凤凰水库土石坝泥岩心墙填筑质量控制措施

(梓潼县武都引水工程建设管理局，四川 梓潼，622150)

1 工程概况

凤凰水库位于梓潼县文昌镇东风村境内，是与四川省武都引水二期工程配套的一座串库水利工程。水库总库容445万m3，Ⅳ等工程，大坝为风化泥岩心墙石渣坝，坝顶长403m，宽6m，最大坝高38.5m，上下游坝坡坡比1∶2，分别有2m宽马道。坝体从上游到下游分别为上游石渣料区，上游反滤过渡料区，泥岩心墙料区，下游反滤过渡料区，下游石渣料区。心墙采用风化粉砂质泥岩为大坝防渗料的料源，心墙顶部水平宽度4m，上、下游坡度为1∶0.25。工程于2012年12月开工建设，2016年6月枢纽主体工程完工。

2 泥岩心墙料场的基本特性

凤凰水库泥岩心墙料场位于大坝下游约2.5km处的杨家梁，曾为当地页岩砖厂的料源，料场面积0.03km2。料场上部为第四系更新统冰水堆积的粉质粘土覆盖，层厚2m～8.5m，下部基层为K1J粉砂质泥岩夹薄层泥质粉砂岩，基岩从上而下分3个层位，总厚度11m～28m。第一层为泥质粉沙岩，厚1m～3.5m，其间夹有2层厚约0.1m～0.3m的粉砂质泥岩；第二层为粉砂质泥岩，厚5.7m～16m，局部含5m～15m砂质较重的条带；第三层为泥质粉砂岩，厚4.3m～8.5m。料场可开采一般为第二层，厚度5.7m～16m，平均厚度9.8m，储量27.25万m3，能满足设计要求。设计单位在初设时对料场泥岩风化料进行了物理力学性能试验。根据试验成果，提出泥岩心墙设计参考指标，干密度≥1.95g/cm，渗透系数≤1.0×10-5cm/s，含水率控制在13.0%～15.0%，压前颗粒最大粒径不大于30cm，小于5mm颗粒大于40%。

3 现场碾压试验质量控制

泥岩心墙的碾压机具采用YZ20LA型自行式凸块压路机，SP16推土机，神冈260挖掘机，20t载重汽车等设备。采用挖掘机装料，自卸汽车运输，进站后卸料，推土机推铺找平，凸块碾碾压，行车速度2km/h～3km/h，振动油门中档，条带法碾压方式进行试验。

3.1 第一次试验

工序为：先对料源表层覆盖粉质粘土进行清除，并对下层厚3.5m泥质粉砂岩采用炸药爆破进行剥离清除，再对下层粉砂质泥岩采用挖掘机和炸药爆破相结合的方式进行开采，并洒水翻晒崩解30d充分风化后进行试验。结果详见下表1、表2。

表1 风化泥岩心墙料第一次碾压前、后级配组成

表2 风化泥岩心墙料第一次碾压试验结果

以上试验结果表明：干密度达到设计指标，渗透系数不满足小于1.0×10-5cm/s的设计要求。碾压前粗颗粒含量偏多，细颗粒偏少，小于5mm颗粒只有24.1%；而碾压后的细颗粒含量已偏少，含水率和颗粒小于5mm含量均未达到设计提出的参数指标。经分析，料源为粉砂质泥岩，埋层较深，强风化及弱风化岩石少，基本为新鲜岩石，同时还夹有坚硬的泥质粉砂岩，形成了砂岩和泥岩混合比例随意性较大。砂岩一旦超过一定比例，将影响防渗效果。加之料源为新鲜岩层，天然含水量低，虽经洒水翻晒但短时间也不易自行崩解风化，这样造成小于5mm颗粒含量少，从而可能导致渗透系数无法满足设计要求。

