水电站围堰工程粘土心墙防渗施工技术的探讨

田稳军

（新疆汇通水利电力工程建设有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概述

新疆某水电站位于阿拉泰地区哈巴河县境内，是额尔齐斯河一级支流——哈巴河规划修建的第三座梯级水电站，水电站距离哈巴河县城约40km。距离阿勒泰市约165km。正常蓄水位680m，水电站总库容为3.2亿m3，库区调节性的库容为0.85亿m3，工程发电装机180MW，设计多年平均发电容量共计5.35亿kW·h。根据气象站资料，该区域年平均气温3.3℃，七月平均气温为16.1℃，极端最高气温32℃，一月平均气温-12.2℃，一月极端最低气温-39.1℃，年平均日照时数2831.0小时，年≥10℃积温2331℃。年平均降水量69mm，年平均蒸发量2309.5mm。无霜期70～120天左右，最大冻土层1.73m。山区多年平均风速2.1m/s，最大风速23m/s，风向偏西，年均大于七级以上风日数达60天以上。因气候寒冷，无霜期较短。

该水电站为大（中）型Ⅱ级工程主要以发电为主，本工程主要建设内容包括：沥青心墙碾压大坝、导流洞、泄洪洞、引水发电隧洞以及发电厂房。沥青心墙碾压大坝为Ι级建筑物，导流洞、泄洪洞、引水发电隧洞为Ⅱ级建筑物，发电厂房为Ⅲ级建筑物，其他临时工程为Ⅳ级建筑物。

该工程围堰施工分上游围堰和下游围堰，上游围堰采用粘土心墙防渗施工技术，下游围堰采用帷幕灌浆防渗施工技术。上游围堰挡水标准按全年20年一遇洪水流量设计，设计流量458m3/s。

2 粘土心墙防渗断面设计

新疆某水电站上游围堰设计为不过水全断面土石围堰，围堰全年挡水标准为5.0m3/s，围堰堰体采用土石和石渣混合料进行填筑。该工程围堰基础河床层为砂砾石层，砂砾石层根据勘测报告具体数据显示厚度为2.5m～3.0m，砂砾层下面为岩石层，根据围堰基础情况分析，围堰采用粘土心墙防渗施工技术进行处理。

该工程上游粘土心墙防渗围堰轴线总长300m，围堰堰体断面设计为梯形断面，迎水面采用砂卵石和块石进行防护，坡降比1∶2.0，背水面坡比为1∶1.8，围堰堰顶高程为1130.58m，堰顶宽6.0m。围堰防渗粘土心墙设计断面为梯形断面和矩形断面，1130.58m～1120.58m之间为矩形断面，1120.58m～1117.58m之间为梯形断面，矩形断面宽度为3.0m，梯形断面底宽为2.0m、顶宽为3.0m，粘土心墙最大高度为13.0m。粘土心墙防渗技术指标的渗透系数为2.98×10－6cm/s，最大干密度为1.81g/cm3，所有技术指标经检验全部合格。新疆某水电站上游围堰粘土心墙断面示意图如图1所示。

围堰工程粘土心墙防渗施工程序示意图如图2所示。

图1 上游围堰粘土心墙断面示意图

图2 粘土心墙防渗施工程序图

3 粘土心墙防渗施工技术分析

3.1 填筑粘土材料的选用

土石围堰粘土心墙防渗施工中所使用的粘土材料选用非常重要，粘土的质量直接影响土石围堰的防渗效果，所以在粘土的选材过程中要通过质检试验单位对所选用的粘土进行检测对比，对粘土的各项指标全部合格且质量较好的进行使用。

该工程经过多地检测粘土的技术指标，最后经过业主、监理、施工单位三方共同指定了粘土选用位置，土石围堰防渗所使用粘土在左岸阶地开挖。粘土使用时要控制其质量，必须选用粘性要好的粘土，而且粘土中不得含有其他粘土以外的杂物及杂草之类的东西。

3.2 施工方案分析

粘土心墙料采用液压挖掘机在粘土料场开挖装车，20t自卸汽车水平运输，粘土心墙施工前第一层与钢筋混凝土基底结合层位置处首先要涂刷约5cm厚泥浆，使得粘土心墙和钢筋混凝土基层有效的结合，确保后期的围堰粘土心墙防渗效果。围堰粘土心墙施工过程中土料铺筑由低向高、由左岸至右岸水平逐层进行进占铺筑，土料铺筑采用140t推土机配合人工进行平整，采用牵引式凸块振动碾碾压，靠近山体坡脚处和建筑物附近采用蛙工打夯机夯实，每一层施工完成后采用环刀法进行压实度系数检测，检测合格后进行下一道施工工序施工。

3.2.1 围堰戗堤填筑

该土石围堰粘土心墙防渗施工在围堰填筑至1120.58m高程后开始施工，后面土石围堰和粘土心墙同时进行填筑。土石围堰戗堤进占过程中考虑到河流水流量情况，为了更好的安全施工，戗堤进占高程控制在1120.50m～1120.58m高程之间，不得小于1120.50m高程。土石围堰戗堤进占时的填筑料不能选用较大的土石料，防止影响粘土心墙开挖施工，填筑过程中心墙边缘的填筑料控制在0.5m～1.0m之间，心墙位置的填筑料粒径不能大于0.5m。戗堤进占过程中确保碾压密实，边填筑边进行碾压，填筑采用20t振动碾碾压，碾压遍数不得小于8遍，边缘和局部碾压不到位或无法碾压的采用人工夯实，确保碾压到位合格，防止后期粘土心墙基槽开挖施工时产生齿槽边缘戗堤坍塌，给施工增加难度，造成延误工期和经济损失。

