粘土心墙坝填筑过程质量检测与控制

□艾尼·努尔塔扎（新疆伊犁河流域开发建设管理局）

1.工程概况

北方某水利工程具有灌溉、发电、防洪等综合效益，水库总库容14.16亿m2，电站装机容量256M W，控制灌溉面积27.9万hm2。根据《防洪标准》（GB50201-94）和《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），该工程划分为大（1）型Ⅰ等工程。拦河坝坝型为碾压式粘土心墙堆石坝，为一级建筑物,坝顶高程802.4m，最大坝高86.4m，大坝顶宽9.6m，坝顶长度289.6m。坝轴线布置在河左岸4#沟和右岸14#沟内，心墙轴线位于坝轴线上游3.0m。粘土心墙采用坝址区第四系风积黄土填筑，粘土心墙顶部高程800.8m，顶部宽度4.8m，两侧边坡1：0.30，为正心墙。在粘土心墙两侧，依次设置反滤层和过渡层。坝壳以砂砾料、堆石料为主填筑，渗透系数较大，透水性能良好。

2.气候条件

该河流域高山环抱，宏观地势东高西低，南高北低。主要分水岭为哈尔克山、那拉提山、克特绵山、阿拉喀尔山，分布有永久性积雪和冰川。受伊犁河流域三面环山，向西敞开的独特地形影响，使来自北冰洋的寒流及塔克拉玛干沙漠的干热气流被高山阻隔难以进入，而来自大西洋黑海、巴尔喀什湖的暖湿气流则可长驱直入，使得本区域的气候呈大陆性温带气候。表现为温和湿润，雨量充沛、昼夜温差大、夏热少酷暑、冬冷少严寒，春温回升迅速、秋温下降快。根据当地气象站气象观测资料，该工程的气象要素如下：

多年平均气温：8.8℃

历年极端最高气温：39.5℃（1974）

历年极端低气温：-32℃（1969）

多年平均降水量：334.02m m

多年平均蒸发量：1961.04m m

多年平均风速：3.3m/s

最大风速：24m/s（风向 W NW）

多年平均日照时数：2679h

多年平均雷暴日数：40d

多年平均相对湿度：68%

最大积雪深度：65.0cm(1966.1)

最大冻土深度：80.0cm(1984.1)

各月多年平均气温见表1。

表1 各月多年平均气温设计值表

3.坝址区工程地质简介

坝址区岸坡陡峻,河谷狭窄呈“V”型,坡度75°～80°。河床基岩多裸露，覆盖层厚度0.5～2.0m。两坝肩为沟梁相间的梳状地形,冲沟走向与河谷近直交,规模大小不一,地形凌乱。坝址区岩层陡立,走向与河谷近正交,与坝轴线交角15°～20°,岩层为C1d1～C1d2,岩性为相间分布的凝灰岩、泥晶灰岩夹少量凝灰质砂岩，层理明显，以中厚、厚层状为主，局部为块状。心墙基础处在同一岩组上，岩体完整性较好，岩性为第六层（C1d6）泥晶灰岩（局部夹凝灰岩），左坝肩岩层产状80°～90°NW∠15°～20°右坝肩岩层产状290°～295°NE∠80°～90°。泥晶灰岩呈灰黑色，主要由微晶、粉晶碳酸盐矿物组成，属坚硬岩。第六层（C1d6）两侧为第五层（C1d5）和第七层（C1d7）的灰绿凝灰岩，主要由玻屑和火山灰组成，岩性坚硬。

4.坝体填筑分区

主坝填筑分区按设计分为：爆破料区、利用料区、砂砾料区、过渡料区、反滤料区、粘土心墙填筑区。各分区填筑特性见表2。

表2 主坝填筑分区特性表

5.填筑施工控制参数

各种坝料的施工参数均由碾压试验确定，碾压试验报监理部批准后执行。各分区填筑施工控制参数见表3。

表3 主坝填筑碾压控制参数表

6.坝体填筑质量控制程序和检查、检测

该工程粘土心墙坝是一座百米大坝，坝体填筑质量至关重要，加强坝体填筑过程质量检测与控制至为关键。要建造一座优质大坝，必须严格控制料源质量，坝体填筑过程中上坝料质量控制实行坝料开采许可证制度，首先在料场复查及规划的基础上，确定合格坝料的开采范围并对料场表层覆盖进行剥离、坝料制备，由施工单位质检试验部门检查、检测，经现场监理工程师检查、抽检、验收合格后，签署开采许可证方可用于坝体填筑。

