。

4.中小孔径耦合装药爆破

重庆鱼跳水电站面板坝工程，在泄洪洞出口开挖利用料及料场开采中，大部分采用散装铵油炸药耦合装药，配以部分袋装乳化炸药不耦合装药结构。合格料的开采强度达到27万m³/月，满足了坝体填筑要求。

2.2.6.2 洞室爆破开采坝料

采用洞室爆破方法开采坝料，一次可开采数万m³到数十万m³的坝料。但洞室爆破的效果不易控制，爆破安全问题也较突出，大块率普遍高于梯段爆破，从而增加了二次爆破费用。

20世纪90年代末，原国家电力公司将采用洞室爆破方法开采面板坝坝料试验列为重点科研项目，并进行了大型生产性现场洞室爆破试验。试验效果良好。爆破试验促进了洞室爆破方法在高面板坝工程中的推广和应用。

2.2.6.3 洞室加深孔复式爆破

有的工程将深孔梯段爆破和洞室爆破两种方法相结合，探索出了洞室加深孔复式爆破开采坝料的新方法；既解决了深孔梯段爆破效率低的问题，又克服了洞室爆破开采坝料存在大块率高的问题，兼顾了坝体填筑高峰应急和常年施工对坝料的需求。

2.2.6.4 乳化炸药混装车耦合装药爆破开采坝料

近年来，在水布垭等面板堆石坝坝料开采爆破施工中，应用了乳化炸药混装车全耦合连续装药爆破技术，最大限度地提高了炮孔的利用率，且开采出的过渡料、主堆石料大块少，细粒含量有所增加，级配更趋优良。

2.2.7 垫层料制备

2.2.7.1 层铺立掺法

所谓层铺立掺法，就是将料场开采出来的石料或超径卵石进行再加工，而得到合格的良好级配的垫层料。其生产过程是：石料开采→破碎→掺配。

2.2.7.2 筛分掺配法

将料场开采出来的石料进行机械破碎与筛分，然后通过机械拌和或按比例向传输带上下料掺配，从而得到级配良好的垫层料。

采用筛分掺配法，其优点在于机械化程度高、生产强度大，适合于高坝、超高坝的垫层料的生产。

2.2.7.3 直接机械破碎生产法

直接机械破碎生产法的优点是机械化程度高，生产量大，质量易于控制，只需专门安装一套生产垫层料的设备。

2.2.7.4 利用天然砂砾石料作垫层料

经试验论证后，天然砂砾石料才能投入使用。

2.2.8 导流与度汛

导流与度汛是面板坝施工方案的重要组成部分，通常包括围堰挡水的早期导流、坝体挡水的中期导流及导流泄水建筑物封堵后的后期导流等三个阶段。

2.2.8.1 导流标准

导流度汛标准的确定是个风险度分析问题，是安全和经济的矛盾统一体。导流建筑物一般为Ⅲ～Ⅴ级，早期导流时，土石围堰的防洪标准分别按50年至20年一遇、20年至10年一遇、10年至5年一遇的洪水确定。

中期导流标准根据拦洪库容大小和面板坝级别确定，当拦洪库容超过1亿m³时，导流标准应大于100年一遇的洪水；若面板坝的级别在Ⅱ级以上，则导流标准为200年至100年一遇及500年至200年一遇。我国已建面板坝的早期导流标准多为枯水期20年一遇、汛期10年一遇。

2.2.8.2 导流与度汛方式

1.隧洞导流、一次断流的导流度汛方式

高围堰挡水、导流隧洞过水度汛方案：在条件适宜时，采用高围堰挡水、导流隧洞过水方案，可争取基坑全年施工的条件，对缩短工期有利。

导流隧洞过水、坝体挡水度汛方案：该方案采用低围堰挡水，导流隧洞导流，围堰一般按10年一遇或20年一遇枯水期流量的导流标准设计。这是最能体现混凝土面板堆石坝特点、最为经济可靠的导流度汛方案，应作为面板坝工程导流度汛的首选方案。

