水電站圍堰工程粘土心墻防滲施工技術的探討

田穩軍

（新疆匯通水利電力工程建設有限公司 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概述

新疆某水電站位于阿拉泰地區哈巴河縣境內，是額爾齊斯河一級支流——哈巴河規劃修建的第三座梯級水電站，水電站距離哈巴河縣城約40km。距離阿勒泰市約165km。正常蓄水位680m，水電站總庫容為3.2億m3，庫區調節性的庫容為0.85億m3，工程發電裝機180MW，設計多年平均發電容量共計5.35億kW·h。根據氣象站資料，該區域年平均氣溫3.3℃，七月平均氣溫為16.1℃，極端最高氣溫32℃，一月平均氣溫-12.2℃，一月極端最低氣溫-39.1℃，年平均日照時數2831.0小時，年≥10℃積溫2331℃。年平均降水量69mm，年平均蒸發量2309.5mm。無霜期70～120天左右，最大凍土層1.73m。山區多年平均風速2.1m/s，最大風速23m/s，風向偏西，年均大于七級以上風日數達60天以上。因氣候寒冷，無霜期較短。

該水電站為大（中）型Ⅱ級工程主要以發電為主，本工程主要建設內容包括：瀝青心墻碾壓大壩、導流洞、泄洪洞、引水發電隧洞以及發電廠房。瀝青心墻碾壓大壩為Ι級建筑物，導流洞、泄洪洞、引水發電隧洞為Ⅱ級建筑物，發電廠房為Ⅲ級建筑物，其他臨時工程為Ⅳ級建筑物。

該工程圍堰施工分上游圍堰和下游圍堰，上游圍堰采用粘土心墻防滲施工技術，下游圍堰采用帷幕灌漿防滲施工技術。上游圍堰擋水標準按全年20年一遇洪水流量設計，設計流量458m3/s。

2 粘土心墻防滲斷面設計

新疆某水電站上游圍堰設計為不過水全斷面土石圍堰，圍堰全年擋水標準為5.0m3/s，圍堰堰體采用土石和石渣混合料進行填筑。該工程圍堰基礎河床層為砂礫石層，砂礫石層根據勘測報告具體數據顯示厚度為2.5m～3.0m，砂礫層下面為巖石層，根據圍堰基礎情況分析，圍堰采用粘土心墻防滲施工技術進行處理。

該工程上游粘土心墻防滲圍堰軸線總長300m，圍堰堰體斷面設計為梯形斷面，迎水面采用砂卵石和塊石進行防護，坡降比1∶2.0，背水面坡比為1∶1.8，圍堰堰頂高程為1130.58m，堰頂寬6.0m。圍堰防滲粘土心墻設計斷面為梯形斷面和矩形斷面，1130.58m～1120.58m之間為矩形斷面，1120.58m～1117.58m之間為梯形斷面，矩形斷面寬度為3.0m，梯形斷面底寬為2.0m、頂寬為3.0m，粘土心墻最大高度為13.0m。粘土心墻防滲技術指標的滲透系數為2.98×10－6cm/s，最大干密度為1.81g/cm3，所有技術指標經檢驗全部合格。新疆某水電站上游圍堰粘土心墻斷面示意圖如圖1所示。

圍堰工程粘土心墻防滲施工程序示意圖如圖2所示。

圖1 上游圍堰粘土心墻斷面示意圖

圖2 粘土心墻防滲施工程序圖

3 粘土心墻防滲施工技術分析

3.1 填筑粘土材料的選用

土石圍堰粘土心墻防滲施工中所使用的粘土材料選用非常重要，粘土的質量直接影響土石圍堰的防滲效果，所以在粘土的選材過程中要通過質檢試驗單位對所選用的粘土進行檢測對比，對粘土的各項指標全部合格且質量較好的進行使用。

該工程經過多地檢測粘土的技術指標，最后經過業主、監理、施工單位三方共同指定了粘土選用位置，土石圍堰防滲所使用粘土在左岸階地開挖。粘土使用時要控制其質量，必須選用粘性要好的粘土，而且粘土中不得含有其他粘土以外的雜物及雜草之類的東西。

3.2 施工方案分析

粘土心墻料采用液壓挖掘機在粘土料場開挖裝車，20t自卸汽車水平運輸，粘土心墻施工前第一層與鋼筋混凝土基底結合層位置處首先要涂刷約5cm厚泥漿，使得粘土心墻和鋼筋混凝土基層有效的結合，確保后期的圍堰粘土心墻防滲效果。圍堰粘土心墻施工過程中土料鋪筑由低向高、由左岸至右岸水平逐層進行進占鋪筑，土料鋪筑采用140t推土機配合人工進行平整，采用牽引式凸塊振動碾碾壓，靠近山體坡腳處和建筑物附近采用蛙工打夯機夯實，每一層施工完成后采用環刀法進行壓實度系數檢測，檢測合格后進行下一道施工工序施工。

