300m级超高心墙堆石坝接触黏土施工工艺研究

迟 欣

（中国水利水电建设工程咨询西北有限公司，陕西省西安市 710100）

1 概述

1.1 工程概况

两河口水电站为一等大（1）型水电工程，是雅砻江中、下游的“龙头”水库，两河口水电站水库正常蓄水位2865m，相应库容101.5亿m3，调节库容65.6亿m3，具有多年调节能力。水电站装机容量300万kW，多年平均年发电量为110.7亿kWh。

大坝为砾石土直心墙堆石坝，最大坝高295m，心墙顶高程2873.00m，顶宽6m，心墙与两岸坝肩接触部位的岸坡基岩表面设厚度为1m的混凝土盖板，盖板与心墙连接处铺设水平厚度4m的接触黏土，河床底部铺设垂直厚度1m的接触黏土，黏土需用量为18.2万m3。

1.2 设置接触黏土的目的

设置接触黏土的目的在于提高心墙与坝基岸坡（1:1.1～1:1.3）接触部位抗冲刷能力和抗裂性能，保证由于心墙不均匀沉降而不至于与岸坡脱裂[1，2]。

2 接触黏土设计指标

（1）最大粒径不大于40mm；小于5mm的颗粒含量应大于90%；小于0.075mm的颗粒含量应大于75%；小于0.005mm的颗粒含量应大于24%。

（2）塑性指数应大于14。

（3）渗透系数应不大于1×10-6cm/s，接触黏土自身的抗渗透变形的破坏坡降应大于12。

（4）水溶盐含量应不大于1.5%；有机质含量应不大于1%。

（5）在河床基础盖板上的接触黏土料压实度按大于98%控制；两岸接触黏土高程2640.00m以下、高程2845.00m以上压实度为94%～103%；接触黏土高程2640.00～2845.00m之间压实度为94%～100%（采用普氏604kJ/m3击实功）。

（6）两岸接触黏土料含水率控制指标：

1）高程2640m以下，接触黏土含水率与最优含水率的差值调整为Wop+0%～Wop+3.0%，Wop为最优含水率。

2）高程2640m以上，接触黏土含水率与最优含水率的差值调整为Wop+0.5%～Wop+3.5%，Wop为最优含水率。

3）含水率合格率达90%以上。

3 制备工艺及质量控制

3.1 备料流程

接触黏土料料源为西地土料场、普巴绒土料场。土料开采后，运输至一道班掺拌场、上游围堰掺拌场、瓦支沟掺拌场进行制备，其中在堆筑中分为三个区域，包括调水区、闷水区、成品区，其备料流程，见图1。

图1 备料流程图Figure 1 Material Preparation Flow Chart

3.2 含水调节

土料开采后，运输至一道班掺拌场、上游围堰掺拌场、瓦支沟掺拌场进行制备，其备料流程如下：

（1）由于各土料场接触黏土天然含水率偏低，难以满足施工要求，必须在黏土备存场进行含水率调节。现场采用分层摊铺补水方法进行，具备措施是在备存场选取三个备料场地，分仓轮换补水调节，先将场地进行整平处理，摊铺60cm接触黏土，分层摊铺过程中安排辅助工人对土料中夹杂的超径石、树根等杂物进行剔除。

（2）根据土料天然含水率检测情况、设计要求、最优含水率控制范围，以及施工过程中含水率损失情况计算补水量，在每层土料表面人工均匀补水，并采用水表精确计量。由于黏土备存距离心墙区较近，施工过程含水率损失较小，因此调水按照目标值Wm（Wop+2.5%）控制，则每立方米土的加水量为：

式中：V水——每立方米土的加水量，m3；

W目——接触黏土含水率目标值，%；

WO土——接触黏土天然含水率，%；

ρ土——土的干密度，g/cm3；

ρ水——水的干密度，g/cm3。

注：现场接触黏土最优含水率必须每周进行复核，及时调整。

（3）每层补水完成采用反铲掺拌均匀，一般铺设4～5层，然后覆盖防雨布闷水保湿，闷水时间不少于7天，以使水分渗透均匀。同时装车上坝前再次进行掺拌处理并进行含水率检测，检测合格后方可装运上坝填筑（见图1和图2）。

图2 调水Figure 2 Regulating water

图3 闷水Figure 3 Stuffy water

3.3 试验检测成果及分析

3.3.1 颗粒分析试验检测

接触黏土料料源颗粒分析试验检测322组，小于5mm颗粒含量在59.0%～100%之间，平均值为95.6%；小于0.075mm颗粒含量在46.6%～98.7%之间，平均值为85.6%；小于0.005mm颗粒含量在14.9%～44.1%之间，平均值为29.5%。针对部分指标不合格的情况，已作为废料处理。检测结果见表1和图4。