导流隧洞和坝体同时过流度汛方案：该方案的特点是在截流后的第一个汛期由导流隧洞与堆石坝体联合过水，第二个汛期利用坝体挡水度汛。有两种做法：一种适用于峡谷地区或较小河流，可采用挡水与过水相结合的方式（如水布垭工程）；另一种适用于较宽的河谷，可在大坝堆石体一定高程处留缺口过流，并对过流面及下游坡面加以保护，两岸或一岸在汛期仍继续填筑，汛后迅速将缺口抢筑至第二个汛期的度汛高程（如天生桥、莲花工程）。

2.河床分期导流方式

在宽河谷、大流量的河道上修建面板堆坝，可采用河床分期导流方式（如三峡、向家坝、乐滩）。

2.2.8.3 导流建筑物施工

混凝土面板堆石坝工程的导流建筑物主要包括导流隧洞和上、下游围堰，而围堰根据导流度汛方案的不同又分为挡水围堰和过水围堰。

1.土石过水围堰的结构型式

当面板坝工程采用坝体过水的导流度汛方案时，上、下游围堰均设计成过水围堰，其结构型式宜优先采用土石围堰。

在岩基或覆盖层较浅的地基上，且围堰与坝体间距离较近时，也可采用混凝土或碾压混凝土围堰。

过水土石围堰需要在堰顶、下游坡面等过流面采取过流保护措施，一般可设置钢筋混凝土面板、钢筋石笼、混凝土楔形块护面，且在下游坡面设置一定宽度的消能平台，下游坡脚可采用钢筋石笼、大块石或碾压混凝土保护。

2.堰面过水保护施工

过水土石围堰的过流保护施工主要包括钢筋混凝土板浇筑、钢筋石笼铺设和砌筑等。

堰面及消能平台设置的钢筋混凝土板厚度一般为1～1.5m，混凝土强度等级为C20，采用二级配。模板可采用组合钢模，跳仓分层浇筑。

在水平面或坡面铺设的钢筋石笼，可用钢筋网整体联结固定。在围堰下游坡面采用钢筋石笼砌筑护坡时，需在钢筋石笼施工前进行修坡处理，上、下层钢筋笼要错缝码稳，钢筋石笼之间用短钢筋焊接。

3.坝面防护措施

采用坝体过水度汛方案时，应对下游坝坡及部分坝面进行过水防护。防护的方法包括大块石护坡、钢筋石笼护坡、钢筋混凝土板护坡、加筋网护坡等。

若采用第一个汛期在坝体一定高程处留缺口过流的度汛方案时，坝面保护的重点是泄槽进出口底部和裹头、两岸填筑体及下游坡面。泄槽中间段底板用块石保护，进出口底板用钢筋笼保护。泄槽进出口边坡都可用钢筋笼裹头保护，填筑体与岸坡相接处用钢筋笼压脚。

2.2.9 坝体填筑

2.2.9.1 堆石体地基与岸坡处理

1.堆石体地基处理

在工程实践中，一般将堆石体地基按不同区域划分，按不同要求进行处理。

趾板下游至约1/6坝底宽度处的地基处理：趾板下游至约1/6坝底宽度处的这一区域所承受的水荷载最大，其变形将直接影响到混凝土面板变形，其处理要求应较为严格。要求将表土及松散的风化岩石均予以清除，直到露出较完整的基岩面为止。

上游坝基约1/6底宽至坝轴线处的地基处理：上游坝基约1/6底宽至坝轴线处的这一区域内可以用土方机械开挖和清理，将土状表层沉积物清除，露出基岩面即可。

坝轴线下游部分的地基处理：由于坝轴线下游部分的地基变形对面板影响相对较小，故处理要求可更加放宽。一般只要将表土及松散堆积物清除即可。

2.岸坡处理

对坝头两岸边坡的开挖和修整也应按部位规定不同的处理标准。趾板高程以上的岸坡应按稳定边坡进行开挖和处理。趾板高程以下岸坡的开挖坡度以较平缓为宜，使岸坡段堆石便于压实，变形梯度较小，有利于周边缝的安全。

