前坪水库黏土心墙填筑质量控制技术措施

谢俊国，左鹏杰，李林林

（河南省水利第一工程局，450016，郑州）

前坪水库大坝为黏土心墙砂（卵）砾石坝，长 818 m，高 90.3 m，坝底宽430 m， 坝顶宽10 m， 挖方量约300 万 m3，填方量约 1 300 万 m3，其中黏土心墙填筑约190 万m3。合同总工期43 个月。 工程特点包括填筑量大、填筑强度高、受天气影响大、受度汛节点制约、 料源储料指标变化多、设计指标要求高等。黏土心墙底宽57.8 m，顶宽 4.0 m，顶部高程 422.6 m，心墙上下游坡比1∶0.3，左右岸坡段坡比为1∶0.4，心墙上、下游侧填筑反滤料，分别为粗砂反滤料厚2 m、 小于50 mm 级配料上游侧2 m（下游侧3 m）。心墙底部与坝基砂卵砾石层填筑两层反滤料，其中防渗墙上游侧两层反滤料厚度均为0.5 m，防渗墙下游侧两层反滤料厚度均为1.0 m。 黏土心墙、 高塑性土设计压实度为100%，压实干密度及填筑含水率根据现场碾压试验确定， 并最终以压实度指标控制。 黏土的填筑含水率范围按最优含水率-2%～+3%标准控制，高塑性土的填筑含水率范围按最优含水率+1%～+3%标准控制。 黏土心墙渗透系数不大于1×10-5cm/s，有机质含量不大于2%，水溶盐含量不大于3%； 黏土心墙分区填筑碾压时彼此搭接， 垂直碾压方向搭接带宽度应不小于0.3～0.5 m， 顺碾压方向搭接带宽度应为1～1.5 m。 黏土心墙填筑要从源头、工序、检测上下功夫，抓落实。

一、料场复勘

前坪水库大坝工程黏土料区鸭兰沟储料场占地面积 288 亩（1 亩=1/15hm2），呈阶地布置，高程 360～408m，表层为厚 0.3～0.5 m 耕植土， 土料岩性主要为重粉质壤土夹粉质黏土，一般呈褐黄色，稍湿，具块状结构，见针状孔隙，含少量铁锰质、钙质结核，多呈硬塑或坚硬状态，壤土的天然含水率略高于最优含水率。地勘报告显示黏土料区储料深度5～15 m， 为了准确勘察土料储备及土料的各项技术指标， 根据阶地大小及高程分布情况，按照每个区域面积6 000 m2的原则进行划区编号，在每一区域中间位置布设探孔，采用直径300 mm 的打井钻机进行勘探， 每个探孔用GPS采集坐标及高程，统一编号，标注所属区域。钻机掏孔时由上至下每间隔2 m 取一次土样标本，标本统一编号，底部钻至砂卵石层为止，记录钻孔总深度。

钻探结束后，将土样送至有检测资质的单位进行化验。 主要检测指标包括最大干密度、最优含水量、有机质含量、 黏粒含量、 含碱量指标等。 根据检测报告进行结果分析，绘制黏土最大干密度和最优含水率柱状图，规划开采方案，按照击实结果划定不同开采区域， 估算可用土料储量。

二、碾压试验

根据黏土料场复勘结果，按照开采规划方案，由上至下对土料采用立采混装方法进行梯级开挖， 梯度3～5 m。在土料区清除覆盖层并平整场地，划定宽10 m、长25 m 的碾压试验区域，试验基面采用26 t 光面碾碾压，静压2 遍，动压 10 遍。 碾压后用白灰线划定碾压区域边界线，检测土料天然含水率， 控制在最优含水率-2%～+3%范围内，后退法铺料，山推220 型推土机推平，人工整平，虚铺厚度按照30 cm、35 cm、40 cm 控制，铺筑前后使用GPS 测量控制布点位置，用水准仪测量高程。 使用20 t 凸块碾并采用退错距法碾压，静压 2 遍，动压 4 遍、6遍、8 遍、10 遍。 测量沉降观测点点距1.5 m，环刀法取样，取点位于土层厚度的下1/3 处。

由于黏土填筑量大，最高日强度2 万m3， 为充分利用现有碾压设备，使用组合碾压法进行碾压试验。 碾压参数及试验结果如下：

20 t 凸块振动碾静压 2 遍， 动压8 遍；组合碾压法：光面26 t 振动碾静压 2 遍，动压 4 遍，20 t 振动碾动压 6遍。 采取这种碾压方法，土料天然含水率在最优含水率-2%～+3%范围内能够达到设计要求的压实度100%。

碾压试验中的土料最大干容重与最优含水率也不同，需要及时取样做击实试验，进行碾压试验后调整碾压参数。

三、现场控制

1.测量记录

根据施工图纸中的坝体结构尺寸，测量人员在黏土填筑前用GPS 对填筑边线进行测量放线， 撒白灰线，采集放线数据，整理数据的同时校核结果是否正确， 若有错误需及时改正；填筑前后对黏土铺土厚度进行定点测量，每间隔10 m 设一条断面，每条断面上测点间距8 m， 填写测量记录表，显示虚铺厚度，虚铺厚度控制在30～35 cm，监理对测量记录进行抽查复核。

