浅谈四方井水利枢纽工程粘土心墙填筑施工技术

2020-06-30

四川水利 2020年3期

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

粘土心墙堆石坝填筑施工是粘土心墙工程施工的关键环节，对大坝施工质量和安全运行有决定性的影响。本文以四方井水利枢纽工程主坝粘土心墙填筑为例，从料源控制和坝体填筑两方面分析填筑料源控制要点和施工技术。

1 工程概况

四方井水利枢纽工程位于赣江流域袁河支流温汤河下游，地处宜春市袁州区湖田镇坪田村，坝址位于温汤河与其支流仙巩水交汇口下游1.6km的斫洲里河谷处，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电等综合效益的大(2)型水利枢纽工程，工程等别为Ⅱ等。建筑物有：主坝(粘土心墙堆石坝)、副坝(均质土坝)、溢洪道、放空洞(与导流洞相结合)、引水系统(供水和发电进水口、引水隧洞、压力钢管等)、发电系统(电站主厂房，副厂房、升压开关站等)、供水工程(供水管线及其附属建筑物)等。

水库正常蓄水位152.00m，死水位125.0m，设计防洪高水位153.93m，校核洪水位154.38m，水库容总库容为1.1861×108m3，电站总装机容量1500kW，水库向宜春市年平均日供水量30.9×104t(供水流量为3.58m3/s)。

主坝采用粘土心墙坝堆石坝，坝顶高程为155.80m，坝顶宽度为8.0m。在坝顶上游侧设防浪墙，墙顶高程157.0m，主坝高51.30m，坝顶总长338.0m。主坝坝体主要分堆石1区、堆石2区及粘土心墙，心墙下设C25混凝土基础及帷幕灌浆。主坝基础开挖根据地质情况F2、F8断层岩体结构较为破碎，许多部位开挖出溶沟溶槽，其分布范围较广，经设计对粘土心墙基础混凝土压浆板进行优化，减少建设方施工投资，采取随坡就势方式进行压浆板混凝土浇筑，主要从K0+067～K0+254段混凝土压浆板施工，主要位于F2断层之间。由于F2断层低洼区域施工作业面限制，无法采取正常机械设备进行推、平、碾压。只能采取挖机碾压、汽车碾及液压振动板夯实，与边坡接合部位采用小型工器具，人工配合设备进行摊铺碾压合格，同时受场地限制，粘土运输车辆无法直达施工作业面，在该部位施工时采用小型装载机进行土料运输。基础混凝土面上层进行填筑时采用薄层填筑，当所有基坑填筑至109m高程形成整体面后，按照铺料厚度为40cm，碾压遍数为静碾2遍+振碾6遍(一进一退为两遍)，行驶速度控制在2.5±0.2km/h，采用错距搭接进行施工。

2 工程地质评价

(1)F2断层：位于谷底Ⅰ级阶地右侧，与河谷走向近平行，与F1近平行，压性。断层宽度2m～8m，随埋藏加深逐渐变宽，贯穿坝址区，延伸长。据4个钻孔水文地质试验，浅部断层破碎带综合渗透系数一般为6.05×10-4cm/s～1.01×10-3cm/s，具中等透水性，靠断层下盘一带及深部断层破碎带岩体多具弱透水性。断层构造带地下水活动较强烈，沿其附近一带多发育有溶洞，但多埋藏浅，其中28.1m之上的溶洞多充填细砂；24.7m～25.8m段溶洞内细砂具涌砂现象；29.57m～33.91m段溶洞充填中砂，含有泥质物及少量径2cm～3cm的卵石。

(2)F8断层：位于右侧山坡，位于F7下游约70m处，与F7大致平行，张扭性，将侏罗系中统林山群第二岩组(J2ln2)地层中各岩层错开，断层宽度变化较大，北西端宽一般4m左右，南东侧宽可达11m左右。据钻孔水文地质试验，断层破碎带渗透系数一般为1.01×10-4cm/s～5.03×10-4cm/s，具中等透水性。

3 填筑料源控制

3.1 料源布置

青山湾土料场位于坝址下游温汤河右岸的青山湾自然村北东侧约200m，属丘岭岗地。可开采面积为13.2×104m2，该料场地面高程一般为110m～153m，坡脚处道路路面高程104m。主要种植茶树等，局部为旱地，种有花生、芝麻等经济作物，北侧分布一学校，南侧分布有古墓群，料场内亦有少量坟墓分布。一般土填筑料储量为91.68×104m3，可用于粘土心墙的填筑。

3.2 技术要求

粘土心墙防渗料应满足渗透系数不大于1×10-5cm/s，用于填筑防渗体的砾石土粒径大于5mm的颗粒含量不宜超过50%，最大粒径不宜大于150mm或铺土厚度的2/3，0.075m以下的颗粒含量不应小于15%。

3.3 施工参数

(1)根据碾压试验初步成果通过复核试验，选定26t自行式凸块振动碾。施工参数为铺料厚度为40cm，碾压遍数为静碾2遍+振碾6遍(一进一退为两遍)，行驶速度控制在2.5±0.2km/h，采用错距式碾压方式，错距宽度为65cm～70cm。

