湯洪潔

(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

1 概述

在我國新疆、西藏等西部地區(qū)防洪、供水、灌溉等水資源開發(fā)利用樞紐工程建設(shè)項(xiàng)目眾多。由于這些地區(qū)砂礫料儲量豐富，以砂礫料為填筑主體的土石壩快速發(fā)展。在設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與復(fù)雜問題處理、計(jì)算理論與現(xiàn)場試驗(yàn)研究、施工質(zhì)量控制與大型施工設(shè)備應(yīng)用等日臻完善和不斷提高的大背景下，砂礫料筑壩工程建設(shè)開發(fā)前景廣闊，其建設(shè)規(guī)模、應(yīng)用范圍和數(shù)量不斷攀升也將成為必然。

以砂礫料為主填筑體，體現(xiàn)其技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新的典型工程集中在新疆地區(qū)，典型工程基本情況見表1。以上典型工程建設(shè)成果在大壩高度、壩體壩基復(fù)合防滲規(guī)模、抗震能力等方面均取得突破性進(jìn)展，總結(jié)砂礫料工程特性和筑壩安全性技術(shù)問題，提高其應(yīng)用技術(shù)水平，對于當(dāng)下同類工程開發(fā)建設(shè)具有重要意義。

2 砂礫料的工程特性

2.1 壓實(shí)特性

壓實(shí)特性通過干密度值體現(xiàn)。隨著高混凝土面板砂礫石壩或心墻砂礫石壩的開工建設(shè)，為滿足施工質(zhì)量控制和工藝參數(shù)需要，對于較重要的工程逐步采用現(xiàn)場大型相對密度試驗(yàn)代替室內(nèi)試驗(yàn)，獲得筑壩砂礫料的最大、最小干密度作為大壩壓實(shí)填筑質(zhì)量控制依據(jù)。

傳統(tǒng)的相對密度試驗(yàn)方法為室內(nèi)縮尺砂礫料的振動臺法或表面振動法，試驗(yàn)最大干密度一般不超過2.30g/cm3，最小干密度不超過2.00g/cm3。采用現(xiàn)場密度桶法對原級配料進(jìn)行的相對密度試驗(yàn)，其最大、最小干密度均明顯大于室內(nèi)縮尺料試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)采用前期室內(nèi)試驗(yàn)成果偏于保守，也低估了高砂礫石壩填筑變形控制能力。在大型施工振動機(jī)械普遍應(yīng)用的條件下，采用現(xiàn)場密度桶法確定砂礫料最大、最小干密度更符合實(shí)際。

以近期建設(shè)的新疆大石門水利樞紐工程瀝青混凝土心墻壩、卡拉貝利水利樞紐工程混凝土面板壩、阿爾塔什水利樞紐工程混凝土面板壩等工程為例，其筑壩砂礫料級配特征中下包線小于5mm含量(1-P5)范圍基本上在12%～17%、平均線范圍20%～30%附近、上包線范圍25%～42%；最優(yōu)級配P5含量大致在75%～78%，所對應(yīng)的最大干密度達(dá)2.42g/cm3，最小干密度為2.00g/cm3以上。

砂礫石壩壩體施工質(zhì)量檢測，是通過挖坑檢測，進(jìn)行試坑砂礫料篩分，確定其施工干密度，并與設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來判斷是否滿足要求。

