心墙堆石坝心墙接触粘土质量控制

云南水力发电

YUNNAN WATER POWER

第34卷增刊1期

心墙堆石坝心墙接触粘土质量控制

陈继先，杨正云

(中国水利水电第十四工程局有限公司亚太事业部，云南昆明650041)

摘要：粘土心墙堆石坝因为其安全稳定、经济适用的特点而在国内外的水利水电工程中被广泛采纳，粘土心墙坝的施工技术难点较 大；斯里兰卡Moragahakanda水库首部枢纽工程粘土心墙堆石坝接触粘土料采用膽源上控制土料质量、薄层轮式装载机碾压的工艺， 压实度满足设计要求，与基岩接触面粘接严密，水库水位蓄到正常蓄水高程，通过坝体埋设的监测仪器观测分析，坝体变形、渗漏、 沉降等滿完全满足规范和设计要求。关键词：心墙堆石坝；接触粘土；质量控制中图分类号：TV523 文献标识码：B DOI： 10.3969/j.issn. 1006-3951.2018.Z1.029

文章缠号：1006-3951(2018)Zl-0094-03

1概述

粘土心墙堆石坝因为其安全稳定、经济适用 的特点而在国内外的水利水电工程中被广泛的采 纳，相对于面板堆石坝和其它类型的心墙坝、以 及混凝土重力坝，其优点非常明显：大量采用当 地材料、成熟的填筑技术、配套键全的施工机械。 但从施工技术的角度来讲，粘土心墙埋也存在一 个凸出的施工技术难点：接触粘土的施工。

粘土心墙堆石坝坝体采用粘土心墙防渗、坝 基利用不透水基础或经灌浆处理后的基础进行防 渗，为了使心墙粘土料与埂基接触良好，确保两 种不同材料接触面的防渗能力满足要求，规范中 也规定了在坝基面与粘土防渗体接触处，在临近 建筑面0.5 ~ lm范围应填筑接触粘土，并应控制 在略高于最优含水率情况下填筑，在填土前应用 黏土浆抹面[1]。同时，对接触粘土料的质量也提 出了一些具体的技术要求：颗料组成中大于5mm 的含量小于10%、小于〇.〇75mm的含量大于 60%、小于0.005mm的含量不低于20% ~ 30%, 塑性指数大于10,最大颗料20 ~ 40mm,渗透系 数小于lxl(T6Cm/s,有机质含量小于2%,水溶 盐小于3%等。

由于接触粘土料的粘粒含量高、塑性指数 髙，再加上基础面平整度低，采用何种填筑设 备和填筑措施，在保证填筑质量同时，提髙填 筑效率，是一个非常值得研讨的课题。斯里兰

* 收穑日期：2018-05-02

卡Moragahakanda首部水库枢纽的心墙堆石顼 施工经验为基础，总结接触粘土施工的方案。

Moragahakanda水库首部枢纽工程以灌溉为主，

兼有发电和供水功能，属二等大（2)型工程，挡 水垠为粘土心墙堆石坝，最大埋髙58.7m,埋顶 宽度为8m,顼顶长470.61m,坝体基本剖面为中 央直立心墙形式，心墙两侧分别为反滤层、过渡 层、堆石体埋壳，心墙底部与基础岩石接触面设 置60cm的接触粘土层。上游顼坡坡度为1:1.8, 下游顼坡坡度为1:1.6。坝体为2级建筑物，大坝 的稳定标准满足USACE和USBR要求。

坝体所在河段宽70 ~ 80m,地形为低起 伏山脊，山谷地貌。主埋左岸岸坡自然坡度 16° ~ 19°,坡体平顺，岩层岩体整体倾向坡内， 边坡与岩层组合为逆层坡，坡度平缓。河床段基 岩结构完整，承载力高，无软弱夹层，顼基岩体 稳定性良好。右岸岸坡下部自然坡度12° ~ 15°， 上部自然边坡为31° ~ 36'山坡为岩土混合边坡， 岩层岩体整体倾向坡外，边坡与岩层组合为斜交 顺层坡，坡度较平缓，天然岸坡整体稳定。

