300m級超高心墻堆石壩接觸黏土施工工藝研究

遲 欣

（中國水利水電建設工程咨詢西北有限公司，陜西省西安市 710100）

1 概述

1.1 工程概況

兩河口水電站為一等大（1）型水電工程，是雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，兩河口水電站水庫正常蓄水位2865m，相應庫容101.5億m3，調節庫容65.6億m3，具有多年調節能力。水電站裝機容量300萬kW，多年平均年發電量為110.7億kWh。

大壩為礫石土直心墻堆石壩，最大壩高295m，心墻頂高程2873.00m，頂寬6m，心墻與兩岸壩肩接觸部位的岸坡基巖表面設厚度為1m的混凝土蓋板，蓋板與心墻連接處鋪設水平厚度4m的接觸黏土，河床底部鋪設垂直厚度1m的接觸黏土，黏土需用量為18.2萬m3。

1.2 設置接觸黏土的目的

設置接觸黏土的目的在于提高心墻與壩基岸坡（1:1.1～1:1.3）接觸部位抗沖刷能力和抗裂性能，保證由于心墻不均勻沉降而不至于與岸坡脫裂[1，2]。

2 接觸黏土設計指標

（1）最大粒徑不大于40mm；小于5mm的顆粒含量應大于90%；小于0.075mm的顆粒含量應大于75%；小于0.005mm的顆粒含量應大于24%。

（2）塑性指數應大于14。

（3）滲透系數應不大于1×10-6cm/s，接觸黏土自身的抗滲透變形的破壞坡降應大于12。

（4）水溶鹽含量應不大于1.5%；有機質含量應不大于1%。

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

（6）兩岸接觸黏土料含水率控制指標：

1）高程2640m以下，接觸黏土含水率與最優含水率的差值調整為Wop+0%～Wop+3.0%，Wop為最優含水率。

2）高程2640m以上，接觸黏土含水率與最優含水率的差值調整為Wop+0.5%～Wop+3.5%，Wop為最優含水率。

3）含水率合格率達90%以上。

3 制備工藝及質量控制

3.1 備料流程

接觸黏土料料源為西地土料場、普巴絨土料場。土料開采后，運輸至一道班摻拌場、上游圍堰摻拌場、瓦支溝摻拌場進行制備，其中在堆筑中分為三個區域，包括調水區、悶水區、成品區，其備料流程，見圖1。

圖1 備料流程圖Figure 1 Material Preparation Flow Chart

3.2 含水調節

土料開采后，運輸至一道班摻拌場、上游圍堰摻拌場、瓦支溝摻拌場進行制備，其備料流程如下：

（1）由于各土料場接觸黏土天然含水率偏低，難以滿足施工要求，必須在黏土備存場進行含水率調節。現場采用分層攤鋪補水方法進行，具備措施是在備存場選取三個備料場地，分倉輪換補水調節，先將場地進行整平處理，攤鋪60cm接觸黏土，分層攤鋪過程中安排輔助工人對土料中夾雜的超徑石、樹根等雜物進行剔除。

（2）根據土料天然含水率檢測情況、設計要求、最優含水率控制范圍，以及施工過程中含水率損失情況計算補水量，在每層土料表面人工均勻補水，并采用水表精確計量。由于黏土備存距離心墻區較近，施工過程含水率損失較小，因此調水按照目標值Wm（Wop+2.5%）控制，則每立方米土的加水量為：

式中：V水——每立方米土的加水量，m3；

W目——接觸黏土含水率目標值，%；

WO土——接觸黏土天然含水率，%；

ρ土——土的干密度，g/cm3；

ρ水——水的干密度，g/cm3。

注：現場接觸黏土最優含水率必須每周進行復核，及時調整。

（3）每層補水完成采用反鏟摻拌均勻，一般鋪設4～5層，然后覆蓋防雨布悶水保濕，悶水時間不少于7天，以使水分滲透均勻。同時裝車上壩前再次進行摻拌處理并進行含水率檢測，檢測合格后方可裝運上壩填筑（見圖1和圖2）。

圖2 調水Figure 2 Regulating water

圖3 悶水Figure 3 Stuffy water

3.3 試驗檢測成果及分析

3.3.1 顆粒分析試驗檢測

接觸黏土料料源顆粒分析試驗檢測322組，小于5mm顆粒含量在59.0%～100%之間，平均值為95.6%；小于0.075mm顆粒含量在46.6%～98.7%之間，平均值為85.6%；小于0.005mm顆粒含量在14.9%～44.1%之間，平均值為29.5%。針對部分指標不合格的情況，已作為廢料處理。檢測結果見表1和圖4。