表1 砂礫石壩典型工程基本情況

按照砂礫料設(shè)計(jì)級配包線，采用料場砂礫料人工配料，開展現(xiàn)場大型相對密度試驗(yàn)，確定相應(yīng)級配下的最大、最小干密度，并確定最優(yōu)含礫量級配進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)最大、最小干密度試驗(yàn)結(jié)果，可以繪制rd-P5-Dr(干密度-P5-相對密度)3因素相關(guān)圖，該圖可供施工質(zhì)量檢測直接使用。具體方法為：砂礫料筑壩碾壓層進(jìn)行試坑開挖檢測，確定相應(yīng)試坑的干密度，并對試坑開挖砂礫料進(jìn)行篩分，確定P5含量。根據(jù)試坑開挖獲得的P5含量(橫坐標(biāo))和干密度(縱坐標(biāo))，在3因素圖上點(diǎn)出對應(yīng)的點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)位置即可對填筑質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。若該點(diǎn)落在設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的質(zhì)量控制線以上的區(qū)域，則滿足設(shè)計(jì)填筑要求。如圖1的阿爾塔什水利樞紐工程3因素圖，設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)相對密度為0.90，當(dāng)試坑開挖點(diǎn)在Dr≥0.90以上的區(qū)域時(shí)，則滿足設(shè)計(jì)填筑要求。

圖1 阿爾塔什水利樞紐工程3因素圖

2.2 變形與抗剪強(qiáng)度特性

砂礫料抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)根據(jù)巖性、級配、密度和應(yīng)力水平等條件綜合確定。對于髙壩和重要工程，要盡量模擬現(xiàn)場的實(shí)際條件，采用相關(guān)大型試驗(yàn)獲取。根據(jù)已建和在建高壩現(xiàn)場試驗(yàn)成果證實(shí)，由于縮尺效應(yīng)影響，常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)獲得的變形和強(qiáng)度參數(shù)與大壩筑壩材料真實(shí)參數(shù)有明顯差異。

2.2.1變形模量和強(qiáng)度指標(biāo)獲取

(1)現(xiàn)場載荷試驗(yàn)可測定承壓板下土體的承載力和變形模量，其載荷與沉降變形曲線以及各級荷載下土體變形分布規(guī)律，可為鄧肯-張等模型參數(shù)反演提供基本資料。

(2)旁壓試驗(yàn)是利用鉆孔在覆蓋層一定深度部位進(jìn)行的原位載荷試驗(yàn)，獲得旁壓荷載與位移關(guān)系曲線，可通過反演確定變形特性參數(shù)。

(3)原位大型直剪試驗(yàn)可分析全級配條件下土體的抗剪強(qiáng)度，可對室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果合理性進(jìn)行修正；通過研究原級配壩料強(qiáng)度特性，確定強(qiáng)度指標(biāo)。

(4)直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法，對于砂礫料一般采用慢剪試驗(yàn)(S)，即在施加垂直壓力及水平剪切力的過程中，均應(yīng)使試樣排水固結(jié)。

(5)近年發(fā)展了1500t大型動靜三軸試驗(yàn)機(jī)，聯(lián)合進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)，對比并綜合確定砂礫料的變形和強(qiáng)度特性。

(6)超大三軸試驗(yàn)：大連理工大學(xué)研制成功了國內(nèi)最大的超大型靜、動三軸儀，試樣直徑為1000mm和800mm，可以聯(lián)合大型三軸儀(試樣直徑300mm)進(jìn)行爆破料和砂礫料的變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)，確定筑壩材料縮尺誤差并進(jìn)行修正，使模型參數(shù)更加合理地反映原型級配。

2.2.2變形及強(qiáng)度特性指標(biāo)

砂礫料的變形和強(qiáng)度特性主要受圍壓力大小、剪應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷時(shí)的影響。表2為近期典型工程現(xiàn)場大型載荷試驗(yàn)成果?？梢钥闯觯谳^高圍壓下，砂礫料表現(xiàn)出較高的變形模量。

表2 典型工程現(xiàn)場大型載荷試驗(yàn)成果表 單位：MPa

2.2.3超大三軸試驗(yàn)對變形和強(qiáng)度特性的影響

大連理工大學(xué)采用超大三軸試驗(yàn)針對阿爾塔什大壩筑壩砂礫石，研究靜動力本構(gòu)模型參數(shù)以及縮尺效應(yīng)對筑壩材料永久變形模型參數(shù)的影響規(guī)律。表3給出了砂礫料的大三軸(30cm試樣直徑)與超大三軸(100cm試樣直徑)試驗(yàn)鄧肯-張模型參數(shù)的對比。