3.2.1 圍堰戧堤填筑

該土石圍堰粘土心墻防滲施工在圍堰填筑至1120.58m高程后開始施工，后面土石圍堰和粘土心墻同時進行填筑。土石圍堰戧堤進占過程中考慮到河流水流量情況，為了更好的安全施工，戧堤進占高程控制在1120.50m～1120.58m高程之間，不得小于1120.50m高程。土石圍堰戧堤進占時的填筑料不能選用較大的土石料，防止影響粘土心墻開挖施工，填筑過程中心墻邊緣的填筑料控制在0.5m～1.0m之間，心墻位置的填筑料粒徑不能大于0.5m。戧堤進占過程中確保碾壓密實，邊填筑邊進行碾壓，填筑采用20t振動碾碾壓，碾壓遍數不得小于8遍，邊緣和局部碾壓不到位或無法碾壓的采用人工夯實，確保碾壓到位合格，防止后期粘土心墻基槽開挖施工時產生齒槽邊緣戧堤坍塌，給施工增加難度，造成延誤工期和經濟損失。

3.2.2 粘土心墻填筑

該工程粘土心墻填筑分兩層進行填筑，1117.58m～1120.58m進行一次填筑，該高程填筑完成后開始1120.58m～1130.58m高程進行填筑。

（1）1117.58m～1120.58m高程填筑

該工程土石圍堰戧堤進占高程達到1120.58m高程后，且全部完成后開始粘土心墻基槽開挖施工。為防止齒槽在開挖完成后兩邊出現坍塌現象，齒槽開挖和粘土心墻填筑采取連續作業的方式進行施工，進行心墻齒槽分段開挖，分段長度為20m為一段，在20m段齒槽施工時邊開挖邊進行填筑，確保心墻填筑處于連續作業未有坍塌發生。

開挖施工之前首先進行測量放線，并對心墻部位進行平整，同時對測量放樣的軸線和控制線采用白灰和紅旗進行標注。圍堰防滲心墻齒槽開挖采用1.6m3液壓長臂挖掘機進行開挖，采用裝載機和推土機進行填筑，采用裝載機進行碾壓。齒槽開挖施工時，根據施工現場實際情況進行檢查探底，齒槽開挖以開挖至巖石建基面為準，經計算砂礫石層開挖最大深度為3m，同時心墻齒槽開挖底部寬度不得小于設計心墻底寬的1.5倍，確保粘土心墻的寬度符合設計要求。砂礫石層段粘土心墻粘土填筑過程中因在水下部分無法采用裝載機碾壓，所以根據要求采用液壓挖掘機進行壓實。

（2）1120.58m～1130.58m高程填筑

根據工程實際情況，1117.58m～1120.58m高程粘土心墻填筑完成后，并使得土石圍堰整體閉氣，經檢查無特大滲漏現象后開始1120.58m～1130.58m高程填筑。該高程段粘土心墻填筑施工時已經不影響工程整體施工進度，所以粘土心墻和土石圍堰同時進行填筑。

填筑過程中先填筑粘土心墻，粘土心墻填筑并碾壓密實后開始土石圍堰剖后碾壓。粘土心墻填筑層厚控制在1.5m～2.5m之間，土石圍堰混合料填筑層厚控制在1.0m～2.0m之間，粘土心墻和土石圍堰混合料同時采用20t振動碾碾壓，碾壓遍數不得小于9遍，含水量較大的粘土心墻采用人工配合液壓挖掘機進行夯實。

4 效果分析

該水電站上游圍堰工程粘土心墻防滲施工技術經過多方專家討論，粘土心墻防滲施工技術方案可行。經過在該工程中實際應用后，發現該施工技術方案即經濟又合理，根據施工過程中實際情況分析，比同類圍堰工程中采用帷幕灌漿防滲施工技術節約成本、施工工期短、安全系數大、施工難易度小，施工工藝簡單、防滲效果好等。

粘土心墻防滲施工技術在該工程土石圍堰工程中的應用非常成功，防滲效果良好，粘土心墻防滲施工完成閉氣后，基坑開挖工作開始時，圍堰堰體及基礎除局部有少量滲水外，未發現有其他水流大量滲漏。因此，土石圍堰工程粘土心墻防滲施工措施、施工工藝、施工方法是成功的、合理的、有效的，同時粘土心墻施工技術施工工藝簡單、質量保證、安全風險不高，施工過程中縮短了施工工期，節約了施工成本，為該工程提供了安全度汛的條件。

5 結語

新疆某水電站工程圍堰工程上游圍堰采用粘土心墻防滲施工技術，下游圍堰采用帷幕灌漿防滲施工技術。上游圍堰和下游圍堰在施工工藝、施工方法、施工工期、施工質量、施工成本上對比，粘土心墻防滲施工技術明顯比帷幕灌漿施工技術要節約成本、工期短、施工工藝和方法要簡單、質量和安全相對可靠。

經過對該工程粘土心墻防滲施工技術的分析，該技術在圍堰工程的效果良好，目前此項施工技術在土石壩工程中應用比較廣泛，但是很少有在土石圍堰中被應用。通過在該工程土石圍堰中的正確應用后，總結出粘土心墻防滲施工技術可以在土石圍堰中進行防滲施工，采用該技術不但能提高防滲質量，而且能夠提高經濟效益、縮短施工工期、施工工藝簡單、易操作和安排，類似土石圍堰工程施工時可以借鑒參考該項粘土防滲施工技術。

綜上所述，該工程粘土心墻防滲施工技術在上游圍堰工程中正確的應用后，使得圍堰工程建成后除局部有少量滲流外，其他部位穩定性都非常好，圍堰局部少量滲流不影響該工程后期工程正常的施工，且滲流量符合規范及設計要求。陜西水利

[1]祈世京.土石壩碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術[M].北京：中國水利水電出版社,2000.

[2]水利水電建筑工程施工手冊[M].北京：中國水利水電出版社,2002.