劉大友,趙德紅

(遵義市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,貴州 遵義 563000)

1 工程概況

圖1 旺隆水庫(kù)蓄水航拍圖

2 施工工藝

2.1 心墻施工工藝

泥巖心墻防滲技術(shù)施工尚無(wú)國(guó)家行業(yè)技術(shù)規(guī)范,工序參照黏土心墻壩施工工藝執(zhí)行,主要包括心墻料的開采與備料、心墻基礎(chǔ)的開挖處理、鋪料、碾壓、質(zhì)量檢測(cè)、心墻填筑面的保護(hù)。技術(shù)控制指標(biāo)包括最大粒徑(不超過(guò)200 mm)、顆粒含量(大于5 mm顆粒含量小于60%、小于0.075 mm顆粒含量小于15%、0.005 mm黏粒含量大于8%)、設(shè)計(jì)干密度(不小于1.78 g/cm3)、壓實(shí)度(≥97.0%)及滲透系數(shù)(≤1×10-5cm/s)。

本技術(shù)已用于我國(guó)紅橙地區(qū)的壩體防滲并取得了不錯(cuò)的反響與成績(jī)。

圖2 大壩剖面圖

2.2 研究成果

心墻作為大壩的防滲體,是大壩的重要組成部分。心墻防滲料的設(shè)計(jì)和選擇是水庫(kù)工程的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,采用風(fēng)化泥巖作為心墻防滲料,其力學(xué)性能對(duì)大壩的工程性質(zhì)有很大影響。只有通過(guò)試驗(yàn)研究,確定施工材料的抗?jié)B穩(wěn)定性和力學(xué)性能,才能有效地為施工質(zhì)量控制提供參考。

在以旺隆水庫(kù)利用風(fēng)化泥巖作壩體心墻防滲材料的土石壩工程為依托,開展了《土石壩泥巖防滲料的應(yīng)用研究》,研究成果如下:

(1)根據(jù)強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化泥巖心墻料的沉降量、干密度與碾壓遍數(shù)關(guān)系,鋪厚42 cm,碾壓靜2動(dòng)8遍后沉降量趨于穩(wěn)定,壓實(shí)厚度為29 cm,干密度達(dá)到1.80 g/cm3,壓實(shí)度平均值達(dá)到98.4%,滲透系數(shù)4.36×10-6～5.25×10-6cm/s;鋪厚55 cm,碾壓靜2動(dòng)10遍后沉降量趨于穩(wěn)定,壓實(shí)厚度為39 cm,干密度達(dá)到1.80 g/cm3,壓實(shí)度平均值達(dá)到98.4%,滲透系數(shù)3.98×10-6～4.38×10-6cm/s。干密度、滲透系數(shù)均滿足泥巖心墻防滲料填筑技術(shù)要求。碾壓過(guò)程中無(wú)涌土、剪切破壞現(xiàn)象。

(2)含水率控制在最優(yōu)含水率±3%范圍內(nèi)碾壓效果最佳。碾壓遍數(shù)相同的情況下,壓實(shí)度隨含水率增加而降低。

(3)強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化泥巖心墻料碾壓前最大粒徑小于150 mm,大于5 mm含量48.2%～58.4%,小于0.075 mm含量31.5%～37.0%,小于0.005 mm含量10.1%～11.8%;碾壓后最大粒徑小于80 mm,大于5 mm含量40.0%～52.1%,小于0.075 mm含量39.0%～51.8%,小于0.005 mm含量18.0%～20.9%。粗粒風(fēng)化程度高,疏松易碎,級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求。

(4)強(qiáng)風(fēng)化、全風(fēng)化泥巖心墻料復(fù)核試驗(yàn)?zāi)雺呵白畲罅叫?50 mm,大于5 mm含量54.2%,小于0.075mm含量31.1%,小于0.005 mm含量10.8%;碾壓后最大粒徑小于100 mm,大于5 mm含量40.8%～50.4%,小于0.075 mm含量37.7%～47.9%,小于0.005 mm含量15.1%～19.7%,碾壓后級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求,符合泥巖心墻料碾壓試驗(yàn)規(guī)律。

