鹤庆县漾弓江管理所 云南省鹤庆县 671500
【摘 要】鹤庆舍茶寺水库工程，坝体为粘土斜墙土坝，斜墙防渗料采用粘土料进行填筑，库底铺设1.0m厚的粘土料做为防渗层，顶部铺设0.5m厚的库盆开挖料做 保护层，大坝坝壳料采用库盆开挖中可利用料来使用。水库的主要特点是挖填水库，库盆开挖后形成水库库容，对于土坝蓄水工程来说，工程质量是第一位的，在设计与施工中，应加强对质量的控制，确保质量不出问题，因此粘土防渗斜墙是土坝施工中的重要内容，其质量如何，直接关系到工程运行的安全性。在本文中，笔者根据工程设计与施工管理经验，从粘土料场的选择、黏土防渗斜墙施工质量控制两个方面分析了该命题。
【关键词】土石坝；黏土防渗斜墙；施工质量；控制措施
一、概述
舍茶寺水库为引蓄水库，属中国烟草援建重点水源项目，水库取水坝以上径流面积20.2km2，水库总库容154.8万m3，年灌溉供水量245.8万m3，水库灌溉面积1.0125万亩，其中：增灌面积0.6910万亩，改善灌溉面积0.3215万亩，水库坝顶高程2202.3m，库底高程2188.0m，最大坝高14.3m，坝顶长度1638.38m，坝顶宽5.0m，水库库区死水位2189.60m，正常蓄水位2200.62m，设计洪水位2200.71m，校核洪水位2200.74m，库区正常蓄水深12.62m，灌区为鹤庆西邑镇及黄坪片区，水库属小（一）型水利工程，枢纽工程由大坝、输水涵洞组成，水库的主要特点是挖填水库，开挖筑坝后形成库容，为降低成本，除粘土料外大坝回填料都由开挖出的可用料就地利用，水库主要建设内容由引水工程、枢纽工程、输水工程三部分组成，大坝为粘土斜墙土坝，在水库底部铺设1.0m厚的粘土料做为防渗层，粘土顶部铺设0.5m厚的库盆开挖料做为防渗粘土层的保护层。
粘土防渗斜墙施工质量控制不到位，将严重影响大坝的蓄水及运行的安全。因此，严格控制粘土防渗斜墙的施工质量，是大坝工程质量得以保证的重要前提。
二、土石坝粘土料场的勘探与选择
1、土石坝粘土料场的选择分析
对于土石坝设计与施工来说，粘土料场的选择属于基础性工作，在土石坝设计阶段，应根据粘土料场的实际情况，主要是位置、粘土性质等，合理确定粘土料场的分布，如果地区的条件许可，可制定多个粘土料场，舍茶寺水库粘土料场通过对水库附近粘土料进行调查，最终选择了2个储量有118.3万m3的土料场，土料量能满足大坝粘土防渗料的用量需求。
（1）、Ⅰ号土料区
Ⅰ号土料区位于库区东北部七坪移民新村南侧，作为工程的主料场使用。土料东西向延伸，南北向拓展，地形平坦，紧靠进库乡村公路，交通方便。至水库运距约0.5km，运距近，场地开阔，开采方便，料区现为当地百姓的旱地，该土料具有粘粒含量偏高，含水量偏重，干容重偏轻特点。在实际施工开采中，可将底部T3sn全、强风化砂页岩砾石有意识均匀掺和其中，不仅将降低施工掺水量，提高干密度，会获得更好的土料质量效果。
（2）、Ⅱ号土料区
Ⅱ号土料区位于水库东南方向进炭窑村路边，作为工程的辅助料场来使用。地形呈狭长型小洼地，交通方便，至水库运距5.6km。场地相对开阔，开采较方便，土料区现为当地百姓的新开的旱地，该土料具有粘粒含量偏高，含水量偏重，干容重偏轻特点。在实际施工开采中，可将局部砂砾石夹层有意识均匀掺和其中，不仅将降低施工掺水量，提高干密度。
一般而言，在确保土石坝坝体与建筑物安全的条件下，粘土筑坝材料距离土石坝坝址的距离，应当是直线距离，可降低工程造价。但是从舍茶寺水库粘土料场的调查分析结果来看，由于粘土开采、运输与压实工程中，均会不可避免消耗大量的人力与物力，所以粘土料场的选择，无法选择直线，两个在粘土料场粘土储量为坝体建设所需粘土量的2.7倍，粘土料场完全能够满足建设需要。
