淺談四方井水利樞紐工程粘土心墻填筑施工技術(shù)

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

粘土心墻堆石壩填筑施工是粘土心墻工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對大壩施工質(zhì)量和安全運行有決定性的影響。本文以四方井水利樞紐工程主壩粘土心墻填筑為例，從料源控制和壩體填筑兩方面分析填筑料源控制要點和施工技術(shù)。

1 工程概況

四方井水利樞紐工程位于贛江流域袁河支流溫湯河下游，地處宜春市袁州區(qū)湖田鎮(zhèn)坪田村，壩址位于溫湯河與其支流仙鞏水交匯口下游1.6km的斫洲里河谷處，是一座以防洪、供水為主，兼顧發(fā)電等綜合效益的大(2)型水利樞紐工程，工程等別為Ⅱ等。建筑物有：主壩(粘土心墻堆石壩)、副壩(均質(zhì)土壩)、溢洪道、放空洞(與導(dǎo)流洞相結(jié)合)、引水系統(tǒng)(供水和發(fā)電進水口、引水隧洞、壓力鋼管等)、發(fā)電系統(tǒng)(電站主廠房，副廠房、升壓開關(guān)站等)、供水工程(供水管線及其附屬建筑物)等。

水庫正常蓄水位152.00m，死水位125.0m，設(shè)計防洪高水位153.93m，校核洪水位154.38m，水庫容總庫容為1.1861×108m3，電站總裝機容量1500kW，水庫向宜春市年平均日供水量30.9×104t(供水流量為3.58m3/s)。

主壩采用粘土心墻壩堆石壩，壩頂高程為155.80m，壩頂寬度為8.0m。在壩頂上游側(cè)設(shè)防浪墻，墻頂高程157.0m，主壩高51.30m，壩頂總長338.0m。主壩壩體主要分堆石1區(qū)、堆石2區(qū)及粘土心墻，心墻下設(shè)C25混凝土基礎(chǔ)及帷幕灌漿。主壩基礎(chǔ)開挖根據(jù)地質(zhì)情況F2、F8斷層巖體結(jié)構(gòu)較為破碎，許多部位開挖出溶溝溶槽，其分布范圍較廣，經(jīng)設(shè)計對粘土心墻基礎(chǔ)混凝土壓漿板進行優(yōu)化，減少建設(shè)方施工投資，采取隨坡就勢方式進行壓漿板混凝土澆筑，主要從K0+067～K0+254段混凝土壓漿板施工，主要位于F2斷層之間。由于F2斷層低洼區(qū)域施工作業(yè)面限制，無法采取正常機械設(shè)備進行推、平、碾壓。只能采取挖機碾壓、汽車碾及液壓振動板夯實，與邊坡接合部位采用小型工器具，人工配合設(shè)備進行攤鋪碾壓合格，同時受場地限制，粘土運輸車輛無法直達施工作業(yè)面，在該部位施工時采用小型裝載機進行土料運輸?；A(chǔ)混凝土面上層進行填筑時采用薄層填筑，當(dāng)所有基坑填筑至109m高程形成整體面后，按照鋪料厚度為40cm，碾壓遍數(shù)為靜碾2遍+振碾6遍(一進一退為兩遍)，行駛速度控制在2.5±0.2km/h，采用錯距搭接進行施工。

2 工程地質(zhì)評價

(1)F2斷層：位于谷底Ⅰ級階地右側(cè)，與河谷走向近平行，與F1近平行，壓性。斷層寬度2m～8m，隨埋藏加深逐漸變寬，貫穿壩址區(qū)，延伸長。據(jù)4個鉆孔水文地質(zhì)試驗，淺部斷層破碎帶綜合滲透系數(shù)一般為6.05×10-4cm/s～1.01×10-3cm/s，具中等透水性，靠斷層下盤一帶及深部斷層破碎帶巖體多具弱透水性。斷層構(gòu)造帶地下水活動較強烈，沿其附近一帶多發(fā)育有溶洞，但多埋藏淺，其中28.1m之上的溶洞多充填細(xì)砂；24.7m～25.8m段溶洞內(nèi)細(xì)砂具涌砂現(xiàn)象；29.57m～33.91m段溶洞充填中砂，含有泥質(zhì)物及少量徑2cm～3cm的卵石。