從表3可以看出，超大型三軸試驗(yàn)的彈性模量K及體積模量Kb較大型三軸試驗(yàn)相比，砂礫料大25%左右，表征抗剪強(qiáng)度的初始摩擦角也表現(xiàn)出了一致的對應(yīng)關(guān)系。超大三軸的試樣直徑達(dá)到了100cm，試驗(yàn)條件相對大三軸更加接近于現(xiàn)場實(shí)際，試驗(yàn)結(jié)果更加可信。對于砂礫料，由于其是經(jīng)過天然磨圓搬運(yùn)沉積而成，顆粒磨圓度高，土顆粒本身破碎變位的余地很小，當(dāng)采用接近于原級配土進(jìn)行大尺寸試樣三軸剪切試驗(yàn)所確定的變形模量參數(shù)就較縮尺級配土小尺寸試樣的試驗(yàn)結(jié)果要高，這和現(xiàn)場原位測試變形模量較室內(nèi)縮尺試驗(yàn)確定土體變形模量高的道理是一致的。

因此，對于砂礫料筑壩，采用超大三軸進(jìn)行筑壩材料的變形和強(qiáng)度特性試驗(yàn)，模型參數(shù)更加合理地反映原型級配，計(jì)算成果更合理可信，更加體現(xiàn)筑壩材料現(xiàn)場的實(shí)際工作狀態(tài)。

2.3 滲透特性

土石壩各料區(qū)的滲透系數(shù)、反濾與過渡保護(hù)、滲透破壞坡降等設(shè)計(jì)參數(shù)大多來自室內(nèi)試驗(yàn)成果。目前結(jié)合大石峽水利樞紐混凝土面板砂礫石壩的工程建設(shè)，進(jìn)行了砂礫料大型室內(nèi)滲透試驗(yàn)(尺寸1000mm)；結(jié)合茨哈峽水電站混凝土面板砂礫石壩前期論證，進(jìn)行了各料區(qū)現(xiàn)場大型滲透試驗(yàn)。

砂礫料滲透性主要以滲透系數(shù)表示，其大小受級配、結(jié)構(gòu)、密實(shí)程度及孔隙比等影響，其中級配和孔隙比是主要因素。天然砂礫石料級配離散性大，故滲透系數(shù)變化大(從100到10-3～10-4不等)；施工受振動碾壓實(shí)影響，容易發(fā)生粗細(xì)顆粒上下層分離，特別是細(xì)顆粒(粒徑小于5mm)含量較大時(shí)，在表面形成細(xì)顆粒層，導(dǎo)致填筑體整體垂直滲透系數(shù)小于水平滲透系數(shù)。

砂礫料小于5mm的含量及含泥量對滲透系數(shù)有很大影響，其大小取決于細(xì)粒填充粗粒之間孔隙的程度，當(dāng)?shù)[石含量50%～60%、含泥量小于5%時(shí)，滲透系數(shù)大于10-2cm/s；當(dāng)含泥量5%～15%時(shí)，滲透系數(shù)減小到10-3～10-4cm/s。

砂礫料的滲透破壞形式和破壞坡降與砂礫料的顆粒級配特性(級配的連續(xù)性、不均勻系數(shù)、礫石含量等)有密切關(guān)系。當(dāng)小于5mm顆粒含量達(dá)到30%～35%時(shí)，細(xì)料大致能夠填滿骨架孔隙，滲透破壞坡降增速明顯減小。

砂礫料滲透系數(shù)也與密實(shí)度、顆粒形狀有關(guān)。即試樣越密實(shí)，干密度增大，其滲透系數(shù)越小。當(dāng)細(xì)料含量小于30%時(shí)，隨著試樣干密度增大，滲透系數(shù)減小幅度較大。

