2.2 马来西亚巴贡水电站工程料场的施工规划

2.2.1 料场情况及石料分布规律

施工区山高坡陡，河道狭窄，河谷成V形。大坝两岸边坡坡度为20～60℃，高约300m。施工区岩层由砂岩、页岩和泥岩互层等组成，杂砂岩占70%左右，页岩和泥岩约占30%。微风化砂岩抗压强度约100～150MPa，弱风化砂岩抗压强度约50～100MPa；微风化页岩/泥岩抗压强度约100～150MPa，弱风化页岩/泥岩抗压强度约50～100MPa。可供选择的料场为：W9料场、W11料场、W17料场3个料场，其各自的地质情况及特点为：

（1）W9料场：该料场位于右岸导流洞出口上部，沿NE60°左右方向延伸，长度约1km，宽度160～260m，地表最大高程约360.00m。料层岩性主要为巨厚层—中厚层杂砂岩，间夹少量1～3m厚的页岩（泥岩）或杂砂岩/页岩互层（页岩约占30%～40%）。表层全、强风化岩体深度35～45m，局部更深，强度低，不可利用。W9料场距离大坝较近、运输条件良好，但无用层剥离量较大。

（2）W11料场：该料场位于导流洞进口上部，呈NE60°左右方向延伸，长度约750m，宽度50～110m，最大高程约350.00m。料层岩性主要为巨厚层—中厚层杂砂岩，间夹少量1m左右厚的页岩（泥岩）或杂砂岩/页岩互层（约占25%～35%）。表层全、强风化岩体深度35～45m，局部更深，强度低，不可利用。W11料场距工程区近，运输方便。

（3）W17料场：料场位于左岸溢洪道堰闸段左侧，呈NE65°左右方向延伸，长度约580m，宽度约105m，最大高程约440.00m。料层岩性主要为巨厚层—中厚层杂砂岩，间夹少量1m左右厚的页岩（泥岩）或杂砂岩/页岩互层（约占25%～45%）。表层全、强风化岩体深度35～55m，局部更深，强度低，不可利用。W17料场开采运输条件良好，距破碎加工厂及混凝土拌和楼较近。

2.2.2 料场的选定

料场规划有很多边界条件，但最主要的还是挖填平衡后的料场需求量和料场的位置，位置包括料源的质量、数量、运距等。

马来西亚巴贡工程地处赤道线，属于热带雨林气候，植被茂密，覆盖层厚。坝料料场岩石由浅至深的风化程度越来越小，即岩石新鲜程度越来越好。初期开挖料的岩石强度较低，适宜于坝体次堆石区；后期开挖料的岩石新鲜程度高，适宜于坝体的其他填筑区域，如何将初期开挖的新鲜程度低的开挖料适时地用于坝体填筑，使堆存量即二次倒运量最小化成为需要解决的问题。

料场规划在考虑了结构物开挖料的利用和对W9、W11、W17三个料场的边界条件进行综合分析后，最终选在运距最短、质量较好、剥采比相对较小的W9料场。

2.2.3 所选定W9料场的基本情况

W9料场位于Balui河的右岸导流洞顶部山体，规划长度约1000m，宽度160～260m，开挖顶部高程350.00m左右，设计开挖最低高程至150.00m。W9料场的岩石主要是深层和中层砂岩，其中内插有1～3m 厚的页岩或砂岩/页岩夹层（5%～10%）。全风化岩石25～45m厚，均不能满足填筑或混凝土骨料的强度，不能被利用；中风化岩石强度较低，部分可用来填筑次堆石3C区；主要填筑区、过渡区和混凝土骨料必须用微风化到新鲜岩石来满足强度要求。料场开采有如下特点：

