清河水庫除險加固大壩粘土斜墻修復(fù)

狄旭東，劉淑華

（1.遼寧省清河水庫管理局，遼寧 鐵嶺112003；2.松遼委水土保持監(jiān)測中心站，吉林 長春 130021）

1 概述

清河水庫是遼河流域重要的水利樞紐工程之一，位于遼河支流清河下游；是一座以防洪、灌溉為主，兼顧工業(yè)供水、養(yǎng)魚、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。清河水庫總庫容9.68×108m3，根據(jù)SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，清河水庫為大（2）型水利樞紐工程，工程等別為II等，主要水工建筑物級別為2級，包括大壩、溢洪道及左右岸泄洪洞。

主要樞紐建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)按500年一遇洪水設(shè)計，10000年一遇洪水校核。本次除險加固復(fù)核后水庫正常高水位131.00 m，防洪限制水位127.00 m，死水位109.70 m。設(shè)計洪水位135.10 m，相應(yīng)庫容8.19×108m3，校核洪水位138.06 m，相應(yīng)庫容 9.68×108m3。

大壩為粘土斜墻砂礫壩。壩頂高程138.10 m，防浪墻頂高程139.10 m，壩頂寬度6.5 m，壩長1622.0 m，最大壩高39.60 m。壩頂采用漿砌石防浪墻，墻寬0.5 m。

經(jīng)計算，大壩壩頂高程139.25 m，防浪墻頂高程140.45 m，大壩現(xiàn)狀不能滿足設(shè)計要求（見表1）。

本次除險加固需對大壩進(jìn)行加高，防浪墻由漿砌石改為鋼筋混凝土防浪墻。大壩加高采用帶帽加高方案，防浪墻改造方案是將原漿砌石防浪墻拆除，重新填筑拆除防浪墻時拆除的粘土斜墻，建設(shè)鋼筋混凝土防浪墻。

表1 壩頂高程計算成果表 m

2 粘土斜墻施工工藝

2.1 基層處理

基層處理是指防浪墻拆除時留下的粘土斜墻拆除后的痕跡面。防浪墻和大壩頂部拆除后，將拆除后的痕跡面徹底清理，沖洗干凈；尋找原斜墻的上下游邊界線，去掉突出點(diǎn)后得出特定高程的平均邊界線；然后，對粘土斜墻基層進(jìn)行刨毛處理；刨毛深度不小于10 cm，并灑水潤濕，以利新舊斜墻的良好結(jié)合。

拆除下來的舊斜墻的粘土不可繼續(xù)使用，一定要挖采新的粘土料：舊的粘土料是經(jīng)過碾壓后的土料，技術(shù)處理非常困難；舊的粘土料在拆除過程中有可能融入雜質(zhì)或雜物，對粘土斜墻來說是絕對不允許的。

2.2 粘土土料選取與挖采

粘土土料的選取是比較重要的一個環(huán)節(jié)，首先要對料場的土樣采取“三步法”進(jìn)行檢測。

1）提前對土料場的粘土料進(jìn)行快速檢查含水率，其目的是控制允許上壩的土料質(zhì)量，以確保土料易于壓實(shí)合格。

快速檢測土料含水率時，應(yīng)在料場根據(jù)土料的不同深度取多組代表性試樣，采用酒精燃燒法，快速檢測土料含水率，合格的土料方可允許上壩施工。

一般來說，土的含水率在適合含水率范圍內(nèi)（w±2%），采用常規(guī)規(guī)定的碾壓參數(shù)（本工程規(guī)定土料攤鋪厚度30 cm，振動凸塊碾先靜壓1遍，振動壓實(shí)8遍，再靜壓1遍，共10遍），即可達(dá)到合格（設(shè)計干密度1.68 g/cm3）。反之，含水量偏大或偏小，超出適宜范圍的土料，只進(jìn)行常規(guī)的碾壓大都不能合格。含水量偏大，無法壓實(shí)，需進(jìn)行翻曬處理，直接影響正常施工程序，耗時費(fèi)力，增加成本；含水量偏小，必須增加碾壓遍數(shù)到12～14遍。

