苗尾电站大坝反滤料设计与生产质量控制

鄢镜 周宇

【摘要】苗尾水电站砾质土心墙堆石坝最大坝高131.3m，大坝心墙上下游分别设置两层反滤料，总共约78万m3，由丹坞堑砂石加工系统生产。系统不仅负责坝体反滤料的生产，还承担混凝土粗、细骨料的生产任务，所有规格物料的质量和产能直接影响到电站建设是否能正常施工的关键环节，对系统生产运行管理与质量控制提出较高要求。在运行阶段，由于各种原因会造成成品砂石骨料及反滤料产品质量指标的波动和系统能力的欠缺，因此需要按规范要求对各种物料的产品进行生产检测并进行质量控制。

【关键词】苗尾水电站；砂石加工系统；反滤料；级配；质量控制

1、工程概况

苗尾水电站大坝为砾质土心墙堆石坝，坝顶高程1414.80 m，最大坝高131.30 m，坝顶轴线长576.68 m，坝顶宽度12.0m，上下游坝坡均为1：2.0。心墙采用砾质土料填筑，顶宽4.0 m，顶高程1412.80 m，上、下游坡度均为1：0.25。为保证心墙不发生渗透变形，心墙上游设两层反滤层，水平宽度均为3 m，下游设两层反滤层，水平宽度均为4 m，反滤层上、下游坡为1：0.25。由于近坝区无合适的砂砾石料场，反滤料全部采用丹坞堑石料场片麻岩人工破碎制成的轧制料。反滤料设两档，即反滤Ⅰ和反滤Ⅱ料，靠近心墙侧为反滤Ⅰ层。

丹坞堑砂石加工系统为一个系统同时生产常规砂石骨料和反滤料的系统，并能够满足以上物料同时供应。目前国内人工砂石系统主要以生产常规混凝土级配骨料为主，骨料品种较为单一，分粗骨料和细骨料，直接用于混凝土拌制。而反滤料则是一种连续级配料，一般以成品砂石骨料作为配料按一定比例进行参配拌合生产或单独建一砂石系统进行加工生产。但是水工混凝土骨料和反滤料为两种不同的体系，其指标不同、试验器具和检测方法不同、质量评价也不相同。导致砂石加工系统反滤料生产运行管理与质量控制难度极大。

2、反滤料设计

在心墙的上、下游布置了两层反滤料，采用丹坞堑人工骨料。

（1）级配

根据《碾压式土石坝设计规范》，采用谢拉德反滤准则进行反滤料设计，反滤I料保护以保护防渗土料小于5 mm的细粒土为目的，反滤II料以保护反滤I料，经工程类比，结合苗尾土料级配情况，拟定反滤料级配，如表1所示，其设计级配曲线见图1。

（2）设计密度

反滤Ⅰ设计干密度2.05g/ cm3，最大粒径20 mm。反滤Ⅱ设计干密度1.93 g/cm3，最大粒径80 mm。反滤Ⅰ、Ⅱ以相对密度为压实控制标准，反滤Ⅰ料填筑相对密度为0.80，反滤Ⅱ料填筑相对密度为0.85

3、存在的问题

工程建設初期，在反滤料生产过程中，现场检查数据显示反滤I料级配总体偏细，部分检测组数的D15特征粒径（D15特征粒径的设计指标为0.15～0.7 mm）超出设计级配上包线，且部分检测结果显示小于0.075 mm的颗粒含量超过5%（小于0.075 mm的含量设计指标为不超过5%），个别检测最大达12.0%。碾压后相对密度、干密度及室内渗透系数、原位渗透系数均满足设计要求。反滤Ⅱ料级配总体较合适，D60、D15特征粒径、碾压后相对密度、干密度及渗透系数均满足设计要求。

在心墙上、下游设置级配良好的反滤层和有效的排水体是防止土质防渗体发生渗透破坏的有效措施。一旦土心墙由于不均匀沉陷或其它原因而产生集中渗漏，在反滤层的保护下，沿着渗流通道或裂缝内壁的心墙土料，就会膨胀或软化，被渗流冲蚀带走的土料会充填裂缝，从而促使裂缝自愈，使心墙裂缝中的渗透压力恢复到接近正常的渗流状态。而反滤层要能起到保护作用，需要满足于心墙土料之间的反滤准则，反滤料的级配有严格要求，因此，在施工过程中控制好反滤料的质量，使其级配满足设计要求，对于保证大坝的安全运行是至关重要的。

4、质量控制的主要内容

4.1 料源质量控制

料场在开采过程中，往往受断层带、破碎带和其他不良地质现象影响，有用料和无用料总会出现混杂现象，需采取必要的质量控制手段，对进入加工系统的料源进行控制。

（1）无用层与有用层分界线开采

无用层与有用层分界线开采，主要是防止无用层混入有用层，工程以弱风化料作为料场有用料，将弱风化料以上的无用层作为弃料。采用先剥离无用层，后开采有用料的开采程序，达到减少软弱颗粒含量的目的。

（2）软弱夹层处理

料场开采过程中发现岩层出现夹层时，会同地质人员对夹层进行分析判断，以夹层石料是否影响成品质量决定取舍。如夹层规模较大，且夹层内含有难以判断的有害物质时，予以剔除舍弃。