圖4 接觸黏土料源檢測顆粒級配曲線圖Figure 4 Particle Gradation Curve of Contact Clay Source Detection

表1 接觸黏土料源顆粒分析試驗檢測結果Table 1 Particle Analysis Test Results of Contact Clay Source

說明：料源實際檢測過程中，對局部最大粒徑超過設計技術要求的土料在轉存場和壩面進行了撿除。

3.3.2 液塑限試驗檢測

接觸黏土料液塑限試驗檢測144組，液限在27.2%～36.3%之間，平均值為32.5%；塑限在12.5%～20.5%之間，平均值為17.1%；塑性指數在11.7～17.9之間，平均值為15.4。檢測結果見表2。

表2 接觸黏土料液塑限試驗檢測結果Table 2 Liquid plastic Limit Test Results of Contact Clay Materials

3.3.3 含水率檢測

備料場接觸黏土料含水率共檢測1991組，含水率在15.0%～25.0%之間，平均值為19.2%。

4 填筑工藝及質量控制

4.1 泥漿制備涂刷

接觸黏土填筑前需在與其接觸的蓋板混凝土表面涂刷一層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天及以上）→配漿→刷漿（涂刷前清理混凝土基礎面、灑水濕潤）→厚度檢測→鋪土。

4.1.1 泡土

制備泥漿的土料為西地土料場、普巴絨土料場的接觸黏土，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7天。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。

4.1.2 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，配置的泥漿濃度通過試驗確定，黏稠度以掛壁為準，配合比為（土:水）1:2，比重為1.8～1.82。

4.1.3 涂刷、厚度檢測、鋪土

泥漿涂刷前，對混凝土表面的乳皮、粉塵、砂漿、油污等應予以清除，滲水處理完成，并用風槍吹掃干凈，灑水潮濕。接觸黏土施工時，應采取邊涂刷邊鋪土的方式（涂刷3遍至設計厚度3～5mm），泥漿噴涂涂刷高度應與鋪土厚度一致，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（噴涂涂刷泥漿宜在準備填筑下一層黏土前半小時完成）。泥漿涂刷厚度采用鋼尺插入泥漿層進行厚度檢測（見圖5）。

圖5 泥漿涂刷Figure 5 Slurry brushing

4.2 鋪料

4.2.1 河床水平段鋪料

接觸黏土由自卸汽車運料至現場在填筑工作面采用后退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，使倉面基本平整，層厚不超過設計鋪料厚度，并用GPS測量網格控制。

4.2.2 兩岸岸坡鋪料

接觸黏土由自卸汽車運料至現場在填筑工作面采用后退法沿壩軸線方向卸料，然后采用小型反鏟鋪料和平料，鋪料時由混凝土接觸部位往外鋪，鋪料厚度30cm，使倉面基本平整，層厚不超過設計鋪料厚度，并用GPS測量網格控制。

4.3 碾壓

4.3.1 河床水平段碾壓

河床底部1m厚接觸黏土采用進退錯距法碾壓，分4層鋪料碾壓，采用18t平碾平行壩軸線方向靜碾8遍。

4.3.2 兩岸岸坡碾壓

岸坡接觸黏土在礫石土料同層碾壓時，針對4m寬的接觸黏土碾壓，碾壓方式為：26t自行式振動凸塊碾平行壩軸線方向碾壓搭接接觸黏土區域140cm以上，接著采用18t振動平碾順水流方向在中間區域210cm寬內碾壓4遍，然后采用17t氣胎碾順水流方向進行與心墻混凝土蓋板接觸50cm范圍碾壓4遍，最后采用18t平碾順水流方向中間區域210cm寬內靜碾4遍，完成整個碾壓工序（見圖6）。

圖6 岸邊接觸黏土碾壓方法示意圖Figure 6 Schematic Diagram of Compaction Method for Shore Contact Clay

4.4 試驗檢測

（1）接觸黏土料共檢測4993組，其中水平段接觸黏土料檢測48組，高程2640m以下檢測2180組，高程2640～2845m之間檢測2765組。

水平段接觸黏土料壓實度在102.4%～107.4%之間，平均值為105.0%；小于5mm含量在98.1%～99.7%之間，平均值為98.8%；小于0.075mm含量在94.2%～97.7%之間，平均值為95.4%；小于0.005mm含量在25.4%～32.7%之間，平均值為28.3%。檢測結果見表3和圖7。