另外，经过综合考虑料场开采对土石坝主体工程的影响，避免对主体工程造成实质性影响，同时，考虑粘土料场的水文地质条件应与设计阶段的粘土质量指标、储量指标、有效层分布情况，以及无效层性质、厚度，以及运输、开采等施工条件，一致认为两个取土粘土料场是可行的。
2、粘土料场的勘探分析
在可行性研究与初步设计阶段，粘土料场勘探工作的主要目的在于给土石坝坝体与坝型选择方案提供参考依据。为此，在进行粘土料场勘探时，为保证具有足够的精度，从而确定筑坝材料的料场分布、质量与数量，以及材料的开采、运输条件，主要做了以下三个方面的工作：
第一，在1/5000～1/10000粘土工程地形图上，根据勘测情况，合理布置地质平面测绘与勘探网点；
第二，在开挖试坑与钻探过程中，将勘探点的间距控制在50m～100m之间，并根据现场地质、地形的复杂程度，适当调整勘探点间距。每个勘探孔，均取代表性试样做两个试验，即天然含水量试验与颗粒试验，从而确定料场粘土的性质、分类与大小等；钻孔或试坑代表性试样应做全套的物理学力学指标试验[1]，舍茶寺水库大坝等级为3级坝，试验全套组数≥10组。
第三，按照料场实地勘探与实验室试验结果，确定土层性质、产状、分类，以及物理学指标、覆盖层厚度、储量和料场范围等。
另外，还需要搞清楚舍茶寺水库个两粘土料场的水文地质条件，还需要测定地下水水位，并综合分析粘土料场的开采条件，并准确计算出材料储量，将勘探误差控制在实际储量的15%～20%以内，最终计算出粘土储量为工程需求量的2.7倍，粘土料场选择合理。
3、粘土试验与统计
在黏土防渗斜墙设计阶段，黏土力学指标是设计的重要依据之一，为了保证粘土质量，其防渗系数应控制在10×10-5cm/s以下，同时符合工程需要的抗剪强度，且粘土应具有良好的稳定性[2]。粘土在压缩性、施工性等方面均行符合施工要求，不对土石坝的收缩性与膨胀性产生影响，适应坝体变形的塑性。其中，可溶度为5%及有机物含量为2%。开展粘土试验物理学参数，主要的技术参数的设计依据，应在料场勘探基础上，选择具有代表性的粘土，进而进行有必要的试验，试验内容包括粘土比重、颗粒分析、有机质，以及天然含水率、剪力试验、渗透系数，以及收缩膨胀、压缩试验与标准击实试验等。
粘土试验物理学指标是多次试验的平均结果，而且常常伴有一定的不均匀性。出现这种不均匀性的原因，是由于材料受外力条件的影响，且生成条件不同，使其有自然不均匀状态。因此，在试验结束后，应分析研究试验成果，并根据勘探取样与地质条件，选用试验结果。如果发现试验成果中存在个别数据偏离大部分成果，则应及时查明原因，如确认是由于取样或试验操作的原因，则可舍弃偏差较大的成果。
三、土石坝防渗粘土斜墙施工质量的控制措施
为了提高土石坝黏土防渗斜墙的施工质量，应制定有效的措施，严格控制施工工艺，并开展粘土碾压试验，同时加强施工现场控制、严格控制粘土含水率，具体如下：
1、施工工期的选择
水利工程的施工受多种因素的影响，与其他类型工程施工相比，其施工具有一定的特殊性，尤其是黏土防渗斜墙施工，受环境与气候影响较大。因此，为了提高施工效率与质量，应合理确定施工期，从而控制粘土含水率、提高粘土防渗斜墙质量，根据鹤庆的气候特点及工程地点具体情况，舍茶寺水库大坝粘土斜墙的施工选择在2014年11月～2015年5月及2015年11月～2016年5月施工。
2、粘土碾压试验分析