（1）无用料层厚：W9料场的最厚无用料层超过45m，根据无用料层开挖进度，预计开挖至高程280.00m将出露岩石。总无用料层剥离工程量约700万m³。

（2）以高程所对应的石料分布情况，马来西亚巴贡水电站工程W9料场2区和3区分层工程量见表2-1。

料场计划开采2区、3区的至高程150.00m，为满足填筑需要，2区、3区同时继续下降开采，以满足填筑的需要。

2.2.4 坝体填料的基本分区要求

大坝由以下基本分区（见图2-1）组成，筑坝料取自建筑物开挖料和料场，坝体分区的名称与行业公认的名称一致。

（1）2A区（特殊垫层区）：2A区位于周边缝下游侧垫层区内，对周边缝及其附近面板上的堵缝材料起反滤作用，采用新鲜杂砂岩（Fresh greywacke）加工而成；2A区料为级配良好的半透水料，渗透系数为10^-3～10^-4cm/s，并且对1A区料具有反滤保护作用，马来西亚巴贡水电站工程2A区料设计级配见表2-2。

2A区尺寸为：除X9～X10段外，2A区顶部位于周边缝底部高程以上1.5m处；2A区的下游面坡度为1∶1；

2A料应碾压密实，以达到低压缩性；马来西亚巴贡水电站工程2A区料填筑参数和压实标准见表2-3。

在高程35.90m以下部分2A区的上游面采用50mm厚的砂浆保护；在高程35.90m以上部分2A区的上游面采用混凝土挤压墙进行保护。砂浆上游面喷涂2mm厚的乳化沥青以减小砂浆对面板的约束。

（2）2B区（垫层区）：2B区是面板的直接支承体，将库水压力向堆石体均匀传递，并起辅助渗流控制作用，由新鲜杂砂岩加工而成；该区应充分压实，并具有低压缩性和半透水性，渗透系数为10^-3～10^-4cm/s；2B区料填筑参数及压实标准见表2-3。具有良好的级配和足够的抗剪强度，对面板上游1A区料和2A区料具有保护作用，即与1A区料和2A区料间应满足筑坝料渗透稳定的要求，2B区料设计级配见表2-4。

（3）3A区（过渡区）：3A区位于2B区下游，对2B区料起反滤保护作用，同时起辅助渗流控制作用，3A区料设计级配见表2-5。

3A区料由轻风化—新鲜杂砂岩现场直接爆破而成。3A区料应充分压实以达到低压缩性，其变形模量和强度介于2B区料和3B区料之间，3A区料填筑参数和压实标准见表2-3。

3A区顶部（高程229.00m）水平宽度为4m，直线变化到底部（高程33.00m）水平宽度10m；为了保证3B、3C和3D区料与岸坡的良好结合，在两岸填筑上述料区前铺设垂直基础面厚度为1.6m的3Aa料。3Aa料由轻风化—新鲜杂砂岩现场直接爆破而成，要求其最大粒径与3A料一致，不均匀系数大于5即可。

（4）3B区（主堆石区）：3B区位于堆石坝体的上游部分，是承受水荷载的主要支承体。3B区位于3A区下游，高程200.00m以下3B区的下游边界为从高程200.00m坝轴线处坡度为1V∶0.2H的倾向下游的斜线；从高程229.00m到高程200.00m，3B区则占据了3A区下游的整个断面。根据3B区堆石料对页岩含量的不同要求，将3B区分为3BⅠ区和3BⅡ区，高程80.00m以下、高程200.00m以上的3B区为3BⅠ区，其余部位的3B区为3BⅡ区。

3BⅠ区堆石料为由建筑物开挖或从料场开采的轻风化—新鲜杂砂岩料填筑，其页岩含量不超过5%；3BⅡ区堆石料为由建筑物开挖或从料场开采的中风化—新鲜杂砂岩料填筑，其新鲜杂砂岩含量不应小于50%，并且页岩含量不超过10%。3B区堆石料的最大粒径为800mm，其设计级配见表2-6。

