黏土斜心墻大壩填筑的施工管理技術(shù)

◎馬愛平 中國葛洲壩集團第一工程有限公司

相關(guān)研究顯示，水庫水位的變化能夠直接影響水庫下游壩體的穩(wěn)定性。同時，通過對降雨入滲條件下基質(zhì)吸力對建筑壩體的影響，發(fā)現(xiàn)壩體的穩(wěn)定性隨著土體含水量的增多而降低。此外，通過對黏土斜心墻的高度以及壩體高度對水利工程中壩體質(zhì)量影響的研究，確定了在黏土斜心墻施工技術(shù)建設(shè)當中，能直接影響壩體質(zhì)量的因素為壩體的高度。以上研究為在靜水條件下對黏土斜心墻施工技術(shù)管理的研究，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)從不同角度進行分析，針對黏土斜心墻大壩填筑的施工與管理進行分析與研究。

1.工程概況

本文中以某水利工程為實例，該建設(shè)工程的壩體控制流域面積約為207km2，其水庫容量為4.2億立方米，該工程的建設(shè)目的為保證周邊的農(nóng)業(yè)灌溉活動、防洪、為附近的工業(yè)活動提供用水以及保證市政用水。該工程的壩體在施工過程中使用黏土斜心墻技術(shù)進行建設(shè)。

2.黏土斜心墻大壩填筑施工技術(shù)

2.1 斜心墻土料填筑

在黏土斜心墻大壩填筑工程施工建設(shè)的過程當中，施工人員通常利用進占法進行斜心墻土料的填筑工作，在具體的工作實施過程中，施工人員要保證土料的進料與卸料的時間相同。使用進占法完成大壩填筑工程建設(shè)，能夠在一定程度上縮短工程的建設(shè)期限，減少工程在建設(shè)過程當中因降水而產(chǎn)生的材料損失，降低材料出現(xiàn)位移問題的幾率，同時也能夠減少降水對壩體填筑建設(shè)部分的破壞。需要注意的是，施工人員在使用進占法完成黏土斜心墻大壩的填筑工作時，要合理規(guī)劃裝卸建筑土料的車輛行駛路線，避免裝卸車破壞已經(jīng)建設(shè)并完成驗收工作的填筑區(qū)域。

2.2 壩體土料碾壓

（1）擠壓邊墻施工技術(shù)。該施工技術(shù)的具體實施方式如下：首先，將下墊層壓平，同時完成定位畫線工作；而后，制造出彈性模量較低、強度較低且高度為0.5m的半透水混凝土墻，在該混凝土墻強度符合相應(yīng)標準后，施工人員可在水庫下游處鋪設(shè)墊料。完成以上施工后，要對其質(zhì)量進行檢驗。擠壓邊墻施工可以在一定程度上提高壩體的強度，有利于水利水電工程的整體建設(shè)。

（2）壩體的碾壓工作。在實施該項工作時，施工人員可以選用重量為十五噸的車輛將施工需要的建筑石料運送到大壩填筑建筑區(qū)域。而后，施工人員使用推土機將建設(shè)所需的石料推平至1m的厚度，然后利用振動碾對其進行碾壓。在上述工作結(jié)束后，施工人員需在石料鋪設(shè)面上灑水，用水量要大于建筑石料質(zhì)量的百分之十五，小于建筑石料質(zhì)量的百分之二十。在完成灑水工作后需對其進行二次碾壓，并且，要平行于大壩軸線進行碾壓工作，施工要以碾壓工作為主，振動工作為輔，分區(qū)域?qū)κ箱伱孢M行處理。

2.3 大壩填筑的施工原則

文中提及的工程需要利用心墻土料、石料與反濾料進行建設(shè)，并且要充分考慮到各建設(shè)參數(shù)之間的關(guān)系，合理地使用黏土斜心墻技術(shù)完成大壩填筑工程。

當前這一時期，工程建設(shè)者開始大量使用黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)進行施工。該施工技術(shù)需要遵循一定的原則，在開展大壩填筑工作前，相關(guān)人員應(yīng)清理壩體基部。水利水電工程的工程量較大，且其跨度較大，故而，在工程建設(shè)過程中，應(yīng)遵循從淺到深、分段施工的原則進行建設(shè)。同時，黏土斜心墻大壩填筑工程一般以分層填筑工作與壓實工作為主，增強建筑整體的密度。黏土斜心墻大壩填筑工程建設(shè)的具體流程如圖1大壩填筑施工技術(shù)流程圖所示。

