浅谈粘土心墙堆石坝的施工质量控制

浅谈粘土心墙堆石坝的施工质量控制

杨进荣

楚雄市水务局云南省楚雄市 675000

摘要：粘土心墙堆石坝是水利工程建设中十分常见的坝型，应用极为广泛，通常采用粘土心墙、反滤层、坝壳料平起填筑，“先砂后土”法进行施工。粘土心墙施工是大坝施工中质量控制的关键项目，心墙施工质量的好坏直接影响到大坝能否正常运行。基于此，本文结合工程建设项目，针对粘土心墙堆石坝施工质量控制进行详细分析，以供参考。

关键词：粘土心墙堆石坝 施工质量控制

1.工程概况

我国某水库建设项目工程由枢纽工程和灌溉输水管道工程组成，枢纽工程由大坝、溢洪道和导流输水隧洞组成。大坝坝型为粘土心墙堆石坝，坝顶高程1917.50m，最大坝高68.4m，坝顶宽度6m，坝顶长160.42m，总库容150.8万m3。溢洪道布置于左岸，进口采用侧堰，堰型为曲线型实用堰，堰宽22m。溢洪道全长323.71m，尾水采用底流消能。导流输水隧洞布置于左岸，采用导流与输水相结合，并兼有放空功能，导流任务完成后，进口以竖井取水的形式改造成输水隧洞进水口。导流洞进口底板高程为1870.00m，输水洞竖井顶部取水口底板高程为1888.00m，全长348m。

该区位于云南山字形构造西冀内侧马蹄形盾地西南部，红河水系东部边缘地带。下元古界昆阳群构成基底，盖层由厚近3万m的中生界红色碎屑岩及少量新生界松散堆积层组成。主要出露的是中生界三迭—侏罗系碎屑岩，尤其以三迭系上统祥云组第二段（T3x2）煤系地层分布较广。坝址地形为"V"型谷，左坝肩平均地形坡度33°，右坝肩平均地形坡度45°，两岸较陡，河床狭窄。坝址区断裂褶皱不发育，地层岩性单一，以泥岩为主夹少量砂岩，地质结构为斜向谷，即岩层走向与坝轴线斜交，交角39°，倾向上游偏左岸，坝址地形、地质条件好。

2.施工技术分析

2.1坝料开采与运输

一、坝料开采

在料场开采之前应划定料场的边界线并设置界标，清除树根、乱石及妨碍施工的一切障碍物，分区分期清除覆盖层或山坡堆积物、风化层、清除物指定地点堆放，排除料场区积水。

（1）粘土料的开采方式采用立采，根据开采运输条件和天气变化情况，调整料场含水量。

（2）坝壳料采用潜孔钻钻孔，人工爆破，挖掘机装车，自卸汽车运至坝面。

（3）石料开采采用潜孔钻钻孔，人工爆破开采石料。碎石场配以鄂式碎石机加工碎石，作为砼浇筑用料。石料、碎石料采用挖掘机装车，自卸汽车运至坝面。

（4）砂料部分为外购，部分为现场机制，采用挖掘机装车，自卸汽车运至坝面。

二、坝料运输

坝料运输包括挖、装、运、卸四个环节，坝料运输采用直接上坝，减少倒运，降低土料水量损失的运输方式；运输道路的宽度、路基、路面、坡度、弯道半径、线路布置、排水等均应符合规范要求。运输道路要根据各施工阶段工程进展情况及时调整运输线路，使其与坝面填筑及料场开采情况相适应，充分利用地形，尽可能使重车下坡或减少上坡。

2.2施工原则与施工顺序

本工程在施工过程中，将粘土心墙堆石坝分成五个区域，即上游坝壳料区、上游反滤料区、粘土心墙区、下游反滤料区、下游坝壳料区。施工之前进行碾压试验，确定碾压机具、铺土厚度、碾压遍数等参数。