3BⅠ区和3BⅡ区堆石料应充分压实，以获得高强度和低压缩性。填筑参数及压实标准见表1-3。

3BⅠ区和3BⅡ区堆石料应自由透水，以降低坝体内的浸润线。

（5）3C区（下游堆石区）：3C区位于坝体的下游部分，与3B区共同维持坝体的稳定。3C区堆石料为由建筑物开挖或从料场开采的轻风化—新鲜杂砂岩与页岩的混合料，其中杂砂岩占约70%，页岩约占30%；3C区料最大粒径不大于800mm，其设计级配见表2-7；3C区料应适当压实，其填筑参数及压实标准见表2-3。

（6）3D区（粗堆石料区）：3D区分为3DⅠ区和3DⅡ区两部分，3DⅠ区顶高程55.40m，位于3B区下游、3C区以下的大坝底部。3DⅠ区由建筑物开挖或从料场开采的轻风化—新鲜的大块径杂砂岩组成，具有强透水性，以作为坝体底部的强排水体。在3DⅡ区与3C区的接合部位，由下向上依次铺设厚度为2.4m的3BⅠ区堆石料和1.2m的3A料，作为3C区堆石料至3DⅠ区堆石料间过渡和反滤。3D区粗堆石料设计级配见表2-8，填筑参数及压实标准见表2-3。

3DⅡ区是由建筑物开挖或从料场开采的轻风化—新鲜的大块径杂砂岩组成的堆石区，其作用是稳定和保护下游坝坡。由于其长期暴露于大气中，因此该区料由轻风化至新鲜杂砂岩直接爆破而成，由推土机推到下游坝面并利用反铲逐块堆砌作为大坝下游护坡。3DⅡ区的最小水平宽度为10m。

（7）1A区和1B区（上游铺盖区和盖重区）：1A区位于面板上游，采用粉质砂土或砂质粉土覆盖在面板和周边缝上，起辅助渗流控制作用；1B区是覆盖在1A区上的石渣料，设置该区的目的是维持1A区的稳定；1A区和1B区在河床部位的顶部高程125.00m，在河谷右岸，1A区和1B区应随着地形上的沟槽沿面板周边缝延伸至趾板线上的X9点，该两料区在周边缝以上的总铅直厚度为10m。1A区土料的渗透系数不大于（1～9）×10^-5cm/s，1B区可利用任意料填筑。对1A区和1B区土料的要求及其压实标准见表2-9。

（8）下游坝面干砌石护坡：为了防止雨水冲刷和风化作用对坝体下游坡面的破坏，对高程70.00～235.00m间坝体的下游坡面采用干砌块石进行保护，干砌块石水平厚度不小于1.0m，砌筑块石料应为轻风化—新鲜的杂砂岩，块石的最小边尺寸不小于800mm。

（9）大坝下游高程70.00m平台：大坝下游的高程70.00m平台，在高程55.40m 以下采用3DⅠ区堆石料填筑；在高程55.40m以上采用石渣填筑。

2.2.5 筑坝坝料调整

在建筑物基础和W9料场开挖过程中，发现基岩组成与详细设计阶段所依据的地质资料出入较大，见表2-10和表2-11。

从表2-10和表2-11可看出。

（1）详细设计阶段与各建筑物基础和W9料场开挖后相比，W9料场、溢洪道引渠段和堰闸段、右岸趾板基础和水电站厂房部位岩石组成变化较大，即物理力学性能较好的杂砂岩含量明显减少，而相应性能较差的页岩和砂/页岩互层含量明显增加；特别是大坝主要的堆石料场-W9料场基岩中，页岩含量由详细设计阶段的5%～10%增加到了开挖后的30%～40%；

（2）详细设计阶段与各建筑物基础和W9料场开挖后相比，各主要建筑物地基和主要的堆石料场—W9料场基岩风化深度明显增加，大坝主要的堆石料场—W9料场基岩全、强风化下限深度增加了10～20m。