（3）车辆标识

如果弃料混入毛料进入生产工序，就会对成品质量产生影响。因此，对有用料和无用料的运输车辆采用不同颜色的标牌进行标识，禁止混装、混运，杜绝无用料进入生产系统。

4.2 生产过程质量控制

根据反滤料与常规混凝土砂石骨料级配特征，反滤料Ⅰ（粒径0～20mm）采用成品砂（粒径<5mm）与小石（粒径5～20mm）在入仓前参配的生产方式生产；反滤料Ⅱ（粒径0～100mm）采用一筛车间粒径小于40mm的半成品料与大石（粒径40mm～80mm）在入仓前参配的方式生产。

（1）反滤料生产过程中的主要问题

根据实验检测、分析整理数据，生产过程中主要有以下三点矛盾：

1）规范要求常规混凝土成品砂0.16mm及以下颗粒含量范围6%～18%，而反滤料Ⅰ中0.075mm及以下颗粒含量应小于5%。经实验检测对成品砂中0.16mm及以下颗粒进行级配分析，发现其中0.075mm及以下颗粒占50%～60%，而反滤料Ⅰ中成品砂参配量约为75%～85%，按成品砂合格的临界石粉含量计算，反滤料Ⅰ中0.075mm及以下颗粒含量将达到9.18%，且实际检测数据显示，前期生产的反滤料Ⅰ中0.075mm及以下颗粒含量7%～9%波动，与理论计算一致。本系统生产料源为片麻岩，产粉量较高，采用水洗可有效降低石粉含量，但系统要求反滤料Ⅰ与成品砂同时生产，如果加大水洗力度、延长水洗时间虽然可以降低石粉含量，但会大幅降低产能和增加成本。

2）一筛车间的半成品料只经过粗碎、中碎两道破碎，其级配总体偏粗，导致生产的反滤料Ⅱ级配不合格，细料偏少，经级配计算发现其中5mm～20mm含量偏少。

3）常规混凝土骨料和反滤料同时生产，料仓总储量更大，为降低系统内半成品料输送距离和减少用地范围以提高经济效应，系统设计较为紧凑，故料仓高度较高。而反滤料级配区间比常规砂石骨料大得多，在入仓时级配分离现象极为严重，导致出仓时物料级配不合格。

（2）反滤料生产过程中主要问题的解决方案

以砂石系统生产工艺流程计算、料粒级配、骨料质量技术要求、设备选型及工艺调整各个方面对工艺进行评价和论证，其关键点和难点为两类骨料质量技术控制生产工艺的平衡。在生产中，通过数据进行分析论证，确定要因，同时进行数据收集、整理和分析后，分别提出了相应的解决方案。

1）成品砂采用水洗与干法生产相结合的方式，对部分成品砂进行水洗，并控制加水量与水洗时间，水洗后的成品砂石粉含量控制在10%左右。水洗后的成品砂与冲洗干净的小石、瓜米石筛下物参配，同时控制参配比例在80%左右，可使反滤料Ⅰ在级配满足要求的同时，0.075mm及以下颗粒含量控制在5%以下，理论计算结果为4.8%，实际生产的产量与质量均较为理想。成品砂采用该部分水洗砂与干砂参配，可保证石粉含量15%～18%波动，产量与质量同时满足要求，解决了反滤料Ⅰ与成品砂同时生产时质量技术控制与生产产量的平衡问题。

2）根据系统布置情况，在反滤料Ⅱ入仓前增加超细碎调节料仓的半成品料（粒径5mm～40mm）分级后（增加一台20mm孔径的分级筛），将粒径在5mm～20mm的物料参入反滤料Ⅱ，以保证反滤料Ⅱ级配合格；同时粒径在20mm～40mm范围的物料进入二筛调节料仓；解决了反滤料Ⅱ的问题。

3）在反滤料仓中增加缓降装置，降低物料間接入仓高度。根据检测数据表明，措施实施后，反滤料级配分离现象明显降低，仓内检测级配质量趋于稳定，解决反滤料级配分离问题。

4.3 试验监控

试验监控是对反滤料生产过程中质量监控的有力工具，试验人员必须进行跟班检测，出现不合格应快速反馈，以便生产系统及时作出调整，使质量波动始终处于受控状态。同时，还应对基础试验数据进行统计分析，预测变化趋势，以便系统及时进行调整。对于质量异常的设备或车间，开展专门的试验以 采取针对性的措施。

在正常情况下，试验室在每班内分别对每种骨料取样 2～3 组进行质量检查和试验，并进行认真的资料分析和整理工作。如果砂石生产质量出现异常，还需增加取样次数，以便及时分析问题进行纠正和改进 。

严格工作纪律，严格按操作规程与生产工艺进行施工，把好工序质量关，把质量问题解决在萌芽状态。同时采用先进的运行控制技术，保证设备运行状态稳定。

4.4 成品料保护

在料仓周围设置截水、排水设施，同时对成品堆存场设置1%斜坡，便于自然排水 。 严禁运输车辆带泥进入料仓，确保料仓成品料不受污染。

5、结语

丹坞堑砂石系统反滤料通过对料源的事前控制、生产过程中的事中控制，和质量检测的事后反馈等措施，对影响质量的各种因素进行全面质量控制和管理，有效保证了反滤料的质量，顺利完成反滤料的生产任务，确保了大坝的填筑质量。

参考文献：

[1]DL/T5395-2007. 碾压式土石坝设计规范[S]. 北京：中国电力出版社， 2007.

[2]DL/T5129-2013. 碾压式土石坝施工规范[S]. 北京：中国电力出版社， 2013.

作者简介：鄢镜（1982—），男，高级工程师.