3.2 第二次试验

针对第一次试验情况，在进行第二次试验时，将料源内存在的大块状的泥质粉砂岩进行清除，且砂岩含量控制在15%以内；同时为了保证料源尽可能短时间内崩解风化，保证小于5mm颗粒含量达到设计要求的指标，采取对料源进行粉碎加工的办法，即将爆破开挖后的粉砂质泥岩通过破碎机进行粉碎加工，控制最大粒径，增加小颗粒，考虑到料源一般为新鲜岩层，天然含水量低，故在传输带上安装洒水喷头，对料源进行喷雾均匀洒水，以使料源加速崩解风化，同时保证料源含水量的均衡性。经试验，碾压结果详见下表3、表4。

表3 风化泥岩心墙料第二次碾压前、后级配组成

表4 风化泥岩心墙料第二次碾压试验结果

从第二次试验结果来看，粉碎前小于5mm的颗粒含量为24.1%，粉碎后为42.5%，细颗粒增加较大，经碾压后增加更大，达到53%。由此，采取对料源进行破碎加工的施工工艺，可满足设计要求。

4 泥岩心墙填筑的质量控制及效果

4.1 坝基接触施工

该工程坝基接触料一般采用粘土填筑，填筑前，对基岩涂一层水灰比1∶3的粘土泥浆，然后控制好粘土含水量后，对坝基的低洼部分进行回填，并使用夯机把回填处夯实。在进行分层填筑粘土时，将粘土表面拉毛，然后进行凸轮压路机碾压。

4.2 泥岩心墙填筑施工

心墙填筑质量主要取决于施工工艺、施工方法是否得当。在填筑心墙前，首先进行料源的质量控制，一是将料源内的垃圾、树根、草皮等杂物进行清除；二是控制砂岩含量，将大颗粒剥离出去，含量须低于15%；三是控制颗粒级配，特别是小于5mm的颗粒含量要达到设计提供的参考指标，本工程采取对填料进行破碎加工的方法予以控制；四是控制含水量，上坝前进行喷雾洒水，以达到最优含水量，采取上坝前检测，并结合经验观察和手搓的方法进行检验。

在填筑时，一是控制填料铺筑厚度，严禁超厚；二是碾压遍数、行进速度要完全按照碾压试验成果的要求进行。碾压时先静压两遍，然后再进行振动碾压；三是每次来回错压时，须超压不低于50cm进行搭接碾压；四是在进行第二层铺筑前，注意头层土表面的含水量，一般可高于最优含水量的2%～3%，补水时，可用喷雾洒水，要求均匀，无积水。铺筑后碾压前，应注意表面的含水量，如表面填料含水量经过日晒、风吹后，可适当补充水分，以保证碾压时表层的含水量。每层填筑后，须进行取样检验，如果不合格，应挖除重新填筑。由于严格进行过程控制，本工程施工单位自检，第三方抽检指标均符合设计要求。

4.3 控制效果

凤凰水库自2016年6月枢纽完工后，现蓄水高度为19m，经过观测分析，截止目前，大坝顶最大沉降量0.135m，近期月最大沉降2mm，平面座标位移2mm，大坝下游脚无浑水溢出，渗流量在0.25L/s～0.3L/s之间，满足相关要求。

5 结语

采用风化泥岩作为大坝防渗心墙，满足防渗要求的关键在于控制泥岩的风化程度，风化程度取决于细颗粒<5mm含量达到设计要求，同时控制砂岩的含量。本工程采取机械破碎的方法不但能更有效地在短时间内使泥岩颗粒及时风化，细颗粒含量增加，以达到设计要求；同时，还提高了工作效率。首先，加快了施工进度。据统计，一台机器每天破碎600m3料，洒水崩解一周后就可上坝，较原来采取自然风化崩解节约半年多时间。其次，节约了投资。据估算，本工程如采用自然翻晒、洒水崩解，需1.33余hm2场地进行坝料堆放翻晒，增加了临时占地补偿和土地还耕、水土保持、环境治理等费用130万元，同时还影响当地的生态环境。因此，由原来的自然翻晒改为机械粉碎加工料源的施工工艺，以及本工程填筑时的质量控制，对保障工程质量，加快施工进度，节约投资等方面都产生了积极作用，可供类似工程借鉴参考。