2　坝料分区
根据面板坝的工作特性，按照坝体不同部位的功能和各种筑坝材料的性质，结合已建高坝的经验和实践，从运行要求和安全经济的角度，初步从以下几个方面来划分填筑分区：
　　（1）坝体在水荷载的作用下应具有抵抗变形的能力，变形最小；
　　（2）筑坝材料的颗粒级配，从上游到下游由细到粗，满足渗透稳定性的要求，施工期在面板未浇筑前能挡水度汛，蓄水期一旦面板局部开裂也不会产生渗透变形和较大的渗漏量，并在任何情况下，坝体应能使渗透水流通畅地排入下游；
　　（3）应充分利用枢纽开挖出来的石料，据其级配和性质填筑在坝体不同部位，以降低工程造价。

根据上述三个原则堆石体可分为如下四区：
　　垫层区，位于面板下部，对面板的变形有直接影响，要求压缩性低、半透水性，采用新鲜凝灰熔岩。拟用级配良好的人工砂砾料，最大粒径为80mm，小于0．1mm的颗粒含量不大于5％～10％，顶部水平宽度3m，下部逐渐加大，上游坡1∶1．4，下游坡1∶1．35。
　　过渡区，该区的主要功能是一旦面板发生裂缝或分缝处出现漏水时，能防止垫层区的细颗粒流失。拟采用级配良好的新鲜凝灰熔岩堆石料，最大粒径300mm，上游坡1∶1．35，下游坡1∶1．30。
　　主堆石区，是承受上游水荷载的主要受力支撑体，要求具有较大的变形模量，以便和面板协调工作。拟采用级配良好的新鲜凝灰熔岩堆石料，最大粒径为600mm，主要分布在坝轴线上游及坝下部应力较大的区域。在渗流逸出点高程以下，还要求该区排水通畅，以保护下游坡的稳定性。
　　下游次堆石区，为节省投资可选用石渣替代料，位于下游侧水位以上的干燥区，最大粒径为1000mm，它的变形对面板位移几乎没有影响。
3　坝料设计及室内试验
　　由于尚未做爆破碾压试验，采用图2颗粒级配，利用相似级配法制成最大粒径分别为60mm和40mm的各种级配料进行试验。

3．1　垫层料
　　半透水垫层料置于混凝土面板堆石坝的关键部位，要求具有半透水性、低压缩性、抗剪强度高和高渗透稳定性。据这些要求，其级配曲线建议范围见图2。
　　（1）密度：最大密度用300mm×340mm容器、上覆压力14．0kPa、在振动台上振动8分钟求得，人工疏松装样求得最小密度。采用相似级配法推求原型最大干密度，并参考类似工程的现场碾压试验成果，推荐干密度为22．0kN／m3，相应的孔隙率为15．7％。
　　（2）渗透性：渗透试验是在直径300mm的仪器中进行的。试验表明：半透水垫层料的渗透系数达5×10－3～1×10－3cm／s，同一级配同一容重试验的渗透系数因装样方法不同可相差5倍以上。另，大于5mm的粗粒含量达70％的渗透系数明显增加，达10－2cm／s，因此要求其含量不大于60％。
（3）抗渗特性：为了研究半透水垫层料渗透变形的能力，试验是在直径300 mm的有压渗透变形仪内进行。利用相似级配法原理分别对最大粒径为600mm和400mm两种试样进行试验，试样高度170mm，在顶部、底部均匀铺两层粒径为100mm的卵石，试样的压力水头为7．7 m。大于5mm的粗粒含量为55％，其渗透比降超过35；大于5mm的粗粒含量为45％，其渗透比降超过72。两者均未出现渗透破坏。因受仪器允许水头的限制，试验中均未求得破坏比降。
　　（4）压缩性：用直径为300mm、高180mm的浮环式压缩仪进行试验，最大试验压力为3．15MPa。对大于5mm粗粒含量为55％，控制干密度为20．3kN／m3和垂直压力小于0．79MPa时，测得非饱和与饱和压缩模量分别为180 MPa和120 MPa，相应的变形模量分别为150 MPa和100 MPa；在垂直压力小于0．79～3．15 MPa时，测得非饱和与饱和压缩模量分别为185～240 MPa和135～195MPa，相应的变形模量分别为154～200 MPa和110～160 MPa。浸水05