表3 水平段接觸黏土料填筑質量檢測結果Table 3 Test Results of Filling Quality of Horizontal Section Contact Clay Materials

統計高程2640.00m以下，兩岸接觸黏土料壓實度在95.8%～105.9%之間，平均值為99.5%；小于5mm含量在91.4%～97.0%之間，平均值為95.0%；小于0.075mm含量在81.1%～87.1%之間，平均值為83.4%；小于0.005mm含量在25.8%～33.1%之間，平均值為29.9%。檢測結果見表4和圖8。

圖8 兩岸接觸黏土料顆粒級配曲線圖（高程2640.00m以下）Figure 8 Filling Quality Inspection Results of Clay Material in Contact with Both Banks （Elevation below 2640.00m）

表4 兩岸接觸黏土料填筑質量檢測結果（高程2640.00m以下）Table 4 Filling Quality Inspection Results of Contact Clay Materials on Both Banks （Elevation below 2640.00m）

統計高程2640.00～2845.00m之間兩岸接觸黏土料壓實度在94.0%～100.0%之間，平均值為97.3%；小于5mm含量在91.1%～99.6%之間，平均值為96.6%；小于0.075mm含量在77.1%～95.2%之間，平均值為84.9%；小于0.005mm含量在24.1%～43.8%之間，平均值為29.5%。檢測結果見表5和圖9。

表5 兩岸接觸黏土料填筑質量檢測結果（高程2640.00～2845.00m）Table 5 Filling Quality Inspection Results of Contact Clay Materials on Both Banks （Elevation 2640.00～2845.00m）

圖9 兩岸接觸黏土料顆粒級配曲線圖（高程2640.00～2845.00m之間）Figure 9 Filling Quality Inspection Results of Clay Material in Contact with Both Banks （Elevation 2640.00 ～ 2845.00m）

（2）滲透試驗結果。兩岸接觸黏土料滲透試驗共進行48組，其中現場原位滲透試驗進行12組，取現場原狀樣進行室內滲透試驗36組，試驗結果滿足設計要求。檢測結果見表6。

表6 兩岸接觸黏土料滲透試驗檢測結果Table 6 Penetrant test results of clay materials in contact with both banks

（3）界限含水率試驗結果。兩岸接觸黏土料界限含水率試驗采用液、塑限聯合測定法，共檢測306組，試驗結果滿足設計要求。具體檢測結果見表7。

表7 兩岸接觸黏土料界限含水率試驗檢測結果Table 7 Test Results of Boundary Moisture Content of Clay Materials Contacting Both Banks

（4）完成接觸黏土料直剪試驗6組，檢測結果見表8。

表8 接觸黏土料直剪試驗檢測結果Table 8 Direct Shear Test Results of Contact Clay

（5）完成接觸黏土料壓縮試驗38組，檢測結果見表9。

表9 接觸黏土料壓縮試驗檢測結果Table 9 Compression Test Results of Contact Clay

4.5 測量控制

在施工過程中，采用手續GPS、全站儀等對各類壩料的層厚及料界進行了測量控制，保證了鋪料層厚及料界滿足要求。

（1）層厚控制情況。鋪料過程中首先采用手持GPS進行粗平，指導操作手平料，其次數字大壩根據推土機（裝有GPS）平料情況，生成精度較高的鋪料厚度方格網，對粗平進行一次驗證，最后在鋪料完成后，用全站儀對鋪料厚度進行測量，三層把關、嚴控厚度。接觸黏土料鋪層厚度控制測量情況，見表10。

表10 接觸黏土料鋪層厚度控制測量情況Table 10 Thickness control measurement of Contact Clay

（2）接觸黏土料料界侵占控制情況。根據設計要求，本工程壩料侵占原則為細料侵占粗料，粗料不得侵占細料，且侵占寬度需滿足要求。施工中，采取測量劃線、雙料攤鋪器等措施進行料界控制，采取全站儀進行測量檢查。接觸黏土料料界測量控制情況，見表11。

表11 接觸黏土料料界測量控制情況Table 11 Survey and control of contact clay material boundary

5 結語

兩河口水電站接觸黏土料用作接觸界面處的防滲土料，其施工質量至關重要。通過對施工工藝的固化及質量控制，確保了接觸黏土及接觸界面的施工質量滿足要求，為工程高水平達標投產以及創“國家優質工程金獎”提供強有力保障。同時，該工程施工工藝及質量控制方法為同類工程提供借鑒。