(5)經(jīng)過(guò)3個(gè)月人工灑水翻曬崩解后的弱風(fēng)化泥巖料鋪厚45 cm,碾壓靜2動(dòng)8遍后沉降量趨于穩(wěn)定,壓實(shí)厚度為34 cm,干密度達(dá)到1.98 g/cm3,壓實(shí)度達(dá)到96.8%,滲透系數(shù)6.11×10-6～8.72×10-6cm/s;碾壓靜2動(dòng)10遍后干密度達(dá)到2.02 g/cm3,壓實(shí)度達(dá)到98.5%,滲透系數(shù)4.32×10-6～5.70×10-6cm/s,動(dòng)碾10遍后壓實(shí)度、滲透系數(shù)均滿足泥巖心墻防滲料填筑技術(shù)要求。碾壓過(guò)程中無(wú)涌土、剪切破壞現(xiàn)象。

(6)弱風(fēng)化泥巖料碾壓前最大粒徑小于180 mm,大于5 mm含量59.2%,小于0.075 mm含量17.7%,小于0.005 mm含量6.2%;碾壓后最大粒徑小于170 mm,大于5 mm含量48.1%～57.2%,小于0.075 mm含量22.7%～29.1%,小于0.005 mm含量9.1%～11.2%。多次振動(dòng)碾壓破碎部分大顆粒,使得填料級(jí)配變好,碾壓后的級(jí)配滿足設(shè)計(jì)要求。

研究成果表明,采用適當(dāng)?shù)墓に嚭图夹g(shù)可以保證泥巖心墻的質(zhì)量和穩(wěn)定性,并進(jìn)一步探索和研究心墻防滲料的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和施工工藝,有助于泥巖心墻防滲壩型的推廣。

3 施工碾壓參數(shù)

根據(jù)《赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻防滲料試驗(yàn)研究報(bào)告》及《赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻壩碾壓填筑技術(shù)要求》,泥巖心墻填筑碾壓設(shè)備選用采用22 t振動(dòng)壓路機(jī)(CLG6622),鋪料厚度為55 cm,碾壓方式為靜碾2遍,動(dòng)碾10遍。最優(yōu)含水率17%。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 料源質(zhì)量控制

料場(chǎng)開采前采用人工清除表面的雜草及灌木等,含有腐殖質(zhì)的表層土需清除運(yùn)至棄渣場(chǎng)統(tǒng)一堆放。根據(jù)《赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻大壩填筑技術(shù)要求》,全強(qiáng)風(fēng)化區(qū)域料源直接采用卡特225挖掘機(jī)裝車運(yùn)輸至填筑壩面;微風(fēng)化區(qū)域采用爆破方式爆破,粒徑控制不大于200 mm,超徑采用二次破碎后,運(yùn)輸?shù)絺淞蠄?chǎng)地灑水翻曬,達(dá)到填筑要求時(shí)再運(yùn)輸至壩面填筑。

4.2 指標(biāo)控制

4.2.1 壓實(shí)度控制

泥巖心墻壩的壓實(shí)度控制是非常重要的,直接關(guān)系到壩體的穩(wěn)定性和滲透性。在施工過(guò)程中,需要采取合適的壓實(shí)方法和設(shè)備來(lái)控制泥巖心墻壩的壓實(shí)度,以確保其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。一般來(lái)說(shuō),泥巖心墻壩的壓實(shí)方法包括靜壓法和動(dòng)壓法。靜壓法是指在碾壓設(shè)備不開振動(dòng)進(jìn)行壓實(shí),其壓實(shí)效果主要取決于碾壓設(shè)備的的重量和數(shù)量。而動(dòng)壓法則是通過(guò)使用帶振動(dòng)的碾壓設(shè)備來(lái)振動(dòng)壓實(shí)泥巖心墻。根據(jù)工程條件和設(shè)計(jì)要求,本工程采用選擇22 t凸塊振動(dòng)壓路機(jī)(CLG6622)進(jìn)行碾壓,并嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù)和鋪料厚度,以確保心墻填筑的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

4.2.2 滲透系數(shù)控制

控制泥巖心墻壩的滲透系數(shù)需要注意以下幾點(diǎn):

