基于黏土心墙填筑检测质量控制探究

杨坤源

(福建省水利水电工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 案例基本概况

鹤庆县幸福水库结合本区与引区水量，建设水库条件基本满足，具备规划建设基本条件。通过对幸福水库水利资源的合理规划利用，既符合当前国家发展要求，又可改变本区水资源浪费的现状，以加快本区国民经济快速健康发展。幸福水库枢纽建筑物包括水库大坝(心墙坝)、输水涵洞、溢洪道、输水涵管四大建筑物。幸福水库大坝为黏土心墙坝，其具体指标参数如表1所示。

表1 大坝指标参数

坝体在高程2250.00m处设有7m高褥垫棱体混合式排水，排水棱体顶宽1.5m，排水棱体底部高程为2243.00m。混合式排水后设有30cm×30cm(高×宽)C15混凝土排水沟。工程区及附近天然建筑材料分布相对丰富，坝址及库区附近分布有丰富的培坝料，防渗黏土料。天然河砂料较缺，砂石料附近较丰富。

1)防渗土料场位于水库南面，至坝址运距1.0km。出露地层上部为第四系更新统(Qp)的第四系残坡积积(Qedl)紫红、褐红色含砾、砂质黏土，厚一般为2.0-3.5m；下伏地层为第四系更新统(Qp)半胶结砂砾岩地层，厚度>50m，产状70°∠15°，上部残坡积含砾、砂质黏土层为防渗土料，下伏第四系更新统(Qp)半胶结砂砾岩为坝壳料。防渗土料主要为残坡积褐红色高液限黏土，根据出露及周边情况，最大开采厚度3.5m，表层剥离(植被层)厚0.3-0.5m，防渗料场共取4组扰动样，经室内试验:塑性指数略偏高，其余各项指标均满足防渗体土料质量技术要求。

2)半胶结砂砾石培坝料。坝壳料为防渗土料下部地层，岩性为第四系更新统(Qp)半胶结砂砾岩地层，厚度>50m，地下水位埋藏较深。推测低于开采底板。主要指标(类比工程经验值)：渗透系数5.0×10-4cm/s；最优含水率:16.7%；最大干密度:1.9g/cm3；饱和固结快剪:C=20KPa，Φ=28°。质量评述:各项指标均可达到土石坝填筑料质量要求。

3)砂石料。经调查在工程区附近河段内，天然河砂量较少。砂石料外运解决，可至锰矿岔路口石场采购拉运，交通相对方便，运距约6km，岩性为灰岩，质量好，为当地民用建筑的使用砂石料。

2 施工生产性试验

2.1 试验目的

施工生产性试验是正式施工前非常关键的工作之一，以此可以明确施工过程中相应的施工指标，同时也可以确定出最终的施工方法以及所用工具，在此基础上能够明确质量控制标准。

2.2 施工生产性试验的项目

主要是对黏土心墙填筑所用土料实施碾压试验，以此来明确填筑施工过程中所用方法以及机具、铺料的厚度、压实的方法以及碾压次数等内容。

1)防渗黏土生产性碾压试验。为了确保试验的有效性，需要选定典型材料来进行，要按照所用材料的设定参数、料场具体情况等来实施。通过对大范围坝区填筑实施碾压试验能够明确最终较为合适的压实参数和施工方式。

2)坝壳料生产性碾压试验。试验过程一定要充分结合施工现场工程机具来进行，利用此方面的试验能够明确铺料的厚度和方法、压实的方法以及碾压次数等等。该试验最为关键的就是要测定铺料压实沉降量、压实干密度、结构状况、最大块径和<5mm的细粒含量以及压实过程的破碎情况等等。

3)反滤料生产性碾压试验。此试验的关键在于明确碾压前后反滤料颗粒级配变化、透水性和含泥量等是否满足料间过渡关系，通过反滤料进行填筑时最主要的就是控制相对密度、渗透系数等内容。

4)可以通过逐渐收敛法来获取生产性碾压试验中的所有最佳参数指标，其中黏土料碾压试验的铺土厚度分别按25cm、30cm、35cm进行，坝壳料和反滤料碾压试验的铺土厚度分别按50cm、60cm、70cm进行。

2.2 相应参数和检验方法的确定。

1)在正式进行填筑之前需要选择相应填筑料进行模拟施工，通过碾压试验来确定坝区材料的施工参数，该工程的碾压试验可以在备料场来进行。正式进行碾压试验前需要对试验场地进行平整，同时利用振动碾(该工程为18T)对其进行碾压。通过此种试验能够得到相应的碾压参数，主要包括：各料区的掺和方式及比例、铺料方式、铺盖厚度和压实厚度、加水量、碾压机具型号、碾压遍数、行走速度、碾压前后的填料级配、含水量、渗透系数、干密度和孔隙率等。