坝体填筑必须在坝基处理及隐蔽工程验收合格后才能进行，坝体各部位的填筑必须按设计断面进行，并保证防渗体和反滤层的设计厚度，上坝坝料种类、级配、含水量、土块大小、超径颗粒、填筑部位及相应的压实标准应符合设计要求。

坝面施工应统一管理、严密组织、保证工序衔接，分段流水作业，层次清楚，坝面平整，均衡上升，减少接缝。分段填筑时，各段土层之间应设立标志，以防漏压，欠压和过压，上下层分段位置应错开；填筑过程中，施工人员必须保证观测仪器埋设与测量工作的正常进行，并保护好埋设仪器和测量标志完好，由于施工、气候等原因停工的坝面应加以保护，复工时必须仔细清理并经检验合格后，才准填土，并作好记录备查。坝面作业程序如下图所示：

坝面作业程序框图

2.3粘土心墙填筑施工

1. 编制心墙碾压试验大纲，进行现场碾压试验

要求施工单位编制心墙碾压试验大纲，编制碾压试验大纲的目的为：

a、核实坝料设计标准的合理性．

b、选择碾压机械的类型。

c、选择相应的施工碾压参数。

d、研究填筑的施工工艺与措施。

为使得试验接近实际施工工况，粘土料碾压试验场地布置在坝址下游弃土料场，用推土机平整一块12×30米的场地（有效面积9×20米），场地平整后，采用LG220平碾充分碾压，作为碾压基层，基层平整度在±5cm以内。

按30cm的铺土厚度，用凸块碾压6、8、10遍（单遍），每一碾压条带取干密度5组，室内渗透2组。

含水量控制：采用自然含水量。

铺土厚度控制：采用30cm厚度。

压实机械控制：中速油门、中等激振、中等行驶速度。

取样指标：干容重、含水量、渗透系数。

在取土、铺土、碾压和取样过程中，对各阶段土体情况进行了观察。

现场碾压试验后及时整理试验成果，指导下一步施工。

二、碾压施工

在大坝施工作业中，粘土心墙坝的填筑尤为关键，对大坝整体填筑质量有着直接的影响。本案例中采用的施工工艺为测量放线→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→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。

心墙填筑沿坝轴线进行，采用进占法铺料，铺设厚度0.3m/层，用推土机平土，凸块中速振动碾压8遍至检查合

格，碾压结束后洒水养护。在整个过程中严格控制料场粘土料的含水量。

碾压机械采用进退错距法压实；防渗心墙碾压应沿平行坝轴线方向进行，不得垂直于坝轴线方向碾压，若坝体底部河床较窄必须垂直于坝轴线方向碾压时，需由施工单位提出申请报告，提出碾压措施经施工单位、监理单位、设计单位、建设单位共同研究批准，报主管部门备案，对碾压操作人员应进行专门训练，在碾压过程中施工与质检人员，监理人员要严格控制，发现问题及时处理。

压实机械及其它重型机械在已压实的土层上行驶时，不得来往同走一辙，汽车上坝时必须经常更换进入防渗体的路口，减少重复碾压遍数。运输坝壳料需穿越心墙的，须采用在铺筑的钢板上通过。防渗粘土料铺料碾压工序必须连续进行，如需短时停工，其表面风干土层必须经常洒水湿润，保持含水量在控制范围以内，如需长时间停工，应根据气候条件铺设保护层，复工时予清除，并检查填筑面。粘土料与反滤料、坝壳料应平起填筑，按顺序铺填各种材料，采用先填反滤料后填粘土料的平起填筑。坝料分段碾压时，相邻两段交接带碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向搭接长度不少于0.3m～0.5m，顺碾压方向搭接宽度1m～1.5m。填筑面进料运输线路上散落的松土，杂物以及车辆行驶、人工践踏形成的干硬光面，特别是汽车经常进入防渗体的道路，应于铺筑前清除或彻底处理。

