浅谈砾石土直心墙堆石坝填筑施工质量控制

冯 运， 刘 波， 代 川 平

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 工程特点

狮子坪水电站位于四川理县的杂谷脑河上，是杂谷脑河流域梯级开发的龙头水库。其大坝采用砾石土直心墙堆石坝，最大坝高136 m，坝顶长309.4 m，宽12 m，上游坝坡坡比为 1 ∶2，下游坝坡坡比为1∶1.8。其特点如下:

(1)防渗心墙采用砾石土宽级配防渗土料，其粘粒含量为5%以上，粒径小于5 mm的颗粒含量大于42%，粒径大于5 mm的颗粒含量不超过58%。一定比例的含石量能提高土体承载力和剪切力，具有良好的碾压施工性能。

(2)坝体填筑分为8个区。其中心墙为砾石土防渗心墙，心墙区上下游依次分别为反滤料(下游分为一、二反滤料区)、过渡料、堆石料。各种填筑料有不同的填筑施工技术要求及质量控制重点。分区填筑施工对坝体与坝体、岸坡、左右心墙盖板混凝土等结合部位以及坝体各填筑料纵横向接缝处理的施工技术要求较高。

(3)大坝基础为深覆盖层。坝基防渗墙顶设计布置了长度为85 m、无结构缝的混凝土监测廊道。这样的设计结构布置形式对坝体沉降要求严格，进而对坝体碾压施工质量要求很高。

(4)坝址区海拔较高(高程2 408 m)，地形地质条件较差。冬季气温较低，极端温度为－11℃，多年平均年降雨量为613.3 mm。在高寒恶劣气候条件及不利的地形条件下修建高土石坝，施工难度较大。

(5)由于块石料料场的分布以及根据坝址区域地形地质条件所布置的上坝施工道路条件限制，大坝填筑施工时，不可避免的会出现重车跨过心墙的情况。通过进行专项生产性试验研究并采取了相应的施工技术措施，保证了心墙填筑施工质量。

(6)在心墙盖板结合部位以及坝基监测廊道周边设置了高塑性粘土层。按照设计规划，开采取用的粘粒含量在4.5%以上，塑性指数大于20。设计要求其应具有良好的适应变形能力，天然含水率一般在15% ～20%之间，与最优含水率接近。通过现场生产性试验表明，该粘土在天然含水率状态下具备相应的施工性能，能满足填筑施工要求并达到设计功能性指标。

2 质量控制措施

针对狮子坪水电站砾石土心墙堆石坝施工技术特点，监理工程师对施工准备阶段的各个环节进行了控制把关，采取了各种质量控制措施，有效地保证了大坝填筑施工质量。

(1)严格进行方案审查。重点审查了填筑施工组织设计，计划安排及技术方案，质量、进度保证措施，施工资源配备，包括各种坝料的开采方案以及块石料场开挖爆破施工方案;检查并监督施工设备和人员及时到位并按照批复的施工方案措施组织现场施工。

(2)检查督促承包商针对大坝施工技术特点要求建立专门的质量保证体系，明确施工质量控制流程，如操作工艺控制、工序交接及检查验收程序等，在填筑施工各环节严格执行工序“三检”制。

(3)建立有针对性的大坝填筑施工质量检查验收工作制，如填筑开工申请审批、坝基开挖清理(含基面压实平整)及岸坡处理联合检查验收、填筑工作面检查、测量检查控制、质量检测和资料提交等。督促承包商根据狮子坪水电站土石坝施工特点和要求建立满足填筑施工质量检测试验要求的土工试验室。

(4)监理工程师对施工作业实施“旁站”，连续动态跟踪和监督检查。进行开工条件检查、现场操作工艺质量检查(卸料摊铺、测量标志标线、作业面洒水、设备工况和行走速度控制、各结合部位的处理、碾压参数控制等)、工序检查验收、填筑材料检测、现场填筑记录、质量问题处理等。采用跟踪检测或平行检测方式进行现场试验检测控制。严格检查把关，若上道工序质量检查不合乎要求，绝不允许进入下道工序施工。对于检查发现的质量问题或存在的质量隐患，及时通知返工或采取相应措施予以处理，消除质量隐患。

(5)采取现场取样试验检测和施工工艺控制的“双控”措施进行现场填筑施工控制。各种施工工艺参数均通过生产性试验确定，包括堆石料爆破开采试验、砾石土料和高塑性粘土料开采试验及翻晒试验、反滤料级配试验以及对上述各料分别进行碾压和复核试验。通过一系列的生产性试验，为确定各填料开采及上坝填筑施工质量控制提供了充分的依据。现场按照设计及相关规范要求的质量检测频次对大坝填筑施工进行取样检测试验，检测颗粒级配、压实度、孔隙率、相对密度、渗透系数等是否达到设计指标要求。

(6)设置质量控制点。按照设计及相关施工技术规范要求并结合大坝填筑施工工艺及流水作业程序，选择施工过程中的重点控制项目、关键部位和薄弱环节作为质量控制点实施重点监控。质量控制点设置情况见表1。

3 现场填筑施工质量控制

表1 质量控制点情况表

3.1 坝基处理质量控制

坝基处理达到设计及相关施工技术规范要求，包括基面的压实平整、局部地质缺陷及基础换填处理等。坝基清理、岸坡处理完成后并经设计、业主、监理及承包商四方联合检查验收通过后方可进行填筑施工。

