水利工程粘土心墙坝填筑施工技术探讨

2023-09-25董伟进

东北水利水电 2023年9期

董伟进

（江西中煤水利环保集团有限公司，江西南昌 330038）

近些年来，随着社会经济的稳步发展，我国水利工程建设事业也呈现了快速的发展态势。水利工程作为系统化的工程项目，一般存在规模大、内容多、施工作业复杂程度高等鲜明特点。相关水利工程项目施工中，粘土心墙坝填筑施工为重点施工作业环节，即利用透水性比较好的砂或者砂砾作为坝壳，将防渗性较好的粘性土当作防渗体，设置于坝的剖面中心位置，在心墙材料方面可选择使用粘土、沥青混凝土、钢筋混凝土等[1]。从粘土心墙坝的优势来看，坝坡比均质坝陡一些，坝剖面较小，工程量少，心墙在总体积中的比重不大，所以施工受到季节的影响相对比较小。在相关水利工程项目施工中，粘土心墙坝填筑施工是非常重要的环节，因此，落实合理科学的粘土心墙坝填筑施工技术非常关键。水利工程粘土心墙坝填筑施工也存在一些难点问题，如部分工程施工现场存在一定局限，物料运输施工便道布置比较困难，运输距离比较长，下游风化料填筑施工需考虑布置穿坝道路。因此，有必要做好粘土心墙的保护工作，避免心墙结构受到剪切破坏影响。

1 工程概况

云南省建水县施家寨水库工程项目的挡水建筑物为粘土心墙风化料坝，坝顶高程为1 733.00 m，防浪墙顶高程为1 734.00 m，坝顶轴线（为直线）长169.60 m，最大坝高38.80 m，坝顶宽6.00 m，上游侧设防浪墙，坝顶以上墙高1.00 m。大坝坝壳料由风化料填筑，防渗体由粘土料填筑，心墙顶高程为1 732.20 m。防渗体上游设1 层砂、石混合反滤料（粒径0.25～20.00 mm），水平厚度为3.00 m，坡比为1∶0.20；下游设砂（粒径0.25～5.00 mm）、碎石（粒径5.00～20.00 mm）反滤料各1 层，水平厚度均为1.50 m，坡比为1∶0.20。上游坝坡设二级变坡，自上而下坡比分别为1∶2.40，1∶2.60，变坡高程为1 715.00 m，变坡处设宽度为2.00 m 的戗台。上游坝坡高程1 711.50 m 以上至坝顶采用混凝土预制块护坡，厚0.15 m，下设厚0.30 m（粒径为2.00～30.00 mm）的砂、碎石混合料垫层。上游坝坡与岸坡连接处设M7.5 浆砌石护岸挡墙，挡墙垂直高度（坝面以上）为0.50 m。防渗体为粘土心墙，心墙顶宽4.00 m，底部高程为1 692.72 m，心墙最大高度为37.50 m，上、下游边坡均为1∶0.20，最大底宽为21.00 m。

在该工程项目中，坝体填筑施工是非常重要的施工环节，因此，有必要结合工程项目实际情况，在明确工程施工难点及质量控制重点的基础上，落实有效的粘土心墙坝填筑施工技术，以保证此环节施工质量及安全性的协同提升。

2 施工难点及质量控制重点分析

在该工程项目施工中，因坝基帷幕灌浆施工尚未完成，粘土心墙和上、下游反滤料无法进行填筑作业，根据坝壳风化料场所处位置，先开展坝体上游坝壳风化料填筑施工作业。考虑到上游坝壳风化料和粘土心墙、上游反滤料填筑高差比较大，要想有效避免坝体结构稳定性受到影响，需将上游坝壳风化料的填筑高度拟定为5.00～8.00 m，并且风化料和上游反滤料坡度比须不大于1∶3.00。

2.1 坝体填筑施工难点

1）因该工程项目施工中，坝体填筑需穿插进行削坡和上、下游坝坡护面，加上相关附属结构施工涉及面非常广，如护脚、垫层、排水棱体、人行踏步等附属结构施工，施工程序较多，需从系统层面考虑，不能只考虑坝体填筑施工。

2）因施工场地存在一定限制，物料运输施工便道布置困难程度高，且运输距离比较长，下游风化料的填筑施工需考虑布置穿坝道路，需对粘土心墙加强保护，避免发生剪切破坏心墙结构的问题。

2.2 坝体填筑施工质量控制重点

在坝体填筑施工质量控制过程中，需对粘土心墙和上、下游反滤料填筑施工加强重点控制。尤其是在坝体防渗中，粘土心墙起到了关键性的作用，在控制粘土心墙质量的基础上，可使渗透坡降减小，使浸润线降低，进一步使坝体渗透稳定性得到有效保障。

