碾压式土石坝施工质量评定影响因素探究

张有文 陈金辉

(红河州水利水电工程建设质量与安全监督站，云南 蒙自 661100)

水库拦河坝施工质量，是决定水库安全和能否正常发挥工程效益的关键因素，竣工验收过程中有关工程质量的结论性意见，是在工程质量监督报告有关质量评价的基础上得出的，而施工质量检验与评定结论是水利工程验收的主要依据之一。水利工程施工质量按单元进行控制，在进行质量检验评定时，单元(工序)是最小的质量控制单位和日常质量考核基本单位，验收评定的依据则主要是工程实体的各种检测数据。以土料填筑为例，一个单元工程施工质量评定主要针对结合面处理、卸料及铺填、土料压实、接缝处理4个工序，控制项目主要是工程实体和施工参数，如果每个工序都进行检测，势必增加工程费用；另一方面，针对实体的检测取样频次为反滤料200～500m3或每层取样一次，坝壳料5000～10000m3取样一次，防渗体黏性土100～200m3取样1次，边角夯实部位每层2～3次，对填筑方量大的工程，虽然检测数量较多，但由于是抽样，所以也还是存在检测数据不能真实反映工程实际情况的现象。本文以阿白冲水库拦河坝为实例进行探讨，从工程参建各方质量行为、工程实体质量、坝体变形、渗流观测数据、影响施工质量的“人、材、机、法、环”因素等方面展开评价，并与规范要求的质量评定方法进行对比，从而寻求建立一种实时质量控制体系，加强或简化传统质量检验、评定方法，更全面地实施施工质量控制，对水利工程施工具有重要意义。

1 工程实例

1.1 工程概况

石屏县阿白冲水库是以农业灌溉为主的中型水库，水库坝址以上控制径流面积140.8km2，多年平均径流量2775.2万m3，水库总库容1538万m3，灌溉面积2.91万亩，总供水量1718.8万m3。阿白冲水库工程由引水工程、枢纽工程和灌溉工程三部分组成，枢纽工程由拦河坝、溢洪道、输水(导流)隧洞组成，拦河坝为黏土心墙坝，最大坝高89.4m，主要建筑物大坝为2级，其他枢纽工程等别为Ⅲ等；水库枢纽工程设计洪水标准为50年一遇；校核洪水标准为1000年一遇；工程区地震动峰值加速度为0.3g，相应地震基本烈度为Ⅷ度，地震动反应谱特征周期为0.4s。

1.2 拦河坝设计特征参数

拦河坝为黏土心墙风化料坝，坝顶高程1567.00m，坝顶宽10m，长256.5m，最大坝高89m。坝顶上游设0.9m高混凝土防护栏，坝顶下游侧设混凝土路缘石，坝顶为地砖路面。

黏土心墙顶宽4.0m，顶部高程1566.00m，底部高程1477.60m，心墙最大高度88.4m，上下游边坡均为1 ∶0.2，最大底宽39.36m。心墙上游侧与风化料相接处设置厚3m的混合反滤层，心墙下游侧与风化料相接处设置各厚2m的二级反滤层。坝体上游为三级坡，从上至下分别为1 ∶2.5、1 ∶2.75、1 ∶3.00；高程1542.00m设置2.5m马道，高程1518.00m结合度汛抬头坝布设，设置6.0m马道，上游铺筑黏土料防渗；下游为四级坝坡，从上至下为1 ∶2.0、1 ∶2.25、1 ∶2.75、1 ∶1.5，高程1537.00m、1507.00m设置2.5m马道，高程1480.00m设置3.0m马道，高程1480.00m以下为排水掕体。详细尺寸见图1。

1.3 质量检测情况

针对坝体填筑，施工单位自检风化料共取样1235组，反滤料取样224组，心墙料取样2755 组，室内渗透取样446组，现场渗透检测446组，加上监理平行检测及建设单位抽检，取样组数达11246组，考虑不同检测参数，总检测数达16578组。其中对施工影响最大的是防渗心墙的现场渗透检测，根据规范规定，若采用双环法检测，最快也需24h以上，严重影响坝体填筑的施工进度，检测与施工的矛盾突出。为解决这一问题，前期经过对比，确定单环法与室内渗透存在一定的关联性，即只要现场单环法检测渗透系数小于1×10-5cm/s，则室内渗透的检测结果也能达到小于1×10-5cm/s的要求，所以对心墙渗透检测方法进行了调整，以室内渗透检测结果作为主要的质量评定指标，现场则用较快捷的单环法作为辅助，只要单环法检测满足要求，即进入下一层的填筑施工。