3.2 坝料开采质量控制

对堆石料开采进行了专项爆破方案设计并通过爆破试验选定合理的爆破参数，从而使开挖的块石料粒径、级配达到上坝要求，并控制其含泥量。

砾石土料和高塑性粘土料根据料场地形、料源分布、含水率等情况合理选择开采方式。开采前，将树根草皮、腐植土层等进行清理。当天然含水率大于上坝要求的上限时，对料场采取降、引排水措施或采取平面、分层开采相结合的措施;当天然含水率小于上坝要求的下线时，则对其进行洒水或采取立面开采相结合的措施。控制砾石土中的粗颗粒含量不超过设计规定的上限。

将高塑性粘土料转存至指定场地后，及时采取覆盖等措施以保持其施工性能。

反滤料加工生产的质量控制主要在场内进行，要求严格控制加工工艺，使生产出的石料级配满足设计粒径控制及级配曲线要求，严格控制含泥量，不合格料不允许上坝。

3.3 坝面填筑质量控制

(1)测量放线控制。随坝面填筑进度对各料填筑铺筑厚度、轮廓尺寸、结合部分界线进行测量控制，严格控制填筑面分区及施工顺序，铺筑厚度以测量检测标志为基准，按照碾压试验确定的层厚设置移动标杆进行控制。

(2)坝面平行填筑上升。严格控制坝面各料分区填筑顺序并控制各区料边界偏差，均衡坝体各区的填筑速度，力求整个坝面填筑平行上升，从而有利于各分区结合部位的处理且保证碾压质量。坝料分区结合部要避免区料尺寸偏差、粗颗粒集中及碾压不到位的情况出现。

(3)堆石料填筑。分层铺筑厚度为100 cm，采用混合法铺料，推土机推料摊铺，18 t自行式振动平碾进退错距法碾压，错距为30 cm。动碾12遍，行走控制速度不大于5 km/h，行驶方向与坝轴线平行，靠岸坡处顺岸坡向碾压。对于岸坡地形突变或坡度过陡而碾压不到的部位，采用适当修整地形与夯板压实相结合的方式进行处理。上下游坝面坝坡处堆石料铺筑水平方向向外超填100 cm宽，进而确保坝体设计断面和压实度，结合反铲按设计坡面线自下而上修整边坡。

(4)心墙砾石土料填筑。分层铺筑厚度为30 cm，采用18 t自行式凸块振动碾碾压12遍，行走速度不大于5 km/h，碾压行走方向与坝轴线平行，进退错距法碾压，错距为30 cm。进占法铺料，推土机平仓摊铺，铺筑方向与坝轴线平行。层间结合采用凸块碾抛毛处理。高温期施工时，采用结合面洒水湿润后铺料的方式进行处理，同时要避免防渗料出现层间光面、剪切破坏、弹簧土、干松土、粗料集中、漏碾等不合格情况发生。

(5)反滤料填筑。反滤料与心墙区填筑面平起上升，铺料采用先反滤料、后心墙料的填筑工艺，分层铺筑厚度40 cm，采用反铲辅助人工平仓方式，18 t振动平碾进退、错距法碾压，错距40 cm，动碾6遍。

(6)高塑性粘土填筑。高塑性粘土料填筑区为坝基混凝土廊道外包粘土和左右岸心墙盖板混凝土结合部位。经过生产性试验研究以及现场碾压试验，在采用天然含水量情况下直接上坝填筑施工，与心墙平行上升，分层铺筑厚度为30 cm。采用进占法铺料，反铲平仓，18 t凸块碾错距60 cm，2静2动碾4遍。高温季节施工表面干燥时，采用人工洒水湿润的方式，以保证层间结合。

(7)重车跨心墙道路处理。通过试验研究，采用过渡料铺筑层厚100 cm，宽6 m的条带形成单车通道，以保证其重车通过而不破坏心墙。道路位置须及时变换部位，变换部位后对其所铺筑的过渡料及时进行清理，同时，对过车部位的心墙采取相应措施重新换填碾压处理合格后，方可进行下一层的填筑施工。

(8)冬、雨季节土料及反滤料填筑。冬季负温下土料填筑施工采用快速连续作业方式，尽可能缩短平仓、碾压、取样等工序之间的间歇时间。对压实土料及反滤料采取表面覆盖的措施以防冻结，严禁土料中夹杂冰雪或冻土上坝，在霜雪或冷冻后恢复填筑时，将其表层予以清除。

在雨季，对于心墙砾石土料填筑面采取中间高、向上下游倾斜1%左右的坡度，以便于坝面排水。在雨前，用振动平碾快速将其作业面碾压抛光，并将其表面用防雨布覆盖，雨后及时撤除覆盖物，采用翻松、晾晒或表面积水清理等方法进行处理。同时，在检测含水情况再次碾压后进入下层填筑施工。

4 坝体填筑质量检查

根据设计要求，狮子坪水电站砾石土心墙堆石坝坝体填筑质量检查项目主要为颗粒级配、孔隙率、压实度、相对密度、渗透系数等，并随坝体填筑上升分高程进行了室内大三轴试验进行校核。坝体填筑施工过程中主要填筑料压实指标检测和渗透系数检测情况统计结果表明:坝体施工质量得以有效、良好的控制，符合设计及相关规范要求。

5 结语

在狮子坪水电站大坝施工监理工作中，监理工程师采取了严格有效地质量控制措施，同时，承包商保证了资源的投入，业主协调管理、设计技术支持到位，从而使大坝填筑施工质量控制取得了良好的效果，达到了设计要求。