2）經(jīng)第一步的初步檢查后，進(jìn)行常規(guī)的環(huán)刀法取樣，在取樣過程中進(jìn)行目測、手感，以判斷壓實(shí)效果：對于壓實(shí)合格以上的土料，用鎬刨或鍬挖，都很困難，一鎬只能挖深3～5 cm，被切割土層的斷面密實(shí)而且連續(xù)，出現(xiàn)細(xì)膩光滑的表面，用手掰土塊，明顯感覺具有一定的抗折力，土料之間膠結(jié)狀態(tài)較好，這樣的壓實(shí)土料其壓實(shí)度，多數(shù)可達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，可以初步認(rèn)為壓實(shí)合格。反之，如果鎬刨很容易，一鎬刨深5 cm以上，甚至用鍬即可插入，土層切割斷面粗糙不連續(xù)，有峰窩孔，容易用手掰碎，容易將土塊捏成扁圓或土條，或者用腳跺踩壓實(shí)表面能留下明顯腳印，這樣的土料可斷定達(dá)不到設(shè)計壓實(shí)指標(biāo)，因此也沒有必要做環(huán)刀法取樣檢查，而應(yīng)該立即通知施工單位進(jìn)行補(bǔ)壓處理，直至目測判斷合格才能做環(huán)刀法取樣試驗(yàn)。

3）快速計算出環(huán)刀法試樣的濕密度，并采用第一步所測試的土料含水率來進(jìn)一步判斷土料是否壓實(shí)合格，即：在試驗(yàn)室內(nèi)快速稱量環(huán)刀內(nèi)土料的重量，計算出土料的濕密度（土料的濕密度=濕土質(zhì)量/環(huán)刀容積，環(huán)刀的容積和重量都是預(yù)先稱量并有記錄），利用第一步所測的土料含水率，推算出該土料的干密度（干密度=濕密度/（1+含水率），看干密度是否合格便可作出決定，而不必等待試驗(yàn)的最終精確結(jié)果，可以節(jié)約大部分的檢測時間。

4）要選擇有足夠儲量的料場。一個粘土斜墻最好不要采用2個或2個以上的料場；由于料場的位置不同，可能會出現(xiàn)料場土料的含水率、滲透系數(shù)以及力學(xué)指標(biāo)的不同；同一個料場由于埋深的不同也會出現(xiàn)含水率、滲透系數(shù)和力學(xué)指標(biāo)的不同；但采取適當(dāng)?shù)耐诓煞绞娇梢员苊?；要選取含水率最低，物理力學(xué)指標(biāo)合理的料場；針對料場整體地勢高低，地下水埋深，各埋深位置粘土特性差異大小，運(yùn)距等來判定料場的好壞，選擇一個好的料場，對于粘土斜墻的鋪筑與質(zhì)量有著至關(guān)重要的決定因素。

清河水庫原粘土料取自清河區(qū)肖臺子村，肖臺子村的粘土料色澤與粘性指數(shù)以及含水率都是附近粘土料場最好的，其儲量也相當(dāng)大，經(jīng)過試驗(yàn)檢測，肖臺子粘土料場的土料適合粘土斜墻要求。

5）粘土土料挖采方法。用推土機(jī)在粘土層方向豎切1∶4的斜坡上順坡平采，這樣做既能很快排除降水，又能改變土料的不均勻性，即推土機(jī)將不同層次的粘土進(jìn)行相互摻混成均勻的土料，避免不同埋深的粘土含水率和結(jié)構(gòu)級配的不同。斜坡采料面在雨后短時間內(nèi)即能疏干，從而保證了使用土料的來源。斜坡采料還可以保證土料的天然含水量少受損失；并能夠保證新填粘土斜墻的力學(xué)指標(biāo)和滲透系數(shù)等均勻一致，免受粘土料天然結(jié)構(gòu)的影響。