2.4 抗震特性

砂礫料在低應(yīng)力條件下，由于受渾圓度影響，其抗剪強(qiáng)度比堆石料低，地震荷載作用下易于出現(xiàn)剪脹、開裂、滑脫等現(xiàn)象?？拐鸫胧┦堑卣饏^(qū)砂礫料筑壩建設(shè)必須要考慮的，抗震設(shè)計(jì)及抗震安全評價(jià)的基礎(chǔ)是把握砂礫料的動力特性，確定合適的動力特性參數(shù)，采用適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?/p>

砂礫料的動力特性包括動力變形特性、動力殘余變形特性和動強(qiáng)度特性。動力變形特性參數(shù)與大壩的地震加速度響應(yīng)密切相關(guān)，影響壩體地震剪應(yīng)力的大小。一般來說，最大動剪模量越大，壩體剛度越大，地震作用下地震加速度響應(yīng)越大，壩體內(nèi)地震剪應(yīng)力越大，可能造成的壩體剪切破壞和壩坡失穩(wěn)的可能性越大，即壩體的動力變形特性與壩體地震剪切破壞和壩坡穩(wěn)定密切相關(guān)。此外，當(dāng)動力作用水平高于砂礫料屈服剪應(yīng)變時(shí)，在動荷載作用下，砂礫料發(fā)生累積變形，產(chǎn)生地震永久變形，過大的地震永久變形也會造成壩體結(jié)構(gòu)功能損壞，給大壩帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。

表3 大三軸與超大三軸試驗(yàn)參數(shù)對比表

砂礫料的動力變形特性參數(shù)是進(jìn)行砂礫石壩地震動力反應(yīng)分析的基本輸入?yún)?shù)，一般通過室內(nèi)動力變形特性試驗(yàn)確定，或通過聯(lián)合現(xiàn)場波速試驗(yàn)和室內(nèi)動力試驗(yàn)綜合確定。典型工程筑壩主堆砂礫料在不同干密度和固結(jié)比條件下的最大動剪模量系數(shù)C與指數(shù)n見表4，阿爾塔什水利樞紐工程筑壩砂礫料不同干密度和固結(jié)比條件下應(yīng)變效應(yīng)的數(shù)值化以及不同影響因素下砂礫料動剪模量比和阻尼比隨剪應(yīng)變的變化關(guān)系如圖2所示。

圖2 阿爾塔什水利樞紐工程主堆砂礫石料G/Gmax～γ和D～γ曲線圖(干密度=2.32g/cm3，固結(jié)比=1.5)

由表4和圖2所知，砂礫料的動剪模量比隨干密度、固結(jié)比和圍壓力(圖2中的500kPa、1000kPa、2000kPa)呈現(xiàn)規(guī)律性的變化。在相同的干密度和固結(jié)比下，圍壓力越大，相同剪應(yīng)變水平下的G/Gmax和D就越大，尤其是在剪應(yīng)變達(dá)到10-4以上時(shí)，G/Gmax和D受圍壓力的影響更加明顯。在相同干密度和圍壓力下，固結(jié)比越小，相同剪應(yīng)變水平下的G/Gmax和D越大，阻尼比受固結(jié)比的影響相對較小。固結(jié)應(yīng)力條件相同時(shí)，干密度越小，G/Gmax和D越大，D受干密度的影響相對較小。

需要注意的是，由于室內(nèi)試驗(yàn)確定最大動剪模量對微小應(yīng)變測試技術(shù)有較高的要求，不同的單位往往有不同的做法，在應(yīng)用時(shí)要注意G/Gmax和D的配套關(guān)系，不能將二者割裂起來使用。

3 砂礫料筑壩安全性

3.1 大壩填筑標(biāo)準(zhǔn)擬定原則

在壩址、壩型和壩體分區(qū)確定之后，其面臨的主要工程問題就是壩體的變形控制。土石壩變形控制的主要對策措施包括：合理選擇筑壩材料、良好的材料級配、優(yōu)化壩體分區(qū)、提高各料區(qū)壓實(shí)密度、有效控制填筑順序等。其中，重點(diǎn)是壩體填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定及保障在施工過程中能夠達(dá)到填筑標(biāo)準(zhǔn)的施工碾壓參數(shù)和控制指標(biāo)的合理確定。

