新疆頭屯河樓莊子水庫粘土心墻壩填筑施工

聶 西

（新疆頭屯河流域管理局，新疆 昌吉 831100）

1 工程概況

新疆頭屯河樓莊子水庫在頭屯河上游中低山區修建，距離昌吉市大約75 km，距離烏魯木齊市89 km，距下游村莊8 km，交通非常便利。水壩最大壩高82.6 m，正常蓄水后設計水位為1394.5 m，總庫容預計達到7374萬m3，工程設計的有效灌溉面積為28.08萬畝，是一座承擔防洪、灌溉、城市及工業供水等任務的中型水庫工程。工程主要建筑物由大壩、溢洪洞、沖沙涵洞及引水涵洞等組成，水庫大壩為黏土心墻土石壩。

2 工程設計

2.1 施工設計

大壩斷面主要以粘土心墻防滲體進行施工，在上游位置布置粘土心墻防滲體，然后依次布置上游、下游反濾料，壩殼砂礫料區，下游排水料區。粘土心墻防滲體采用正心墻進行施工，心墻頂部高程1398.2 m，頂部寬度5 m，心墻防滲體施工時，軸線位于壩軸線上游2.5 m處，防滲體兩側邊坡為1∶0.25。心墻防滲體河床段和岸坡段是在強風化下限基巖面上進行施工，為了有效防止河水沖刷等作用力，在基巖面上澆筑C25混凝土蓋板，厚度為0.5 m，從而將防滲體和基巖分開，避免河水沖刷，心墻頂部施工時應與壩頂的防浪墻結合緊密，以保證工程質量。

心墻防滲體土料主要有T1、T2料場提供。心墻在與基礎混凝土接觸面位置，需要在臨近接觸面1 m范圍內鋪設一層不含礫石料的接觸黏土，施工要求填筑石料的含水率要高于石料最優含水率的1%～3%，此處施工的石料主要由T2料場提供。防滲墻在深厚覆蓋層段施工時，防滲墻頂部應插入心墻防滲體內，插入的高度約為大壩的10%高。另外在施工防滲墻周圍要設立高塑性土區防護，土區寬度為4 m，土區頂部要高于防滲墻頂部約2 m，施工石料為T2料區東北側位置全料。施工要求填筑石料的含水率要高于石料最優含水率的1%～3%，粘土粘粒含量在22%～28%之間，心墻防滲體土料的壓實度（P）要大于等于99%。

2.2 料場設計

本工程有兩個土石料場，分別是T1料場和T2料場，T1料場位于水壩左岸上游2 km山頂位置，T2料場位于水壩右岸上游7 km山頂位置。2017年5月份開始對兩個土料場儲量及質量進行復查，經現場勘測分析，確定兩個土石料場土料質量及儲量均符合工程施工要求。在進行水庫粘土心墻壩填筑施工時，先接觸性粘土和高塑性粘土的采集施工，T2土料場粘粒質量、含量均高于T1料場，所以根據具體施工現場情況，分析對比T1、T2土料場粘土的天然密度、天然含水率、顆粒大小、液限及塑限、剪切、擊實、滲透系數、壓縮、塑性指數、機質及水溶鹽含量等數據，將T2料場粘粒土石料用于心墻壩下方填筑施工，并將分析結果上報于監理部《T2土料場復查報告》。根據分析報告顯示結果，T2土料場粘土各項指標均符合施工質量要求，可作為心墻壩下方填筑土料。

在2017年8月中旬開始進行粘土制備施工，施工要求粘土含水量要控制在13.5%～16%之間，經多次試驗分析，現場測定粘土含水量，有效保證了粘土制備的質量。

2.3 施工量設計

根據工程設計要求，高塑性土料總填筑量為9051 m3，粘土心墻總填筑量為623996 m3，其中接觸性粘土總填筑量為9337 m3，粘土漿涂刷總量為9600 m2。根據施工要求需要制備粘土7.12萬m3，高塑性土料0.18萬m3。

3 碾壓試驗

大壩正式填筑施工前，首先對水庫粘土心墻壩填筑各種土料進行室內物理、化學試驗分析及壓實性能試驗，然后按規范要求對各種施工土料進行施工碾壓試驗，確定各種施工土料性能，校核設計標準合理性，并為水壩粘土心墻壩填筑施工選擇適宜的碾壓機具提供合理的碾壓參數。根據工程要求，各種土料的施工填筑要求見表1。

表1 各種土料的施工填筑要求

4 水庫粘土心墻壩填筑施工

4.1 填筑施工流程

粘土心墻壩填筑施工工藝流程見圖1，根據工程施工要求將在土石料場制備的合格土料使用自卸車運送至施工位置。粘土填筑按種類分為三種粘土區，分別是接觸性粘土區、高塑性粘土區和心墻普通粘土區。粘土心墻壩填筑是按照“砂包土”的填筑方式，即先進行細料后進行粗料填筑，每層鋪土施工前要標明施工邊界，使填料施工界限清晰，保證心墻填筑斷面尺寸、各種填料幾何尺寸精確。

4.2 主要施工階段

水庫粘土心墻壩填筑施工主要分為四個施工階段，（1）進行1326.5 m以下粘土填筑；（2）進行1326.5 m～1338 m之間的粘土填筑；（3）進行1339 m～1377 m之間的粘土填筑；（4）進行1377 m以上粘土填筑。在粘土填筑施工時要同時進行反濾料及壩殼砂礫料的平層施工。

填筑施工由低向高進行，在填筑施工前要提前進行河床段的固結灌漿和帷幕灌漿施工，右壩坡的砼心墻蓋板、固結灌漿、帷幕灌漿等施工進度要提前超過心墻填筑面20 m以上距離，以保證后續的施工進度及施工質量。

