张永智
云南建投第一水利水电建设有限公司，云南昆明 650217
摘要：由于传统粘土心墙坝的心墙料一般采用纯粘土料，纯粘土料填筑的心墙强度低、含水量偏高，对中、高坝的稳定及含水量控制不利。为了解决这一系列问题，元江县鲁布水库粘土心墙风化料坝的心墙料采用纯粘土料中掺拌40%的全风化泥质板岩料，技术上：在满足渗透要求的情况下，心墙干密度得到显著提高，增强了心墙的稳定性；土料含水量降低，减少了翻晒工序，提高了大坝回填速度。经济上：节约了征占地费用，较少了剥离、开采费用。这一技术的成功应用，为类似工程施工积累了经验。
关键词：粘土心墙；掺拌；全风化泥质板岩料；含水量；干密度
引言
粘土心墙坝的心墙主要起到抗渗作用，对于高坝还应有足够的强度来适应大坝变形，纯粘土料压实干密度较低，而在纯粘土中掺入一定比例的全风化料，干密度能够显著提高，大坝心墙抗变形能力也能够提高。
元江县鲁布水库大坝为粘土心墙风化料坝，坝顶高程为1696.60，坝顶宽10.0m，最大坝高86.1m，粘土心墙顶高程为1696.10m，顶宽4.0m，心墙底部高程为1608.0m，底宽48.685m。
粘土心墙主要设计指标为：压实度>98%，渗透系数<1.0×10-5cm/s，含水率26.2%~33.2%，心墙料为纯粘土料中掺入≤40%全强风化泥质板岩料。
心墙料采用纯粘土料中掺拌40%的全风化泥质板岩料这一方案的实施结果显示，与纯粘土料相比，渗透能够满足设计要求，心墙干密度显著提高，土料含水量降低，减少了翻晒工序，提高了大坝回填速度，节约了征占地费用，较少了剥离、开采费用。
1 心墙料的开采、拌合施工方法
1.1 开采原则
料场地形缓、土层厚时，采用立面开采，施工便道通往开采面，按照混入比例，边挖边装车，这样能减少翻挖次数，降低施工成本。地形陡、土层薄时，采用平面开采，边挖边装边配料，推土机推料、挖掘机翻料、装载机配风化料。
1.2 料源复查
（1）粘性土料场重点复查天然含水率及其随季节的变化情况、颗粒组成、土层情况、储量、覆盖层厚度和可开采土层的厚度。
（2）压实特性，即最大干密度和最优含水率。
（3）物理力学性质，如天然干密度、比重、液塑限、压缩性、渗透性、抗剪强度等。
（4）复查方法，采用探坑取样，每100m左右布置一个探坑，探坑每1m应测定含水率一组，并同时鉴定土质和现场描述。
1.3 料场剥离
粘土料开采采取自下而上开采方法，分区分片的剥离，剥离一片、验收一片、使用一片、复耕一片，上部剥离料作为下部复耕料，从而降低水土保持的成本。
1.4 拌合方法
本工程土料场地形陡、土层薄，分部不均匀，为使土料及风化料配比准确、拌合均匀，先进行料场底部开采取料，形成集料场，再对上部土料采用推土机推料收集，挖掘机翻挖至下部集料场，翻挖过程中装载机铲风化料与粘土拌合，15t自卸汽车在集料场装运。
1.5 含水率控制
试验室要即时检测土料场粘土料粘土料的含水量，充分利用粘土料天然含水量接近最优含水量的部份，上坝土料含水量以略高于坝面填筑含水量2%～3%为宜（阴天控制在2%，晴天控制在3%），具体参数通过试验确定。
沿料场四周挖设40cm×40cm截水沟，截水沟距开采边缘1.5m，防止料场外的坡面水进入料场内。截水沟开挖在场地清表完后进行。
粘土料含水率低时的处理措施：（1）坝面洒水：当坝面土层表面干燥，需补充水分时，可在坝面直接洒水，洒水方法宜采用水管或洒水车洒水，洒水均匀。（2）土料场加水。
粘土料含水率高时的处理措施：（1）翻晒法：对于用翻晒法降低含水率的效果，应预先进行翻晒试验，以确定翻土厚度、每天翻晒的适宜时间和翻晒的方法。（2）掺料：掺料的目的是通过掺入含水率低的土料以及强风化料，吸收含水率高的土料中多余的水分，使土料含水率重新调整，以满足施工含水率的要求。掺料可用含水率低的土料或全强风化料。
1.6 心墙料的铺填碾压
心墙粘土料填筑施工流程：测量放线→填筑面处理、洒结合水→两端接触面处理、刷泥浆→挖运粘土料上坝→进占法卸料→推土机散料按要求的铺土厚度整平→W260自行式振动凸块碾按规定碾压遍数压实→压路机碾压结合部→电动夯和人工进行边角处理→质量检查及取样试验→层面处理和质量疵点处理→隐蔽验收及质量评定。
在混凝土盖板或岩面上填土时，先将混凝土灌浆盖板打毛，将上面的砂浆、污物等清除后，洒水湿润，涂刷3～5mm的浓泥浆，填土随刷浆进行，保证在填土时泥浆应是湿润的，已经干硬的泥浆层必须清除。砼面的处理完成后应进行验收签证，合格才能进行填筑施工。
