礫石土心墻堆石壩接觸性黏土施工技術

趙 倫

(中國水利水電第十二工程局有限公司，杭州 310004)

1 概 況

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上，電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段。

擋水建筑物為礫石土心墻堆石壩，壩頂高程2875.00m，河床部位心墻底高程2581.00m，基底設1m厚混凝土基座，最大壩高295.00m，壩頂寬度16.00m。上游壩坡坡比1∶2.0，下游壩坡坡比1∶1.9。擋水大壩壩體共分為防滲體、反濾層、過渡層和壩殼四大區(qū)。

大壩心墻礫石土設計填筑量441.14萬m3，接觸性黏土17.96萬m3。礫石土料分別由上游亞中料場、蘋果園料場、瓜里料場、普巴絨料場及下游西地料場供應，接觸性黏土由西地料場和亞中土料場供應。

2 接觸性黏土技術要求

接觸性黏土的顆粒級配應符合下列規(guī)定：

1)最大粒徑≤40mm；<5mm的顆粒含量應>90%；<0.075mm的顆粒含量應>75%；<0.005mm的顆粒含量應>24%。

2)塑性指數應>14。

3)滲透系數應<1×10-6cm/s，抗?jié)B透變形的允許坡降應>12。

4)水溶鹽含量應≤1.5%；有機質含量應≤1%。

5)在河床基礎蓋板上的接觸性黏土料壓實度按>98%控制；兩岸接觸性黏土EL.2640.00m以下、EL.2845.00m以上壓實度為94%-103%；接觸性黏土EL.2640.00m-2845.00m之間壓實度為94%-100%(采用普氏604kJ/m3擊實功)。

6)含水率應為Wop+0.5%≤W≤Wop+3.5%。

3 接觸性黏土施工技術

3.1 泥漿制備及噴刷

接觸性黏土料填筑前需在與其接觸的混凝土蓋板表面提前(提前時間根據日照情況制定)噴涂一層3-5mm厚的泥漿，以利壩體與基礎之間的結合，避免形成滲漏通道，其施工程序為：泡土(7天以上)→配漿→刷漿(噴涂前清理混凝土基礎面、灑水濕潤)→厚度檢測→鋪土[1]。具體施工方法如下：

1)泡土：

制備泥漿的土料為西地土料場的接觸性黏土，為保證泥漿的涂刷質量，在泥漿涂刷前需將土料提前浸泡，浸泡時間至少為7d。泡土過程中，每天用反鏟攪拌翻料兩次，攪拌過程中將摻雜的石塊及其他雜物清除干凈，攪拌后確保土料得到充分的浸泡濕潤，并使土塊瓦解。當發(fā)現泥漿池中水量不足時要及時補水，始終保持池內水淹沒土料。同時，待河床基礎面噴刷完成后，將泥漿池回填，后續(xù)填筑過程中岸坡側泥漿噴刷需求量小，擬采用鋼板焊制兩個1.5m×1.5m×1m的泡土箱即可滿足供料要求及規(guī)范化施工。

2)配漿：

取泡好的泥漿土放至便攜式泥漿桶(鐵皮油桶)，并加水機械攪拌配制滿足要求的泥漿，配置的泥漿濃度每次均由試驗人員采用比重稱檢測合格后方可使用，涂層厚度3-5mm；便攜式泥漿桶采用現場小型工程車輛運輸至泥漿噴涂現場。通過試驗確定機械噴涂漿液比重為1.53，噴涂5遍至設計厚度。人工涂刷漿液比重為1.8，涂刷3遍至設計厚度[2]。

3)噴涂涂刷、厚度檢測、鋪土：

泥漿噴涂涂刷前，對混凝土表面的乳皮、粉塵、砂漿、油污等應予以清除，并用高壓鼓風機吹掃干凈，灑水潮濕。接觸性黏土施工時，應采取邊涂刷邊鋪土的方式，泥漿噴涂涂刷高度應高出鋪土厚度3-5cm，并應與下部涂層銜接，不得在泥漿干涸后鋪土和壓實，接觸性黏土回填后應及時壓實(涂刷泥漿宜在準備填筑下一層黏土前制作完成，黏土噴涂涂刷后干涸時間根據日照情況約為10min-30min)。泥漿噴涂涂刷厚度采用鋼尺插入涂刷好的泥漿層內進行泥漿厚度檢測。