(2)F8斷層：位于右側(cè)山坡，位于F7下游約70m處，與F7大致平行，張扭性，將侏羅系中統(tǒng)林山群第二巖組(J2ln2)地層中各巖層錯開，斷層寬度變化較大，北西端寬一般4m左右，南東側(cè)寬可達11m左右。據(jù)鉆孔水文地質(zhì)試驗，斷層破碎帶滲透系數(shù)一般為1.01×10-4cm/s～5.03×10-4cm/s，具中等透水性。

3 填筑料源控制

3.1 料源布置

青山灣土料場位于壩址下游溫湯河右岸的青山灣自然村北東側(cè)約200m，屬丘嶺崗地。可開采面積為13.2×104m2，該料場地面高程一般為110m～153m，坡腳處道路路面高程104m。主要種植茶樹等，局部為旱地，種有花生、芝麻等經(jīng)濟作物，北側(cè)分布一學(xué)校，南側(cè)分布有古墓群，料場內(nèi)亦有少量墳?zāi)狗植?。一般土填筑料儲量?1.68×104m3，可用于粘土心墻的填筑。

3.2 技術(shù)要求

粘土心墻防滲料應(yīng)滿足滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s，用于填筑防滲體的礫石土粒徑大于5mm的顆粒含量不宜超過50%，最大粒徑不宜大于150mm或鋪土厚度的2/3，0.075m以下的顆粒含量不應(yīng)小于15%。

3.3 施工參數(shù)

(1)根據(jù)碾壓試驗初步成果通過復(fù)核試驗，選定26t自行式凸塊振動碾。施工參數(shù)為鋪料厚度為40cm，碾壓遍數(shù)為靜碾2遍+振碾6遍(一進一退為兩遍)，行駛速度控制在2.5±0.2km/h，采用錯距式碾壓方式，錯距寬度為65cm～70cm。

(2)粘土料最優(yōu)含水率約為25.4%，由碾壓試驗結(jié)果顯示，粘土料在含水率為23%～29%時，壓實度均能達到設(shè)計要求的98%及以上，故建議粘土料的填筑含水率控制為-2%～+3%。

3.4 含水量的控制

(1)料場開采之前，在料場周邊布置截水溝，料場內(nèi)部設(shè)置井字型小排水溝，防止場外水進入料場，并把天然雨水及料源自身脫出的水及時排出場外，推除覆蓋后土場表面平整無積水，避免外來水沖刷、浸泡土料。

(2)料場的天然土料含水率偏高時，在上壩之前必須對其進行調(diào)整，采用翻曬脫水處理，使土料達到壓實最優(yōu)含水量要求；采用翻曬法時要做好全面規(guī)劃、分區(qū)分層翻曬、取土，以做到連續(xù)均衡生產(chǎn)。經(jīng)翻曬好的土料采用堆“土牛”的方式備料，“土?！钡男螤畛叽绨词苡昝娣e與土方之比最小，且保持場內(nèi)排水暢通，取土方便等因素確定，翻曬好的料表面整平壓光，苫蓋嚴(yán)實，以便于隨時開采上壩。

(3)針對土料場內(nèi)開采的含水率偏低的土料需進行含水率調(diào)整，調(diào)整含水率采用反鏟翻拌配合人工加水，調(diào)整后的土料需及時用彩條布覆蓋，放置24h經(jīng)檢測合格后上壩。

(4)土料的天然含水量接近最優(yōu)含水量時，可以直接開采上壩。

4 粘土心墻土料填筑

4.1 基礎(chǔ)面驗收

按照施工圖紙完成壩基開挖和缺陷處理后，測量人員進行斷面測量，并繪制基礎(chǔ)平面圖、縱橫剖面圖，作為壩體填筑依據(jù)。壩體填筑部位的全部基礎(chǔ)處理只有經(jīng)驗收合格后，才能開始壩體填筑。壩體心墻填筑前，與心墻基巖或混凝土和噴混凝土層表面，先清除混凝土表面乳皮、粉塵及其它附雜物，并采用高壓水泵清洗干凈，涂刷一層厚3mm～5mm的濃粘土漿，泥漿土與水量比宜為1∶2.5～1∶3，并通過試驗確定。

