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泥岩防渗心墙坝质量控制要点论述

2023-11-09 35 上传者：管理员

摘要：心墙作为大坝的防渗体，是大坝的重要组成部分。心墙防渗料的设计和选择是水库工程的一个关键问题，采用风化泥岩作为心墙防渗料，其力学性能对大坝的工程性质有很大影响。本文以旺隆水库为例，研究了泥岩心墙的施工工艺和质量控制，施工工艺主要包括心墙料的开采与备料、心墙基础的处理、铺料、碾压、质量检测、心墙填筑面的保护，质量控制指标包括干密度、压实度、碾压参数、渗透系数和颗粒级配等。研究表明，全(强)风化的紫红色砂质泥岩作为坝体防渗材料是可行的，其质量控制指标符合工程实际，施工工艺可操作性较强，对同类心墙防渗工程施工具有参考作用。

关键词：
施工工艺
旺隆水库
泥岩心墙
质量控制
防渗料
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1、工程概况

旺隆水库位于贵州省赤水市旺隆镇胜丰村境内，工程任务为集镇及农村人畜饮水供水、农田灌溉。水库正常蓄水位为442 m, 总库容441万 m3,多年平均年供水量为551万 m3/a。工程等别为Ⅳ等，工程规模属小(1)型。挡水建筑物为泥岩心墙坝，由心墙防渗体、上下游反滤过度料区、坝壳石料区和坝体水平排水层组成。坝体顶宽8 m, 坝长295 m, 最大坝高为49.00 m, 总填筑方量80万 m3,上游坝坡均为1〯2.2,采用10 cm厚C20混凝土预制块护坡，下设20 cm砂石垫层和30 cm厚碎石垫层；下游坝坡在426.00 m高程处设置2 m宽马道，马道以下坡比为1〯2.50,马道以上坡比为1〯2.25,在405.50 m高程以下设置块石护坡，下游坝坡采用C20混凝土框格梁植草护坡，旺隆水库蓄水见图1。

图1 旺隆水库蓄水航拍图下载原图

泥岩心墙防渗体位于坝轴线上游侧，心墙轴线在坝轴线上游1.5 m处，心墙顶部高程446.69,心墙顶部宽度3.0 m, 心墙料坡比1〯0.2,底部宽度取18.0 m, 基础置于强风化下部基岩上；心墙两侧外设反滤过渡料，反滤过渡料采用0.50 m砂垫层和0.50 m碎石垫层，外侧坡度1〯0.2,大坝剖面图见图2。

2、施工工艺

2.1 心墙施工工艺

泥岩心墙防渗技术施工尚无国家行业技术规范，工序参照黏土心墙坝施工工艺执行，主要包括心墙料的开采与备料、心墙基础的开挖处理、铺料、碾压、质量检测、心墙填筑面的保护。技术控制指标包括最大粒径(不超过200 mm)、颗粒含量(大于5 mm颗粒含量小于60%、小于0.075 mm颗粒含量小于15%、0.005 mm黏粒含量大于8%)、设计干密度(不小于1.78 g/cm3)、压实度(≥97.0%)及渗透系数(≤1×10-5 cm/s)。

本技术已用于我国红橙地区的坝体防渗并取得了不错的反响与成绩。

图2 大坝剖面图

2.2 研究成果

心墙作为大坝的防渗体，是大坝的重要组成部分。心墙防渗料的设计和选择是水库工程的一个关键问题，采用风化泥岩作为心墙防渗料，其力学性能对大坝的工程性质有很大影响。只有通过试验研究，确定施工材料的抗渗稳定性和力学性能，才能有效地为施工质量控制提供参考。

在以旺隆水库利用风化泥岩作坝体心墙防渗材料的土石坝工程为依托，开展了《土石坝泥岩防渗料的应用研究》,研究成果如下：

(1)根据强风化、全风化泥岩心墙料的沉降量、干密度与碾压遍数关系，铺厚42 cm, 碾压静2动8遍后沉降量趋于稳定，压实厚度为29 cm, 干密度达到1.80 g/cm3,压实度平均值达到98.4%,渗透系数4.36×10-6～5.25×10-6 cm/s; 铺厚55 cm, 碾压静2动10遍后沉降量趋于稳定，压实厚度为39 cm, 干密度达到1.80 g/cm3,压实度平均值达到98.4%,渗透系数3.98×10-6～4.38×10-6 cm/s。干密度、渗透系数均满足泥岩心墙防渗料填筑技术要求。碾压过程中无涌土、剪切破坏现象。

(2)含水率控制在最优含水率±3%范围内碾压效果最佳。碾压遍数相同的情况下，压实度随含水率增加而降低。

(3)强风化、全风化泥岩心墙料碾压前最大粒径小于150 mm, 大于5 mm含量48.2%～58.4%,小于0.075 mm含量31.5%～37.0%,小于0.005 mm含量10.1%～11.8%;碾压后最大粒径小于80 mm, 大于5 mm含量40.0%～52.1%,小于0.075 mm含量39.0%～51.8%,小于0.005 mm含量18.0%～20.9%。粗粒风化程度高，疏松易碎，级配满足设计要求。

