張永偉

【摘要】新疆頭屯河樓莊子水庫地質條件相對較好，當?shù)赜休^為豐富的粘土，通過對區(qū)域、壩址和工程地質條件、水文條件，經濟、技術綜合比較，選擇粘土心墻作為防滲體。大壩壩高78.75m，采用粘土防滲，其質量控制環(huán)節(jié)較多，故從料場勘察比選、土料制備、碾壓試驗、碾壓施工、試驗檢測等環(huán)節(jié)的質量控制關鍵點進行研究總結，為類似工程提供參考。

【關鍵詞】粘土心墻;質量控制;要點? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.36.001

一、引言

樓莊子水庫是頭屯河上游山區(qū)控制性骨干工程，位于頭屯河硫磺溝鎮(zhèn)以南 25km 處，壩址集水面積為 840km，多年平均徑流量 2×108m。 工程主要任務是灌溉、防洪和城市生活及工業(yè)供水，是一座綜合利用的水庫樞紐工程。

樓莊子水庫為Ⅲ等中型工程，水庫總庫容7466萬m，大壩設計洪水標準為 100 年一遇，校核洪水標準為 2000 年一遇，最大壩高78.75m，由擋水建筑物粘土心墻大壩、泄水建筑物溢洪洞、導流排砂隧洞、引水建筑物引水隧洞等組成。其中大壩為2級建筑物，泄洪沖沙兼導流洞、溢洪洞、引水洞為3級建筑物。工程設防烈度Ⅷ度。

粘土心墻壩壩頂長 570.31m，壩頂高程 1400.3m，最大壩高 82.6m，壩頂寬度 10m，上游壩坡1：2.5，下游壩坡1：2.0。心墻頂高程1398.2m，寬5m，心墻邊坡1： 0.25，上、下游設 3m 寬的反濾層，反濾層之外為砂礫石壩體。心墻底板澆筑厚 50cm 的 C20 混凝土蓋板，蓋板下為帷幕灌漿及固結灌漿。左岸階地段深厚砂礫石覆蓋層心墻基礎的垂直防滲采用混凝土防滲墻。

二、粘土心墻質量控制

1、料場勘察

現(xiàn)場有T1、T2、T3等三個粘土料場 ，距壩址分別在2km、0.5km、 4.5km范圍內。根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL251-2000 ）要求進行勘探取樣。T1、T2、T3等三個粘土料場分別布置剖面10、6、5條，探坑20、9、10個，勘探點間距分別為不大于100m、200m、50m左右。采用刻槽法共取樣10、3、14組。所有探坑中最大勘探深度為12m ，無用層均小于0.8m，有用層平均厚度為9m。料場總儲量512萬m，埋深適度，無地下水滲出，便于機械開采，儲量遠大于填筑粘土心墻所需工程量69萬m，。其中T2儲量260萬m，施工過程心墻粘土材料全部來源T2。C2 料場儲量豐富，且地形開闊、便于機械開采。

分別按針孔試驗、孔隙水陽離子試驗、碎塊試驗、雙密度計試驗四種方法進行土料分散性試驗，綜合評價土料為非膨脹性土，無膨脹潛勢，對土的分散沒有促進作用，不具有分散性。該三個料場土層結構稍密，顆粒分布均勻，上部干燥，下部潮濕，為低液限粘土（CL），除天然含水量較低，其它試驗指標均滿足防滲土料規(guī)范要求。

T2 料場砂礫石有用層厚度穩(wěn)定，勘探面積 28.0×104m，儲量采用平均厚度法計算， 無用層厚度 0.5～1.5m，方量 25.5×104m;有用層厚 20～24m，儲量 560.8×104m。由于料場位于一鄉(xiāng)村道路旁，遠離道路 20 米并 1：1 放坡開采，受此影響可開采量約500×104m。卵礫石磨圓度較好，最大可見粒徑 350mm。據(jù)顆分試驗，該料場平均有效粒徑 0.229，不均勻系數(shù) 149.3，曲率系數(shù) 1.6，級配不良，砂礫石有用層作為壩殼料使用。

2、粘土檢測

粘土心墻土料采用T2土料場的土料，制備土料前對料場進行復查，詳見土料場上、下包絡線及平均線顆粒級配（表二）、土料粒徑級配特征參數(shù)（表三）。故制備心墻粘土土料，主要是改變含水率。

T2土料場的土料上下包線顆粒級配圖見圖二。

T2防滲土料（粘土）級配曲線圖

3、粘土制備

在填筑開工之前3個月，按50～100m方格網(wǎng)分層取土進行顆分和擊實試驗，以確定分區(qū)使用的壓實標準，同時測定土料的含水率，以確定含水量調整方法。并通過擊實（重型擊實儀）試驗確定最大干密度及最優(yōu)含水率，按設計壓實度確定施工質量控制指標。

