前坪水庫黏土心墻填筑質量控制技術措施

謝俊國，左鵬杰，李林林

（河南省水利第一工程局，450016，鄭州）

前坪水庫大壩為黏土心墻砂（卵）礫石壩，長 818 m，高 90.3 m，壩底寬430 m， 壩頂寬10 m， 挖方量約300 萬 m3，填方量約 1 300 萬 m3，其中黏土心墻填筑約190 萬m3。合同總工期43 個月。 工程特點包括填筑量大、填筑強度高、受天氣影響大、受度汛節(jié)點制約、 料源儲料指標變化多、設計指標要求高等。黏土心墻底寬57.8 m，頂寬 4.0 m，頂部高程 422.6 m，心墻上下游坡比1∶0.3，左右岸坡段坡比為1∶0.4，心墻上、下游側填筑反濾料，分別為粗砂反濾料厚2 m、 小于50 mm 級配料上游側2 m（下游側3 m）。心墻底部與壩基砂卵礫石層填筑兩層反濾料，其中防滲墻上游側兩層反濾料厚度均為0.5 m，防滲墻下游側兩層反濾料厚度均為1.0 m。 黏土心墻、 高塑性土設計壓實度為100%，壓實干密度及填筑含水率根據(jù)現(xiàn)場碾壓試驗確定， 并最終以壓實度指標控制。 黏土的填筑含水率范圍按最優(yōu)含水率-2%～+3%標準控制，高塑性土的填筑含水率范圍按最優(yōu)含水率+1%～+3%標準控制。 黏土心墻滲透系數(shù)不大于1×10-5cm/s，有機質含量不大于2%，水溶鹽含量不大于3%； 黏土心墻分區(qū)填筑碾壓時彼此搭接， 垂直碾壓方向搭接帶寬度應不小于0.3～0.5 m， 順碾壓方向搭接帶寬度應為1～1.5 m。 黏土心墻填筑要從源頭、工序、檢測上下功夫，抓落實。

一、料場復勘

前坪水庫大壩工程黏土料區(qū)鴨蘭溝儲料場占地面積 288 畝（1 畝=1/15hm2），呈階地布置，高程 360～408m，表層為厚 0.3～0.5 m 耕植土， 土料巖性主要為重粉質壤土夾粉質黏土，一般呈褐黃色，稍濕，具塊狀結構，見針狀孔隙，含少量鐵錳質、鈣質結核，多呈硬塑或堅硬狀態(tài)，壤土的天然含水率略高于最優(yōu)含水率。地勘報告顯示黏土料區(qū)儲料深度5～15 m， 為了準確勘察土料儲備及土料的各項技術指標， 根據(jù)階地大小及高程分布情況，按照每個區(qū)域面積6 000 m2的原則進行劃區(qū)編號，在每一區(qū)域中間位置布設探孔，采用直徑300 mm 的打井鉆機進行勘探， 每個探孔用GPS采集坐標及高程，統(tǒng)一編號，標注所屬區(qū)域。鉆機掏孔時由上至下每間隔2 m 取一次土樣標本，標本統(tǒng)一編號，底部鉆至砂卵石層為止，記錄鉆孔總深度。

鉆探結束后，將土樣送至有檢測資質的單位進行化驗。 主要檢測指標包括最大干密度、最優(yōu)含水量、有機質含量、 黏粒含量、 含堿量指標等。 根據(jù)檢測報告進行結果分析，繪制黏土最大干密度和最優(yōu)含水率柱狀圖，規(guī)劃開采方案，按照擊實結果劃定不同開采區(qū)域， 估算可用土料儲量。