坝基掲露岩体以弱风化岩体为主，局部有少 量的强风化至全风化岩体。多顺构造面发育，表 现为楔状、带状。埂基两侧边坡以强风化至全风 化岩体为主，仅少量的弱风化岩体。

按设计要求，该工程接触粘土料的设计指标 为：①塑性指数大于10;②有机质含量（按质量

作者简介：陈继先（1975)，男，云南大理人，高级工程师，主要从事水电工程施工管理工作。

陈继先，杨正云心墙堆石坝心墙接触粘土质量控制95

计）应不大于2%，水溶盐含量（指易溶盐和中溶 盐，按质量计）应不大于3%;③连续级配，土料 中0.075mm以下的颗粒含量不应小于60%,且粘 粒U<0.005mm)含量不应小于20%;④浸水与失 水时体积变化较小；⑤设计干密度不小于1.6g/

cm3,压实度不小于98%。

2心墙接触粘土料料源质量控制

由于对接触粘土料的原材料质量较为慎重，

对原材料料源开展了大量的勘察和试验，共取了 17组样品进行颗分试验、5组进行液塑限试验、 10组进行渗透试验、10组进行水溶岩和有机质检 测试验、14组进行击实试验；经试验，平均塑性 指数为39 (最大43,最小33);平均有机质含量 (按质量计）1.24%(最大1.7%,最小0.5%);平均 水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）小于 0.014% (最大0.03%，最小小于0_01%) ; 土料中 0.075mm以下的颗粒平均含量66.4% (最大4%, 最小55%) %,粘粒(rf<0.005mm)平均含量44% (最 大58%，最小25%);平均渗透系数t^xio^an/

s;最大干密度1.62g/cm3,最优含水量21.1%;

样品为非分散性、弱膨胀性土料[7];经过试验数 据对比，料源质量满足规范和设计要求，可以作 为接触粘土料料源。并对料源的天然含量水进行 了检测，平均天然含水量为29.6%;对料场进行 了勘探，料场范围草和灌木较多，地势较低，明 显有地下水渗出[2]。

针对料源的特点，需采取有效的开采组织措 施：首先要清除料场开采范围的草和树木，清表 时要将树根和草根一并清除；然后对清理后的拟

开采区再一次进行探坑勘査，按l〇m x l〇m的间 格挖探坑，根据探坑掲露的有用层厚度，计算开 采面积，按填筑需求量的1.5倍划定开采区；沿 划定的开采区边线外5m开挖1条壕沟，壕沟深度 低于探坑最低开采深度lm,并有一定的坡度，以 降低开采区的地下水，将渗出的地下水沿壕沟引 排到开采区以外；经过旱季3个月后，开始对料 场进行开采，开采料预堆存在一块排水和通风良 好的场地内；

根据接触粘土料的使用时间，在对堆存的土 料进行取样试验后，采取翻晒或洒水的方式，来 控制粘土料的含水量。由于接触粘土料粘粒含量、

塑性指数都非常高，而土料的天然含水率也较高， 因此一般要进行翻晒减水，并且由于粘性强，开 采后的土料呈块状，不易松散，翻晒时块体表面 即使完全干燥，内部含水率仍然偏高，因此在翻 晒时要人工或机械不断的进行搅动，使其均匀失 水，同时捡除有机质和石块。翻晒后含水量满足 要求的要成堆堆放，并用塑料膜覆盖保湿备用。3

心墙接触粘土料填筑

3.1模拟填筑试验

为了确定施工参数，如碾压设备、铺料厚度、 碾压遍数等；复核室内试验确定的控制指标；检 验确定的施工组织模式和施工方案；要在正式进

行坝基面填筑前，进行模拟填筑试验。试验场地 可选择与坝体其它材料填筑试验的场地一起，场 地的要求相同。

由于接触粘土料粘粒含量和塑性指数较髙， 并且考虑到顼基面高低不平整，采用凸块碾、羊 角碾等硬质压实设备不能保证整体压实质量，在 参考国内外许多施工实践的基础上，决定采用轮 式装载机进行试验碾压（柳工ZL50CN) [3]，设 备自质量17. It,斗容3m3,斗内装满碎石时设备 全质量21.8 t。

试验方案：分两大场试验，铺料厚度分别为 25cm和30cm,每一大场试验分为6小场试验， 分别为空载（17.lt)情况下压实6、8、10遍，装 载（21.8 t)情况下压实6、8、10遍。

试验结果为：实测含水率22.4% ~ 24.5%, 空载压实6遍的压实度平均为94.4%、最大为 95.1%、最小为％.8%;空载压实8遍的压实度 平均为96.5%、最大为97.7%、最小为93.6%; 空载压实10遍的压实度平均为98.3%、最大为 100.1%、最小为97.0%;装载压实6遍的压实度 平均为96.9%、最大为99.2%、最小为95.5%; 装载压实8遍的压实度平均为98.4%、最大为 102%、最小为97.8%;装载压实10遍的压实度平 均为99.5%、最大为104.4%、最小为98.3%;经 数据对比，决定采用装载情况下碾压8遍的压实 参数[6]。3.2基础面处理