噴涂工藝流程為：泥漿制備→配漿潤管→注漿→試噴→噴涂至設計厚度，該工藝設備安裝簡便、快捷，操作方便，施工效率高、質量效果好。

涂刷工藝流程為：泥漿制備→配漿→涂刷至設計厚度，該工藝操作簡便，質量效果好，利于現場工人施工。

3.2 鋪料

接觸性黏土填筑前，在混凝土蓋板表面噴涂一層濃泥漿，邊噴涂、邊鋪料、邊壓實(需提前噴涂一層3-5mm厚泥漿，在干涸之前必須使用黏土覆蓋)。

1)河床水平段鋪料：

接觸性黏土由自卸汽車運料至現場在填筑工作面的前沿(離端點0.5-1m處)卸料，采用進占法沿壩軸線方向卸料，然后采用推土機及小型反鏟鋪料和平料，鋪料厚度30cm，倉面平整度要求基本平整，層厚不超過設計鋪料厚度，并用測量網格控制。

2)兩岸岸坡鋪料：

接觸性黏土由自卸汽車運料至現場在摻礫石土料填筑工作面的前沿(離端點離端點0.5-1m處)卸料，采用進占法沿壩軸線方向卸料，然后采用小型反鏟輔以人工鋪料和平料，鋪料時由混凝土接觸部位往外鋪，鋪料厚度30cm，倉面平整度要求基本平整，層厚不超過設計鋪料厚度，并用測量網格控制。

3.3 厚度檢測

厚度檢測主要采用在填筑面建立測量控制網格，測量網格按5×4m控制(測點坐標相對固定)，利用GPS快速移動測量技術，分別在鋪料后和碾壓后測量其高程，推算其厚度，如厚度不滿足要求，應及時處理合格后，方可進行下道工序施工。

心墻底部基礎面鋪筑時采用大壩數字化監(jiān)控系統對填筑層厚進行監(jiān)控，即采用安裝在推土機或平地機上的GPS對填筑厚度隨時進行監(jiān)控、報警，根據監(jiān)控情況及時糾偏，確保填筑層厚控制在規(guī)范允許范圍內。

3.4 碾壓

1)河床水平段碾壓：

河床底部1m厚接觸性黏土料選取含水率在Wop+0.5%≤W≤Wop+2.0范圍內的天然含水狀態(tài)黏土，壓實度控下不控上，采用進占法鋪料30cm，推土機平倉，采用自行振動18t平碾多機聯動單機循環(huán)搭接法碾壓，靜碾8遍。

2)岸坡接觸部位碾壓：

岸坡接觸黏土采用自行振動18t平碾順壩軸線方向碾壓?？拷镀?0cm范圍，采用汽胎碾壓實。碾壓遍數：靜壓8遍、行走速度控制在2.5±0.5km/h內，含水率控制在WOP+0.5%-WOP+3.5%范圍。

3)儀器周邊碾壓：

儀器周邊碾壓：監(jiān)測儀器周邊1m范圍采用0.5t雙鋼平碾振動碾、BS500沖擊夯碾壓密實，嚴禁無振碾壓、欠碾和漏碾[3]。

4 質量檢測

質量檢測采取環(huán)刀法抽樣檢測為主，并充分利用數字化大壩質量監(jiān)控系統，做好壩體實體質量監(jiān)控為輔，檢測與監(jiān)控并行的“雙控”措施。

4.1 接觸性黏土填筑前質量檢測

接觸黏土料填筑質量檢測主要為壓實度、滲透系數和抗?jié)B透變形的允許坡降。其檢測方法依據DL/T5355-2006《水電水利工程土工試驗規(guī)程》。左、右兩岸接觸黏土每層各取2組試樣測定干密度、含水率，每填筑1m取2組試樣測定顆粒級配、界限含水率試驗，每填筑20m取原狀樣垂直、水平向滲透試驗各2組，每填筑40m進行2組原位滲透試驗、2組飽固快直剪試驗、中三軸試驗CD、CU、UU剪各1組。