坝体铺料填筑质量控制上，以碾压施工参数及施工工艺为主，试坑取样检测为辅，实行填筑铺料许可证制度。在坝基清理或填筑层压实检测、坝面检查等“三检”的基础上，施工单位自检合格后，提供测量、检查、检测等资料报经监理工程师审查，并经坝面检查、压实抽检验收合格后，签署铺料许可证，方能进行下一层坝体填筑。对坝体填筑数层后，由监理部组织，建设单位、质量监督站、委托试验室、施工单位参加进行联合检测、检查。

为便于坝体填筑压实质量控制，根据施工技术规范和施工质量评定有关规定及设计技术要求，并结合大坝工程特点，工程监理机构应与项目法人质量管理机构（实验室）、施工单位共同研究确定取样检测频次计划，并报经质量监督项目站批准。填筑质量控制办法为：每一填筑层由项目部质检站一检，检测干密度、相对密度、孔隙率及压实度；粘土心墙填筑以每一填筑段，反滤料、过渡料填筑以每填筑2m，砂砾料、利用料、爆破料填筑以每填筑5m，由质检站、监理部、中心试验室联合进行二检（取样坑位由监理部指定），检测干密度、相对密度、孔隙率、含泥量、填筑料级配。坑检取样组数见表4。质量检查频率大大超过规范要求频率。

表4 坝面坑检取样组数统计表

7.坝体填筑质量控制分析

7.1 坝体填筑质量一检评价

各分区坝料一检检测主要技术参数统计分析成果见表5。表中统计参数表明坝体各分区填筑质量达到设计要求。

7.1.1 粘土心墙坝T1土料填筑

T1土料填筑4166组数理统计分析：干密度最大值1.88g/cm3、最小值 1.75g/cm3、平均值 1.79g/cm3、标准差 0.02、离差系数0.01，干密度离差系数＜0.1，强度保证率98.3%,均满足设计要求；从质量管理直方图上分析：T1土料坝体填筑质量遵循正态分布。

表5 主坝填筑检测技术参数统计表（一检）

图1 T1土料干密度分布图

7.1.2 粘土心墙坝T3土料填筑

图2 T3土料干密度分布图

T3土料填筑1508组数理统计分析：干密度最大值1.89g/cm3、最小值 1.75g/cm3、平均值1.79g/cm3、标准差 0.019、离差系数0.011，干密度离差系数＜0.1，强度保证率98.3%,均满足设计要求；从质量管理直方图上分析：T3土料坝体填筑质量遵循正态分布。

7.1.3 粘土心墙坝反滤料填筑

反滤料填筑361组数，相对密度最大值1、最小值0.85、平均值0.95、标准差0.044、离差系数0.046；相对密度≥0.85，离差系数＜0.1，满足设计要求。

7.1.4 粘土心墙坝过渡料填筑

过渡料填筑347组数，相对密度最大值1、最小值0.85、平均值0.93、标准差0.040、离差系数0.043；相对密度≥0.85，离差系数＜0.1，满足设计要求。

7.1.5 粘土心墙坝砂砾料填筑

砂砾料填筑303组数，相对密度最大值1、最小值0.85、平均值0.91、标准差0.035、离差系数0.039；相对密度≥0.85，离差系数＜0.1，满足设计要求。

7.1.6 粘土心墙坝爆破堆石料填筑

爆破堆石料填筑137组数，孔隙率最大值19.1%、最小值14.66%、平均值17.51%、标准差0.88、离差系数0.05；孔隙率≥20%，离差系数＜0.1，满足设计要求。

7.1.7 粘土心墙坝利用料填筑

利用料填筑92组数，孔隙率最大值19.1%、最小值13.91%、平均值17.44%、标准差0.92、离差系数0.053；孔隙率≥20%，离差系数＜0.1，满足设计要求。

7.2 坝体填筑质量二检评价

各分区坝料二检检测主要技术参数统计分析成果见表6。表中统计参数表明坝体各分区填筑质量达到设计要求。

表6 主坝填筑检测技术参数统计表(二检)

8.结论

该工程粘土心墙坝的填筑，受施工时间、雨季施工、坝体度汛高程的提高等各种不利因素的影响，对承包商的合同履约能力提出了巨大的挑战，通过加强施工的技术管理、质量控制，进度控制，顺利实现了承包合同的各阶段控制目标并顺利通过水利部水规总院组织的安全鉴定，施工期坝体沉降28cm，认为坝体填筑总体质量良好。