砾石土心墙堆石坝接触性黏土施工技术

赵 伦

(中国水利水电第十二工程局有限公司，杭州 310004)

1 概 况

两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，电站坝址位于雅砻江干流与支流鲜水河的汇合口下游约2km河段。

挡水建筑物为砾石土心墙堆石坝，坝顶高程2875.00m，河床部位心墙底高程2581.00m，基底设1m厚混凝土基座，最大坝高295.00m，坝顶宽度16.00m。上游坝坡坡比1∶2.0，下游坝坡坡比1∶1.9。挡水大坝坝体共分为防渗体、反滤层、过渡层和坝壳四大区。

大坝心墙砾石土设计填筑量441.14万m3，接触性黏土17.96万m3。砾石土料分别由上游亚中料场、苹果园料场、瓜里料场、普巴绒料场及下游西地料场供应，接触性黏土由西地料场和亚中土料场供应。

2 接触性黏土技术要求

接触性黏土的颗粒级配应符合下列规定：

1)最大粒径≤40mm；<5mm的颗粒含量应>90%；<0.075mm的颗粒含量应>75%；<0.005mm的颗粒含量应>24%。

2)塑性指数应>14。

3)渗透系数应<1×10-6cm/s，抗渗透变形的允许坡降应>12。

4)水溶盐含量应≤1.5%；有机质含量应≤1%。

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

6)含水率应为Wop+0.5%≤W≤Wop+3.5%。

3 接触性黏土施工技术

3.1 泥浆制备及喷刷

接触性黏土料填筑前需在与其接触的混凝土盖板表面提前(提前时间根据日照情况制定)喷涂一层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天以上)→配浆→刷浆(喷涂前清理混凝土基础面、洒水湿润)→厚度检测→铺土[1]。具体施工方法如下：

1)泡土：

制备泥浆的土料为西地土料场的接触性黏土，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7d。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。同时，待河床基础面喷刷完成后，将泥浆池回填，后续填筑过程中岸坡侧泥浆喷刷需求量小，拟采用钢板焊制两个1.5m×1.5m×1m的泡土箱即可满足供料要求及规范化施工。

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，配置的泥浆浓度每次均由试验人员采用比重称检测合格后方可使用，涂层厚度3-5mm；便携式泥浆桶采用现场小型工程车辆运输至泥浆喷涂现场。通过试验确定机械喷涂浆液比重为1.53，喷涂5遍至设计厚度。人工涂刷浆液比重为1.8，涂刷3遍至设计厚度[2]。

3)喷涂涂刷、厚度检测、铺土：

泥浆喷涂涂刷前，对混凝土表面的乳皮、粉尘、砂浆、油污等应予以清除，并用高压鼓风机吹扫干净，洒水潮湿。接触性黏土施工时，应采取边涂刷边铺土的方式，泥浆喷涂涂刷高度应高出铺土厚度3-5cm，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(涂刷泥浆宜在准备填筑下一层黏土前制作完成，黏土喷涂涂刷后干涸时间根据日照情况约为10min-30min)。泥浆喷涂涂刷厚度采用钢尺插入涂刷好的泥浆层内进行泥浆厚度检测。

喷涂工艺流程为：泥浆制备→配浆润管→注浆→试喷→喷涂至设计厚度，该工艺设备安装简便、快捷，操作方便，施工效率高、质量效果好。

涂刷工艺流程为：泥浆制备→配浆→涂刷至设计厚度，该工艺操作简便，质量效果好，利于现场工人施工。

3.2 铺料

接触性黏土填筑前，在混凝土盖板表面喷涂一层浓泥浆，边喷涂、边铺料、边压实(需提前喷涂一层3-5mm厚泥浆，在干涸之前必须使用黏土覆盖)。

1)河床水平段铺料：

接触性黏土由自卸汽车运料至现场在填筑工作面的前沿(离端点0.5-1m处)卸料，采用进占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，仓面平整度要求基本平整，层厚不超过设计铺料厚度，并用测量网格控制。

2)两岸岸坡铺料：

接触性黏土由自卸汽车运料至现场在掺砾石土料填筑工作面的前沿(离端点离端点0.5-1m处)卸料，采用进占法沿坝轴线方向卸料，然后采用小型反铲辅以人工铺料和平料，铺料时由混凝土接触部位往外铺，铺料厚度30cm，仓面平整度要求基本平整，层厚不超过设计铺料厚度，并用测量网格控制。

3.3 厚度检测

厚度检测主要采用在填筑面建立测量控制网格，测量网格按5×4m控制(测点坐标相对固定)，利用GPS快速移动测量技术，分别在铺料后和碾压后测量其高程，推算其厚度，如厚度不满足要求，应及时处理合格后，方可进行下道工序施工。

