暮底河水库坝体心墙粘土料填筑施工管理及质量控制标准浅析--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

暮底河水库坝体心墙粘土料填筑施工管理及质量控制标准浅析

发表时间：2020/12/21 来源：《基层建设》2020年第24期作者：黄升祥

[导读] 摘要：本文简要介绍了暮底河水库大坝心墙填筑施工管理及质量控制的方法，并对施工管理成果进行了简单的统计分析，为及时掌握心墙填筑动态和质量控制提供了依据。

        文山市人民政府新平街道办事处云南文山 663000
        摘要：本文简要介绍了暮底河水库大坝心墙填筑施工管理及质量控制的方法，并对施工管理成果进行了简单的统计分析，为及时掌握心墙填筑动态和质量控制提供了依据。针对暮底河水库红粘土容重低，含水量偏高，最大干密度变化较大的特点，提出了心墙压实施工质量控制合理的方法，暮底河水库心墙料碾压施工质量采用压实度来控制，满足设计给定的压实度为97%、不合格点的干密度不低于98%，作为心墙碾压质量的控制指标。
        关键词：粘土心墙；填筑；施工质量管理；控制标准
        1工程概况
        文山县暮底河水库工程是文山州、县的重点水利基础设施建设项目。水库位于文山州州政府所在地——文山县城西北部，盘龙河右岸一级支流暮底河下游河段，属红河流域泸江水系。水库距文山县城13km。该水库是一项以灌溉和防洪为主，兼顾城镇供水，调节下游梯级电站、改善生态环境等综合利用功能的中型水库，控制径流面积307km2，总库容5784.9万m3，兴利库容4572.14万m3。灌溉面积5.28万亩；减轻文山城洪水威胁，结合文山城河堤整治，从现在两年一遇的防洪标准，提高到20年一遇的防洪标准，每年提供城市工业、生活用水2451万m3；枯季向下游补水，提高文山供电质量；调节局部气候，改善文山生态环境。
        大坝为粘土心墙灰岩堆石坝，初高最大坝高67.6m，实际完成最大坝高67.10m；粘土心墙的建基高程为1272.50m，顶高程为1339.6m，心墙高66.85m，上下游边坡均为1：0.25，底宽36.42m，顶宽3m。

        暮底河水库大坝主体工程自2003年1月20日至2005年2月4日完工，大坝分为三期填筑，共完成堆石体填筑方量117.68万m3，心墙料填筑方量27.46万m3（包括斜墙），反滤料填筑方量9.07万m3，大坝填筑形象进度图1。
        2土料特性及设计粘土心墙填筑施工质量管理控制指标
        2.1 土料特性
        暮底河水库大坝粘土心墙Ⅰ号土料场，位于暮底河左岸丫斯邑北偏东方向,文山—喜古公路旁，距坝址1.6km。分布高程1351~1404m，地形平缓开阔，西低东高在北东方向形成缓坡。料场分为A、B、C、D四个区，土质为第四系红色粘土,定名为高液限粉质土,属残坡积。本坝采用A、B、C三个区的第①层红色、土红色粘土料上坝。该粘土料容重低，粘泥含量及含水率偏高，天然含水率为24.8 ~ 45.8%。平均值为37.2%，击实最大干密度为1.22~1.50 g/cm3，最优含水率为27.6~46.0%，平均为38.0%，其它指标，详见“土料物理、力学性质指标”表1。
                          表 1 粘土料物理力学性指标