從定性上，大壩的填筑標(biāo)準(zhǔn)越高，筑壩砂礫料所能夠達(dá)到的碾壓干密度和相對密度會越高，相應(yīng)的對控制大壩變形越有利。已有的研究表明，砂礫料的壓實(shí)特性受自身內(nèi)因和施工振動碾壓機(jī)械等外因的共同影響，當(dāng)砂礫料碾壓達(dá)到一定的干密度(相對密度)后，單位振動能量所起到的壓實(shí)效果很有限。

表4 典型工程砂礫料最大動剪模量參數(shù)匯總

對于大壩的碾壓標(biāo)準(zhǔn)而言，從控制變形基本原則出發(fā)，在經(jīng)濟(jì)條件和施工技術(shù)可行的情況下，能夠得到越高的碾壓密實(shí)度的碾壓標(biāo)準(zhǔn)越合適。由砂礫料的工程特性可知，隨著碾壓參數(shù)的提升，壩料的碾壓密實(shí)度也在提升。但根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，壩料碾壓密實(shí)度提升幅度隨碾壓參數(shù)達(dá)到一定水平后逐漸變得很小，或者基本不變。此時(shí)為獲得略高的壩料碾壓效果，達(dá)到更高的壩料碾壓密實(shí)度，而繼續(xù)提高碾壓參數(shù)，相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)投入成本是需要重點(diǎn)考慮的問題。

因此，工程設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)擬定基本原則：在滿足規(guī)范要求的前提下，要根據(jù)具體工程物料性狀，考慮技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)成本構(gòu)成，經(jīng)研究論證，合理確定壩體填筑施工參數(shù)。

3.2 大壩變形控制安全性

工程運(yùn)行期的安全隱患與問題處理大多與壩體沉降變形有關(guān)。如混凝土面板壩運(yùn)行期發(fā)生較大的壩體變形，導(dǎo)致面板塌陷折斷、周邊縫止水破壞、面板結(jié)構(gòu)性裂縫與垂直縫擠壓破壞、大壩滲流量過大等問題；有覆蓋層瀝青混凝土心墻土石壩因變形協(xié)調(diào)導(dǎo)致滲漏量偏大，壩體變形導(dǎo)致瀝青心墻壩體滲流等。如果在設(shè)計(jì)及施工過程中對壩體變形量進(jìn)行有效控制，上述一系列問題就可在很大程度上得到緩解或避免。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并綜合以往工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，不同防滲形式壩體變形控制標(biāo)準(zhǔn)有所差別。對于高混凝土面板壩，其填筑標(biāo)準(zhǔn)確定以變形控制為首要目標(biāo)，在施工技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的前提下，以控制大壩填筑體變形盡量小確定其填筑標(biāo)準(zhǔn)。相對而言，瀝青混凝土心墻等防滲體對壩體變形的敏感性和安全性要求不如混凝土面板壩，壩體變形控制要求要低一些，填筑標(biāo)準(zhǔn)以控制大壩填筑體變形在合理范圍內(nèi)即可，可綜合考慮變形控制的協(xié)調(diào)與經(jīng)濟(jì)性。

具體工程設(shè)計(jì)中，可根據(jù)規(guī)范要求，采用工程經(jīng)驗(yàn)類比法，擬定砂礫料設(shè)計(jì)填筑相對密度；對于較重要的工程，可結(jié)合室內(nèi)材料特性試驗(yàn)和相應(yīng)大壩結(jié)構(gòu)特性分析擬定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；對于較高壩和地震地質(zhì)條件復(fù)雜工程，初步設(shè)計(jì)和實(shí)施階段，要根據(jù)現(xiàn)場原級配大型相對密度試驗(yàn)確定砂礫料設(shè)計(jì)填筑干密度，通過碾壓試驗(yàn)對設(shè)計(jì)填筑標(biāo)準(zhǔn)及物料級配控制包線進(jìn)行復(fù)核和驗(yàn)證，并據(jù)此確定現(xiàn)場施工碾壓控制參數(shù)。施工過程中，可采用碾壓參數(shù)和相對密度兩套參數(shù)作為施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 滲透穩(wěn)定安全性