面板堆石坝岸坡岩体的自身稳定一般可以满足，主要问题是防止过大的绕坝渗流及保持渗透稳定。

2.2.9.2 坝体填筑规划

1.填筑规划的内容和原则

填筑规划的内容主要有：施工分期方案的选择、料源平衡方案的确定、各阶段坝体填筑的起止时间、施工道路的布置等。

填筑规划的基本原则：坝体填筑规划应与枢纽建筑物开挖、导流度汛、面板施工等结合起来考虑。

2.坝体分期填筑方案

根据导流度汛及施工总进度安排需要，堆石坝体可采用分期填筑方案；即在不同施工时段内将坝体分期填筑到不同高程或相同高程的不同部位。

3.填筑施工强度计算

先根据面板堆石坝分期填筑方案，计算各时段内的填筑工程量和有效施工天数；再计算日平均填筑强度、日运输强度和日坝料供应强度等。

4.运输设备选择

坝料运输方式主要有两种：①自卸汽车运料直接上坝；②皮带机运料至坝区，再由自卸汽车转运上坝。由于自卸汽车运输具有机动灵活、适用性强、运输量大、可直接上坝等优点，因此是目前国内外广泛使用的方法。

对自卸汽车型号和载重量的选择，应根据工程量、工期、运距、道路条件以及施工单位现有设备等情况进行综合分析后确定：要求车厢具有良好的抗磨和抗砸能力；自卸汽车的载重量应与挖掘机械的斗容相配合；台数和总运输能力应满足填筑强度要求。

5.施工道路布置

施工道路的线路布置：施工道路应尽可能采用单向环形线路。只有在布置单向环形线路有困难的情况下，才布置双向往返线路。中低坝在施工期间，随着坝体的上升，可在坝坡或坝体内部灵活地设置“之”字形上坝道路，以便最大限度地减少坝体外的上坝道路。

道路的设计标准：为满足高强度填筑需要，保证坝料运输畅通无阻，对道路的宽度、转弯半径、坡度、路基和路面均需有一定要求。

2.2.9.3 坝料碾压试验

碾压试验是指在工程施工条件下，对所采用的筑坝材料进行现场填筑和压实试验，以确定符合施工实际需要的碾压参数。

1.碾压试验时间和地点

根据施工计划，提前做好碾压试验，以便统计分析试验成果并报监理审批，时间差应充足。试验地点一般不选在填筑区。

2.碾压试验的内容和试验参数

根据设计相关指标，确定碾压试验的内容和碾压试验参数。

3.碾压试验场地布置

试验场地的面积应根据试验内容、规模和现场条件确定，一般不小于30m×90m。在试验场地中要布置不同铺层厚度和碾压遍数的试验单元。

4.碾压试验步骤

机具及设备的配备、检测振动碾工作特性参数、平整和压实场地、填筑铺料、测量、洒水碾压、测量压实沉降量、取样检查。

碾压完毕后，按前述方法分别测量各网格测点在碾压前后的相对高程变化，并计算出每一次试验单元的平均沉降量和平均沉降率。

5.碾压试验结果整理

及时整理并报批，并根据碾压试验结果对设计参数提出合理化建议。

2.2.9.4 坝体填筑工艺

1.流水作业法

坝体填筑作业主要包括铺料平料、洒水碾压和质检验收三道工序。所谓流水作业法，就是把整个坝面划分成若干个面积大致相等的填筑单元，各填筑单元依次循环完成填筑作业的各道工序，使工作面上所有工序能够连续进行。

国内面板堆石坝工程的填筑施工单元多控制在3000～8000m²之间。

2.卸料方法

（1）进占法铺料：进占法铺料是运输汽车在新填的松料上逐步向前卸料，并用推土机随时平整。

（2）后退法铺料：后退法铺料是自卸汽车在已压实的层面上后退卸料，组成许多密集的料堆，然后用推土机平整。

（3）混合法铺料：混合法铺料是指在已压实的堆石面上采用后退法卸料，使卸料量分散料堆，再用进占法卸料，并用推土机平整，使之达到所需要的厚度。

3.摊铺方法

坝料摊铺一般采用推土机，关键是厚度的控制，一般采用标杆控制，溧阳电站采用堆饼法控制。

4.分区填筑参数

目前面板堆石坝的坝料填筑层厚度已趋于标准化，通常垫层区、过渡区的填筑厚度一般为0.4～0.5m，主堆石区的填筑厚度一般为0.8～1.0m，次堆石区的填筑厚度一般为1.0～1.2m。