二、碾壓試驗

根據(jù)黏土料場復勘結果，按照開采規(guī)劃方案，由上至下對土料采用立采混裝方法進行梯級開挖， 梯度3～5 m。在土料區(qū)清除覆蓋層并平整場地，劃定寬10 m、長25 m 的碾壓試驗區(qū)域，試驗基面采用26 t 光面碾碾壓，靜壓2 遍，動壓 10 遍。 碾壓后用白灰線劃定碾壓區(qū)域邊界線，檢測土料天然含水率， 控制在最優(yōu)含水率-2%～+3%范圍內，后退法鋪料，山推220 型推土機推平，人工整平，虛鋪厚度按照30 cm、35 cm、40 cm 控制，鋪筑前后使用GPS 測量控制布點位置，用水準儀測量高程。 使用20 t 凸塊碾并采用退錯距法碾壓，靜壓 2 遍，動壓 4 遍、6遍、8 遍、10 遍。 測量沉降觀測點點距1.5 m，環(huán)刀法取樣，取點位于土層厚度的下1/3 處。

由于黏土填筑量大，最高日強度2 萬m3， 為充分利用現(xiàn)有碾壓設備，使用組合碾壓法進行碾壓試驗。 碾壓參數(shù)及試驗結果如下：

20 t 凸塊振動碾靜壓 2 遍， 動壓8 遍；組合碾壓法：光面26 t 振動碾靜壓 2 遍，動壓 4 遍，20 t 振動碾動壓 6遍。 采取這種碾壓方法，土料天然含水率在最優(yōu)含水率-2%～+3%范圍內能夠達到設計要求的壓實度100%。

碾壓試驗中的土料最大干容重與最優(yōu)含水率也不同，需要及時取樣做擊實試驗，進行碾壓試驗后調整碾壓參數(shù)。

三、現(xiàn)場控制

1.測量記錄

根據(jù)施工圖紙中的壩體結構尺寸，測量人員在黏土填筑前用GPS 對填筑邊線進行測量放線， 撒白灰線，采集放線數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)的同時校核結果是否正確， 若有錯誤需及時改正；填筑前后對黏土鋪土厚度進行定點測量，每間隔10 m 設一條斷面，每條斷面上測點間距8 m， 填寫測量記錄表，顯示虛鋪厚度，虛鋪厚度控制在30～35 cm，監(jiān)理對測量記錄進行抽查復核。

2.土料清理

土料場在開采土料前使用山推220 型推土機對腐殖土進行清除，清除厚度不小于50 cm， 清除后的腐殖土可提高苗木存活率，有利于壩后景觀工程使用。 應及時清除料區(qū)內雜物， 含有鈣質結核的土料應剔除結核， 做到上壩土料外觀干凈整潔，運輸至壩面上的土料，應安排人員挑揀雜物并集中裝袋運至壩外。

3.作業(yè)分區(qū)

壩體黏土心墻總體劃分6 個作業(yè)區(qū)， 每個作業(yè)區(qū)長 100～120 m,設3 個作業(yè)班組， 每班組負責 2 個相鄰作業(yè)區(qū)。 黏土心墻上游側每間隔50 m 設一個跨越反濾料的道路，道路使用鋼板鋪設。 黏土鋪設前對前一層驗收合格的黏土面灑水濕潤，黏土采取進占法施工，推土機推平，鋪土厚度35 cm。 鋪土厚度采用10 mm 圓鋼加工并使用帶有刻度標識的鋼釬檢測，鋼釬刻度分30 cm、35 cm、40 cm 標識，派發(fā)給現(xiàn)場施工質檢人員進行跟蹤檢測并指揮推土機人員控制推土厚度。 土料鋪設完成后，測量人員需進行定點檢測。為保證黏土面平整度， 最后用平地機二次找平。

4.控制土料含水率

土料含水率的控制很重要。 根據(jù)開采區(qū)域內土料擊實結果和最優(yōu)含水率結果，在土場進行預判。 根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，黏土觀感松散，一般距離地面 1.0～1.5 m， 手抓成團，落地為散、不沾手，這樣的土料含水率接近最優(yōu)含水率（-2%～+3%），碾壓能達到壓實標準；若手抓沾手，能捏成團，那么含水率偏高，一般在25%左右， 需要犁耙翻曬降低土料含水量。 降低含水量有兩種辦法，一是在工作面上分區(qū)上土，交替犁耙翻曬，交替碾壓； 二是在土料區(qū)對土料進行犁耙翻曬， 含水量經(jīng)檢測合格后用攏堆堆成土牛， 土牛要碾壓并封面， 遇見天氣變化及時用塑料布覆蓋保護。