填筑面开挖后高低不平，需要进行处理，首 先对新开挖的基础面进行清理，清除松动的块体，

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云南水力发电2018年增刊1期

对灌浆处理后仍然存在的表面爆破裂隙、浅层地 质发育裂隙、风化的坑洞等，根据裂隙宽度采 用水泥净浆或水泥砂浆进行回填充实，必要时 采用灌浆回填；对基础面上因爆破开挖或地质 原因引起的台坎、倒角、凸起等，采用回填混 凝土补平，确保填筑基础面基本平整、基面岩 石新鲜完整。

将回填和防渗灌浆处理、及混凝土回填找平 后的填筑面清理干净，并用压力风或髙压水洗净 填筑面的灰尘，洒水保湿12h。3.3填筑施工

接触粘土料装车运输前先要对其含水量进行 检测，检测合格的土料填筑按刷泥浆一运输铺 料—摊铺—碾压—检测的程序进行，运输到现 场的接触粘土料采用后退法卸料，采用装载机 摊铺和整平，由于接触粘土料为高粘性粘土， 呈块状，铺料过程中需要大量的人力配合摊铺， 并按要求检査铺料厚度；摊铺完成后开始进行 碾压，采用装载机（柳工ZL50CN)装满石渣 进行碾压，按碾压试验确定的参数碾压8遍， 从一端向另一端逐条带进行碾压[4];因接触粘 土料为高塑性土料，碾压完成后容易失水收缩 开裂，因此，在碾压完成后，要及时将碾压层覆 盖并保持湿润。

水量31.2%,最小含水量14.1%,平均含水量 21.6%;最大干密度1.77g/cm3，最小干密度 1.54 g/cm3,平均干密度1.61g/cm3;最大压 实度108.3%，最小压实度95.1%，平均压实度 99.5%。5

结语

接触粘土料的施工是粘土心墙堆石坝的重 点，其施工质量与坝体防渗、坝体稳定直接相关， 接触粘土料由于其髙粘度、髙塑性的特点，对施 工工艺、施工设备与一般的粘土施工截然不同，

Moragahakanda水库首部枢纽工程粘土心墙堆石

坝接触粘土料采用从料源上控制土料质量、薄层 轮式装载机碾压的工艺，碾压完成后，压实度满 足设计要求，与基岩接触面粘接严密，顼体施工 完成后，水库水位蓄到正常蓄水高程，通过坝体 埋设的监测仪器观测分析，坝体变形、渗漏、沉 降等指标完全满足规范和设计要求，采用该施工 工艺，无论是设计指标还是经济指标，都取得了 较好的成效。

参考文献：

[1] 武晓杰，施召云.两河口水电站大坝心墙掺砾土料工艺及碾压试验 [J].云南水力发电，2016,32(03):13 ~ 38.

[2] 蔡永生，谭毅源，章学安.大麦地水库大坝心墙料的掺合设计与施 工实践[J].云南水力发电，2016,32(03):19 ~ 24.

[3】任髙强，泸定水电站粘土心墙堆石坝压实质量控制探讨[J].四川水 利，2013(02):45 ~ 50.

[4] 马洪琪。糯扎渡水电站掺烁粘土心墙堆石规质量控制关键技术[J]. 水利发电，2012,38(2):70 ~90.

[5] 李广。西藏直孔水电站粘土心墙堆石坝施工建设优化浅谈[J].四川 水利发电，2010,29(5): 10 〜29.

[6] DL/T 5395-2007碾压式土石坝设计规范[SL[7] DL/T 5129-2001碾压式土石坝施工规范[S].

4压实质量控制

碾压完成后，按质量检测要求对碾压层进行

检测，检测的指标主要包括碾压后的干湿密度、 密实度、含水量等。质量检测主要采用环刀法取 样试验，或采用核子密度仪进行检测。

该工程碾压后质量检测共224组，最大含

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广东电网公司7篇学术论文入选全球电力领域会议

日前，广东电网公司调控中心、电科院、能源技术公司 7篇学术论文被全球电力领域会议一一2018年电气和电子 工程师协会电力与能源学会年会录用，实现了该会议论文录 用的历史性突破，并受邀参加将于今年8月在美国波特兰召 开的大会。

据了解,2017年起，广东电网公司实施科技创新“人才攀举” 工程，通过国家重点研发计划申报、公司大项目课题竞争、关

键核心技术攻关等一系列举措，重点培育了一批科技创新人才，

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接下来，广东电网公司将持续加强科技创新人才培育，深 入推进与IEEE等国际学术机构的合作交流，在国际标准制定 方面实现突破，不断提升公司的行业话语权，扩大创新品牌的 国际影响力。

(摘自《南方电网报》2018年4月17日总第577期）