在施工过程中，各区的实际铺料厚度应比填筑厚度增加10%，压实后即可达到设计厚度。

5.分区填筑顺序

上游区坝料的填筑顺序有以下两种：

（1）先粗后细法：有利于保证质量，且不增加细料用量。

（2）先细后粗法：细料增加较多，且界面粗粒料不易处理。铺料时，允许细料占压粗料区，但不允许粗料占压细料区。

6.洒水

为提高堆石的压实效果，在面板堆石坝填筑施工中一般应适当洒水，湿润坝料，软化细料，使大块石的棱角更易压碎。洒水量的多少与筑坝材料的种类、粒径大小、填筑部位、坝高等因素有关，一般宜为堆石体的5%～25%。洒水方式一般有坝外洒水和坝面洒水两种。

7.碾压

碾压机械的选择：在面板坝施工中，常用的振动碾压机械有牵引式振动碾、自行式振动碾、手扶式振动碾和振动压实板等。碾压机械的选择时应考虑如下因素：设计的压实标准、施工强度的要求、压实部位的条件、填筑堆石料的性质、可能选得的碾压机械类型及其配件供应条件、施工单位的经验和现有的设备情况。

坝料碾压：振动碾行走方向应与坝轴线平行；振动碾行走速度一般为1.5～2km/h；多采用错距法；碾压遍数根据试验参数确定，一般为8遍左右。

特殊部位碾压：当坝址河谷岸坡很陡时，常在坝轴线以上一定范围的堆石体和岸坡之间的结合部位设置反滤料或垫层料区，并要求采用小型振动碾或夯板进行压实。

在分层的交界面，特别是Ⅱ区～ⅢA（垫层与过渡料）区的交界面，应结合良好，不应出现块石集中的分离现象，漏压或欠压现象，使各区有一个良好的过渡。

8.施工期坝体排水

在面板坝体填筑中，应注意坝面及两岸排水，尤其在多雨地区或雨季施工更应该作好两岸的排水工作，避免集中流冲蚀垫层。

反渗问题是指因下游水位高出上游水位而导致反向渗透水压力破坏垫层、保护层、甚至混凝土面板的事故。

反渗问题的发生是由于未布置好围堰或基坑两岸地质渗水和基坑积水未排除，上游趾板基坑较低，引起下游水位高出上游水位而渗流破坏垫层保护层甚至混凝土面板。

为防止反渗的发生，除了做好下游围堰，两岸渗水排除系统和基坑抽水外，可根据情况在上游面顶设排水孔，或在坡内设置集水排水井，或趾板开挖深度适当调整，或上游坡外蓄水，填筑铺盖，以平衡上游面上的渗水水压。

2.2.9.5 软岩填筑

一般情况下应选择母岩湿抗压强度大于30MPa、含泥量不得超过5%的堆石料才能作为面板堆石坝的坝料。有些工程因缺乏硬岩或中等硬度的岩石，在坝型选择中不得不放弃采用面板坝；有些工程由于枢纽建筑物开挖料岩石强度低、风化强烈、含泥量高，不符合堆石料设计指标，因而不得不大量废弃而另辟料场，由此造成工程造价的提高，并带来水土流失问题。