5.黏土碾壓

項目部有7 臺26 t 光面振動碾，4 臺20 t 凸塊碾， 砂卵礫石碾壓使用26 t 光面振動碾， 在確保施工質量的前提下加快施工進度。 黏土碾壓采用兩種方式進行：凸塊碾壓、凸塊碾與光面碾組合碾壓。 兩種方式均進行了碾壓試驗， 結果達到壓實度設計標準100%。 施工要點：碾壓設備速度不超過1.5 km/h，行進擋位設置限位裝置；碾壓采取進退錯距法，遍數(shù)按照碾壓試驗結果進行； 碾壓搭接長度在垂直于行駛方向上不小于0.3 m，在順沿行駛方向上不小于1.5 m， 搭接時要確保搭接處碾壓質量。碾壓效果觀感達到：凸塊痕跡清晰，深度3～5 cm，凸塊面部光澤，凸塊之間凸出部位完整不松散， 這樣預判結果能夠達到設計要求。 若出現(xiàn)凸塊碾壓痕跡模糊、 表面松散或呈彈簧現(xiàn)象，可判斷土料含水量超標，需要進行返工補水或翻曬。

6.碾壓取樣

碾壓結果是否合格，全部依靠取樣數(shù)據(jù)，碾壓結束后試驗人員進行環(huán)刀法取樣， 取樣部位在層厚1/3 的底部處，能夠檢驗底部是否合格及層間接合是否密實。 取樣位置及數(shù)量按照規(guī)范進行，若出現(xiàn)不合格點，根據(jù)不合格原因進行補壓或挖除處理。 因填筑強度大，為縮短檢測時間，現(xiàn)場配備流動檢測試驗車，試驗設備配備齊全，試驗人員24 小時值班，現(xiàn)場取樣稱重并確定含水量，監(jiān)理及第三方見證取樣及檢測過程。 取樣監(jiān)督重點：量測樣坑深度， 確保在層厚下部1/3處。 初判經(jīng)驗：碾壓面松散、洋鎬刨坑輕松不費勁，可以判斷不合格；觀感密實發(fā)亮，凸塊痕跡完整，洋鎬刨坑困難，可以判斷合格。

7.黏土保護

黏土填筑成品保護關系到施工進度，為了雨后快速恢復施工，采取有效施工措施。 根據(jù)天氣變化情況可提前停止黏土面填筑施工， 進行黏土面封面。 使用光面碾碾壓利于排水，黏土表面覆蓋塑料布，雨后及時清除積水， 并對局部浸泡部位進行挖除換填處理。 若遇來不及覆蓋的情況， 天晴后要及時清除局部積水，采取犁耙翻曬，局部挖除換填處理； 對于沒有碾壓封面突降雨水情況， 天晴后把填筑浸泡層挖除以縮短誤工時間。 面對冬季降雪，雪停后及時用推土機、 平地機刮除積雪以確保黏土面不被融雪浸泡。 冬季氣溫達到-5℃時應采取保溫措施，選擇溫度回升時段，即10—17 時進行黏土填筑， 晚上采取覆蓋塑料布和保溫棉被的方法， 或者不碾壓黏土保護層， 待溫度回升霜凍融化后再進行碾壓施工。

8.道路設置

黏土填筑工程量大，填筑分區(qū)多， 跨越黏土心墻道路布置及處理方式很關鍵， 滿足交通需要的同時不能破壞成品黏土心墻。 方案一： 采取預制 2 m×2 m×0.2 m規(guī)格 C20 混凝土預制塊，鋪設道路寬8 m，缺點為道路鋪裝、拆除、移位、更新難度大、速度慢；方案二：采用天然砂卵礫石料鋪筑， 厚度不小于1.0 m，鋪筑速度快、拆除方便、材料可以二次利用。 實踐經(jīng)驗證明： 道路采取方案二較為合理，道路較黏土高差 2.0 m 更換一次道路位置， 黏土縱向坡比不小于 1∶3，更換后的道路平面位置不小于 20 m。