3.2.2 粘土心墙填筑

该工程粘土心墙填筑分两层进行填筑，1117.58m～1120.58m进行一次填筑，该高程填筑完成后开始1120.58m～1130.58m高程进行填筑。

（1）1117.58m～1120.58m高程填筑

该工程土石围堰戗堤进占高程达到1120.58m高程后，且全部完成后开始粘土心墙基槽开挖施工。为防止齿槽在开挖完成后两边出现坍塌现象，齿槽开挖和粘土心墙填筑采取连续作业的方式进行施工，进行心墙齿槽分段开挖，分段长度为20m为一段，在20m段齿槽施工时边开挖边进行填筑，确保心墙填筑处于连续作业未有坍塌发生。

开挖施工之前首先进行测量放线，并对心墙部位进行平整，同时对测量放样的轴线和控制线采用白灰和红旗进行标注。围堰防渗心墙齿槽开挖采用1.6m3液压长臂挖掘机进行开挖，采用装载机和推土机进行填筑，采用装载机进行碾压。齿槽开挖施工时，根据施工现场实际情况进行检查探底，齿槽开挖以开挖至岩石建基面为准，经计算砂砾石层开挖最大深度为3m，同时心墙齿槽开挖底部宽度不得小于设计心墙底宽的1.5倍，确保粘土心墙的宽度符合设计要求。砂砾石层段粘土心墙粘土填筑过程中因在水下部分无法采用装载机碾压，所以根据要求采用液压挖掘机进行压实。

（2）1120.58m～1130.58m高程填筑

根据工程实际情况，1117.58m～1120.58m高程粘土心墙填筑完成后，并使得土石围堰整体闭气，经检查无特大渗漏现象后开始1120.58m～1130.58m高程填筑。该高程段粘土心墙填筑施工时已经不影响工程整体施工进度，所以粘土心墙和土石围堰同时进行填筑。

填筑过程中先填筑粘土心墙，粘土心墙填筑并碾压密实后开始土石围堰剖后碾压。粘土心墙填筑层厚控制在1.5m～2.5m之间，土石围堰混合料填筑层厚控制在1.0m～2.0m之间，粘土心墙和土石围堰混合料同时采用20t振动碾碾压，碾压遍数不得小于9遍，含水量较大的粘土心墙采用人工配合液压挖掘机进行夯实。

4 效果分析

该水电站上游围堰工程粘土心墙防渗施工技术经过多方专家讨论，粘土心墙防渗施工技术方案可行。经过在该工程中实际应用后，发现该施工技术方案即经济又合理，根据施工过程中实际情况分析，比同类围堰工程中采用帷幕灌浆防渗施工技术节约成本、施工工期短、安全系数大、施工难易度小，施工工艺简单、防渗效果好等。

粘土心墙防渗施工技术在该工程土石围堰工程中的应用非常成功，防渗效果良好，粘土心墙防渗施工完成闭气后，基坑开挖工作开始时，围堰堰体及基础除局部有少量渗水外，未发现有其他水流大量渗漏。因此，土石围堰工程粘土心墙防渗施工措施、施工工艺、施工方法是成功的、合理的、有效的，同时粘土心墙施工技术施工工艺简单、质量保证、安全风险不高，施工过程中缩短了施工工期，节约了施工成本，为该工程提供了安全度汛的条件。

5 结语

新疆某水电站工程围堰工程上游围堰采用粘土心墙防渗施工技术，下游围堰采用帷幕灌浆防渗施工技术。上游围堰和下游围堰在施工工艺、施工方法、施工工期、施工质量、施工成本上对比，粘土心墙防渗施工技术明显比帷幕灌浆施工技术要节约成本、工期短、施工工艺和方法要简单、质量和安全相对可靠。

经过对该工程粘土心墙防渗施工技术的分析，该技术在围堰工程的效果良好，目前此项施工技术在土石坝工程中应用比较广泛，但是很少有在土石围堰中被应用。通过在该工程土石围堰中的正确应用后，总结出粘土心墙防渗施工技术可以在土石围堰中进行防渗施工，采用该技术不但能提高防渗质量，而且能够提高经济效益、缩短施工工期、施工工艺简单、易操作和安排，类似土石围堰工程施工时可以借鉴参考该项粘土防渗施工技术。

综上所述，该工程粘土心墙防渗施工技术在上游围堰工程中正确的应用后，使得围堰工程建成后除局部有少量渗流外，其他部位稳定性都非常好，围堰局部少量渗流不影响该工程后期工程正常的施工，且渗流量符合规范及设计要求。陕西水利

[1]祈世京.土石坝碾压式沥青混凝土心墙施工技术[M].北京：中国水利水电出版社,2000.

[2]水利水电建筑工程施工手册[M].北京：中国水利水电出版社,2002.