图1 坝体标准横断面图 (尺寸单位：mm)

2 参建各方质量行为因素评价

2.1 质量体系因素

2.1.1 项目法人

项目法人为石屏县阿白冲水库工程建设管理局，管理局下设办公室、征地组、工程科、财务科、质检科、安全保卫科六个科室，人员配置18人，其中专业技术人员11人，各科室人员已就位并按各自职责开展工作。管理局明确了各科室责任，各科室根据实际情况作出具体分工。项目法人的内设计机构、人员数量、主要人员资格、职称及建设管理职能符合相关要求。

工程建设管理局在工程建设中，相关人员常驻工地，负责管理工程日常事务，工作过程中基本能按既定制度执行，基本能按时审核各建设工序质量，督促施工单位填写施工记录及质量评定资料，与设计、监理、施工三方团结协作，能有效地履行建设单位的质量管理职责。

2.1.2 设计单位

工程设计单位具有水利行业设计乙级资质，同时具有勘察及测绘乙级、工程造价咨询乙级、水土保持方案编制乙级等多项勘察设计资质，通过了ISO9001：2000质量体系认证，设计质量保证体系健全，各项规章制度完善。

设计项目负责人为高级工程师、注册土木工程师(水工结构)，地质设计代表为高级职称，且勘察设计经验丰富。成立设计代表组具体负责施工期间设计事务，根据施工进度要求，分别指派水工、地质、测量、金结等专业人员住现场负责各专业事宜。设计单位参与工程勘察设计技术人员28人，其中中级、高级职称人数18人，设计单位组织了工程技术交底，对现场出现的一般设计问题，由设计代表现场解决，并按统一格式发出修改通知，对重大设计变更，由设计单位编制设计方案，并报项目批准单位审查批准后实施。设计代表现场服务到位，能及时解决设计相关问题。设计人员结构合理，专业齐全，能够保证设计质量。设计单位资质、从业人员资格符合相关规范制度的要求。

2.1.3 监理单位

监理单位具有水利工程施工监理甲级资质、水土保持工程施工监理丙级资质。监理公司成立了石屏县阿白冲水库工程监理部，设置水工、地质、施工、金属结构、测量、合同管理、信息管理等专业工程师参与施工监理工作。监理部设总监1名，总监代表1名，监理工程师5人，监理员4名。总监理工程师、总监代表为高级工程师，其他专业监理工程师均具有中级及以上职称且参加过多项水利工程监理工作。监理部制定了监理规划及监理实施细则，根据监理规范要求，采用现场记录、发布文件、旁站监理、巡视检查、平行检测等方法进行监理，平行检测结论与施工单位自检、项目法人委托检测结果基本一致。工程实施过程中实行旁站、巡视、跟班监理，每完成一道工序都及时检查、验收、签质量合格卡，尽量缩短循环周期，加快施工进度，监理工作基本按监理规划及监理实施细则进行，监理人员满足工程建设需要。现场监理机构的组建、监理工作程序、方法和制度以及监理单位的资质、从业人员资格基本符合相关规范制度的要求。

2.1.4 施工单位

拦河坝工程施工单位具有水利水电工程施工总承包壹级资质。施工单位成立了工程项目部，项目部由15人组成，项目经理、技术负责人均为高级职称且持有一级建造师执业资格证书，其他技术人员、管理人员持有相关执业资格证书。施工单位进驻工地后，指派熟悉生产程序和施工工艺、有较娴熟施工组织能力和管理技巧且具有国家项目经理资质的项目经理。项目经理部下设质量监控管理部，选派了具有中级以上职称的工程技术人员为质量管理负责人。项目部制定了质量目标、相应管理制度及质量保证制度，在施工中，施工单位基本能按相关制度运行。施工单位项目管理人员能够保证工程质量符合规范要求。施工项目部的质量行为以及施工单位的资质、从业人员及其质量行为资格符合相关规范制度要求。