以土石坝“上堵下排”的特性为依据，下游排水棱体施工质量控制是否良好，对渗透水能否顺利排出坝体起到了直接的影响，因此，需对此部位进行重点控制[2，3]。

坝壳渗透特性与坝壳风化料的含泥量密切相关，当中、下游坝壳风化料含泥量偏高，容易导致渗透系数不符合标准，进而使渗透水的顺利排出受到影响。因此，需合理控制坝壳风化料的含泥量，如果料场方面存在问题，则需第一时间和设计方、监理方密切沟通，确保坝壳风化料含泥量与工程施工标准要求相符[4]。

3 填筑施工技术

在工程项目中，粘土心墙坝填筑施工为重点环节，为确保此环节施工质量能够得到有效保障，需采取合理科学的施工技术，把控好施工技术要点。

3.1 基础处理及大坝填筑施工工艺

在水利工程粘土心墙坝填筑之前，需做好各项施工准备工作，即在完成碾压试验、料场复查作业之后，对基础部分进行合理处理，在基础开挖作业开展后，对基础面上的杂物及垃圾进行清理，将有碍物清除干净，坝基表面避免出现大于0.80 m的凸起现象，同时，不可出现1∶0.30 的陡坡和倒悬。建基面柔弱弹簧土、淤泥质土挖除之后，将表面积水妥善排出；倘若存在坑洞情况，需分层回填到建基高程。缺陷部分处理工作完成之后，需利用振动碾对坝基进行碾压平整处理，并根据相关设计要求，做好相应的取样试验作业。

结合施工规范、相关设计图纸要求、碾压试验成果，针对粘土心墙和上、下游反滤料，需采取平起填筑操作，并实施骑缝碾压施工，在填筑过程中，实施“先填反滤料，后填土料”的平起填筑工艺技术方法。值得注意的是，因风化料和上、下游反滤料铺料厚度是粘土心墙料的2 倍，所以，在粘土心墙料第2 层铺料作业完成之后，可以和风化料同时进行骑缝碾压作业。大坝填筑作业区施工流程如图1 所示。

图1 大坝填筑作业区施工流程图

3.2 粘土心墙填筑前技术要点

粘土心墙料填筑为重点施工部分，在粘土心墙填筑前，对于防渗涂料运输需做好防雨、防晒处理，并把控好各项粘土心墙填筑前的技术要点。

心墙盖板需进行适当的晒水湿润处理。在涂刷泥浆的基础上，进行铺土、夯实施工作业，泥浆涂刷高度需和铺土厚度保持一致，确保和下部涂刷维持良好的衔接关系，切忌不可于泥浆干涸之后再进行铺土作业。

泥浆土和水质量比需控制在1∶2.50～1∶3.00，厚度控制在3.00～5.00 mm。和心墙盖板接触部分的填土含水量需大于最优含水量的1%～3%。利用轻型碾压机械进行碾压施工作业，当碾压厚度大于0.80 m 时，可以采取大型压实机具，在合理设置碾压参数的基础上，进行常规压实处理。考虑到粘土心墙料填筑期间需保证粘土的含水量达标，应合理应用洒水车喷雾洒水。

在填筑作业前期，填筑面上散落的松土、杂物需于铺料前期清除干净。若气候干燥，土层表面水分蒸发速度比较快，在铺料之前，需在压实表土部位洒适量的水进行湿润处理，不可于干燥气候条件下铺填新土。

3.3 粘土心墙填筑时技术要点

采取上文提到的“先填反滤料，后填土料”的平起填筑法展开填筑施工作业，在防渗体土料方面，利用26 t 凸块进行压实处理，碾压操作需朝坝轴线方向展开。面对一些特殊位置，比如只能在垂直坝轴线方向进行碾压的情况下，铺料与碾压期间，相关质检工作人员需加强现场监视，避免出现铺料超厚、漏压、欠压等质量隐患问题。岸坡结合部位1.00～2.00 m 宽范围内，需平行岸坡方向进行碾压作业，对于难以压实的边角部位，可利用轻型振动器碾压，或者采取平板振动器进行压实处理。

对于粘土心墙料，需沿坝轴线方向铺筑，并确保及时进行铺料作业。利用定点测量方法，严格控制铺土厚度，避免出现超厚的情况。对于路口段超压土体，可在粘土心墙表面进行钢板的铺设，或进行粘土料保护层的铺设，以此确保路口段超压土体得到规范处理。

粘土心墙填筑期间，如出现剪切破坏、粗粒赴基层、松土层等问题，需结合具体情况，由监理工程师验收之后，再进行新土的铺填施工作业[5，6]。对于防渗体的铺筑需持续进行，若需短时间停工，需在其表面土层进行洒水湿润处理，使含水率控制在合理范围内；倘若需长时间停工，则需将保护层铺设好。在满足复工条件下，做好相应的清除处理，经过监理工程师验收合格之后，再进行填筑施工作业。