(4)强风化、全风化泥岩心墙料复核试验碾压前最大粒径小150 mm, 大于5 mm含量54.2%,小于0.075mm含量31.1%,小于0.005 mm含量10.8%;碾压后最大粒径小于100 mm, 大于5 mm含量40.8%～50.4%,小于0.075 mm含量37.7%～47.9%,小于0.005 mm含量15.1%～19.7%,碾压后级配满足设计要求，符合泥岩心墙料碾压试验规律。

(5)经过3个月人工洒水翻晒崩解后的弱风化泥岩料铺厚45 cm, 碾压静2动8遍后沉降量趋于稳定，压实厚度为34 cm, 干密度达到1.98 g/cm3,压实度达到96.8%,渗透系数6.11×10-6～8.72×10-6 cm/s; 碾压静2动10遍后干密度达到2.02 g/cm3,压实度达到98.5%,渗透系数4.32×10-6～5.70×10-6 cm/s, 动碾10遍后压实度、渗透系数均满足泥岩心墙防渗料填筑技术要求。碾压过程中无涌土、剪切破坏现象。

(6)弱风化泥岩料碾压前最大粒径小于180 mm, 大于5 mm含量59.2%,小于0.075 mm含量17.7%,小于0.005 mm含量6.2%;碾压后最大粒径小于170 mm, 大于5 mm含量48.1%～57.2%,小于0.075 mm含量22.7%～29.1%,小于0.005 mm含量9.1%～11.2%。多次振动碾压破碎部分大颗粒，使得填料级配变好，碾压后的级配满足设计要求。

研究成果表明，采用适当的工艺和技术可以保证泥岩心墙的质量和稳定性，并进一步探索和研究心墙防渗料的结构优化和施工工艺，有助于泥岩心墙防渗坝型的推广。

3、施工碾压参数

根据《赤水市旺隆水库工程泥岩心墙防渗料试验研究报告》及《赤水市旺隆水库工程泥岩心墙坝碾压填筑技术要求》,泥岩心墙填筑碾压设备选用采用22 t振动压路机(CLG6622),铺料厚度为55 cm, 碾压方式为静碾2遍，动碾10遍。最优含水率17%。

4、质量控制要点

4.1 料源质量控制

料场开采前采用人工清除表面的杂草及灌木等，含有腐殖质的表层土需清除运至弃渣场统一堆放。根据《赤水市旺隆水库工程泥岩心墙大坝填筑技术要求》,全强风化区域料源直接采用卡特225挖掘机装车运输至填筑坝面；微风化区域采用爆破方式爆破，粒径控制不大于200 mm, 超径采用二次破碎后，运输到备料场地洒水翻晒，达到填筑要求时再运输至坝面填筑。

4.2 指标控制

4.2.1 压实度控制

泥岩心墙坝的压实度控制是非常重要的，直接关系到坝体的稳定性和渗透性。在施工过程中，需要采取合适的压实方法和设备来控制泥岩心墙坝的压实度，以确保其达到设计要求。一般来说，泥岩心墙坝的压实方法包括静压法和动压法。静压法是指在碾压设备不开振动进行压实，其压实效果主要取决于碾压设备的的重量和数量。而动压法则是通过使用带振动的碾压设备来振动压实泥岩心墙。根据工程条件和设计要求，本工程采用选择22 t凸块振动压路机(CLG6622)进行碾压，并严格控制碾压遍数和铺料厚度，以确保心墙填筑的质量和稳定性。

4.2.2 渗透系数控制

控制泥岩心墙坝的渗透系数需要注意以下几点：

(1)心墙密实程度：

在施工过程中，采用合适的压实方法和设备，确保心墙的密实程度达到设计要求。此外，还需要注意心墙的连续性，避免出现裂缝和空隙等缺陷，影响心墙的防渗性能。

(2)心墙材料的选择：

选择符合设计要求的填筑材料，确保上坝材料的质量，剔除填筑料中的超径块、杂质、树皮等杂物，确保填筑料的质量。

(3)现场质量检测：

在施工过程中需要进行现场质量检测，及时发现和解决施工中出现的问题，确保心墙的渗透系数达到设计要求。

4.2.3 颗粒级配控制

对于全(强)风化岩体的泥岩心墙坝来说，颗粒级配也是需要考虑的指标之一。在施工过程中，应该采用合适的开采和填筑方法，确保填料的均匀性。同时，应该对心墙填筑面进行质量检测，如采用测量仪器进行均匀度检测，及时调整施工方案，确保填筑层次的均匀性。此外，在选择填料时，应该尽量选择具有均匀性好、颗粒度分布范围小的材料。

4.2.4 含水量控制

根据《碾压式土石坝施工规范》(DLT5129-2013)规定，黏性土料坝面含水率控制在最优含水率的-2%～+3%的偏差范围以内，本工程设计最优含水率为17%,控制范围为15.6%～19.6%。实践表明，在碾压遍数相同的情况下，含水率的增加会导致压实度的降低。