(2)粘土料最优含水率约为25.4%，由碾压试验结果显示，粘土料在含水率为23%～29%时，压实度均能达到设计要求的98%及以上，故建议粘土料的填筑含水率控制为-2%～+3%。

3.4 含水量的控制

(1)料场开采之前，在料场周边布置截水沟，料场内部设置井字型小排水沟，防止场外水进入料场，并把天然雨水及料源自身脱出的水及时排出场外，推除覆盖后土场表面平整无积水，避免外来水冲刷、浸泡土料。

(2)料场的天然土料含水率偏高时，在上坝之前必须对其进行调整，采用翻晒脱水处理，使土料达到压实最优含水量要求；采用翻晒法时要做好全面规划、分区分层翻晒、取土，以做到连续均衡生产。经翻晒好的土料采用堆“土牛”的方式备料，“土牛”的形状尺寸按受雨面积与土方之比最小，且保持场内排水畅通，取土方便等因素确定，翻晒好的料表面整平压光，苫盖严实，以便于随时开采上坝。

(3)针对土料场内开采的含水率偏低的土料需进行含水率调整，调整含水率采用反铲翻拌配合人工加水，调整后的土料需及时用彩条布覆盖，放置24h经检测合格后上坝。

(4)土料的天然含水量接近最优含水量时，可以直接开采上坝。

4 粘土心墙土料填筑

4.1 基础面验收

按照施工图纸完成坝基开挖和缺陷处理后，测量人员进行断面测量，并绘制基础平面图、纵横剖面图，作为坝体填筑依据。坝体填筑部位的全部基础处理只有经验收合格后，才能开始坝体填筑。坝体心墙填筑前，与心墙基岩或混凝土和喷混凝土层表面，先清除混凝土表面乳皮、粉尘及其它附杂物，并采用高压水泵清洗干净，涂刷一层厚3mm～5mm的浓粘土浆，泥浆土与水量比宜为1∶2.5～1∶3，并通过试验确定。

4.2 土料摊铺碾压

(1)根据现场地质情况，F2断层基坑工作面空间狭小，自卸车运输无法掉头，采用LG30装载机端料至工作面，人工配合挖机PC220进行散料，第一层铺筑厚度10cm，挖机履带进行碾压或者汽车碾；第二层及以后层铺筑厚度为20cm，采用液压振动板进行夯实，边角配合人工摊铺用手扶式冲击夯进行夯实。当所有基坑填筑至109m高程形成整体面后，进料的25t汽车在刚摊铺开的松土层上行驶，填筑采用平行坝轴线进占法铺料，SD32推土机散料，YZK26凸块振动碾顺坝轴线方向进退错距法碾压，心墙铺筑40cm，其压实标准满足施工图纸要求(压实30cm)，填土含水量按设计规定的施工含水量控制。

(2)防渗土料填筑前，与心墙基岩或混凝土和喷混凝土层表面，先清除岩面或混凝土表面的松散物或污物，涂刷一层厚3mm～5mm的浓粘土浆或水泥粘土浆，浆液未干时就铺填一层接触粘土。接触粘土的含水量高于最优含水量2%左右。从第二层防渗土料铺料开始，先铺两岸接触粘土，再铺同层防渗土料。粘土施工中严格按产量控制夯实时间。粘土铺土前，必须在铺土部位先刷浓泥浆，铺土时遵循原则：填土时，必须及时压实，不让松土过夜或淋雨。

(3)心墙粘土和反滤层之间通过每层的测量放线来控制填筑界限。填筑时必须首先保证粘土心墙的填筑断面尺寸。

(4)心墙的每一填筑层按规定参数施工完毕，检查合格后才能继续铺筑上一层。已碾压合格的心墙坝面根据天气、气温条件，采用10t洒水车高压雾状补水，以使土料的含水量保持最佳状态。在铺设上一层土料之前，对压实土层进行必要的处理，包括含水量调节和被车辆压成光面的区域刨毛。

(5)为保证心墙碾压时其表面被凸块振动碾翻松的半压实层得到良好的压实，采取如下措施：在土料碾压试验时，就对翻松土层厚度进行测试统计，并计入上层铺料厚度内。在心墙填筑时，以测量方法严格控制铺料厚度，在碾压合格的坝面，定点测量合格层的顶高程，即凸块振动碾的蹄底高程(不包括翻松层)，铺设上层松料之后，又定点测量上层新铺松土顶高程，两次测量的高程差即为新铺松土层厚度，其值应满足施工参数要求。

(6)压实土体不应出现漏压虚土层、干松土、弹簧土、剪力破坏和光面等不良现象。

(7)当用自卸汽车卸料时，采用进占法卸料；压实机械及其他重型机械在已压实土层上行驶时，不宜来往同走一辙；汽车上坝时经常变更进入防渗体的路口，减少重复碾压遍数。特别是汽车经常进入防渗体的道路，容易出现剪力破坏现象，在变更路口时认真仔细检查，一经发现彻底清除，重新回填。

填筑顺序：卸料→摊铺→碾压→检测→层面洒水→刨毛等工序流水作业。粘土与上下游反滤料平起施工，骑缝碾压。