心墙底部基础面铺筑时采用大坝数字化监控系统对填筑层厚进行监控，即采用安装在推土机或平地机上的GPS对填筑厚度随时进行监控、报警，根据监控情况及时纠偏，确保填筑层厚控制在规范允许范围内。

3.4 碾压

1)河床水平段碾压：

河床底部1m厚接触性黏土料选取含水率在Wop+0.5%≤W≤Wop+2.0范围内的天然含水状态黏土，压实度控下不控上，采用进占法铺料30cm，推土机平仓，采用自行振动18t平碾多机联动单机循环搭接法碾压，静碾8遍。

2)岸坡接触部位碾压：

岸坡接触黏土采用自行振动18t平碾顺坝轴线方向碾压。靠近岸坡50cm范围，采用汽胎碾压实。碾压遍数：静压8遍、行走速度控制在2.5±0.5km/h内，含水率控制在WOP+0.5%-WOP+3.5%范围。

3)仪器周边碾压：

仪器周边碾压：监测仪器周边1m范围采用0.5t双钢平碾振动碾、BS500冲击夯碾压密实，严禁无振碾压、欠碾和漏碾[3]。

4 质量检测

质量检测采取环刀法抽样检测为主，并充分利用数字化大坝质量监控系统，做好坝体实体质量监控为辅，检测与监控并行的“双控”措施。

4.1 接触性黏土填筑前质量检测

接触黏土料填筑质量检测主要为压实度、渗透系数和抗渗透变形的允许坡降。其检测方法依据DL/T5355-2006《水电水利工程土工试验规程》。左、右两岸接触黏土每层各取2组试样测定干密度、含水率，每填筑1m取2组试样测定颗粒级配、界限含水率试验，每填筑20m取原状样垂直、水平向渗透试验各2组，每填筑40m进行2组原位渗透试验、2组饱固快直剪试验、中三轴试验CD、CU、UU剪各1组。

4.2 含水量调整

在继续铺筑上层新土之前，采用人工对压实层表面残留的、翻松的半压实土层进行补水处理，补水量根据表层含水率检测确定，洒水采用高压洒水车雾状洒水，避免形成土层间结合不良的现象。

填筑时要严格控制心墙料的含水率在允许的范围以内(接触性黏土含水率控制在WOP+0.5%-WOP+3.5%)。

5 结合面及接缝处理

5.1 结合面处理

接触性黏土与盖板结合部位在填筑前，采用人工对混凝土板表面裂缝、乳皮等缺陷进行处理，并经三检人员验收合格后，辅助工人在其表面喷涂一层厚3-5mm的浓泥浆，以利坝体与基础之间的结合，避免形成渗漏通道。泥浆喷涂高度应高出铺土厚度3-5cm(防止泥浆涂刷高度不够)，并边涂刷、边铺土覆盖，以利土料与基础面之间的结合，严禁泥浆干涸后再铺土覆盖。喷涂的泥浆还要注意与下一层相接不得中断。浓黏土浆采用接触黏土与水侵泡、搅拌制备。

与反滤料接触部位的接触性黏土施工方法：碾压时对反滤料部位靠近分界≥50cm土料范围内也进行相应的碾压，碾压遍数同接触性黏土，碾压方向应平行于界面，防止心墙土料和反滤料发生相互污染[4]。

5.2 接缝处理

若由于施工需要进行分区填筑时，横向接缝采用台阶法接缝，留设台阶宽度1m，其横向接缝坡度不得陡于1∶3。接触性黏土内不应留有纵向(顺水流方向)接缝。在接合的坡面上，应配合填筑的上升速度，将表面松土铲除至已压实合格的土层为止。坡面须经刨毛处理，并使含水量控制在规定的范围内，然后才能继续铺填新土进行压实。

6 填筑面保护

由于冬季寒冷出现负温(极端温度-15.4℃)、雨季降雨小区域气候明显或其它原因导致接触性黏土填筑将出现间断施工，因此在间断施工期间和填筑前期间均应做好接触性黏土保护，结合类似工程经验，接触性黏土施工保护措施如下：

1)冬季负温期间保护：由于冬季出现负温引起的短时间停工，采取表面覆盖保温材料保护，恢复施工前予以清除。遇有寒流等特殊天气需长时间停工时，表面采取覆盖一层厚30cm的天然黏土保护，恢复施工前清除干净，并经三检人员验收合格后方可恢复填筑。

2)雨季降雨期间保护：由于雨季降雨引起的停工，采用表面覆盖防水雨布保护，恢复施工前予以清除，并对接触性黏土内积水采用水泵或人工舀水等进行处理，然后检测接触性黏土含水率，并经三检人员验收合格后方可恢复填筑。