2.1.5 检测单位

质量检测单位具有岩土工程、混凝土工程、金属结构、机械电气和量测共5个类别资质，其中岩土工程、混凝土工程、金属结构、量测为甲级，工程开工前组建现场试验室，工作人员4人，其中高级职称1人，初级职称3人，4人均持有水利水电工程质检上岗证。检测人员胜任施工质量检测工作。质量检测人员的行为以及质量检测单位资质、人员资格符合相关规范制度要求。

2.1.6 参建单位质量行为评价

参建各方均成立了现场管理机构，制定了质量管理制度，质量管理人员基本能按要求到位履职，质量检查、控制、验收符合规范要求，质量体系运行正常。阿白冲水库拦河坝工程参建各方质量行为符合水利行业建设管理相关文件、规程及规范的要求，不存在影响施工质量的因素。

2.2 材料因素

拦河坝为黏土心墙风化料坝，筑坝的主要材料有黏土(心墙)、风化料(坝壳)、反滤料等。拦河坝工程施工使用的心墙黏土为含碎块、砾石的高液限黏土，取样试验，主要物理力学指标：粘粒含量为46%～74%，渗透系数小于A×10-6cm/s，天然含水率为25.8%～35.8%，与最优含水率(23.7%～37%)接近，内摩擦角φ为20°，黏聚力C为45.38kPa。与相关规范规定要求对比，除黏粒含量偏高较大外，其余指标均可满足要求。其质量满足要求，储量48.15万m3，是设计用量24.66万m3的1.95倍多。

坝壳料场位于坝址下游右岸山坡，距坝址1.0～1.5km，为板岩夹砂岩强-弱风化料，料场在昆阳群美党组(Pt1)薄层状粉砂质、泥质板岩夹粉砂岩的强、弱风化层。取样试验值：含泥量(黏、粉粒)5.7%～7.8%，内摩擦角35.2°～36.2°，渗透系数大于A×10-2cm/s。储量1225万m3，是设计用量226.5万m3的5.4倍；石料取自邑他得石料场，为岩质坚硬的石灰岩，质量较好，储量1020万m3，现有公路相通，运距24km；砂料采用邑他得石料场块石加工机制砂，储量丰富，质量满足设计要求。

2.3 施工机械因素

坝体黏土心墙、坝壳料、反滤层等主要施工机械如下：CAT330、320挖掘机1台(心墙料场)，ZL50装载机1台，推土机1台(都在戗堤，1台进占作业，1台备用)，自卸汽车8辆，自行式压路机1台(CA-25)，自行式凸块碾型号为YZ32D2，2台32t自行式压路机，拖式振动碾型号为YZTY-22，推土机型号为TY-220，自卸汽车20t、4.5t各1辆。拦河坝施工机械满足工程施工要求。

2.4 施工方法的因素

2.4.1 防渗心墙填筑

防渗心墙黏土料开采采用1台ZL50装载机配合1台330挖掘机开采，开采方式为立面垂直开采。铺土厚度30cm；碾压机械为自行式凸块碾(YZ32D2)，振压8遍，液压传动，激振力590kN；填筑控制指标如下：设计干密度不小于1.45t/m3，内摩擦角为20.0°，黏聚力20kPa，压实度不小于99%，渗透系数不大于1×10-5cm/s，含水率按该层最优含水率的+3%～-2%控制。心墙黏土料填筑施工流程为：填筑面处理、洒结合水→两端接触面处理、刷泥浆→挖运黏土料上坝→进占法卸料→推土机散料按要求的铺土厚度整平→自行式压路机碾压8遍→电动夯和人工进行边角处理→质量检查及取样试验→层面处理和质量疵点处理→隐蔽验收及质量评定。