2.土料清理

土料场在开采土料前使用山推220 型推土机对腐殖土进行清除，清除厚度不小于50 cm， 清除后的腐殖土可提高苗木存活率，有利于坝后景观工程使用。 应及时清除料区内杂物， 含有钙质结核的土料应剔除结核， 做到上坝土料外观干净整洁，运输至坝面上的土料，应安排人员挑拣杂物并集中装袋运至坝外。

3.作业分区

坝体黏土心墙总体划分6 个作业区， 每个作业区长 100～120 m,设3 个作业班组， 每班组负责 2 个相邻作业区。 黏土心墙上游侧每间隔50 m 设一个跨越反滤料的道路，道路使用钢板铺设。 黏土铺设前对前一层验收合格的黏土面洒水湿润，黏土采取进占法施工，推土机推平，铺土厚度35 cm。 铺土厚度采用10 mm 圆钢加工并使用带有刻度标识的钢钎检测，钢钎刻度分30 cm、35 cm、40 cm 标识，派发给现场施工质检人员进行跟踪检测并指挥推土机人员控制推土厚度。 土料铺设完成后，测量人员需进行定点检测。为保证黏土面平整度， 最后用平地机二次找平。

4.控制土料含水率

土料含水率的控制很重要。 根据开采区域内土料击实结果和最优含水率结果，在土场进行预判。 根据工程实践经验，黏土观感松散，一般距离地面 1.0～1.5 m， 手抓成团，落地为散、不沾手，这样的土料含水率接近最优含水率（-2%～+3%），碾压能达到压实标准；若手抓沾手，能捏成团，那么含水率偏高，一般在25%左右， 需要犁耙翻晒降低土料含水量。 降低含水量有两种办法，一是在工作面上分区上土，交替犁耙翻晒，交替碾压； 二是在土料区对土料进行犁耙翻晒， 含水量经检测合格后用拢堆堆成土牛， 土牛要碾压并封面， 遇见天气变化及时用塑料布覆盖保护。

5.黏土碾压

项目部有7 台26 t 光面振动碾，4 台20 t 凸块碾， 砂卵砾石碾压使用26 t 光面振动碾， 在确保施工质量的前提下加快施工进度。 黏土碾压采用两种方式进行：凸块碾压、凸块碾与光面碾组合碾压。 两种方式均进行了碾压试验， 结果达到压实度设计标准100%。 施工要点：碾压设备速度不超过1.5 km/h，行进挡位设置限位装置；碾压采取进退错距法，遍数按照碾压试验结果进行； 碾压搭接长度在垂直于行驶方向上不小于0.3 m，在顺沿行驶方向上不小于1.5 m， 搭接时要确保搭接处碾压质量。碾压效果观感达到：凸块痕迹清晰，深度3～5 cm，凸块面部光泽，凸块之间凸出部位完整不松散， 这样预判结果能够达到设计要求。 若出现凸块碾压痕迹模糊、 表面松散或呈弹簧现象，可判断土料含水量超标，需要进行返工补水或翻晒。

6.碾压取样

碾压结果是否合格，全部依靠取样数据，碾压结束后试验人员进行环刀法取样， 取样部位在层厚1/3 的底部处，能够检验底部是否合格及层间接合是否密实。 取样位置及数量按照规范进行，若出现不合格点，根据不合格原因进行补压或挖除处理。 因填筑强度大，为缩短检测时间，现场配备流动检测试验车，试验设备配备齐全，试验人员24 小时值班，现场取样称重并确定含水量，监理及第三方见证取样及检测过程。 取样监督重点：量测样坑深度， 确保在层厚下部1/3处。 初判经验：碾压面松散、洋镐刨坑轻松不费劲，可以判断不合格；观感密实发亮，凸块痕迹完整，洋镐刨坑困难，可以判断合格。

7.黏土保护

黏土填筑成品保护关系到施工进度，为了雨后快速恢复施工，采取有效施工措施。 根据天气变化情况可提前停止黏土面填筑施工， 进行黏土面封面。 使用光面碾碾压利于排水，黏土表面覆盖塑料布，雨后及时清除积水， 并对局部浸泡部位进行挖除换填处理。 若遇来不及覆盖的情况， 天晴后要及时清除局部积水，采取犁耙翻晒，局部挖除换填处理； 对于没有碾压封面突降雨水情况， 天晴后把填筑浸泡层挖除以缩短误工时间。 面对冬季降雪，雪停后及时用推土机、 平地机刮除积雪以确保黏土面不被融雪浸泡。 冬季气温达到-5℃时应采取保温措施，选择温度回升时段，即10—17 时进行黏土填筑， 晚上采取覆盖塑料布和保温棉被的方法， 或者不碾压黏土保护层， 待温度回升霜冻融化后再进行碾压施工。

8.道路设置

黏土填筑工程量大，填筑分区多， 跨越黏土心墙道路布置及处理方式很关键， 满足交通需要的同时不能破坏成品黏土心墙。 方案一： 采取预制 2 m×2 m×0.2 m规格 C20 混凝土预制块，铺设道路宽8 m，缺点为道路铺装、拆除、移位、更新难度大、速度慢；方案二：采用天然砂卵砾石料铺筑， 厚度不小于1.0 m，铺筑速度快、拆除方便、材料可以二次利用。 实践经验证明： 道路采取方案二较为合理，道路较黏土高差 2.0 m 更换一次道路位置， 黏土纵向坡比不小于 1∶3，更换后的道路平面位置不小于 20 m。