5 主要施工工藝

5.1 施工前準備

在施工前保證混凝土面的干凈整潔，施工前先進行施工面的檢查；配置水土比為1∶2.5～1∶3.5的濃泥漿，然后涂刷濃泥漿（3 mm～5 mm厚度），涂刷方法為隨刷泥漿隨鋪土，以保證混凝土和粘土緊密結合；填筑區段規劃，粘土鋪設施工前，根據施工要求將填筑區段進行劃分，在區段間合理設置上料路口；施工前將需要的機器設備、監測儀器提前布置在適當位置。

5.2 土料填筑施工

土料填筑施工按照先砂后土、兩層土一層反濾料的施工要求，施工各種土料的施工填筑要求由碾壓試驗獲得，相應結果見表1。反濾料和壩殼砂礫料連接處是四層反濾料和三層壩殼砂礫料結合，可以進行同層碾壓。粘土心墻壩填筑施工工藝流程見圖1，先砂后土的填筑示意圖見圖2。

圖1 粘土心墻壩填筑施工工藝流程

5.2.1 二界分線

鋪土施工前先進行上下游反濾料的填筑施工，卸料堆方嚴格按照“二界分線”方法整理反濾料，卸料坡度保證在1∶0.8～1∶1之間，保證施工質量和施工安全。填土施工時，鋪設、碾壓一層粘土后，標示土砂分界線，然后進行一次補砂，兩層土要補砂兩次。兩層土料、一層反濾料要保證邊緣齊平，然后碾壓施工，符合質量要求后再進行騎縫碾壓，遍數比正常遍數增加3～5遍，保證土砂結合的密實度。

5.2.2 土料填筑

鋪土區:20 t自卸汽車運輸土料，采用進占法卸料，出入車輛必須在虛土上行駛，避免車輛在場內掉頭，造成重復碾壓。卸料時用220 HP推土機推開，施工人員用鋼釬控制鋪土量，嚴格控制鋪土厚度（35 cm），保證鋪土面厚度均勻，砼接觸部位的1 m范圍內薄層鋪填要使用小型挖掘機或鏟車配合人工進行，鋪填施工時應禁止重型車輛滿載上壩，最后使用平地機將施工場地整平，檢查施工場地合格后才能進行碾壓施工。

碾壓區:碾壓施工使用兩臺22 t自行式凸塊振動碾進行，按照平行于壩軸線、進退錯距法進行碾壓，錯距寬度采用半磙錯距法（圖3）。碾壓速度控制在3 km/h以內。高塑性粘土現澆混凝土防滲墻兩側及上部2 m～3 m內采用立式振動夯或小型振動碾夯實，由內而外，兩側同向同距同速同步碾壓，嚴禁振動碾在2 m～3 m內強振施工。

碾壓驗收時，試驗室按100 m3/次～200 m3/次、環刀法取土樣測量干密度及含水量。符合表1碾壓要求才算壓實合格。

準備上土區:碾壓取樣測試合格、檢查碾壓施工區無剪切破壞、無橡皮土、土砂分界整齊后，進行灑水上土施工。

圖3 半輥錯距法碾壓示意圖

5.2.3 粘土填筑碾壓施工關鍵

（1）混凝土岸坡和基巖岸坡與心墻夾角較小，碾壓施工受到局限，這時要采用人工鋪土，使用立式振動夯進行夯實，以保證施工質量。（2）心墻填筑施工時不能有縱向接縫，橫向接坡要按照施工要求，坡度不大于1∶3，橫向坡高差值保證在3 m左右。新疆由于天氣影響水分蒸發量較大，所以要控制好坡面灑水頻率。（3）土層碾壓密實后，要先灑水處理，等表面無水分后再進行鋪土施工。若在氣溫較高天氣或大風時，在碾壓時要進行霧狀噴水保濕，以保證碾壓施工的密實度。（4）過心墻道路布設應在上游壩中或左側交換布置，布置時應和上下游道路銜接，保證道路順暢，同時方便壩體填筑規劃施工。為保證惡劣環境下過心墻道路通行質量，在道路底部鋪30 cm高、含水量較低的土層，進行壓實，然后在其上部鋪80 cm～100 cm厚砂礫石。

6 施工質量控制

（1）成立質量管理機構，規范各部門的職責范圍，合理分配施工管理任務，做到責任到人。（2）嚴格控制料場出料質量，上壩土料應提前在料場和采挖地進行控制，杜絕不合格土料進場，試驗室監測人員要布設料場質量控制站由專業試驗人員進行料場現場質量監測。（3）填筑施工時要進行施工過程質量控制，科學運作質量管理體系,實行全員質量責任制,施工全過程進行質量控制,保證施工過程有數據、有記錄、可追溯，使質量缺陷和事故能得到提前預防和控制。（4）施工現場要有專業質檢人員，嚴格把控施工鋪土厚度、壩面平整度、填筑土料含水量、碾壓遍數、土料壓實度。（5）每層粘性防滲土料碾壓施工后,每100 m3～200 m3范圍內進行環刀取樣檢測，得到干密度及含水量,計算出土料壓實度，不符合表1施工要求的要進行補壓施工，直至符合工程要求的壓實度為止。

7 結語

在進行新疆頭屯河樓莊子水庫粘土心墻壩填筑施工時，主要有以下施工經驗:

（1）施工前要先進行施工設計，合理規劃施工料場，方便后續施工，合理控制施工成本。

（2）施工前要先進行碾壓實驗，確定各種施工土料性能，校核設計標準合理性，并為水壩粘土心墻壩填筑施工選擇適宜的碾壓機具提供合理碾壓參數。

（3）填筑施工時要嚴格按照施工要求操作，施工時要科學進行施工控制，確保整個施工階段施工質量。