        2.2坝体心墙填筑施工质量设计主要控制指标
        设计单位—云南省水电勘测研究院提出暮底河水库大坝坝体心墙质量主要控制标准为：干密度≥1.34g/m3，压实度≥97%，合格率≥90%，不合格点最小值≥设计值的98%，渗透系数＜5×10－6cm/s。
        3大坝心墙填筑施工质量管理检测依据与现场填筑质量检测方法
        3.1质量检测依据
        对施工中的大坝填筑质量进行检测，主要依据：(1)碾压式土石坝施工规范(DL/T5129－2001); (2)碾压式土石坝设计规范(SL274－2001); (3)部颁土工试验规程(SL237－1999); (4)暮底河水库大坝施工技术要求; (5)设计通知及设计补充通知; (6)水利水电工程施工质量有关评定标准; (7)有关质量检测招投标合同。根据上述规范及设计要求，对工程现场实际开展质量检测工作。
        3.2施工质量检测方法
        心墙是防渗的主体，大坝的核心。心墙压实质量控制主要检测土料含水率、现场压实干密度及压实度。为检验心墙压实土层实际防渗性能是否满足设计要求，同时还进行了现场试坑注水渗透及室内原状样渗透试验。
        采用压实度为控制指标时，压实度等于现场碾压干密度除以室内击实最大干密度。见公式：

        式中： ——压实度（%）；
         ——碾压土干密度；
         ——碾压土室内击实最大干密度。
        计算公式中有两个指标，一是碾压土实测干密度、二是碾压土料室内击室试验的最大干密度，这两个指标是通过现场密度试验、含水率试验和击实试验求得的。检测方法如下：
        （1）密度试验，检测粘土料现场压实密度采用环刀法，环刀体积500cm3，
        环刀体积和质量均已进行了率定。检测过程中已损坏的环刀一律不再使用，以确保检测的精度，取样过程中重点测定压实土层中、下部压实情况。同时结合试坑，对结合面结合情况、有无松土层、剪力破坏等进行仔细观察并记录。
        （2）含水率测定方法，含水率测定在施工初期同时进行酒精燃烧法与烘干对比试验，结果表明，只要酒精纯度高（纯度为99.7%），烧3遍后所测土料含水率与烘干法非常接近，见表2。
        52组含水率对比度试验表明：两种方法所测含水率差值在 -0.8% ~1.5%之间，差值平均值为0.2%，说明用酒精燃烧法所测结果能满足工程要求。
                                                         表2 大坝心墙填筑土料不同方法含水率测定对比度成果

        （3）击实试验是测定土料最大干密度和最优含水率，以此做为检验该层土料压实的控制标准。质量检测中采用简易三点击实法试验，击实功能为不需测定含水率就可以求出压实度指标，来控制填筑的压实质量。具体方法是在现场取本层土料3kg三份，以原土加水量为零做一点，分别以湿土重的2%间隔加水或减水；或者一加、一减制备出三个击实样进行击实，测出三个点的湿密度和各点的含水率，计算出三个土样的干密度，以含水率为横座标，干密度为纵坐标，将三个点绘在座标上画出曲线，找出曲线峰值和对应峰值的含水率求出粘土料的最大干密度和最优含水率作为碾压质量控制指标。
        暮底河水库工程采用三点击实法试验求得湿密度，用酒精燃烧法测定出含水率，求出土料的最大干密度和最优含水率，计算压实度。通过上述检测方法对大坝心墙粘土料填筑质量进行控制，既满足了施工要求也符合现场实际。
        （4）现场注水试验是在已填筑压实的土层面上挖一试坑，借助仪器注水测定压实土体的渗透系数（垂直渗透）。现场注水试验采用双环法，内环直径20.6cm，外环直径43cm,高均为19cm.试验时试坑一般挖至层底附近。室内渗透试验是采用南京土壤仪器厂生产的TST－55型渗透仪完成。试样直径6.18cm,高4cm。试样均采用压实土层中、下部原状样。试样饱和采用真空抽气法饱和，变水头法试验测定渗透系数。
        4施工填筑质量管理检测成果
        （1）心墙粘土料击实成果
        根据实际上坝土料512组击实试验数据的统计，整个坝体的填筑土料，其最大干密度的最大值1.57 g/cm3、最小值1.21 g/cm3、平均值为1.35 g/cm3 ; 最优含水率的最大值为50.0 %、最小值为27.5 % 、平均值为39.8 % 。见“心墙粘土料击实试验成果”表3。
                                                                       表3 心墙粘土料击实试验成果