在粘土料填筑中若出现“弹簧”、层间光面、层间中空、松土层或剪力破坏等现象时，应认真做好处理，并经验收合格后，才准铺填新土。

3. 碾压质量控制指标

大坝粘土料主要控制指标为：含水率、压实度和渗透系数，干密度作为辅助检测控制指标。含水率控制在土料最优含水率附近（-2%～+3%）；压实度≥0.98；渗透系数＜1×10-5cm/s。含砾石最大粒径不大于120mm，且不得发生粗料集中架空现象。

粘土料施工指标表

一层填筑完成后经施工单位采样自检、第三方监测单位独立监测，得出数据，由施工单位、监理单位、业主单位、设计单位签字验收后才能进行下一层施工。

2.4坝壳料填筑施工

一、编制心墙碾压试验大纲，进行现场碾压试验

要求施工单位编制心墙碾压试验大纲，编制碾压试验大纲的目的为：

a、核实坝料设计标准的合理性．

b、选择碾压机械的类型。

c、选择相应的施工碾压参数。

d、研究填筑的施工工艺与措施。

风化料碾压试验场地布置在坝址下游的弃土料场，用推土机平整一块12×30米的场地（有效面积9×20米），场地平整后，采用LG220平碾充分碾压，作为碾压基层，基层平整度在±5cm以内。按60cm的铺土厚度，用用LG220平碾振动碾压6、8、10遍（单遍），每一碾压条带取干密度10组，室外渗透3组。

坝壳料的填筑沿坝轴线进行，采用进占法铺料，铺设厚度0.6m/层，用推土机平土，震动碾碾压8遍至检查合格，继续下一层坝壳料的填筑。在整个过程中严格控制料场料的块度和块径，铺料过程中及时洒水，保证石料表面湿滑，便于碾压。

二、碾压施工

填筑工艺为：测量放线→填筑面处理及洒结合水→自卸汽车后退法上料→推土机铺土找平→自行式振动碾进退法压实→自行式振动碾压压实结合部→边角处理→质检取样并做出质检结论→隐蔽验收签证并作出质量评定。

对于坝壳料，铺筑后应充分加水，加水量为填筑方量的20～40%，加水在压实前进行一次，然后边加水边压实，对软弱石料，碾压也应适当洒水，尽量冲走表面岩粉，以利层间结合，当气候干燥，土层表面水分蒸发较快，铺料与压实表面均应适当洒水润湿，以保持施工含水量，及时平料并应铺筑均匀平整，必须严格控制铺土厚度，不得超厚。坝壳料与反滤料、岸坡、溢洪道边墙等结合部位采用粒径稍细的厚度为1.5～2.5m的过渡料回填。自卸汽车自卸料时，对坝壳料采用后退法卸料。

三、碾压质量控制指标

大坝坝壳石碴料采用强～弱风化砂岩料。主要控制指标为：孔隙率和渗透系数，干密度作为辅助检测控制指标。孔隙率≤25%，渗透系数＞2.5×10-3cm/s。坝壳料最大粒径不得大于铺筑厚度的2/3。

一层填筑完成后经施工单位采样自检、第三方监测单位独立监测，得出数据，由施工单位、监理单位、业主单位、设计单位签字验收后才能进行下一层施工。

2.5反滤料填筑施工

反滤料、混合反滤料施工主要用自卸汽车从砂石料加工场运来，人工拉线填筑。填筑工艺流程如下：填筑面清理→测量定位上口线并拉线→填筑料→整理并拍实料→层顶面清理整形→平碾压实料→质检取样并做出质检结论→隐蔽验收签证和质量评定。

反滤层料应选用质地致密，抗水性和抗风化能力强的弱风化砂岩料制作，要求石料饱和抗压强度不低于60Mpa。可采用经筛选加工的砂砾石、人工砂石料或其掺配料。

反滤层料应具有连续的级配，渗透系数KⅠ反＞1.0×10-3cm/s、KⅡ反＞2.0×10-3cm/s，相对密度Dr≥0.7。反滤料须进行人工级配，控制反滤料颗粒须在设计包络线内，小于0.075mm粒径含量不超过5%。