的压缩模量略小些，受压后的沉降稳定时间略长些。但试验表明，拟推荐的垫层料具有低压缩性，预计在施工期承受的压力较小，完成的变形不大，在水压力作用下，还会继续发生变形，故需特别注意沿斜坡将它碾压密实。初步从δn＝（1．1～1．6）H／E（mm）估算面板的挠度，对最大坝高122m和坝体平均压缩模量150～100MPa时，相应面板可能的法向位移为160～240mm，可满足设计要求。
　　（5）抗剪强度：试样采用300mm×300mm×300mm，最大压力1．0MPa，最大粒径40 mm，利用最小二乘法按库仑—摩尔准则整理得饱和状态时C＝0．177，φ＝40．48°，φ大于其坡角36．5°。但试验表明，抗剪强度与垂直应力呈曲线关系，在不考虑咬合力的情况下，按内摩擦角和lg P之间存在近似直线关系整理成果，得饱和状态下φ＝45．15°－20．02lg P（P的单位为MPa），在低压力的情况下，垫层料的内摩擦角远大于其坡角（36．5°），故上游坡是稳定的。
　　（6）三轴试验：采用饱和固结排水剪，周围压力为20、40、60、80kPa，在剪切速率为0．6mm／min时，φ与δ3的关系为φd＝56°－12lg（δ3／Pa）。
3．2　过渡料
　　过渡料是垫层料的保护层，要求具有压缩性小、强度高及对垫层区料有反滤保护作用。在压力大于0．1 MPa之后，其压缩模量超过100 MPa，达到沉陷稳定的时间很短。由抗剪试验得φ＝49．83°－15．96lg P。推荐密度为21．5kN／m3，相应孔隙率为17．6％。据抗渗稳定性，建议的级配范围见图2。
3．3　主堆石料
　　主堆石料是坝体承受水荷载的主要部分，其变形将直接影响面板的变形，故要求它具有低压缩性。参照类似工程的级配曲线拟定的堆石料级配范围见图2。
　　（1）密度：利用相似级配法得最大粒径为60mm的试样通过振动台求得最大干密度为20kN／m3，相应的孔隙率为23．4％，按γ2＝γ1－aln（M2／M1），推测原型干密度为22．0kN／m3，故初步推荐堆石料的干密度为21．0kN／m3，相应的孔隙率为19．5％。
　　（2）压缩性：用浮环式压缩仪进行试验，试样直径为300mm，最大试验压力为3．15MPa。当压力大于0．1 MPa之后，其压缩模量超过100 MPa，达到沉降稳定时间也很短，说明只要堆石料在拟定的级配范围内碾压到要求的干密度，就具有低压缩性。
　　（3）抗剪强度：按相似级配，利用300mm×300mm×300mm的试样进行固结快剪试验。若按库仑—摩尔准则，以最小二乘法整理得：C＝0．156，φ＝45．36°，同样试验情况表明抗剪强度与垂直应力的关系在不考虑咬合力的情况下呈非线性关系，按内摩擦角和lg P之间存在着近似直线关系整理成果，得φ＝49．24°－14．32lg P，大于设计坡角36．5°。
　　（4）三轴试验：采用饱和固结排水剪，周围压力为20、40、60、80kPa，在剪切速率为2mm／min时，φ与δ3的关系为φd＝50°－6．1lg（δ3／Pa）。
3．4　下游次堆石料
　　没有试验资料，参考类似工程，要求其干密度达20．5kN／m3，压缩模量超过100 MPa，φ与P的关系为φ＝36．99°－12．7lg P。
4　坝料现场爆破碾压试验
　　为了控制石块粒径，减少大块率，获取良好的颗粒级配，必须选择合理的钻爆参数和钻爆程序，确定经济的爆破方案。过渡料、主堆石料、次堆石料分别在Ⅰ号料场和Ⅲ号料场进行了3次爆破试验，爆破后选择有代表性的爆破料共做了11次颗分试验。根据颗分后的成果调整下次爆破参数，以爆破出良好级配或连续级配的坝料。从爆破料颗粒级配的成果分析，爆破料级配有部分超原设计范围，但曲线基本连续，级配良好。