粘土料的铺料方法采用进占法，运输上坝的汽车只能在新填筑未压实的层面上行驶。一般情况下每铺两层，更换进入心墙的路口。
本工程大坝为分区坝，坝壳料场位于大坝上游，存在上游料场下游用的情况，因此部分坝壳料需跨心墙，解决措施：
压实主要用自行式凸块碾和电动夯夯实，边角部位采用人工夯实。碾压方向平行于坝轴线方向。临近端头50cm范围内采用电动夯和人工夯进行边角处理。在每层粘土料填筑时，结合边2m范围内按规范要求填筑含水量稍高的料。
压实土体不能出现漏压虚土层、干松土、弹簧土、剪力破坏和光面等现象。凡自检不合格时，须进行返工至取样合格为止。
心墙铺土面应尽量平起，以免造成过多的接缝。若由于施工需要进行分区填筑时，其横向接缝坡度不得陡于1：3。心墙内不得留纵向接缝。
心墙填筑面应略向上游倾斜，以利排除积水。下雨前应采取措施，防止雨水下渗，雨后应将填筑面含水量调整至合格范围，才能复工。
坝料的填筑与压实要连续进行，长时间停工应铺设保护层，雨季停工前，应将心墙表面松土压实，并铺设保护层，禁止车辆人员通过。雨季过后清出保护层，才能在其上层继续施工。
图4 心墙料铺填压实
2 掺风化料后的心墙与纯粘土心墙技术、经济对比分析
2.1 技术效果对比分析
施工中粘土心墙填筑质量控制采用干密度、含水率、渗透系数及压实度指标进行控制。其检测手段为：干容重采用环刀法进行测定，含水量采用燃烧法和烘烤法进行测定，渗透系数室外采用原位埋环渗透测定法，室内采用变水头渗透系数测定法。检测频率：压实检测每200m³检测1次，室外渗透每3层检测1次，室内渗透每层检测1次。
通过现场试验，相同施工碾压参数下，纯粘土料和掺40%风化料两种料的技术对比见表1。
表1 技术效果对比分析
项目名称渗透系数（cm/s）干密度
（g/cm³）含水率（%）备注
纯粘土5.25×10-61.4433.2两种料的碾压参数均相同
纯粘土掺40%风化料8.6×10-61.6628.2
注：渗透系数、干密度、含水率取各层试验数据结果的平均值。
从以上数据对比分析可知，纯粘土中掺入风化料后，干密度显著提高，心墙强度增大，有利于大坝变形；在整个粘土料场含水率偏高以及该地区雨水偏多的不利情况下，粘土中掺入风化料后能够降低土料含水率，从而加快了心墙填筑进度，对大坝填筑工期控制起了至关重要的作用；渗透系数无太大变化，满足设计要求。
2.2 经济效果对比分析
粘土料场概况：本工程共有两个粘土料场，Ⅰ号粘土料场在上游Ⅰ号风化料场顶部距离坝址约3.5km，料场剥离建议剥除根植及腐质土，厚0.5m左右。开采深度为残坡积粘土混入全风化板岩，一般开采厚4.0m，其中腐殖土厚0.5m，残坡积层厚约2.5m，全风化板岩1.5m，即混入全风化板岩37.5%；Ⅱ号粘土料场距离坝址约4.5km，土料场开采深4m以上质量基本达到防渗土料规范要求，本阶段建议开采厚4.0m，无用层剥离考虑0.5m，两个块段总面积12.05万m²，因此料场有用层储量为42.175万m³，剥离量为6.025万m³，剥采比为14.286%。
表2 经济效果对比分析
项目名称征占地面积（m²）剥离量（m³）运输距离（km）备注
纯粘土1800008900017
纯粘土掺40%风化料130000670004.5
增加量500002200012.5
节约费用（万元）8117.6165
合计节约费用（万元）263.6
通过表2对比分析，粘土掺40%全风化料作为心墙料能够减小征占地面积50000m²、节约费用81万；减少剥离量22000m³、节约剥离费用17.6万；减少运距12.5km、节约运输费用165万。能够节约总费用263.6万。
3 结论
鲁布水库粘土料中掺风化料作为防渗心墙的成功实施，论证了该方案能够在满足设计渗透系数的前提下，提高心墙强度、降低土料含水量、减小心墙沉降量以及解决粘土料的储量不足等问题，并节约了相关工程费用，为以后类似工程施工积累了经验。
参考文献：
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[2]DL/T5129-2013.碾压式土石坝施工规范[S].
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[4]SL303-2004.水利水电工程施工组织设计规范.
论文作者:张永智
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/9
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