2)在对坝体填筑之前需要根据现场材料完成填筑以及碾压试验，以此为基础最终确定最为合理的施工机具、施工方法等，从而保证整个工程按时保质的完成。具体的施工操作按照如下方式进行：①将碾压场地设置在料场(划定场地面积为800m2)，对于场地进行必要的平整(控制单位表面平整度≤±5cm)，同时对于表面进行清理，保证场地表面不存在杂物；②在每个试验单元划定相应尺寸(一般为1.5m×1.5m)的网格用于测量压实沉降情况，同时要在填筑区域外部设置相应的控制基桩。为了明确区分不同网格的含义，可以对其进行颜色以及编号标识，并且通过测量设备确定其初始高度；③通过进占法按照设定厚度进行铺料，为了避免外部杂物对试验的影响，外部运输车辆进入到试验区域前一定要将轮胎等位置所夹杂杂物彻底清理掉；④需要按照每个区域设定的碾压次数实施碾压，首先进行2次静压，之后实施振动碾压，要控制碾压搭接位置≥30cm。完成碾压后要对每个网格测点高程变化情况进行测量，之后对试验区域的平均沉降情况进行计算；⑤选用灌砂法测定压实密度及填料级配。每单元取二组的平均值为试验值。

试验的目的在于校核设计提出的有关技术指标；确定压实机具和施工机械的型号和数量；确定施工方法和各种参数，如铺料方法、铺料厚度、压实方法、碾压遍数、加水量和有效压实厚度等；提出质量控制技术要求及检验方法。通过试验最终确定压实机具、铺料方法、铺料厚度、压实方法、碾压遍数、加水量和有效压实厚度等施工方法及参数。

3 黏土心墙填筑检测质量控制分析

3.1 压实度方面的控制

该工程填筑所用土料为第四系残坡积积(Qedl)紫红、褐红色含砾、砂质黏土等，受到土料分布方面的影响，在实际施工时可以通过压实度指标判定具体压实程度。受土料属性变化的影响，为了确保压实性就要通过标准的击实试验对土料密度进行测定，但是整个过程至少需要48h，在没有得到试验结果的情况下无法实施下层填筑，对于整体施工进度具有较大影响。所以为了避免出现以上问题，可以通过三点击实试验法来得到最大的实密度，能够得到用湿密度计算的压实度。

为了明确此种方法的有效性，在碾压试验和填筑过程中通过湿密度计算所得压实度符合设定标准情况下，可以通过干密度计算压实度来进行验证，结论是也符合设定标准要求。因此能够通过湿密度计算压实度来判定土料压实胡子良是否符合设计标准，具体结果如表2所示。

表2 压实度试验结果

通过具体试验分析可知，压实度在100%之上的样点数量较多，之所以出现此种情况主要在于碾压设备压实功能过强，就算是土料含水率较低，碾压设备也可以将其压实。

3.2 渗透系数方面的控制

对于黏土心墙来说，其最关键的作用就是保证良好的防渗性，因此渗透系数是此种心墙最为关键的指标。一般情况下都是通过室内渗透系数来对心墙渗透质量进行评定，但是室内变水头渗透试验时间相对较长，无法满足施工周期方面的需要。所以为了有效解决施工周期和质量方面的冲突，碾压试验过程中同一时间实施室内变水头渗透试验和原位渗透试验。其中原位渗透试验可以通过单环法以及双环法共同进行，在填筑过程中通过单环法和室内变水头实施对比分析，明确原位渗透系数和室内变水头渗透系统规律，以此来对具体施工进行指导，试验成果如表3所示。

表3 渗透系数试验结果

从表3可知，在土料密实度达到98%以上时渗透系数不会发生较大变化。相对于双环法测定方式来说，单环法所测定的数值相对较大。但是相对于室内渗透试验来说，单环法和双环法所测数值都比室内渗透试验测定值高出一个数量级。所以施工过程中通过单环法实施渗透系数控制，其所测渗透系数符合设计指标要求，就能够确定填筑层的渗透性能符合设定标准。

3.3 含水量方面的控制

一般情况下黏性土干表现密度随着含水量的增加而增加，但是在土体含水量达到某临界值的情况下干密度会有所下降，此时的含水量称之为土料最优含水量，该工程施工中要严格控制土料含水率不超过土料最优含水率±2%-3%。只有控制在最优含水量情况下才可以得到最大的干表观密度，并且能够得到较为经济的压实效果，因此施工时要对含水量进行控制。

对于含水量较高的情况来说，可以利用预先剥离、开挖通风沟、优化排水条件、翻晒等方式进行处理；对于含水量较低的情况来说，可以通过分场挖沟灌水浸渍、喷灌机喷洒等方式来进行处理。对于土料含水量不均的情况来说，尽可能采取立面开采的方式，确保上下层土料的均匀拌和，保证有效控制填筑土料含水量在标准范围内。

3.4 碾压次数的控制

一般情况下碾压设备往往采取“进退错距法”以及“圈转套压法”进行开行，按照此工程的具体碾压面积情况来看采取进退错距法较为合适。为了防止出现漏压的问题，可以现在碾压带两侧多次往返碾压，之后实施错距碾压。在进行施工时只要对错距宽度进行测量就可以明确碾压的次数是否满足设计标准要求。

4 结 语

黏土心墙是大坝施工中最为重要的组成部分，其填筑质量在很大程度上影响着整个大坝的最终质量。文章主要以鹤庆县幸福水库工程为例阐述了黏土心墙填筑检测质量控制方面的内容，希望文章的介绍能够对类似黏土心墙填筑质量控制提供一定参考和帮助，对于提升大坝的施工质量具有现实意义。