圖1 大壩填筑施工技術(shù)流程圖

3.黏土斜心墻大壩填筑施工管理

3.1 黏土填筑質(zhì)量管理

在黏土斜心墻大壩填筑施工的過程中，壩體的填筑質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)要求，黏土碾壓參數(shù)應(yīng)符合碾壓試驗結(jié)論，具體的碾壓參數(shù)情況詳見表1。碾壓試驗是對工程不同位置的鋪料厚度、碾壓機的行進速率、最優(yōu)含水量、碾壓次數(shù)等數(shù)值進行綜合分析得出的結(jié)果。

表1 黏土碾壓參數(shù)表

3.1.1 黏土料開采

黏土斜心墻大壩填筑施工過程中，需要控制黏土料的開采方式。施工人員在進行開采工作前應(yīng)對土料開采場進行檢查，開采孔之間的距離為0.5m左右，使用坑探取樣技術(shù)與鉆機鉆孔技術(shù)，并且測算土料的質(zhì)量與含水率是否符合工程標準。并且，黏土料的開采方式通常為立采，規(guī)定每層開采的厚度為四米至六米，這樣能夠保持土料的質(zhì)量。同時，在開采土料的過程當中，也應(yīng)嚴格控制黏土料的鈣質(zhì)結(jié)合含量，若黏土料的鈣質(zhì)結(jié)合含量大于標準含量，應(yīng)增加土料開采的厚度。此外，也要控制粘土料的含水率，每周使用人工與試驗相結(jié)合的方式，來檢測并控制黏土料的含水率，若黏土料的含水率不符合工程規(guī)定，則要采用科學合理的辦法來解決這一問題。除此之外，相關(guān)責任人應(yīng)對黏土料場的排水管道與開采面的覆蓋層與干土層進行檢查，確保黏土料在使用前的質(zhì)量。黏土料開采時發(fā)現(xiàn)的小瓣紅土的含水率低于工程要求，通過試驗可知，該種類型的土料在含水率小于百分之三十時，其延展性能最佳。故而，施工者可在開采黏土料的過程中，控制小瓣紅土在黏土料中的含量，在適當?shù)臅r候除去黏土料中的小瓣紅土，保證黏土料的整體質(zhì)量符合工程建設(shè)標準。

3.1.2 黏土料填筑

在利用黏土料進行大壩填筑施工前，要控制土料的含水量。在開展斜心墻填筑施工項目前，工程建設(shè)者應(yīng)認真清理混凝土的墊層與基礎(chǔ)廊道等位置，保證斜心墻黏土面與混凝土面的連接處的狀態(tài)，保證工程建設(shè)能夠順利進行。同時，可以在混凝土的鏈接表面鋪設(shè)一層厚度為3～5cm的黏土水泥漿，用以保證工程建設(shè)質(zhì)量。混凝土墊層、壩體廊道等位置的50cm之內(nèi)的土料含水率應(yīng)控制在1%～3%的范圍之內(nèi)，并且使用輕機械對該層進行碾壓工作，當土層的厚度大于五十厘米時，施工人員可以考慮采用壓實機械對該土層進行碾壓作業(yè)。在碾壓工作施工過程中，碾壓機械不能直接接觸混凝土區(qū)域；對于大型機器的施工盲區(qū)，施工人員可以使用輕便蛙式打夯機開展對土料的碾壓工作。

黏土斜心墻大壩填筑施工使用分段的方式進行施工，每段的長度大于100m小于150m。黏土料的質(zhì)量符合工程建設(shè)標準，使用坑探取樣技術(shù)以及鉆孔技術(shù)等開采工程建設(shè)需要的黏土材料，并使用TY160－320型機器對土層進行壓實處理。在使用黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)的過程當中，施工人員要根據(jù)工程的實際情況控制碾壓的次數(shù)，控制碾壓次數(shù)小于十次。黏土料填筑的具體施工流程為：先開展結(jié)合面的刨毛工作，再灑水，而后進行泥漿涂刷工作，隨后完成卸料、鋪筑、整平、壓實以及質(zhì)量核查這一系列工作。

黏土斜心墻的壩體填筑工作需要防止接坡問題的出現(xiàn)，在填筑的過程中，水平接坡的坡度比例要控制在1：3之內(nèi)。施工人員應(yīng)合理安排碾壓機械的工作路線，避免發(fā)生重復(fù)碾壓的情況。黏土斜心墻的上游以及下游的反濾料與過渡料等的鋪設(shè)工作應(yīng)準確，并且施工人員可先使用反濾料進行填筑，保證壩體的平整。

工程建設(shè)中，若出現(xiàn)某區(qū)域黏土層損壞或出現(xiàn)彈簧土層以及穿心墻建設(shè)時，需使用科學的方法對出現(xiàn)問題的工程建設(shè)部位進行修復(fù)。