2.4.2 上、下游坝壳料填筑

铺土60cm，碾压四个双遍，进占法铺料；填筑控制指标：内摩擦角不小于28.40，黏聚力不小于33kPa，干密度不小于1.85g/cm3，渗透系数不小于5.2×10-3cm/s；风化料开采时，应严格控制全强风化层的含量，以保证其填筑质量；坝壳料填筑施工工艺流程为：仓面洒水润湿→自卸汽车进占法上料→推土机铺土找平→32t自行式压路机碾压→边角处理→质检取样并作出质检结论→隐蔽验收签证并作出质量评定。

2.4.3 上、下游反滤料填筑

自卸汽车从堆料场运来反滤料后，人工拉线填筑。填筑工艺流程为：下覆层顶面的清理→测量定位上口线并拉线→填筑反滤料→反滤料填筑底脚线收整、清理→层顶面清理整形→平碾压实反滤料→质检取样并作出质检结论→隐蔽验收签证和质量评定。相对密度不小于0.75，小于0.075mm的颗粒含量不大于5%，级配符合设计要求。

2.4.4 施工方法评价

整个坝体填筑过程中，施工按监理批准的施工组织开展，从每一道工序、每一个控制项目入手，严格执行规范要求，认真开展检测评定，施工方法满足规范要求。

2.5 施工环境的因素

工程区气象条件如下：多年平均气温18℃，极端最高气温34.5℃，极端最低气温-2.4℃，多年平均日照时数2233.2h，多年平均相对湿度75%，多年平均最大风速13.6m/s，多年平均降雨量925.2mm，多年平均蒸发量1963.9mm。

拦河坝工程于2010年8月1日开工。2014年9月25日，拦河坝工程全部施工内容完成。拦河坝施工期间未出现极端天气，雨季心墙用黏土含水量高，暂停施工，雨季后恢复施工，不存在影响施工质量极端气候，施工环境无制约因素。

2.6 施工质量风险管控

所有工程施工质量影响因素都会造成质量风险，总结以往的工作经验，影响质量的客观因素往往是可控的，真正造成质量问题的最大影响要素是人，大坝填筑施工使用的黏土料、风化料、反滤料、石料等质量靠人进行管控，施工机械靠人进行操作，施工方案由管理人员编制、具体施工靠工人实施，不利施工环境靠人干预解决，质量检测时取样是否具有代表性与检测员的经验密切相关等。所以，阿白冲水库大坝施工对于施工风险的管控除了常规因素外，主要是加强了对参建各方技术人员的控制，包括对管理人员、施工人员，特别是施工人员施工过程中操作不规范、不科学行为进行及时纠正和管控。为降低质量风险，对施工人员进行质量标准化培训，对参建各方主要管理人员进行合同管理，保证设计、监理、施工、检测单位主要管理人员常驻工地时间，及时解决施工中出现的问题，充分发挥人对质量的正向影响。通过管住关键少数，有效避开各种不利因素，降低施工风险，保证工程施工质量。

3 拦河坝实体质量评价

工程项目划分由建设单位组织监理、设计、施工单位共同完成，划分方案上报质量监督机构审核确认。拦河坝单位工程划分为16个分部工程，1066个单元工程。参加评定的单元工程共1066个，经评定单元工程质量全部合格，其中优良单元工程735个，单元工程优良率68.9%。经核备，16个分部工程质量全部合格，其中优良分部工程4个，分部工程优良率25%。拦河坝单位工程共核备分部工程16个，其中填筑类分部工程共9个，质量全部合格。质量评定统计结果见表1。

表1 质量评定统计结果

拦河坝单位工程外观符合相关规范的要求，外观质量评定为合格，施工中未发生过质量事故，施工质量检验与评定资料齐全，工程试运行正常，拦河坝单位工程施工质量符合相关规范的要求，工程实体质量评定为合格。