砂礫料的滲透性能是礫石料連續(xù)級配的屬性決定的。砂礫石料一般情況可以直接作為過渡區(qū)與面板下墊層料級配過渡，可以控制好墊層和過渡層滲流穩(wěn)定。按現(xiàn)行土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范，反濾關(guān)系的計(jì)算是難點(diǎn)，尤其是現(xiàn)場物料配置發(fā)生變化時(shí)。因此，滲流控制設(shè)計(jì)是工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，而施工質(zhì)量控制是關(guān)鍵。

提高砂礫石料壓實(shí)度后，滲透系數(shù)和水力坡降與室內(nèi)試驗(yàn)成果相比也發(fā)生明顯改變，壓實(shí)后的抗沖蝕性能明顯提高、垂直滲透性能明顯減小。因此需重新復(fù)核或采用新方法研究壩體滲透穩(wěn)定性能。

當(dāng)滲流量和滲透變形不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，要采用工程措施加以控制。內(nèi)容包括：分析壩體和壩基的滲流量、滲透壓力、壩體浸潤線位置、流場流線、等勢線、水力坡降分布及出逸區(qū)水力比降大小等，評價(jià)滲透安全性。合理進(jìn)行壩體滲透穩(wěn)定分析，滿足水力坡降過渡；增加有效滲流路徑，合理設(shè)置反濾層，滿足排水反濾要求，保護(hù)滲流出逸區(qū)，是加強(qiáng)滲流控制和提高滲透安全的有效措施。

我國大多已建同類工程在砂礫石區(qū)中上游設(shè)置L形排水體，在具體設(shè)計(jì)方案上，應(yīng)考慮填筑體上升過程填筑形態(tài)與兩岸壩坡地形的關(guān)系，注重排水體通暢與介質(zhì)連續(xù)可靠性，尤其要嚴(yán)格控制施工和物料質(zhì)量。

3.4 抗震措施安全性

抗震措施設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括合理確定大壩安全超高(含地震沉陷及涌浪高度)、壩區(qū)內(nèi)高邊坡處理、工程區(qū)內(nèi)大型滑坡體對工程安全的影響等；主要的抗震措施包括采用較大的壩頂寬度，放緩壩坡或采用上緩下陡的壩坡坡比，在壩坡變化處設(shè)置馬道；在下游壩坡上部采取壩內(nèi)與坡面加固措施，且連接成復(fù)核結(jié)構(gòu)；壩坡一定范圍內(nèi)加固可采用土工格柵水平鋼筋網(wǎng)，坡面加固可采用漿砌石或鋼筋混凝土框格梁結(jié)構(gòu)；采用堆石料區(qū)對壩體砂礫石料區(qū)有所約束，以滿足大壩抗震穩(wěn)定要求。

砂礫石料壓實(shí)后密實(shí)度提高，滲透性能降低，其抗震穩(wěn)定性能不如堆石料，故合理利用當(dāng)?shù)夭牧线M(jìn)行壩體分區(qū)填筑設(shè)計(jì)也是提高抗震能力和確保滲透穩(wěn)定的重要措施之一。例如阿爾塔什混凝土面板壩壩體分區(qū)設(shè)計(jì)中：砂礫石置于壩體中部干燥區(qū)，是利用天然砂礫石料儲量豐富、承載能力高、壓縮變形小的特點(diǎn)；壩頂部及下游坡一定范圍內(nèi)設(shè)置堆石區(qū)，是利用堆石為非沖蝕材料、抗剪強(qiáng)度高的特點(diǎn)，提高其抗震性能。

