斐济蒙拉加堆石坝高含水量粘土心墙料及其施工方法
1 前言
蒙拉加(MONAJAVU)心墙堆石坝位于斐济的本岛维提(VITI)岛的蒙拉加瀑布处，坝高85 m，用含水量很高的、以多水高岭土为主的残积粘土作为防渗心墙料。此坝是斐济电力局建设的第一座水电站的重要组成部分，也是这个国家自开展建设以来最大的水坝。工程于1979年开工，预计1982年完工(特咨团提供本文时已完工——译注)。
2 地理和气候
蒙拉加坝位于维提岛中部的拉觉(NADRAU)高地，海拔670～750 m，朗拉克(NANUKU)河在高地边缘陡降126 m，在坝下游形成壮观的蒙拉加瀑布。拉觉高地是横亘于潮湿的东部和干旱的西部地区之间的山脉的一部分，虽然近期的记录表明，在冬季的月份是较干旱的，但潮湿地区的年降雨量变化都不甚明显。处于高地潮湿地区边缘的蒙拉加的月降雨量见图1。
蒙拉加(MONAJAVU)心墙堆石坝位于斐济的本岛维提(VITI)岛的蒙拉加瀑布处，坝高85 m，用含水量很高的、以多水高岭土为主的残积粘土作为防渗心墙料。此坝是斐济电力局建设的第一座水电站的重要组成部分，也是这个国家自开展建设以来最大的水坝。工程于1979年开工，预计1982年完工(特咨团提供本文时已完工——译注)。
2 地理和气候
蒙拉加坝位于维提岛中部的拉觉(NADRAU)高地，海拔670～750 m，朗拉克(NANUKU)河在高地边缘陡降126 m，在坝下游形成壮观的蒙拉加瀑布。拉觉高地是横亘于潮湿的东部和干旱的西部地区之间的山脉的一部分，虽然近期的记录表明，在冬季的月份是较干旱的，但潮湿地区的年降雨量变化都不甚明显。处于高地潮湿地区边缘的蒙拉加的月降雨量见图1。
3 地质条件
坝址基岩主要是水平产状Ba组沉积岩，其间侵入的厚层二长岩构成坝基并由此形成蒙拉加瀑布。坝轴线在瀑布上游300 m处。二长岩上覆碎屑岩，岸坡由一组粗细不同、产状近于水平的砂岩构成，砂岩的组成包含凝灰物质、岩石碎屑和石英颗粒。结构疏松的岩石经风化生成粘土。
坝址的热带气候条件形成的风化层深度为3～25 m，此深度随着地面高程增高而加深，风化层在剖面上可分为3个区域，各区风化料性状见表1。
4 坝型和轮廓设计
由于有丰富的优质石料和风化料，采用土石坝方案是很经济的。混凝土面板堆石坝方案因担心其不均匀沉降和不能确定坝址的地震烈度而未被采用。风化料有可能用来作心墙料，但其天然含水量远高于最优含水量，通过仔细的比较和现场试验，初步选定了具有大厚度、微倾斜心墙的堆石坝。
5 心墙料的选择和论证
在可能的心墙料源区进行的大规模开采试验表明，风化料是连续分布并有适于机械开采的厚度，且RⅣ含水量小于RⅤ，故选用RⅣ作论证试验。开挖时，RⅣ呈块状，其多水高岭土颗粒的组成与沙苏马(SASUMAU)坝相似，但其天然含水量高于普氏最优含水量20%以上，预料经干燥处理后有可能会影响和改变土料性状。因此，仅仅进行颗粒分析试验是不能满足对这种材料作全面了解要求的。试验成果汇总于表2。
为了解这种高塑性和高含水量粘土的施工性能，进行了多种设备和方法的含水量处理和碾压试验，以观察这种土料对不同铺土和压实方法的适应性。潮湿的气候使得把土料含水量降低至最优含水量的试验无法进行，因而很快认识到必须用天然含水量的土料来填筑。在毛毛雨和潮湿地面条件下，在大型开采试验场上填筑了一座试验坝，证明了用低接触压力的D6型推土机能成功地从陡峭的开挖面上取土、铺土和压实，推土机在较薄的RⅣ土层上并没有过深陷入填土。这种工艺能使成块的风化料破碎并使RⅣ部分地重塑为均匀填土。因此，填土是含有不连续的小块岩质结核(最大块径100 mm)的软质土体。尽管填土有一些值得注意的问题，但试验证明了用此种土料填筑心墙在实际中运用是可能的。其后的一次用较干的土料进行的试验，用通常施工所用的汽胎碾也能在填土上开行。通过试验,证实了用RⅣ土料填筑“湿的”心墙其结果是令人满意的。在后来的实际施工中，从心墙上取出未扰动填土试样进行渗透、抗剪强度和固结系数测定。
6 最终的心墙设计和坝剖面
尽管心墙填土初始的抗剪强度近于0，但只要坝壳断面填筑适当，使坝壳能有效约束心墙，则心墙在施工期的稳定性是可以保证的。在填土上升速率高的情况下，由于填土的高压缩性和低透水性,意味着在施工期将发生较高的孔隙压力并持续到坝完工之后。因此,在核算运行期坝的稳定性时，必须计入孔隙压力。
仔细研究了心墙出现拱效应和水力劈裂的可能性，包括有限元应力分析，采用了比习惯厚度更厚的心墙厚度。考虑到符合要求的土料料源丰富和心墙施工困难等因素，心墙厚度不宜太小;同时,为使心墙下部在最不利荷载组合情况下都能保持压应力从而防止水力劈裂，也要求心墙有足够的厚度。岸坡突变之处用混凝土补平顺，以限制突变岸坡造成的拉应力导致心墙开裂。心墙下游面的反滤层包括碎、砾石和砂粒，其粒径小于75 μm颗粒含量不小于3%，以防止更细的心墙料遭受渗透破坏。设置上游反滤层的目的之一是淤填心墙上可能出现的裂缝。坝剖面示意见图2。
6 最终的心墙设计和坝剖面
尽管心墙填土初始的抗剪强度近于0，但只要坝壳断面填筑适当，使坝壳能有效约束心墙，则心墙在施工期的稳定性是可以保证的。在填土上升速率高的情况下，由于填土的高压缩性和低透水性,意味着在施工期将发生较高的孔隙压力并持续到坝完工之后。因此,在核算运行期坝的稳定性时，必须计入孔隙压力。
仔细研究了心墙出现拱效应和水力劈裂的可能性，包括有限元应力分析，采用了比习惯厚度更厚的心墙厚度。考虑到符合要求的土料料源丰富和心墙施工困难等因素，心墙厚度不宜太小;同时,为使心墙下部在最不利荷载组合情况下都能保持压应力从而防止水力劈裂，也要求心墙有足够的厚度。岸坡突变之处用混凝土补平顺，以限制突变岸坡造成的拉应力导致心墙开裂。心墙下游面的反滤层包括碎、砾石和砂粒，其粒径小于75 μm颗粒含量不小于3%，以防止更细的心墙料遭受渗透破坏。设置上游反滤层的目的之一是淤填心墙上可能出现的裂缝。坝剖面示意见图2。
在心墙内安装了渗压计、水管式沉降计和三向土压力计,以测定心墙的孔隙压力、沉降和三向土压力。由于软的心墙受较大密度的坝壳料挤压，因而把测压管安装在心墙和反滤层之间的界面上是适宜的，沉降管安装在地基以上10 m处，5个月的填筑高度为17.5 m，测得相应的沉降值为476 mm、483 mm和284 mm，心墙底部的起始孔隙压力系数约为0.67。
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