4 拦河坝蓄水安全鉴定结论

2015年委托安全鉴定机构对石屏县阿白冲水库工程进行蓄水安全鉴定，结论如下：ⓐ枢纽工程设计布置合理，工程等别、建筑物级别、地震动参数等选择符合有关规范要求；ⓑ水库正常蓄水位1562.65m，设计洪水位1564.85m，校核洪水位1565.84m，大坝设计坝顶高程1567.00m，大坝黏土心墙顶高程1566.00m，高于正常蓄水位3.35m，高于校核洪水位0.16m。大坝坝顶安全超高满足规范要求；ⓒ大坝材料分区合理，防渗黏土料填筑压实度选择满足规范要求；心墙填筑渗透系数为小于1×10-5cm/s，满足规范及设计要求；对反滤料及过渡料进行的颗粒级配设计，满足土料与反滤料、反滤料与过渡料层间保护关系；反滤料、风化料按相对密度控制，基本满足规范要求；ⓓ坝基开挖根据开挖揭露的地质情况，加深截水槽开挖，使截水槽基础置于强风化中部相对较完整板岩；坝体上游挖出有软弱的粉质黏土层，基础置于具有一定强度、变形较小的碎石土、漂卵砾石及块石层上；坝体下游清除全部碎石土、漂卵砾石及块石层，置于强风化板岩上；ⓔ坝基采用帷幕灌浆防渗，帷幕线沿坝轴线向左右两岸延伸，左岸至正常蓄水位与相对隔水层顶板交点；右岸防渗边界长度90m，帷幕线长419.7m，底界进入相对不透水层以下3～5m；经帷幕灌浆试验，确定灌浆孔排拒，坝基防渗帷幕设计满足规范要求；ⓕ大坝坝体渗流分析、坝坡稳定计算结果满足规范要求；并进行了静力和动力分析，抗滑稳定安全系数满足规范要求。

5 施工期及运行期监测情况评价

阿白冲水库于2016年5月下闸试蓄水，2016年5月24日库水位1517.6m， 2016年9月21日水位1550.05m，库容905.6万m3。2017年7月21日最低水位1520.40m，库容211.8万m3， 8月6日水位1536.61m，库容519.万1m3。

2013年6月19日，安装测压管581.2m，渗压计35支，大坝安装水平固定测斜仪30支、垂直固定测斜仪14支、位错计4支、心墙沉降管90m，完成坝体表面工作基点、校核基点和水平、垂直位移标点32个。

2011年2月10日至2020年12月30日包括施工期、蓄水期、运行期，监测数据如下：大坝上游戗台WY1-1～WY1-5沉陷位移桩最大位移量-5.9cm(WY1-3)，最大沉陷量+9.3cm(WY1-3)。大坝坝顶WY2-1～WY2-7沉陷位移桩最大位移量-4.4cm(WY2-3)，最大沉陷量+8.6cm(WY2-3)。大坝下游戗台WY3-1～WY3-5沉陷位移桩最大位移量+2.5cm(WY3-3)，最大沉陷量+3.7cm(WY3-3)。大坝下游戗台WY4-1～WY4-5沉陷位移桩最大位移量+3.3cm(WY4-4)，最大沉陷量+1.6cm(WY4-3)。大坝下游反滤体顶WY5-1～WY5-4沉陷位移桩最大位移量+3.1cm(WY5-3)，最大沉陷量+0.5cm(WY5-3)。大坝下游坝脚三角堰量水高度0～40cm，堰顶高程1874.62m。观测最大渗漏量0.018m3/s、最小渗漏量0.007m3/s。

监测数据整理符合相关规范的要求，监测结果满足设计要求，总体工程运行情况良好。

6 结 语

阿白冲水库大坝填筑施工质量控制采用了实时监控体系，从质量体系、原材料、施工机械、施工方法、气候条件等方面入手，抓住“人”这个关键因素，有效规避施工风险，在保证工程料源稳定、质量控制程序符合规定、施工机械满足要求、施工参数符合规定及施工环境满足要求的前提下，对部分检测方法进行了优化，简化了耗时长的检测环节，极大地提高了施工效率。质量评定时结合以上因素及工程实体检测数据进行综合判断，其可靠性优于单纯靠检测数据评定的方法。

水利工程施工条件复杂，施工质量影响因素多，质监部门难以在短时间内细致检查所有指标。阿白冲水库拦河坝工程填筑施工从控制参建各方质量行为开始，从“人、材、机、法、环”五个方面进行综合控制，结合规范要求的检测数据进行综合质量评定，评定方法符合水利行业建设管理相关文件、规程及规范的要求，评定结论可靠性高，有利于解决检测与施工之间的矛盾，工程施工效率得到极大提高，可在工程建设中探索推广使用。