高土石壩地震破壞主要表現(xiàn)為壩頂震陷、防滲體拉裂和錯動、壩坡局部凸起和滾石等，應(yīng)特別重視地震永久變形導(dǎo)致防滲系統(tǒng)損傷。按新頒布的國標(biāo)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和場地地震安全評價(jià)，進(jìn)一步深入研究土石壩極限抗震能力，對提高砂礫石壩抗震安全性認(rèn)識是非常必要的。大壩極限抗震能力分析評價(jià)內(nèi)容包括壩坡穩(wěn)定、壩頂震陷與變形、防滲體安全性。根據(jù)專題論證成果：新疆大石門混凝土瀝青心墻砂礫石壩(壩高128.8m)的極限抗震能力為地震動峰值加速度0.70g左右；卡拉貝利混凝土面板砂礫石壩(壩高91.0m)的極限抗震能力為地震動峰值加速度0.60～0.65g；大石峽混凝土面板砂礫石壩(壩高147.0m)的極限抗震能力為地震動峰值加速度0.55～0.60g。

在高地震區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，根據(jù)新頒布國標(biāo)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，近年工程建設(shè)情況已加大投入，增強(qiáng)和進(jìn)一步提高了砂礫石壩的抗震設(shè)防能力，其抗震安全保障措施是可信的。

3.5 工程建設(shè)安全性

我國在土石壩設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)管理、質(zhì)量監(jiān)督和運(yùn)行監(jiān)測已形成了較完整的規(guī)范性技術(shù)體系，以及相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和檢測驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

從技術(shù)發(fā)展過程看，根據(jù)現(xiàn)場大型試驗(yàn)研究成果、工程質(zhì)量檢測和安全監(jiān)測資料分析與總結(jié)，信息反饋推動了砂礫料分區(qū)布置、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)選擇和大壩變形控制、壩體滲透性能和滲流穩(wěn)定評價(jià)、抗震措施可靠性等方面的技術(shù)進(jìn)步；由于施工技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備能力提升，以及現(xiàn)場質(zhì)量管理加強(qiáng)，也進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全性等方面的認(rèn)識。

砂礫料筑壩工程建設(shè)快速發(fā)展，對施工質(zhì)量管控和實(shí)施能力提出更高要求，也促進(jìn)了施工技術(shù)進(jìn)步與設(shè)備能力增強(qiáng)。在壩體碾壓質(zhì)量控制方面，引進(jìn)和采用數(shù)字化或智能化控制系統(tǒng)，在施工中嚴(yán)格執(zhí)行壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，合理安排施工順序，有效提高了施工質(zhì)量管控水平。目前已基本達(dá)到了可針對每一個(gè)具體的工程項(xiàng)目，在料場查勘、掌握砂礫石料級配與特性的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的施工工藝，重型碾壓自行式(26t、32t、36t)設(shè)備與配套施工參數(shù)(層厚、遍數(shù)、灑水、行車速度與激震力等)可獲取較高的壓實(shí)度，有利于高土石壩的變形控制，提高工程安全保障。

4 結(jié)語

天然級配砂礫石料具有施工碾壓后沉降變形小、抗剪強(qiáng)度與變形模量高等工程特性。利用砂礫料工程特性，從設(shè)計(jì)和施工2個(gè)方面著手，采取合理的壩體功能分區(qū)及有效的結(jié)構(gòu)措施，充分發(fā)揮砂礫料在變形控制方面的優(yōu)勢，規(guī)避其滲透穩(wěn)定性和抗震安全性不如堆石料的不利因素，是可以實(shí)現(xiàn)高壩穩(wěn)定、變形與滲流安全性要求，確保大壩運(yùn)行期處于安全狀態(tài)。

目前在建和擬建的重點(diǎn)工程建設(shè)條件和工程地質(zhì)背景更為復(fù)雜，工程建設(shè)難度加大，更具有技術(shù)挑戰(zhàn)性。隨著科研手段和施工技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)在總結(jié)已建工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提高設(shè)計(jì)水平，提升砂礫料筑壩安全性的認(rèn)識，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。