图4 接触黏土料源检测颗粒级配曲线图Figure 4 Particle Gradation Curve of Contact Clay Source Detection

表1 接触黏土料源颗粒分析试验检测结果Table 1 Particle Analysis Test Results of Contact Clay Source

说明：料源实际检测过程中，对局部最大粒径超过设计技术要求的土料在转存场和坝面进行了捡除。

3.3.2 液塑限试验检测

接触黏土料液塑限试验检测144组，液限在27.2%～36.3%之间，平均值为32.5%；塑限在12.5%～20.5%之间，平均值为17.1%；塑性指数在11.7～17.9之间，平均值为15.4。检测结果见表2。

表2 接触黏土料液塑限试验检测结果Table 2 Liquid plastic Limit Test Results of Contact Clay Materials

3.3.3 含水率检测

备料场接触黏土料含水率共检测1991组，含水率在15.0%～25.0%之间，平均值为19.2%。

4 填筑工艺及质量控制

4.1 泥浆制备涂刷

接触黏土填筑前需在与其接触的盖板混凝土表面涂刷一层3～5mm厚的泥浆，以利坝体与基础之间的结合，避免形成渗漏通道，其施工程序为：泡土（7天及以上）→配浆→刷浆（涂刷前清理混凝土基础面、洒水湿润）→厚度检测→铺土。

4.1.1 泡土

制备泥浆的土料为西地土料场、普巴绒土料场的接触黏土，为保证泥浆的涂刷质量，在泥浆涂刷前需将土料提前浸泡，浸泡时间至少为7天。泡土过程中，每天用反铲搅拌翻料两次，搅拌过程中将掺杂的石块及其他杂物清除干净，搅拌后确保土料得到充分的浸泡湿润，并使土块瓦解。当发现泥浆池中水量不足时要及时补水，始终保持池内水淹没土料。

4.1.2 配浆

取泡好的泥浆土放至便携式泥浆桶（铁皮油桶），并加水机械搅拌配制满足要求的泥浆，配置的泥浆浓度通过试验确定，黏稠度以挂壁为准，配合比为（土:水）1:2，比重为1.8～1.82。

4.1.3 涂刷、厚度检测、铺土

泥浆涂刷前，对混凝土表面的乳皮、粉尘、砂浆、油污等应予以清除，渗水处理完成，并用风枪吹扫干净，洒水潮湿。接触黏土施工时，应采取边涂刷边铺土的方式（涂刷3遍至设计厚度3～5mm），泥浆喷涂涂刷高度应与铺土厚度一致，并应与下部涂层衔接，不得在泥浆干涸后铺土和压实，接触性黏土回填后应及时压实（喷涂涂刷泥浆宜在准备填筑下一层黏土前半小时完成）。泥浆涂刷厚度采用钢尺插入泥浆层进行厚度检测（见图5）。

图5 泥浆涂刷Figure 5 Slurry brushing

4.2 铺料

4.2.1 河床水平段铺料

接触黏土由自卸汽车运料至现场在填筑工作面采用后退法沿坝轴线方向卸料，然后采用推土机及小型反铲铺料和平料，铺料厚度30cm，使仓面基本平整，层厚不超过设计铺料厚度，并用GPS测量网格控制。

4.2.2 两岸岸坡铺料

接触黏土由自卸汽车运料至现场在填筑工作面采用后退法沿坝轴线方向卸料，然后采用小型反铲铺料和平料，铺料时由混凝土接触部位往外铺，铺料厚度30cm，使仓面基本平整，层厚不超过设计铺料厚度，并用GPS测量网格控制。

4.3 碾压

4.3.1 河床水平段碾压

河床底部1m厚接触黏土采用进退错距法碾压，分4层铺料碾压，采用18t平碾平行坝轴线方向静碾8遍。

4.3.2 两岸岸坡碾压

岸坡接触黏土在砾石土料同层碾压时，针对4m宽的接触黏土碾压，碾压方式为：26t自行式振动凸块碾平行坝轴线方向碾压搭接接触黏土区域140cm以上，接着采用18t振动平碾顺水流方向在中间区域210cm宽内碾压4遍，然后采用17t气胎碾顺水流方向进行与心墙混凝土盖板接触50cm范围碾压4遍，最后采用18t平碾顺水流方向中间区域210cm宽内静碾4遍，完成整个碾压工序（见图6）。

图6 岸边接触黏土碾压方法示意图Figure 6 Schematic Diagram of Compaction Method for Shore Contact Clay