4.2 含水量調整

在繼續(xù)鋪筑上層新土之前，采用人工對壓實層表面殘留的、翻松的半壓實土層進行補水處理，補水量根據表層含水率檢測確定，灑水采用高壓灑水車霧狀灑水，避免形成土層間結合不良的現象。

填筑時要嚴格控制心墻料的含水率在允許的范圍以內(接觸性黏土含水率控制在WOP+0.5%-WOP+3.5%)。

5 結合面及接縫處理

5.1 結合面處理

接觸性黏土與蓋板結合部位在填筑前，采用人工對混凝土板表面裂縫、乳皮等缺陷進行處理，并經三檢人員驗收合格后，輔助工人在其表面噴涂一層厚3-5mm的濃泥漿，以利壩體與基礎之間的結合，避免形成滲漏通道。泥漿噴涂高度應高出鋪土厚度3-5cm(防止泥漿涂刷高度不夠)，并邊涂刷、邊鋪土覆蓋，以利土料與基礎面之間的結合，嚴禁泥漿干涸后再鋪土覆蓋。噴涂的泥漿還要注意與下一層相接不得中斷。濃黏土漿采用接觸黏土與水侵泡、攪拌制備。

與反濾料接觸部位的接觸性黏土施工方法：碾壓時對反濾料部位靠近分界≥50cm土料范圍內也進行相應的碾壓，碾壓遍數同接觸性黏土，碾壓方向應平行于界面，防止心墻土料和反濾料發(fā)生相互污染[4]。

5.2 接縫處理

若由于施工需要進行分區(qū)填筑時，橫向接縫采用臺階法接縫，留設臺階寬度1m，其橫向接縫坡度不得陡于1∶3。接觸性黏土內不應留有縱向(順水流方向)接縫。在接合的坡面上，應配合填筑的上升速度，將表面松土鏟除至已壓實合格的土層為止。坡面須經刨毛處理，并使含水量控制在規(guī)定的范圍內，然后才能繼續(xù)鋪填新土進行壓實。

6 填筑面保護

由于冬季寒冷出現負溫(極端溫度-15.4℃)、雨季降雨小區(qū)域氣候明顯或其它原因導致接觸性黏土填筑將出現間斷施工，因此在間斷施工期間和填筑前期間均應做好接觸性黏土保護，結合類似工程經驗，接觸性黏土施工保護措施如下：

1)冬季負溫期間保護：由于冬季出現負溫引起的短時間停工，采取表面覆蓋保溫材料保護，恢復施工前予以清除。遇有寒流等特殊天氣需長時間停工時，表面采取覆蓋一層厚30cm的天然黏土保護，恢復施工前清除干凈，并經三檢人員驗收合格后方可恢復填筑。

2)雨季降雨期間保護：由于雨季降雨引起的停工，采用表面覆蓋防水雨布保護，恢復施工前予以清除，并對接觸性黏土內積水采用水泵或人工舀水等進行處理，然后檢測接觸性黏土含水率，并經三檢人員驗收合格后方可恢復填筑。

3)其它原因間斷保護：由于其它原因引起的壩面間斷施工，其保護措施視具體情況，可采取覆蓋防水雨布、保溫材料、天然黏土、壓成光面等保護措施。

4)接觸性黏土正常施工期間采取覆蓋塑料薄膜，起到對接觸性黏土保濕和防止污染的作用。

7 特殊季節(jié)接觸性黏土的施工

7.1 雨季施工措施

根據氣象資料分析，雨季施工主要集中在5-10月，其它月份有少量降雨>土料停工標準。土料停工標準：日降雨量<5.0mm照常施工；5-10mm雨日停工；10-30mm雨日停工，雨后停工0.5d；≥30mm雨日停工，雨后停工1d。由于接觸性黏土細料含量高對雨水敏感，規(guī)范制定的標準適用性低。

接觸性黏土雨季施工措施如下：

1)密切關注天氣預報，與氣象部門合作采用氣象雷達實時監(jiān)測降雨情況。當預報有降雨時提前做好施工應對措施準備，做好材料和設備的提前準備；雨季施工接觸性黏土含水量按最優(yōu)含水率的中間值下限控制。