3)其它原因间断保护：由于其它原因引起的坝面间断施工，其保护措施视具体情况，可采取覆盖防水雨布、保温材料、天然黏土、压成光面等保护措施。

4)接触性黏土正常施工期间采取覆盖塑料薄膜，起到对接触性黏土保湿和防止污染的作用。

7 特殊季节接触性黏土的施工

7.1 雨季施工措施

根据气象资料分析，雨季施工主要集中在5-10月，其它月份有少量降雨>土料停工标准。土料停工标准：日降雨量<5.0mm照常施工；5-10mm雨日停工；10-30mm雨日停工，雨后停工0.5d；≥30mm雨日停工，雨后停工1d。由于接触性黏土细料含量高对雨水敏感，规范制定的标准适用性低。

接触性黏土雨季施工措施如下：

1)密切关注天气预报，与气象部门合作采用气象雷达实时监测降雨情况。当预报有降雨时提前做好施工应对措施准备，做好材料和设备的提前准备；雨季施工接触性黏土含水量按最优含水率的中间值下限控制。

2)雨季接触性黏土前期上下游较长时采取填筑面形成“龟背状”，以利于雨季的排水；上下游较短时采取单向坡设置，下游高于上游，坡比控制在1%-2%左右。

3)接触性黏土雨季施工应快速作业，缩短流水作业时间，铺筑应及时、平整，铺筑完成后采用18t平碾快速压实。

4)雨季接触性黏土填筑前应检测土料含水率，含水率合格的土料才能上坝。

5)雨停后应及时排除接触性黏土区积水。对表面被雨水浸泡过的土料应及时清理干净，对含水量影响不是很大的土料进行翻晒。

6)下雨停工时禁止一切设备进入接触性黏土区。做好下雨至复工前坝面保护，施工机械和人员不得穿越接触性黏土。

7)恢复填筑前应对接触性黏土含水率进行检测，含水率合格后方可复工。

8)雨前接触性黏土碾压过，恢复填筑前需重新对压实度检测或进行补碾后重新检验。

9)接触性黏土与掺砾石土料、两侧反滤料平起施工，以利于积水排放，对被污染反滤料清理干净。

10)雨季应提前储备好防雨布、抽排水设备、辅助工人。

7.2 冬季施工措施

根据坝址区最近四年实测气象资料分析，冬季气温<0℃时段主要发生在11月-次年2月，出现负温时间段一般为晚23∶00-次日10∶00。其余月份有少量夜间出现负温天气，接触性黏土冬季施工按照浅冻期和深冻期制定措施如下：

1)浅冻期：

开始∶未来区域内10-15d气象预报气温变化趋势不断下降，同时短期最低气温连续5d及以上出现负温，并松土覆盖表层开始发生连续3d及以上冻结。

结束∶未来区域内10-15d气象预报气温变化趋势不断上升，同时短期最低气温连续5d及以上出现正温，并无覆盖条件下松铺土料连续3d及以上未发生冻结。

措施：接触性黏土采用单层土工膜(三布两膜)覆盖措施，负温期间采用RC4监测仪器对土温连续监测，若受冻则在正温期间将受冻土料挖除。

2)深冻期：

开始∶当日最低气温连续3d及以上低于-3℃，且无覆盖条件下松铺土料冻结深度> 4cm、且连续出现3d。

结束∶当日最低气温连续3d及以上高于-3℃，且无覆盖条件下松铺土料冻结深度<4cm、且连续出现3d。

措施：接触性黏土采用双层土工膜(三布两膜)覆盖措施，负温期间采用RC4监测仪器对土温连续监测，若受冻则在正温期间将受冻土料挖除。

3)加强现场施工管理，集中施工设备，搞好流水作业，做到快铺、快压、快检；确保接触性黏土温下降到0℃之前覆盖新鲜土层。

4)下雪后，层面积雪影响接触性黏的压实干容重，铺土前必须清扫，施工过程中少量的降雪对填土质量影响较小，可忽略不计。填土中不得夹有冰雪、冻块。如因下雪停工，复工前应清理坝面积雪，检查合格后方可复工。

8 结 语

该施工技术已成功应用在两河口水电站接触性黏土施工中，已填筑的接触性黏土的压实度、含水率、渗透系数等技术指标均符合设计和规范要求，保障了大坝黏土填筑的质量和进度。两河口水电站目前已完成两期蓄水，蓄水后渗透量极小，间接证明了接触性黏土施工技术的成熟。接触性黏土施工技术可以广泛应用于其他水利、道路、房建等具有防渗、协调变形作用的黏土施工中。值得在国内外类似工程中推广应用。