壩體的黏土面若出現(xiàn)光面，則施工建設(shè)者應(yīng)對問題區(qū)域進行刨毛與灑水處理，保證工程后期的建設(shè)質(zhì)量。

若在大壩黏土料填筑施工時遇到雨水天氣，應(yīng)停止施工，并在復(fù)工后認真檢查黏土的含水量，對含水量大于工程要求的區(qū)域進行挖出或刨毛等處理工作。

若施工溫度小于零攝氏度時，應(yīng)注意黏土料凍塊問題。需在填筑施工時，需鋪0.5m的黏土料，同時使用塑料布等材料對工程建設(shè)部位進行保溫。

3.2 過渡料、反濾料填筑施工管理控制要點

在使用反濾料與過渡料進行壩體填筑工作時，需使用分段作業(yè)的施工方式。完成反濾料的施工后，施工區(qū)域不允許車輛通過；在施工的過程中，應(yīng)實時清理反濾料中混入的其他土料；在使用反濾料與過渡料進行建設(shè)時，要對分界區(qū)域進行清理與檢查；同時要注意，本篇中的工程反濾料與填土交界部位的寬度，應(yīng)超過填土層厚度的1.4倍。

在雨水季節(jié)進行施工的過程中，不得將泥沙材料混入土料當中。同時，要控制反濾料的含水率小于等于百分之三點五；此外，要嚴禁車輛進入已經(jīng)完成土料填筑的區(qū)域。

若黏土斜心墻大壩填筑工作施工時間在冬季，則要及時處理建筑表面的凍土層與積雪，并根據(jù)工程的實際情況增加黏土振搗與碾壓的次數(shù)，保證壩體填筑工作的整體建設(shè)質(zhì)量。

4.壩坡穩(wěn)定性分析計算模型及方法

除上文介紹的內(nèi)容之外，黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)的施工人員可以利用壩坡穩(wěn)定性分析計算對工程進行管理，下面為具體的計算以及分析方法。

4.1 計算方法

在對黏土斜心墻大壩填筑的施工進行管理的過程中，可以利用極限平衡法對工程建設(shè)中的一些數(shù)值進行計算，從而確定工程整體的質(zhì)量。當前這一時期，測定土坡穩(wěn)定性的計算方式大部分都是利用極限平衡的理論，并使用Geo-Studio2007分析軟件中的Slopew模塊與M-P法相結(jié)合進行計算。

4.2 計算假定

在對黏土斜心墻大壩填筑工程進行實際考察后，發(fā)現(xiàn)工程建筑在特定的情況下可能會出現(xiàn)潛在的滑移面。技術(shù)人員根據(jù)壩體填筑的邊坡地形與滑動對建筑的損壞特點，使用Geo-Slopew 程序中的Morgenstern-Price法，科學地建立了計算模型。該方法可以對建筑產(chǎn)生的滑動裂面進行假設(shè)分析，具體的操作方式如下：首先，假設(shè)滑動裂面為任意形狀，并建立滑動面水平土條切面與豎直土條切面的函數(shù)關(guān)系；其次，設(shè)置土條與土坡之間的穩(wěn)定系數(shù)，規(guī)定壩體土坡為相對靜止狀態(tài)時，土條的滑動力與摩擦力相等；最后，建立滑動土條在水平方向，其底部受力與中心受力的力學函數(shù)方程。

4.3 壩坡穩(wěn)定性分析計算模型

在水利水電工程、巖土建設(shè)工程以及其他與公路有關(guān)的工程建設(shè)中，相關(guān)人員通常使用Geo-Studio技術(shù)，對工程中的某些數(shù)值進行分析與計算，用以確定工程整體的質(zhì)量以及工程建設(shè)的穩(wěn)定性。通常情況下，該項技術(shù)包括Slopew分析模塊、Seepw分析模塊、Quakew分析模塊等有限元分析模塊。在使用Slopew分析模塊進行假設(shè)計算的過程中，要先確定壩體高度與壩體坡度之間的穩(wěn)定性，就應(yīng)先建立二維坐標，確定坐標軸以及坐標控制點等信息；再根據(jù)工程情況建立分析模型；最后輸入相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，確定工程的穩(wěn)定性。

5.結(jié)語

黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)，是水利水電建設(shè)工程中重要的施工技術(shù)。相關(guān)建設(shè)人員在施工的過程中，應(yīng)按照工程標準，對工程進行管理。對于黏涂料的開采、壩體的填筑等工程問題，應(yīng)采取合理的措施進行管理，嚴格控制黏土斜心墻大壩填筑施工的整體建設(shè)質(zhì)量。