(1)心墻密實(shí)程度:在施工過(guò)程中,采用合適的壓實(shí)方法和設(shè)備,確保心墻的密實(shí)程度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。此外,還需要注意心墻的連續(xù)性,避免出現(xiàn)裂縫和空隙等缺陷,影響心墻的防滲性能。

(2)心墻材料的選擇:選擇符合設(shè)計(jì)要求的填筑材料,確保上壩材料的質(zhì)量,剔除填筑料中的超徑塊、雜質(zhì)、樹皮等雜物,確保填筑料的質(zhì)量。

(3)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè):在施工過(guò)程中需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決施工中出現(xiàn)的問(wèn)題,確保心墻的滲透系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2.3 顆粒級(jí)配控制

對(duì)于全(強(qiáng))風(fēng)化巖體的泥巖心墻壩來(lái)說(shuō),顆粒級(jí)配也是需要考慮的指標(biāo)之一。在施工過(guò)程中,應(yīng)該采用合適的開采和填筑方法,確保填料的均勻性。同時(shí),應(yīng)該對(duì)心墻填筑面進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),如采用測(cè)量?jī)x器進(jìn)行均勻度檢測(cè),及時(shí)調(diào)整施工方案,確保填筑層次的均勻性。此外,在選擇填料時(shí),應(yīng)該盡量選擇具有均勻性好、顆粒度分布范圍小的材料。

4.2.4 含水量控制

根據(jù)《碾壓式土石壩施工規(guī)范》(DLT5129-2013)規(guī)定,黏性土料壩面含水率控制在最優(yōu)含水率的-2%～+3%的偏差范圍以內(nèi),本工程設(shè)計(jì)最優(yōu)含水率為17%,控制范圍為15.6%～19.6%。實(shí)踐表明,在碾壓遍數(shù)相同的情況下,含水率的增加會(huì)導(dǎo)致壓實(shí)度的降低。

4.3 填筑過(guò)程控制

泥巖心墻填筑料卸料方式采用進(jìn)占法,有效避免了對(duì)已完成填筑面的破環(huán)。鋪料采用推土機(jī)(TY220)平整填筑面,從最低處開始,水平上升,逐層統(tǒng)一鋪土。鋪料前清除填筑面的雜物,如發(fā)現(xiàn)壩面防水措施失效導(dǎo)致壩面含水量過(guò)高,須清除軟化部位后再行鋪料;鋪料厚度采用倒三角嚴(yán)格控制,最大厚度不超過(guò)技術(shù)要求。

泥巖料含有一定的黏性,采用22 t凸塊振動(dòng)碾(CLG6622E)可以取得良好的碾壓效果。心墻碾壓參數(shù)嚴(yán)格按照生產(chǎn)性試驗(yàn)成果控制。岸坡接觸帶、心墻邊角及局部碾壓不到的部位采用手持式平板夯進(jìn)行人工夯實(shí),確保壓實(shí)度符合設(shè)計(jì)要求。

表1 赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻填筑質(zhì)量施工自檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻填筑質(zhì)量監(jiān)理平檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表3 赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻填筑質(zhì)量監(jiān)督監(jiān)檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5 質(zhì)量控制成果

試驗(yàn)檢測(cè)是工程質(zhì)量控制成果形成的重要手段,其檢測(cè)數(shù)據(jù)是評(píng)定工程質(zhì)量是否合格的依據(jù)。為了確保工程質(zhì)量,旺隆水庫(kù)泥巖心墻壩質(zhì)量檢測(cè)分為施工自檢和監(jiān)理平檢。由于泥巖心墻壩施工工藝在貴州省境內(nèi)尚不成熟,為了確保施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求,在工程實(shí)施工程中,貴州省水利廳和遵義市水務(wù)局聯(lián)合委托了中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司(水利部珠江水利委員會(huì)基本建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心)進(jìn)行了質(zhì)量監(jiān)督抽樣檢測(cè)。泥巖心墻填筑質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)主要包括干密度、壓實(shí)度、滲透系數(shù)、顆粒級(jí)配等,檢測(cè)頻次按1次/100～200 m3控制,檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,按照技術(shù)要求提供的工藝及碾壓參數(shù)控制泥巖心墻壩施工,壩體填筑質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)全部能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求,赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻壩填筑質(zhì)量施工自檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1;赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻填筑質(zhì)量監(jiān)理平檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2;赤水市旺隆水庫(kù)工程泥巖心墻填筑質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表4 赤水市旺隆水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)設(shè)備已完工程量統(tǒng)計(jì)表