2)雨季接觸性黏土前期上下游較長時采取填筑面形成“龜背狀”，以利于雨季的排水；上下游較短時采取單向坡設置，下游高于上游，坡比控制在1%-2%左右。

3)接觸性黏土雨季施工應快速作業(yè)，縮短流水作業(yè)時間，鋪筑應及時、平整，鋪筑完成后采用18t平碾快速壓實。

4)雨季接觸性黏土填筑前應檢測土料含水率，含水率合格的土料才能上壩。

5)雨停后應及時排除接觸性黏土區(qū)積水。對表面被雨水浸泡過的土料應及時清理干凈，對含水量影響不是很大的土料進行翻曬。

6)下雨停工時禁止一切設備進入接觸性黏土區(qū)。做好下雨至復工前壩面保護，施工機械和人員不得穿越接觸性黏土。

7)恢復填筑前應對接觸性黏土含水率進行檢測，含水率合格后方可復工。

8)雨前接觸性黏土碾壓過，恢復填筑前需重新對壓實度檢測或進行補碾后重新檢驗。

9)接觸性黏土與摻礫石土料、兩側反濾料平起施工，以利于積水排放，對被污染反濾料清理干凈。

10)雨季應提前儲備好防雨布、抽排水設備、輔助工人。

7.2 冬季施工措施

根據壩址區(qū)最近四年實測氣象資料分析，冬季氣溫<0℃時段主要發(fā)生在11月-次年2月，出現負溫時間段一般為晚23∶00-次日10∶00。其余月份有少量夜間出現負溫天氣，接觸性黏土冬季施工按照淺凍期和深凍期制定措施如下：

1)淺凍期：

開始∶未來區(qū)域內10-15d氣象預報氣溫變化趨勢不斷下降，同時短期最低氣溫連續(xù)5d及以上出現負溫，并松土覆蓋表層開始發(fā)生連續(xù)3d及以上凍結。

結束∶未來區(qū)域內10-15d氣象預報氣溫變化趨勢不斷上升，同時短期最低氣溫連續(xù)5d及以上出現正溫，并無覆蓋條件下松鋪土料連續(xù)3d及以上未發(fā)生凍結。

措施：接觸性黏土采用單層土工膜(三布兩膜)覆蓋措施，負溫期間采用RC4監(jiān)測儀器對土溫連續(xù)監(jiān)測，若受凍則在正溫期間將受凍土料挖除。

2)深凍期：

開始∶當日最低氣溫連續(xù)3d及以上低于-3℃，且無覆蓋條件下松鋪土料凍結深度> 4cm、且連續(xù)出現3d。

結束∶當日最低氣溫連續(xù)3d及以上高于-3℃，且無覆蓋條件下松鋪土料凍結深度<4cm、且連續(xù)出現3d。

措施：接觸性黏土采用雙層土工膜(三布兩膜)覆蓋措施，負溫期間采用RC4監(jiān)測儀器對土溫連續(xù)監(jiān)測，若受凍則在正溫期間將受凍土料挖除。

3)加強現場施工管理，集中施工設備，搞好流水作業(yè)，做到快鋪、快壓、快檢；確保接觸性黏土溫下降到0℃之前覆蓋新鮮土層。

4)下雪后，層面積雪影響接觸性黏的壓實干容重，鋪土前必須清掃，施工過程中少量的降雪對填土質量影響較小，可忽略不計。填土中不得夾有冰雪、凍塊。如因下雪停工，復工前應清理壩面積雪，檢查合格后方可復工。

8 結 語

該施工技術已成功應用在兩河口水電站接觸性黏土施工中，已填筑的接觸性黏土的壓實度、含水率、滲透系數等技術指標均符合設計和規(guī)范要求，保障了大壩黏土填筑的質量和進度。兩河口水電站目前已完成兩期蓄水，蓄水后滲透量極小，間接證明了接觸性黏土施工技術的成熟。接觸性黏土施工技術可以廣泛應用于其他水利、道路、房建等具有防滲、協調變形作用的黏土施工中。值得在國內外類似工程中推廣應用。