4.2 土料攤鋪碾壓

(1)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，F(xiàn)2斷層基坑工作面空間狹小，自卸車運輸無法掉頭，采用LG30裝載機端料至工作面，人工配合挖機PC220進行散料，第一層鋪筑厚度10cm，挖機履帶進行碾壓或者汽車碾；第二層及以后層鋪筑厚度為20cm，采用液壓振動板進行夯實，邊角配合人工攤鋪用手扶式?jīng)_擊夯進行夯實。當(dāng)所有基坑填筑至109m高程形成整體面后，進料的25t汽車在剛攤鋪開的松土層上行駛，填筑采用平行壩軸線進占法鋪料，SD32推土機散料，YZK26凸塊振動碾順壩軸線方向進退錯距法碾壓，心墻鋪筑40cm，其壓實標(biāo)準(zhǔn)滿足施工圖紙要求(壓實30cm)，填土含水量按設(shè)計規(guī)定的施工含水量控制。

(2)防滲土料填筑前，與心墻基巖或混凝土和噴混凝土層表面，先清除巖面或混凝土表面的松散物或污物，涂刷一層厚3mm～5mm的濃粘土漿或水泥粘土漿，漿液未干時就鋪填一層接觸粘土。接觸粘土的含水量高于最優(yōu)含水量2%左右。從第二層防滲土料鋪料開始，先鋪兩岸接觸粘土，再鋪同層防滲土料。粘土施工中嚴(yán)格按產(chǎn)量控制夯實時間。粘土鋪土前，必須在鋪土部位先刷濃泥漿，鋪土?xí)r遵循原則：填土?xí)r，必須及時壓實，不讓松土過夜或淋雨。

(3)心墻粘土和反濾層之間通過每層的測量放線來控制填筑界限。填筑時必須首先保證粘土心墻的填筑斷面尺寸。

(4)心墻的每一填筑層按規(guī)定參數(shù)施工完畢，檢查合格后才能繼續(xù)鋪筑上一層。已碾壓合格的心墻壩面根據(jù)天氣、氣溫條件，采用10t灑水車高壓霧狀補水，以使土料的含水量保持最佳狀態(tài)。在鋪設(shè)上一層土料之前，對壓實土層進行必要的處理，包括含水量調(diào)節(jié)和被車輛壓成光面的區(qū)域刨毛。

(5)為保證心墻碾壓時其表面被凸塊振動碾翻松的半壓實層得到良好的壓實，采取如下措施：在土料碾壓試驗時，就對翻松土層厚度進行測試統(tǒng)計，并計入上層鋪料厚度內(nèi)。在心墻填筑時，以測量方法嚴(yán)格控制鋪料厚度，在碾壓合格的壩面，定點測量合格層的頂高程，即凸塊振動碾的蹄底高程(不包括翻松層)，鋪設(shè)上層松料之后，又定點測量上層新鋪松土頂高程，兩次測量的高程差即為新鋪松土層厚度，其值應(yīng)滿足施工參數(shù)要求。

(6)壓實土體不應(yīng)出現(xiàn)漏壓虛土層、干松土、彈簧土、剪力破壞和光面等不良現(xiàn)象。

(7)當(dāng)用自卸汽車卸料時，采用進占法卸料；壓實機械及其他重型機械在已壓實土層上行駛時，不宜來往同走一轍；汽車上壩時經(jīng)常變更進入防滲體的路口，減少重復(fù)碾壓遍數(shù)。特別是汽車經(jīng)常進入防滲體的道路，容易出現(xiàn)剪力破壞現(xiàn)象，在變更路口時認(rèn)真仔細(xì)檢查，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)徹底清除，重新回填。