4.3 填筑过程控制

泥岩心墙填筑料卸料方式采用进占法，有效避免了对已完成填筑面的破环。铺料采用推土机(TY220)平整填筑面，从最低处开始，水平上升，逐层统一铺土。铺料前清除填筑面的杂物，如发现坝面防水措施失效导致坝面含水量过高，须清除软化部位后再行铺料；铺料厚度采用倒三角严格控制，最大厚度不超过技术要求。

泥岩料含有一定的黏性，采用22 t凸块振动碾(CLG6622E)可以取得良好的碾压效果。心墙碾压参数严格按照生产性试验成果控制。岸坡接触带、心墙边角及局部碾压不到的部位采用手持式平板夯进行人工夯实，确保压实度符合设计要求。

表1 赤水市旺隆水库工程泥岩心墙填筑质量施工自检结果统计表

表2 赤水市旺隆水库工程泥岩心墙填筑质量监理平检结果统计表

表3 赤水市旺隆水库工程泥岩心墙填筑质量监督监检测结果统计表

5、质量控制成果

试验检测是工程质量控制成果形成的重要手段，其检测数据是评定工程质量是否合格的依据。为了确保工程质量，旺隆水库泥岩心墙坝质量检测分为施工自检和监理平检。由于泥岩心墙坝施工工艺在贵州省境内尚不成熟，为了确保施工质量达到设计要求，在工程实施工程中，贵州省水利厅和遵义市水务局联合委托了中水珠江规划勘测设计有限公司(水利部珠江水利委员会基本建设工程质量检测中心)进行了质量监督抽样检测。泥岩心墙填筑质量检测指标主要包括干密度、压实度、渗透系数、颗粒级配等，检测频次按1次/100～200 m3控制，检测结果数据统计显示，按照技术要求提供的工艺及碾压参数控制泥岩心墙坝施工，坝体填筑质量检测指标全部能够达到设计要求，赤水市旺隆水库工程泥岩心墙坝填筑质量施工自检结果统计见表1;赤水市旺隆水库工程泥岩心墙填筑质量监理平检结果统计见表2;赤水市旺隆水库工程泥岩心墙填筑质量监督检测结果统计见表3。

表4 赤水市旺隆水库大坝监测设备已完工程量统计表

在泥岩心墙坝质量控制中，除了常规的干密度、压实度、渗透系数和颗粒级配等指标外，浸润线观测成果和渗透量也是非常重要的指标之一。浸润线观测成果是指通过观测泥岩心墙表面的浸润线高度变化来判断墙体渗透性能的指标，而渗透量则是指单位时间内墙体内部的水分向墙外渗透的量。在实际工程中，墙体渗透性能是影响墙体稳定性和防渗效果的重要因素之一，因此必须进行浸润线观测和渗透量监测。通过浸润线观测成果和渗透量监测，可以及时发现墙体渗透性能存在的问题，以便采取相应的措施进行调整和改进，从而保证墙体的防渗效果和稳定性。同时，这些数据也可以为工程验收和质量评估提供重要的依据。

表5 坝基渗压计渗透特征值6月监测表

表6 绕坝渗压观测成果统计表

在大坝坝基监测断面坝横0+176.90和0+115.52共布设8支渗压计，且左右岸各安装3个水位孔用以观测岸坡地下水位变化情况，以判断两岸帷幕的防渗效果。截至2021年6月30日，坝横0+176.90监测断面坝基各测点(P1-P4)实测最大水头压力在0.000～0.30 MPa之间，月变化量在0.01 MPa; 坝横0+115.52监测断面各测点(P5-P8)实测最大水头压力在0.001～0.24 MPa之间，月变化量在0.01 MPa。坝基两监测断面上各测点渗压值及变化量均较小，坝基渗透压力测值变化平稳，坝基渗压未见异常。赤水市旺隆水库大坝监测设备已完工程量统计见表4;坝基渗压计渗透特征值监测见表5;绕坝渗压观测成果统计见表6。

6、结语

旺隆水库主体工程于2018年8月开工，2020年4月通过下闸蓄水阶段验收，2020年7月蓄水至正常水位442.0 m。自蓄水以来，各项监测仪器完好，监测数据正常，蓄水效果较好。经过旺隆水库泥岩心墙坝的现场施工和蓄水检验，得出以下结论：

(1)采用全(强)风化的中侏罗系中统沙溪庙上亚组(J2s2)紫红色砂质泥岩作为坝体防渗材料是可行的，其质量控制指标体系科学合理，经得起实践检验，对类似地质工程地区具有参考作用。

(2)经过生产试验确定的碾压机具、铺料厚度、行走速率、震动频率等碾压参数科学、合理。旺隆水库工程的施工工艺及施工过程质量控制要点和方法有效，对同类工程施工具有一定的参考作用。

文章来源:刘大友,赵德红.泥岩防渗心墙坝质量控制要点论述[J].地下水,2023,45(06):297-300.