        干密度频率曲线为正态分布，见心墙粘土料碾压干密度频率分布与累计频率曲线图2。

        图2 心墙粘土料碾压干密度频率分布与累计频率曲线
        散离点呈一带状分布，表现出线型关系，经回归统计得出最大干密度与最优含水率关系表达式如下：

        式中： — 最大干密度（）；
         — 最优含水率（ % ）；
        最大干密度与最优含水率关系曲线见图3。

             图3 最大干密度与最优含水率关系曲线
        （2）心墙填筑高程由1273.1m到1339.35m,为66.25m,填筑方量为27.46万m3,共填筑278层,平均压实层厚为23.8cm。碾压质量逐层跟踪检测，每一碾压层现场抽检密度、含水率6—12点，共检测密度、含水率各2246组。填筑碾压干密度的最大值1.57 g/cm3、最小值 1.21 g/cm3、干密度平均值为1.33 g/cm3.；实测含水率的最大值50.5 %、最小值 25.2 % 、平均含水率为37.4 % 。
        （3）碾压后压实度最大值达到106.5%，最小值为95%，平均值是98.7%，检测2246组，压实度达到97%，合格率达到96.1%。最低值为95%，完全满足设计提出的压实度不低于97%，最低值不低于规定值的98%的要求。
        （4）粘土心墙现场注水试验的渗透系数最大值为8.46×10-6 cm/s，最小值为1.22×10-6 cm/s，平均值为3.78 × 10-6. cm/s；室内渗透试验测得的渗透系数最大值为1.02×10－5cm/s，最小值为1.22×10－8cm/s，平均值为3.61×10－7cm/s；综合核算汇总结果，心墙最大渗透系数为1.02×10－6cm/s，完全满足设计提出的小于5×10－6cm/s的要求。
        5心墙粘土料填筑质量控制标准的确定
        要进行土石坝填筑压实质量的控制，首先必需确定合理可行的压实标准，这个标准需根据设计要求和施工条件综合来考虑,合理制定质量控制标准。若控制标准偏低，必定使填筑土料密实度降低，压实质量存在潜在隐患，标准制定过高，实际施工达不到或很难达到，同样也会出现质量问题。因此，应根据土料情况，通过试验和论证科学的确定即安全合理又切实可行的质量控制标准，对工程质量控制是很必要的。
        干密度控制指标：小型工程在土料比较单一均匀，用量也不大的情况下，不考虑压实性可以采用一个干密度作为控制指标。此方法比较简单, 但缺点较多，在上述情况下也是可用的，但难以保证工程质量。
        但对大中型工程来说，一般土料用量大都在十万方以上，取自几个料场，就是在同一个料场不同部位、不同深度的土料，其压实性都不相同差别很大，只采用一个干密度指标来控制，是不能满足施工和填筑质量要求，因此就必须采用压实度指标，作为粘土料填筑时的控制标准。对不同土料采用不同的标准来控制才能满足施工要求，保证工程质量。
        暮底河水库大坝在填筑初期就是采用一个干密度指标进行控制。设计给定干密度1.34g/cm3，压实度为0.97，凡是碾压干密度达到1.29 g/cm3即为合格。但是有相当一部份土料碾压后干密度达不到1.29 g/cm3的要求，即使把土料碾压成剪切破坏状态干密度还是达不到要求。根据实测成果分析，暮底河水库心墙粘土料击实资料，“土料最大干密度成果”见表4。
        表4 工程实测土料最大干密度指标成果