如遇自然含水量偏低過多，一般在料場開溝或打畦泡水不少于3個月，如土料過濕，則應分層翻曬。本案采用堆土牛方式制備粘土，預先制備土料，將同一料場顆粒組成有差別的土料和不同含水量的土料，分別由挖土機械開挖，運至填筑體附近，利用有利地形堆置土牛，

首先清除地表表面腐植土，清除樹木草根雜物，將場地平整后，平鋪1m厚粘土，就地按照5mx5m分溝畦，打0.5m高埂子，根據(jù)缺水量補水浸泡，雨季應注意防水排水。之后再平鋪一層，循環(huán)第一層補水工序。如此往復，為保持堆土穩(wěn)定，便于開挖，每個土牛堆6-8層高，可覆蓋塑料布，悶泡水90天以上，直至含水均勻，且含水率略高于最優(yōu)含水率1%～3%。含水量滿足施工要求即可開采上壩。制備土牛過程需要注意盡量均勻補水浸泡，也可以薄層灑水悶泡，開采前多點檢測含水率。檢查合格，再挖運填筑。

4、鋪土填筑

深厚覆蓋層段防滲墻伸入心墻部位的混凝土防滲墻周圍設高塑性土區(qū)，該區(qū)采用全料填筑，高塑性土料中粘粒含量為22%～28%。T2料場粘土料的最優(yōu)含水量為14.52%，填筑含水率高于最優(yōu)含水率1%～3%，土料壓實度P≥0.99。其他部位心墻土料的壓實度指標采用P≥0.99，填筑土料含水率比最優(yōu)含水率增加-2%～3%;其中心墻與基礎混凝土蓋板接觸面處，填筑含水率要高于最優(yōu)含水率1%～3%。

根據(jù)碾壓實驗確定的碾壓參數(shù)成果，心墻施工采用20t自卸汽車運輸粘土、進占法卸料，沿壩軸線方向及時鋪筑，避免車輛在已壓實土料上行駛;使用220HP推土機推開平整，插入鋼釬來控制鋪虛土厚度合平整度，虛土厚度35cm（設備儀器和混凝土防滲墻周邊鋪土厚度20cm），兩臺22t自行式凸塊振動碾碾壓，半磙錯距碾壓6遍，車速小于每小時3km，中油門、中頻率。

土料填筑按照先砂后土的填筑方法，土料、反濾料、壩殼料相銜接，厚度匹配進行填筑施工，即兩層粘土一層反濾料，反濾料和壩殼砂礫料結合部位是四層反濾料和三層壩殼砂礫料可以同層碾壓。

鋪土前首先填筑心墻上下游反濾料，自然卸料堆方，坡比一般為1：0.8～1：1，粘土和砂邊界固定一臺反鏟并配合人工，先規(guī)整反濾料邊坡后填粘土，推鋪并碾壓一層粘土合格后，測量施放壩體粘土和反濾料分界線，用白灰標示，人工進行第一次補砂，兩層土補兩次砂。土料填筑兩層和反濾料齊平，待土料、反濾料碾壓合格后，再用振動平碾進行騎縫碾壓，遍數(shù)較正常遍數(shù)要多3～5遍，保證土砂結合緊密。

粘土進行下一層鋪土前需進行灑水、拉毛工序處理，灑水量根據(jù)蒸發(fā)量進行補給，拉毛深度控制在3-5cm，以保證上下層間有效結合。攤鋪虛土厚度通常為不超過35cm。鋪土后需清理樹根、草根等雜物，鋪土層表面使用攤鋪機進行平整，人工配合整理邊角，保持厚度均勻。

混凝土防滲墻兩側和上部區(qū)使用高塑性粘土，鋪土厚度為20cm，施工時在該區(qū)水平3m范圍內，由內而外，兩側各用一臺小型振動碾，同向同距同速同步對稱碾壓，混凝土2m范圍內不開強振。與混凝土接觸部位1m范圍內，采用小型挖掘機或鏟車配和人工，薄層鋪填20cm后壓實。

5、粘土心墻填筑施工質量控制要點

應選擇滲透性小，具有一定的塑性，滲透穩(wěn)定性好、物理、力學性能和粘粒含量等指標滿足設計要求的粘土。

嚴禁在鋪筑面干燥狀況下鋪填新土;已壓實表面形成光面時，鋪土前應刨毛并灑水濕潤。對層間光面、剪力破壞、“彈簧土”壓或欠壓土層等需采取不同方法進行處理。重點控制粘土與壩基、岸坡、剛性建筑物等的結合;縱橫向接縫的處理與結合;土砂結合部位施工質量。

對汽車經常進入心墻部位填筑面上的道路處，有剪力破壞的必須返工處理。雨天施工時，應檢查施工措施落實情況，雨前應檢查壩面松土表層是否已適當壓實和平整;應檢查雨前表面松土是否已平整和壓實、壓光，清除填筑面上散落的松土、雜物，雨后復工前應檢查填筑面上土料是否合格。