填筑順序：卸料→攤鋪→碾壓→檢測→層面灑水→刨毛等工序流水作業(yè)。粘土與上下游反濾料平起施工，騎縫碾壓。

圖1 粘土心墻填筑示意

4.3 厚度控制

心墻鋪土前測量放出控制邊線，按30m遠(yuǎn)立一根標(biāo)桿，給推土機司機以開闊的視野和明顯的目標(biāo)，尤其是夜晚操作。心墻黏土與反濾層采用雙料攤鋪器進行土砂平起填筑，鋪土完成后，以人工對心墻料和反濾料結(jié)合邊線進行修整，收齊邊線，清理污染物料，碾壓時采用騎縫碾壓。

4.4 搭接

相鄰兩段交接帶碾壓時，其碾跡互相搭接，垂直碾壓方向(橫縫)搭接寬度不小于0.3m～0.5m；順碾壓方向(縱縫)搭接寬度為1.0m～1.5m。

心墻的每一填土層按規(guī)定參數(shù)施工完畢，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查合格后才能繼續(xù)鋪筑上一層。在繼續(xù)鋪筑上層新土之前，必要時按監(jiān)理工程師指示對其表面灑水濕潤，保持含水率在控制范圍內(nèi)。如需長時間停工，則鋪設(shè)保護層，復(fù)工時予以清除，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后，方可恢復(fù)填筑。

4.5 施工注意事項

4.5.1 汽車跨越心墻措施

采用20mm厚，寬為6m，長為1.2m的厚鋼板，表面焊接(橫向)防滑鋼筋，鋪放于心墻土料表面，作為汽車跨越心墻的道路。

必要時可以配合道路口分層錯位的辦法，汽車直接在鋼板上過心墻，確保土料層不造成剪切破壞。

注意收集心墻遭剪切破壞的時間間隔，以此為據(jù)，當(dāng)汽車在心墻碾壓而造成剪切破壞的時間到來之前進行路口的更換，防患于未然。

4.5.2 雨季施工措施

主壩填筑面始終保持心墻軸線突起向上下游以1%～2%的橫坡排泄雨水。

要根據(jù)天氣預(yù)報和實際天氣變化采取及時的措施：在中、大雨來臨之前迅速將壩面采用振動平碾(不激振)壓成光面，并鋪設(shè)彩條布覆蓋，防止雨水下滲。

壩面作業(yè)區(qū)的所有施工機具必須在雨前撤出心墻區(qū)，下雨到復(fù)工前，嚴(yán)禁機械、人員進入心墻區(qū)。

雨后心墻作業(yè)面上的局部積水應(yīng)以人工排除，對未經(jīng)壓實的表土檢測其含水率，并采取翻松晾曬或清除處理

4.5.3 與心墻蓋重混凝土板的接觸處理

心墻上下游兩側(cè)碾壓時，由于振動碾的外框架限制，有30cm左右的空擋，振動碾不可能碾壓到邊，采用沖擊夯等小型機具予以補夯。沖擊夯的夯擊功能為30cm，超過30cm以上的深度，可采用分層沖擊。

心墻蓋重混凝土表面上填土碾壓，必須待混凝土表面以上的填筑厚度達到0.8m左右時，振動碾才可上到心墻上進行正常施工，這是基于振動碾錯距碾壓，當(dāng)蓋重板上填土太薄，又在偏心受振動碾壓情況，混凝土可能受到損壞，尤其接縫間的止水片。

4.5.4 與岸坡的接觸處理

碾壓是平行壩軸線進行的，當(dāng)碾壓到岸坡時，可能會遇到凸岸坡或凹岸坡，加之振動碾框架前端抵觸邊坡巖石，而留下較大的空當(dāng)無法碾壓。在岸坡1m～2m范圍內(nèi)改變振動碾的行進方向，使其順著岸坡邊線碾壓，剩下振動碾框架影響的局部部位，采用小型夯機補缺。

5 施工結(jié)論

粘土心墻土石壩填筑質(zhì)量控制的關(guān)鍵是嚴(yán)格控制施工工藝，確保施工質(zhì)量及施工安全問題。所以從施工準(zhǔn)備階段就應(yīng)通過土料復(fù)查、碾壓試驗合理確定和優(yōu)化施工參數(shù)，在施工過程中嚴(yán)格按碾壓試驗提供的參數(shù)進行施工。主壩填筑施工工序復(fù)雜，要做好各個工序的銜接與協(xié)調(diào)，從而提高施工工效，降低施工成本。