　　碾压试验是为了确定合适的碾压机械和合理的碾压参数，复核坝料的设计压实标准，验证施工合理性，并确定垫层料合理的掺合方法和级配，确定填筑施工工艺。
　　碾压试验场地选在大坝右岸主堆石区与次堆石区的交接处，场地经回填整平形成35m×50m平台。试验料取自Ⅰ、Ⅲ号料场的爆破试验料，采用装载机反铲装料，20t载重汽车运料，液压推土机平料，陕西产16t拖式振动碾碾压。铺料厚选择：主堆石区800mm，次堆石区1 200mm，过渡区400mm，垫层区400mm；碾压遍数为4、6、8、10；振动碾行驶速度1．5km／h，减振轮胎气压0．4～0．45 MPa；洒水量按堆石体积的10％～15％控制。
　　试验过程：（1）在试验场地按试验要求进行放线，布高程测量点，测定底面高程。然后按计划要求铺料，主堆石料、次堆石料采用进占法铺料，过渡料、垫层料采用退铺法铺料，推土机平料，再以人工去除超粒径块石和平料。平料时亦进行洒水，平料后表面碾压2遍。（2）在主试验区按1．5m×2．0m的方格网布置沉降测量点，测定其高程。（3）振动碾在试验场地外起振，进行碾压，碾压后在主试验区分别测碾4、6、8、10遍的沉降测量点的高程，计算各点沉降量，最后按统计方法计算平均沉降量。（4）碾压试验后，在4、6、8、10遍区挖坑做密度筛分试验并取样检查，对过渡料、垫层料区加做渗透试验，渗透试验采用双环注水法。（5）试验结束后，采用机械回填试坑，回填后振动碾进行补碾压。
　　根据爆破碾压试验和室内试验成果以及工程实际情况，确定以表2各指标为设计值（见图3），并确定了大坝填筑施工控制参数（见表3）。

5　坝料填筑施工
　　垫层料为坝体防渗的第二道防线，主要作用是使坝的上游坡面平整，作为混凝土面板坚强的支承体均匀传递水压力，以防止面板和接缝发生过大变形而破坏，以及在过渡层的保护和共同作用下，不发生渗透变形破坏。因此，要求垫层具有低压缩性、高抗剪强度和渗透稳定性，并利于施工铺压。填筑区水平宽3．0m，坝料由20t自卸车运至坝面填筑区后用退法铺料，推土机平整，厚度400m，最大粒径80mm。为保证施工质量，整个垫层区水平宽向上游超填200mm左右，在靠近上游坡面300～500mm和距周边缝500mm范围内采用人工铺料。周边缝附近的特殊垫层区铺料层厚200mm，最大粒径40mm。碾压机械采用YZT－16型振动碾，由推土机牵引，行走采用进退错距法，错距300mm，碾压遍数8遍，行走速度控制在1．5km／h。周边缝附近采用1t振动夯板压实，垫层料碾压洒水量控制在6％～10％。
　　大坝填筑每升高15m左右进行一次斜坡碾压。斜坡碾压采用10t振动碾，先静碾两遍，然后自下而上振碾2～3遍，碾压相互搭接宽度为300mm左右，碾后测量检查，欠补超削，对补填面积大于10 m2的采用振动碾续碾，对小于10m2的则用人工夯实。
　　过渡料铺筑层厚400mm，最大粒径300mm，填筑区水平宽4．0m，进料采用后退法。主堆石料铺筑层厚800mm，最大粒径600 mm，次堆石料铺筑层厚1．2m，最大粒径1000 mm，均采用进占法进料。坝料采用推土机平仓，16t振动碾沿平行坝轴线方向进行碾压。碾压采用进退错距法，错距300mm，碾压遍数为6～8遍，洒水量按推荐的控制参数进行。

6　坝料填筑质量控制
大坝填筑严格按照爆破碾压试验确定的参数施工，依据土石坝施工规范及合同文件、设计要求对每个施工环节进行严格的质量控制，以控制上坝料的颗粒级配、碾压参数和施工工序为主，以抽样检查试验为辅。