粘土心墻在嚴寒冬季不進行施工，如施工應按照相關規(guī)范采取質量保證措施。對特殊部位鋪料和碾壓質量加強現(xiàn)場控制，不得超厚、漏壓或欠壓。特別是與壩基（包括齒墻）、岸坡、混凝土等結合部位的填筑。分段碾壓時，相鄰兩段碾跡應搭接，垂直碾壓方向搭接寬度0.3～0.5m，平行碾壓方向搭接寬度1.0～1.5m。不同填筑層道路錯開布置，不應留縱向接縫，橫向接縫不宜陡于1：3，需采用更陡接坡時，應論證后實施。

因故短時間停工時，表面土層應灑水濕潤或晾曬，控制含水率。需長時間停工，應鋪設保護層，在復工時將其清除干凈。

與防滲體接觸的巖石面或混凝土面接觸部位，清理干凈后，應灑水濕潤，涂刷過渡結合漿。并邊涂刷濃泥漿、邊鋪土、邊夯實，泥漿涂刷高度與鋪土厚度一致，且與下部涂層銜接。不得在泥漿干涸后鋪土和壓實。泥漿濃度通過試驗確定。

采用環(huán)刀法檢測壓實度時，應取壓實層的下部。壓實控制指標采用干密度、含水率或壓實度。壓實質量以壓實參數(shù)和指標檢測相結合進行控制，壓實過程參數(shù)應有檢測記錄，并按要求檢測粘土大樣，對設計指標進行復核。

6、粘土施工質量檢測

粘土心墻共填筑69萬m，每一區(qū)每層不超過100-200m取樣一組，檢測指標為壓實度100%大于0.99。含水率均控制在最優(yōu)含水率附近。粘土壓實后壓縮量7cm左右，在合理范圍內。

粘土心墻每壓實升高2-3米，取粘土大樣一組，進行室內檢測，剪切、壓縮、滲透試驗，驗證土料和壓實質量，各項指標均符合設計要求。

7、安全監(jiān)測分析

大壩監(jiān)測重點為變形檢測、滲流檢測和應力監(jiān)測。主要是在壩體表面設置水平位移和垂直位移監(jiān)測設施;在粘土心墻設置垂直位移和水平位移設施;在兩岸設置繞壩滲流、壩體和壩基滲流監(jiān)測設施。在最大壩高斷面壩0+415.000m和右岸河床斷面壩0+503.000m的心墻軸線處，布置分層沉降儀和測斜儀，監(jiān)測心墻內部垂直位移及水平位移。監(jiān)測粘土心墻的土壓力，右岸岸坡段粘土心墻與基礎蓋板面之間的接觸土壓力及界面變形;監(jiān)測心墻基礎混凝土防滲墻應力、應變。對粘土心墻土應力和變形與初始值進行比較，施工期內監(jiān)測結果沒有異常變化，說明心墻粘土填筑質量較好。

三、結語

與混凝土面板堆石壩和瀝青心墻壩型相比較，粘土心墻壩的抗震性能較好，基礎處理簡單，可減少大量削坡工程量。當?shù)卣惩痢螝ざ咽霞盎炷凉橇蟽α控S富、質量滿足技術要求，結合安全、經濟和施工難度進行綜合比較， 樓莊子水庫粘土心墻壩優(yōu)于混凝土面板堆石壩和瀝青心墻壩。

粘土作為心墻防滲材料，從料場勘察復查、粘土制備和現(xiàn)場施工，均需及時足頻次開展粘土的物理、化學檢測工作，避免使用質量不合格粘土上壩。避免冬季施工，如粘土心墻接合面出現(xiàn)冰層、或有降雪，應該進行清除，或采取保護措施后停工。尤其注意避免上凍的粘土筑壩，如出現(xiàn)凍土上壩填筑心墻，則無論如何必須堅決清除。冬季停工后應該對心墻采取覆蓋物保溫，復工時需清理表層覆土，檢測合格后方可施工。

心墻填筑粘土要與反濾料和相應壩殼料同步上升，保證不同材料結合緊密無空隙，各結構的填筑材料壓實足夠，避免不同筑壩材料混慘，避免不均勻沉降導致粘土心墻出現(xiàn)拉應力區(qū)，從而產生土拱效應。

嚴格控制反濾料原材料和施工質量，在滲水壓力環(huán)境中，發(fā)揮反濾料排水順暢、防止粘土流失和保護粘土心墻結構的作用。

施工過程中應嚴格按批準的碾壓參數(shù)施工，注意層間結合工序處理，不漏壓、不過壓，對發(fā)生剪切破壞和彈簧土現(xiàn)象的粘土體要清除，并分析產生原因，及時進行改進。

由于粘土心墻作為大壩防滲體，其質量優(yōu)劣關系工程安全甚至成敗，所以參建各方需要緊密配合，建立健全工程質量管理體系，履行好設計服務、監(jiān)理控制、施工單位保證的質量職責。嚴格按照有關規(guī)范要求進行施工，牢牢把我每一個工序和環(huán)節(jié)質量關。

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