一层填筑完成后经施工单位采样自检、第三方监测单位独立监测，得出数据，由施工单位、监理单位、业主单位、设计单位签字验收后才能进行下一层施工。

3.施工质量控制措施

3.1建立施工质量管理体系

首先，项目法人单位应该成立专门的质量管理机构，质量管理机构在工程管理局的领导下，认真贯彻执行国家、省、县质量与安全生产法律法则、方针、政策、决定、指示精神，对响水箐水库工程建设质量与安全管理工作进行监督管理。坚决贯彻落实“施工单位自检、监理单位平行检测、第三方独立检测、建设单位监督管理”的质量管理方针。

施工单位成立质量管理部及实验室，在项目经理领导下负责工程建设质量工作，负责工程自检。制定并实施了粘土心墙、石渣料、反滤料、等检测内容的检测方法以及检测标准。工程管理局及监理单位负责对检测内容及检测结果进行监督，确保施工质量。

监理单位按照投标文件、监理合同及国家有关法律法规规定，成立项目监理部，派驻专业监理人员建立质量检查工作制度，按既定的施工方案检查，建立质量检验工作制度，使工程质量控制有章可循、有法可依、任务明确、责任清楚，保证工程质量。

第三方质量检测单位应成立工程质检项目部，配置项目负责人、现场试验人。质检项目部在工程管理局领导下按照岗位职责，按照投标文件所要求的工程检测计划，独立实施第三方质量检测工作。现场质检人员必须以认真负责的态度，对工程进行全面的质量把控，对检测中发现的问题及时提出，及时解决。

3.2压实施工单位质量主体责任

项目经理是工程质量第一责任人，对承建项目的工程质量负全面责任，项目总工程师对承建项目的工程质量负技术责任。项目部下设质量安全部，质量检查配备专职质检员，在项目经理和总工程师领导下负责工程施工质量管理工作。各作业队配备1～2人以上质检员，负责单项工程的检验和跟班检验工作。按“三检制”建立质量管理组织机构见下图：

在施工过程中，严格按照有关设计图纸、技术规范和施工规程精心施工，实行全过程的质量控制和监督，认真实行自检、互检、抽检制度，坚持施工技术和质量检查交接认证制度。做到施工质量原始记录资料完整，为工程质量的检查与验收提供依据。

项目部制定工程项目质量检验实施细则，明确检查内容、方法、职责和记录格式。填写质量报表，整理、汇总质检资料，并报送监理人。

3.3监理单位加强质量控制

首先，应该按照要求选择具有一定资质的监理机构，并

在施工现场成立项目监理部，配备专业的监理人员。其次，在认真做好设计图纸核查签发、施工措施计划审批检查的基础上，严格执行以单元工程为基础的单元工程、分部工程、单位工程三级质量检验制度，严格实行以施工“工序控制”和“过程跟踪”为环节的标准化、质量化管理。最后是现场质量跟踪检查，监理工程师必须熟悉招投标文件、施工合同、设计文件，掌握相关规程、规范、技术标准、施工工艺方法等，在监理工作中便于运用和管理，发现问题及时解

决。

3.4第三方质量检测单位加强原材料、中间产品检测

为了有效控制施工质量，第三方检测单位需加强对原材料、中间产品的质量检测。首先，检测单位需成立检测项目部，安排具有一定资质、专业素养的检测人员常驻施工现场并配备必要的实验设备。其次按照合同约定的检测内容，对工程所用的建筑原材料、半成品、成品的质量进行抽样试验，并及时将试验的结果上报工程管理局，以便于指导施工质量。

粘土心墙坝检测项目

4.结语

综上所述，加强粘土心墙堆石坝的施工质量控制关键在于在“施工单位自检、监理单位平行检测、第三方独立检测、建设单位监督管理”的质量管理体系下，各参建单位单位各司其职，控制好粘土心墙料、坝壳料、反滤料的填筑质量。

参考文献：

1. 《XXXX水库工程初步设计报告》

2. 《XXXX水库工程施工技术要求》

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