　　爆破后由施工单位质检等部门对爆破料进行评价，并根据坝料情况确定使用部位。建立超径料解小制度，要求超径料在料场就地解小，并严格控制超径料的上坝数量，一旦上坝就及时处理。在现场跟踪监控上坝料的质量及控制参数，并随时观察碾压机机械工况，发现工况不佳的碾压机械及时处理或更换。坝内超径料用装载机运至坝后，用于下游块石护坡。若发现堆石料含泥量过多或含泥料集中出现“弹簧土”现象，则及时控制来料，并对该部分不合格料进行挖除运走，以防坝体浸润线抬高。
　　在大坝填筑过程中，质量检查手段主要采用注水法挖坑试验，对填碾后的各区坝料的孔隙率和干　密度以及颗粒级配组成进行抽检（见表4）。

　　大坝填筑质量检测试验表明，垫层料和堆石区分别有一组和五组不满足设计要求，但检测值仍在规范允许范围内，其余均满足设计要求，大坝填筑施工质量总体满足设计要求。
　　在周边缝填筑区的挖坑试验检测发现，在靠边角处的垫层料及距趾板400mm左右的垫层料干密度达不到设计要求。这是因为斜坡碾压时，振动碾无法对趾板附近位置进行碾压所致。在面板施工前，对周边缝1．2m范围内做槽挖和回填75号砂浆处理，经处理后密实度达到设计要求。
7　大坝变形监测及防渗效果
　　大坝变形监测资料表明，目前大坝变形最大的部位位于大坝轴线及下游坝坡的700m高程上下，上游面板沉降量较小，小于80mm，面板向两岸翘起。
　　至1999年11月24日，内观变形垂直位移最大值为479mm，位置在大坝河床中心坝轴线697m高程。2000年1月份因水库水位上升无法观测，此时外观变形最大值的位置在坝轴线下游88．3m的横轴线700m高程，水平位移向下游97．5mm，垂直位移值48．3mm；面板变形最大值的位置在离坝轴线62．6m的712m高程，水平位移向下游37．1mm，垂直位移值76．2mm。
　　大坝已于1999年10月11日下闸蓄水，下闸时坝后渗漏0．5L／s；蓄水至库水位713m（73m水头）时，坝后渗漏5L／s；目前的坝后渗漏为4L／s，说明防渗效果良好。
　　实践证明，芹山混凝土面板堆石坝坝料爆破碾压试验研究的成果是合适的。大坝自下闸蓄水至2000年7月完建，工作状态良好。
8　结 语
　　（1）为了确定垫层料的设计干密度，开展了相对密度的压缩试验。试验表明：随着相对密度增加，垫层料的压缩性减少；高应力下的相对密度对压缩性影响较低应力的显著。
　　（2）室内开展的垫层料振动台最大密度试验结果表明，大于5mm粗粒含量为65％时，垫层料可以获得最大密度；要使垫层料的压缩性低、抗剪强度高，必须有较大的干密度，要求大于5mm粗粒含量大于45％。按照施工经验，大于5mm粗粒的含量小于（45～65）％，铺料时的分离现象易于克服；当细粒含量不大于10％时，能保证碾压设备正常工作。
　　（3）大坝正式填筑施工前，根据设计要求及有关规范规定，结合料场地形、地质条件，施工机械设备及爆破器材等进行的现场爆破碾压试验表明，碾压试验及级配、密实度试验满足设计要求，符合工程实际的大坝各填筑区的用料级配、密实度和碾压填筑施工参数的控制范围，为保证大坝填筑施工质量奠定了可靠的基础。
　　（4）从料场开采到坝面填筑碾压，严格按爆破碾压试验确定的参数进行施工。根据有关规范及合同文件进行质量控制，以控制上坝料的颗粒级配和坝面碾压工艺、碾压参数为主，以试坑取样为辅。规范了超径料的处理措施。
　　（5）施工中的卸料和铺料，垫层料和过渡料采用后退法进行，以减少分离和确保有削刹可能产生的渗流水头的作用；堆石料用进占法，其颗粒分离分层则有利于施工机械的行走，减少磨损和运行期的水平排水。
　　（6）根据现场实测，大坝各区填筑质量控制标准可靠，大坝沉降和渗漏属于较理想状态，工程的总体碾压质量良好。