4.4 试验检测

（1）接触黏土料共检测4993组，其中水平段接触黏土料检测48组，高程2640m以下检测2180组，高程2640～2845m之间检测2765组。

水平段接触黏土料压实度在102.4%～107.4%之间，平均值为105.0%；小于5mm含量在98.1%～99.7%之间，平均值为98.8%；小于0.075mm含量在94.2%～97.7%之间，平均值为95.4%；小于0.005mm含量在25.4%～32.7%之间，平均值为28.3%。检测结果见表3和图7。

表3 水平段接触黏土料填筑质量检测结果Table 3 Test Results of Filling Quality of Horizontal Section Contact Clay Materials

统计高程2640.00m以下，两岸接触黏土料压实度在95.8%～105.9%之间，平均值为99.5%；小于5mm含量在91.4%～97.0%之间，平均值为95.0%；小于0.075mm含量在81.1%～87.1%之间，平均值为83.4%；小于0.005mm含量在25.8%～33.1%之间，平均值为29.9%。检测结果见表4和图8。

图8 两岸接触黏土料颗粒级配曲线图（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 两岸接触黏土料填筑质量检测结果（高程2640.00m以下）Table 4 Filling Quality Inspection Results of Contact Clay Materials on Both Banks （Elevation below 2640.00m）

统计高程2640.00～2845.00m之间两岸接触黏土料压实度在94.0%～100.0%之间，平均值为97.3%；小于5mm含量在91.1%～99.6%之间，平均值为96.6%；小于0.075mm含量在77.1%～95.2%之间，平均值为84.9%；小于0.005mm含量在24.1%～43.8%之间，平均值为29.5%。检测结果见表5和图9。

表5 两岸接触黏土料填筑质量检测结果（高程2640.00～2845.00m）Table 5 Filling Quality Inspection Results of Contact Clay Materials on Both Banks （Elevation 2640.00～2845.00m）

图9 两岸接触黏土料颗粒级配曲线图（高程2640.00～2845.00m之间）Figure 9 Filling Quality Inspection Results of Clay Material in Contact with Both Banks （Elevation 2640.00 ～ 2845.00m）

（2）渗透试验结果。两岸接触黏土料渗透试验共进行48组，其中现场原位渗透试验进行12组，取现场原状样进行室内渗透试验36组，试验结果满足设计要求。检测结果见表6。

表6 两岸接触黏土料渗透试验检测结果Table 6 Penetrant test results of clay materials in contact with both banks

（3）界限含水率试验结果。两岸接触黏土料界限含水率试验采用液、塑限联合测定法，共检测306组，试验结果满足设计要求。具体检测结果见表7。

表7 两岸接触黏土料界限含水率试验检测结果Table 7 Test Results of Boundary Moisture Content of Clay Materials Contacting Both Banks

（4）完成接触黏土料直剪试验6组，检测结果见表8。

表8 接触黏土料直剪试验检测结果Table 8 Direct Shear Test Results of Contact Clay

（5）完成接触黏土料压缩试验38组，检测结果见表9。

表9 接触黏土料压缩试验检测结果Table 9 Compression Test Results of Contact Clay

4.5 测量控制

在施工过程中，采用手续GPS、全站仪等对各类坝料的层厚及料界进行了测量控制，保证了铺料层厚及料界满足要求。

（1）层厚控制情况。铺料过程中首先采用手持GPS进行粗平，指导操作手平料，其次数字大坝根据推土机（装有GPS）平料情况，生成精度较高的铺料厚度方格网，对粗平进行一次验证，最后在铺料完成后，用全站仪对铺料厚度进行测量，三层把关、严控厚度。接触黏土料铺层厚度控制测量情况，见表10。

表10 接触黏土料铺层厚度控制测量情况Table 10 Thickness control measurement of Contact Clay

（2）接触黏土料料界侵占控制情况。根据设计要求，本工程坝料侵占原则为细料侵占粗料，粗料不得侵占细料，且侵占宽度需满足要求。施工中，采取测量划线、双料摊铺器等措施进行料界控制，采取全站仪进行测量检查。接触黏土料料界测量控制情况，见表11。

表11 接触黏土料料界测量控制情况Table 11 Survey and control of contact clay material boundary

5 结语

两河口水电站接触黏土料用作接触界面处的防渗土料，其施工质量至关重要。通过对施工工艺的固化及质量控制，确保了接触黏土及接触界面的施工质量满足要求，为工程高水平达标投产以及创“国家优质工程金奖”提供强有力保障。同时，该工程施工工艺及质量控制方法为同类工程提供借鉴。