按照土石坝工程施工设计，特别是粘土防渗斜墙的技术指标、粘土压实技术参数，在施工之前，施工单位委托了具有相应资质的单位，对施工现场的粘土碾压进行试验，根据试验结果，严格控制参数。对于粘土碾压试验场地，试验场地应≥10m×20m，且选用合适的碾压设备，开展室内试验与检测，通过试验，提供粘土碾压的最优含水率、天然含水率、比重、最小与最大干容重，以及有机质、颗粒分析与渗透系数等，综合统计分析，为施工提供准确的粘土碾压试验方案物理力学指标，包括碾压遍数、碾压设备、天然含水率、最优含水率，以及渗透系数控制等，合理确定施工技术参数与施工方案，在施工中严格控制粘土防渗墙施工指标[3]。根据现场碾压试验，得到舍茶寺水库粘土斜墙不同铺土厚度时碾压遍数（N）与干密度（ρd）关系图1。
由图1根据不同铺料厚度时碾压遍数（N）与干密度（ρd）关系成果分析，最终确定以下碾压参数：
①、碾压机参数：采用XS223JE系列振动压路机，行车速度：1档2.2km/h
②、碾压方法：平碾静碾2遍，再振动碾压6遍，共计8遍（单程）
③、铺土厚度：30cm
④、含水率：28.5±2%
⑤、渗透系数：k≤1×10-4cm/s（现场试坑法）
⑥、控制干密度：≥1.45g/cm3
⑦、压实度：Dr≥0.98
3、严格控制粘土含水率
根据现场碾压试验，粘土压实质量表明，在满足土料物理学指标的条件下，应严格控制粘土的含水率。如果粘土料含水率过小，则因为粘土土粒润滑性能差、水膜少，碾压密实度不易符合设计要求，抗压强度比含水率大的压实土料大，在受到水浸润时，土料变形模量降幅比较大。如果粘土料含水率过大，则由于粘土的抗剪强度低，在施工过程中，可能产生较大的孔隙压力，不利于粘土碾压，可能出现橡皮土，导致出现剪力破坏，降低了土体抗剪强度，增加了渗透系数。
根据舍茶寺水库土料场土料的特点，如果粘土含水率较小，我们采取在运输过程中加水，提高粘土含水率，达到标准时才准上坝；对于含水率较高的粘土，为了降低粘土含水率，我们采取的方法为在料场翻晒，在自然环境中翻晒，翻晒3～5h/次，使土料含水率降低到要求后再上坝进行碾压。
4、施工现场的质量控制
加强现场施工质量控制是控制质量的关键。在舍茶寺水库施工过程中，我们严格控制每道工序：第一，严格控制上坝料质量，保证上坝料的含水率，并分期、分层清理覆盖层，保证无泥团、树根等杂物，并检测天然含水率；第二，严格控制施工方法，粘土料根据现场试验每层厚度为30cm，为保证质量，每层摊铺厚度误差控制在3cm内，并保证碾压设备性能、速度及符合设计要求，碾压搭接长度不低于80cm；第三，加强碾压质量检测，对于每层粘土料均应进行现场试验，取样≥3组，同时，实行分层碾压处理，严格控制每层碾压遍数，保证每层粘土料碾压合格，提高施工质量。
结语
土石坝粘土防渗斜墙施工质量的控制是土石坝施工中一项重要的内容，关系到大坝的防渗及安全运行。为了保证粘土防渗斜墙施工质量，应严格控制粘土质量，合理选择粘土料场，并合理选择施工期，进行粘土碾压试验、严格控制粘土含水率以及严格控制现场施工质量，以提高粘土防渗斜墙质量。
参考文献：
[1]王树林.塑性混凝土防渗墙技术在册田水库坝体中的应用[J].防渗技术，2012，08：124-125.
[2]李家政，程瑶.塑性混凝土配合比设计与试验方法探讨[J].长江科学院学报，2013，14：245-246.
[3]李晓秋.浅析提高土石坝粘土防渗心（斜）墙施工质量控制[J].中国工程建设，2014，23：134-135.
论文作者:秦四全
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第5期
论文发表时间:2016/8/23
标签：粘土论文; 料场论文; 水库论文; 土石论文; 防渗论文; 含水率论文; 严格控制论文; 《低碳地产》2015年第5期论文;