在泥巖心墻壩質(zhì)量控制中,除了常規(guī)的干密度、壓實(shí)度、滲透系數(shù)和顆粒級(jí)配等指標(biāo)外,浸潤(rùn)線觀測(cè)成果和滲透量也是非常重要的指標(biāo)之一。浸潤(rùn)線觀測(cè)成果是指通過(guò)觀測(cè)泥巖心墻表面的浸潤(rùn)線高度變化來(lái)判斷墻體滲透性能的指標(biāo),而滲透量則是指單位時(shí)間內(nèi)墻體內(nèi)部的水分向墻外滲透的量。在實(shí)際工程中,墻體滲透性能是影響墻體穩(wěn)定性和防滲效果的重要因素之一,因此必須進(jìn)行浸潤(rùn)線觀測(cè)和滲透量監(jiān)測(cè)。通過(guò)浸潤(rùn)線觀測(cè)成果和滲透量監(jiān)測(cè),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)墻體滲透性能存在的問(wèn)題,以便采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn),從而保證墻體的防滲效果和穩(wěn)定性。同時(shí),這些數(shù)據(jù)也可以為工程驗(yàn)收和質(zhì)量評(píng)估提供重要的依據(jù)。

表5 壩基滲壓計(jì)滲透特征值6月監(jiān)測(cè)表

表6 繞壩滲壓觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)表

在大壩壩基監(jiān)測(cè)斷面壩橫0+176.90和0+115.52共布設(shè)8支滲壓計(jì),且左右岸各安裝3個(gè)水位孔用以觀測(cè)岸坡地下水位變化情況,以判斷兩岸帷幕的防滲效果。截至2021年6月30日,壩橫0+176.90監(jiān)測(cè)斷面壩基各測(cè)點(diǎn)(P1-P4)實(shí)測(cè)最大水頭壓力在0.000～0.30 MPa之間,月變化量在0.01 MPa;壩橫0+115.52監(jiān)測(cè)斷面各測(cè)點(diǎn)(P5-P8)實(shí)測(cè)最大水頭壓力在0.001～0.24 MPa之間,月變化量在0.01 MPa。壩基兩監(jiān)測(cè)斷面上各測(cè)點(diǎn)滲壓值及變化量均較小,壩基滲透壓力測(cè)值變化平穩(wěn),壩基滲壓未見(jiàn)異常。赤水市旺隆水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)設(shè)備已完工程量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4;壩基滲壓計(jì)滲透特征值監(jiān)測(cè)見(jiàn)表5;繞壩滲壓觀測(cè)成果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

6 結(jié)語(yǔ)

旺隆水庫(kù)主體工程于2018年8月開工,2020年4月通過(guò)下閘蓄水階段驗(yàn)收,2020年7月蓄水至正常水位442.0 m。自蓄水以來(lái),各項(xiàng)監(jiān)測(cè)儀器完好,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常,蓄水效果較好。經(jīng)過(guò)旺隆水庫(kù)泥巖心墻壩的現(xiàn)場(chǎng)施工和蓄水檢驗(yàn),得出以下結(jié)論:

(1)采用全(強(qiáng))風(fēng)化的中侏羅系中統(tǒng)沙溪廟上亞組(J2s2)紫紅色砂質(zhì)泥巖作為壩體防滲材料是可行的,其質(zhì)量控制指標(biāo)體系科學(xué)合理,經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn),對(duì)類似地質(zhì)工程地區(qū)具有參考作用。

(2)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)確定的碾壓機(jī)具、鋪料厚度、行走速率、震動(dòng)頻率等碾壓參數(shù)科學(xué)、合理。旺隆水庫(kù)工程的施工工藝及施工過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)和方法有效,對(duì)同類工程施工具有一定的參考作用。