        从表4分析，土料场干密度最大值是1.57 g/cm3，最小值1.21 g/cm3，平均干密度1.37 g/cm3，变化幅度较大，压实标准只采用设计给定的一个干密度控制标准1.34 g/cm3来控制，对密度1.57 g/cm3，压实度达117%，这显然是不合理的，此土可不碾压或少碾压几遍就能达到要求，若对低密度1.21 g/cm3的土，压实度只能达90%，就是把土碾压到剪切破坏压实度也达不到97%的要求。因此，暮底河水库粘土心墙填筑质量控制标准不能只采用一个干密度来控制，而是依据土料最大干密度，变化幅度较大特点，采用压实度指标进行质量控制为宜。经过多方面的反复论证，在实际操作中水库大坝心墙填筑质量控制指标为：压实度≥97%，合格率≥90%，不合格点最低值≥98%。解决了心墙质量控制问题。
        6心墙料填筑的方法、步骤及施工现场管理
        心墙是大坝的核心部份，严格控制心墙填筑方法及步骤对心墙料填筑质量控制尤为重要。为了保证心墙质量，达到防渗的目的，心墙料在上坝前及过程中需按以下方法及步骤进行：
        6.1在填筑前先对大坝基础进行了清基，并浇筑了压浆盖板，在心墙料上坝前，施工单位已对上坝的粘土料进行了现场碾压试验，确定了不同料场，不同部位的土料含水率，在碾压机械的自重、振动频率不变的情况下确定了最佳的铺层厚度、碾压遍数、最优含水率、最大干密度，通过室内击实试验与现场碾压试验的计算，压实度及渗透系数达到设计单位要求的控制指标。
        6.2心墙料含水率的控制是心墙料达到填筑质量要求的一个重要因素，首先试验人员在心墙料上坝前应该在料场对上坝的粘土含水率进行抽样检测，确定开挖含水率接近最优含量水率的土料，为了达到此目的，需在料场周边开挖排水沟，将雨季洪水排至料场以外。在开挖过程应分层开采，如遇降雨要把土料堆积，并用塑料布遮盖。如含水率太低应对土料洒水并拌和均匀。
        6.3上坝前用浓稠泥浆均匀的涂抹压浆盖板并及时回填土料，以保证土料与压浆盖板有效接合。
        6.4填筑前应把反滤料按设计要求先堆放好，并把上一层已碾压好的土料进行抛毛，如水分散失严重应对其洒水。
        6.5为了保证碾压好的土料不被重复碾压，以致出剪力破坏，出现弹簧土，施工人员一定要避免施工车辆进入已碾压好的心墙。心墙填筑时，采用进占法。
        6.6现场施工人员应严格控制铺层厚度及碾压遍数。
        7结语
        心墙料填筑质量检测结果表明：心墙料压实干密度较大，平均为1.33 g/cm3.；压实度较高，平均为98.7%；渗透性较低，平均渗透系数为3.78 × 10-6 cm/s（现场试坑注水渗透试验）和3.61×10-7cm/s（室内渗透试验）。心墙压实的各项控制指标均能满足设计要求，压实度合格率为96%。心墙填筑的压实度、干密度频率分布具有典型的正态分布特征，符合填土压实质量的一般规律。暮底河水库于2006年11月30下闸蓄水， 2007年11月3日水库蓄水达正常水位1338.00m。在水库蓄水试运行期间，当库水位为1320.00～1332.00m时渗水量为1.8～3.2L/S，库水位达正常蓄水位1338.00m时渗水量为3.6～3.8L/S，库水位1338.30m时渗水量最大为4.12L/S；计算的正常水位时大坝总渗流量为18.7L/S，观测资料表明渗流量均小于设计计算值，说明心墙填筑质量是好的，因料制宜，用压实度控制填筑质量指标是可行的。在填筑过程中一定要加强施工管理，只有按施工规范施工，并严格控制心墙质量，才能做到事半功倍，达到预期的效果。
        参考文献
        ［1］DL/T 5129-2001碾压式土石坝施工规范［S］.
        ［1］SL237-1999，土工试验规程［S］.北京：水利电力出版社，1999.
        ［2］杨荫华，土石料压实和质量控制［M］.北京：水利电力出版社，1992.
        作者简介
        黄升祥（1966.03-），男，彝族，籍贯：云南文山，水利水电工程师，大专，研究方向：水利水电工程。