国内外已有不少工程采用软岩作为面板坝的填筑料，并已取得成功，其中江西大坳、云南茄子山、重庆鱼跳是原国电公司批准的重点科技项目的依托工程。当坝高超过150m后，堆石体的变形形态对防渗面板的不利影响加大，堆石体的流变对大坝后期影响凸现，所以以150m为界对大坝分级；由于相同孔隙率时，软岩坝体的沉降变形远大于硬岩料，其差异随坝高、密实度增加可达2～3倍，因此应严格控制150m以上高坝上下游堆石区的变形差，一般软岩料的孔隙率应比硬岩料低2～4百分点，其变形特性才基本相当。为了控制变形差别过大引起面板的水平向结构裂缝（如天生桥、墨西哥的阿瓜米尔帕），一般规定上、下游堆石区变形模量比宜小于1.5，以控制坝体变形和面板挠度的变化值。

软岩料可以用在大坝主体部位，大坝下游干燥区以及大坝中间部位，多用在面板坝坝轴线下游的次堆石区。中低坝也可用在上游主堆石区，安徽绩溪抽水蓄能电站下水库面板堆石最大坝高65m，设计坡比1∶2，利用软岩筑坝，为协调沉降变形，上游堆石区硬岩与软岩之间设5m宽的过渡带，用软硬岩交错混合填筑。

1.软岩料的工程特性

软岩包括岩性软弱的泥岩、页岩、片岩等，以及不同风化程度的砂岩，粉砂岩、板岩、白云岩等。一般软岩的软化系数较小，即浸水饱和后强度损失较大，有时仅为干燥状态的20%～30%。

密度：与硬岩相比，软岩堆石体的密度普遍较高（可达2.00～2.11g/cm³），孔隙率较低（一般在20%左右）。

级配：软岩料的粒径一般都比较细，碾压后更进一步细化。

渗透性：由于压实后软岩料的细粒含量明显增多，易形成弱透水层，故渗透系数一般都比较低。

抗剪强度：软岩料的抗剪强度一般比硬岩坝料低。

压缩性：软岩堆石体的垂直压缩模量并不比硬岩低。

2.软岩料填筑工艺

填筑标准：有的工程考虑软岩料强度低的特点，直接建议软岩主堆石体的孔隙率不大于20%，次堆石体的孔隙率不大于21%～24%。

填筑参数：软岩填筑宜用轻碾，多数工程采用的是10～12t的振动碾，也可采用16～18t的振动碾；主、次堆石区的铺料厚度以60～100cm为宜。

坝料运输：软岩料应随挖随填，缩短暴露风化的时间。

卸料方法：软岩填筑应采用后退法和混合法卸料，可避免进占法卸料导致的分离和细化。

洒水碾压：软岩填筑洒水以5%～10%为宜，洒水方式以碾压前坝外洒水为主。

3.表面板结的处理

结合工程的实际情况，采取恰当的处理方法，一般挖除。

2.2.9.6 垫层区上游坡面施工

坝体每升高15～25m左右，就进行一次斜坡面的修整、碾压及防护。

1.坡面修整

在填筑垫层时，其水平宽度一般应向外超填15～30cm。超填的目的：①为斜坡压实预留厚度，以便在斜坡碾压以后达到设计线；②为坡面修整提供条件。

人工修整：在坝体填筑至一定高程，斜坡长度达到10～15m时，人站在斜坡上用工具将垫层料扒平，一般需要2次人工修整，只能往下扒料，垫层料浪费严重，操作安全性差。

机械整坡：机械整坡一般采用激光导向液压反铲进行，效率很高且非常准确，由于机械整坡时，铲斗是往上扒的，因此垫层料很少浪费。常用程序为：超填20～30cm、第一次人工修坡并预留10～20cm、初碾、人工修整、碾压。

2.斜坡碾压

一般是利用在填筑坝顶布置的大型吊车等牵引振动碾上下往返进行（上振下不振）。

斜坡碾压的遍数可以通过现场试验或工程类比法选择。宜先静压2～4遍，再振压6～8遍。

3.垫层坡面防护

坡面防护的作用：防止雨水冲刷垫层坡面；保护垫层的平整和密实，为混凝土面板施工提供良好的工作面；利用堆石坝临时挡水或过水时，垫层护面可起临时防渗和保护作用。

坡面防护的方法：碾压砂浆固坡、喷洒乳化沥青固坡、喷射混凝土固坡、挤压边墙等。