如果所有各区堆石料，特别是主堆石料3B料和次堆石料3C料达到详细设计阶段砂、页岩含量和岩石风化程度的要求，料场开挖量势必会大量增加，因而工程投资也会明显增大。为了使得料场开挖量不大量增加，即增加主堆石料3B料和次堆石料3C料中的页岩含量，或充分利用强度较高的中风化杂砂岩，而大坝变形、面板应力和变形，以及面板周边缝的变位的增加在大坝安全可接受的范围内，必须开展必要的研究，以确定主堆石料3B料和次堆石料3C料中页岩的适宜含量，以及料场和建筑物基础开挖料的中风化杂砂岩的利用率及利用方法。

为此，进行了不同砂、页岩比例的3B料和3C料和轻风化杂砂岩、中风化杂砂岩不同掺量的室内试验和现场碾压试验，以及不同方案的坝体三维有限元应力应变计算。

2.2.6 坝料室内和现场碾压试验

坝料室内和现场碾压试验的结果分别见表2-12和表2-13。

2.2.7 开挖料与大坝分区填筑料间的关系分析

（1）开采需求量：料场开采计划根据结构物需要料和开挖有用料的关系进行确定。料场开采料为总的需求量减去结构建筑物开挖有用料，并取一定的保证系数。结构建筑物基础开挖有用料见表2-14；大坝填筑大坝体各分区所需石料见表2-15。

W9料场计划开采量为：8176894m³。其中包括了掺页岩的量。

（2）坝料挖填关系分析：表2-1显示出一个规律，即：开挖从上向下，获得有用料的量从少变多。这是由于岩石风化分布的一般规律决定的。随着开挖深度的增加，岩石风化程度越来越低；在凸型地形的料场中，工作面越来越大的原因所导致的。

施工的经济性要求是：开挖出的有用料可以直接上坝填筑。施工过程的重要约束是：开挖出的石料要符合各区域的质量技术指标的要求。从大坝分区的石料质量要求看：显然，次堆区即3C料区是吸纳料场上部开挖料的主要区域。此部分开挖料的质量与下部岩石质量相比，岩石新鲜程度可弱一些，而出料时间却要早一些。恰当的、最大程度地利用料场上部开挖料，可节省下部质量较好岩石的开挖量。除次堆区即3C料外，其余区域都应当采用质量较好的岩石石料，很难大量吸纳料场上部开挖料。一般来说，结构物基础上部开挖料在开挖时，坝基尚处在开挖阶段，多为弃掉或堆存，不易直接上坝用于填筑，因此可忽略。

（3）填筑时序及开挖料至填筑区的指向：根据面板坝土石方调配规律分析的结果可知：料场的开挖时序是“自上而下”。坝体填筑的时序是自下而上。岩石风化的规律是“自外到里”。获得石料新鲜程度的时序是：先弱后强。那么，为了减少堆存量的关键则是要尽快开辟坝体3C料区的填筑工作面，使3C料区的填筑与料场上部开挖相匹配，见图2-2。

根据以上规律，可制定出见表2-16的填筑时序和开挖料至填筑区指向的规划原则，这个原则可适宜于岩石风化具有一定梯度料场情况下的坝料开采与坝体填筑施工，具有一定的普遍性。需要说明的是：这个原则是以调节料源获得料直接上坝为目的的原则；受着坝体填筑先低后高规律以及填筑高差的约束。降低这些约束程度是施工规划安排需要考虑的重点问题之一。

2.2.8 小结

（1）料场开挖料指向相适应的坝体填筑区，是达到施工经济目的之有效方法，马来西亚巴贡水利工程所制定的合适的挖填流向和相应的填筑时序。使中风化的砂岩更加集中用在3C料区，减少新鲜砂岩在3C料区的用量。实现了弃料最小化的目标。

（2）马来西亚巴贡水利工程W9料场的实际地质情况没有达到原设计阶段的理想状况，在实施阶段通过试验调整坝料的构成。主要措施是增加了新鲜页岩的比例。比原规划总的开采工程量减少了1200万m³。