2.3 鋪筑與碾壓

粘土斜墻作為大壩防滲體，上下游都有反濾保護(hù)層，從大壩設(shè)計斷面看，與粘土斜墻緊密相連，上游是中粗砂墊層，下游是壩身砂礫料。為了確保粘土斜墻填筑質(zhì)量和合理安排各種上壩料的填筑，本著“反濾層不得侵占防滲體有效斷面”的原則，對施工順序做出合理安排。首先填筑下游砂礫料，整平坡度；然后填筑粘土斜墻；最后填筑上游中粗砂。隨著粘土斜墻的填筑，削坡成型，平起填筑。所謂“平起填筑”是指每填筑兩層粘土，填筑一層上下游砂礫料；粘土斜墻與砂礫料平起填筑時，使砂礫料填筑面低于粘土填筑面3～5 cm，因砂礫料的碾壓加水量較大，可避免砂礫料表面多余的水流入粘土區(qū)。為保證粘土斜墻的斷面尺寸；在填筑斜墻粘土料時，上游邊線部位一定要超填5～10 cm；但不能超填過多，避免砂礫料反濾層“犬牙交錯”寬度過大。

2.4 層間結(jié)合

為使上、下層填料結(jié)合良好，粘土斜墻填筑層之間要進(jìn)行刨毛處理，刨毛深度控制在1～2 cm之內(nèi)。不能在碾壓后的光面上繼續(xù)填筑粘土料。刨毛采用拖拉機(jī)帶動改良型旋耕機(jī)。

2.5 最優(yōu)含水量控制

粘土料的壓實(shí)過程就是使土體發(fā)生大量的壓縮形變和排氣的過程。在此過程中，土體的含水量起著至關(guān)重要的作用，含水量過小，土粒間摩擦阻力和粘結(jié)力較大，難以壓實(shí)；含水量過大，土粒間出現(xiàn)自由水，稍加碾壓就會出現(xiàn)水飽和而產(chǎn)生空隙水壓力，導(dǎo)致土體所受的有效壓力減少而使壓實(shí)效果變差，甚至?xí)芊忾]氣泡的彈性影響而使土體變成“橡皮土”。因此，為保證粘土的壓實(shí)效果，一定要控制好粘土的最優(yōu)含水量，粘土處在此時，其塑性好，易壓實(shí)。粘土斜墻的壓實(shí)與否關(guān)系到粘土斜墻在土壩運(yùn)行過程中能否不漏水，充分起到阻水作用，是土壩施工質(zhì)量的關(guān)鍵。而含水量又是粘土壓實(shí)的關(guān)鍵。

肖臺子料場土料的天然含水量在設(shè)計含水量之內(nèi)，但不是最優(yōu)含水量；加上開采、運(yùn)輸?shù)挠绊?，鋪筑時的風(fēng)干，需要補(bǔ)充少量的水，以確保粘土料達(dá)到最優(yōu)含水量。壓實(shí)后，為了能夠滿足層間結(jié)合的要求，必須在刨毛后進(jìn)行灑水濕潤；土料補(bǔ)水和刨毛后灑水均可以采用水庫水，用水泵抽取水庫水，在出水口處用分散器將水散開噴灑，均勻噴灑在土料或者刨毛面上，噴灑在土料上的水量要嚴(yán)格控制，噴灑在刨毛面的水量以表面不出現(xiàn)明水為準(zhǔn)，灑水后2 h左右開始填筑下一層，視水量多少現(xiàn)場確定具體時間。

2.6 削坡

按照土料填筑順序，首先填筑下游壩身砂礫料，再填筑斜墻，而后填筑上游的砂礫料墊層；所以，削坡只有上游面的削坡，削坡預(yù)留量一般為20～50 cm，每填筑2層削坡1次，削坡注意余土的保護(hù)，不要與砂礫料混淆，削坡的余土可繼續(xù)在下一填筑層使用。需要注意的是在削坡前由于時間較長，粘土中失水較多，需進(jìn)行灑水濕潤；灑水量不宜過多，也不能太少，要充分濕潤土料，但不能形成明流。

3 施工質(zhì)量控制

施工質(zhì)量控制采用環(huán)刀取樣做干密度控制的辦法。這是通常的質(zhì)量控制辦法，既簡單易行，又便于操作。每層在相同位置上下各取一個，上部距面5 cm左右，下部為相鄰層結(jié)合部位。通過統(tǒng)計比較，上下部位樣品的干密度相差不大。

在施工過程中，由于施工作業(yè)面大，陽光照射時間長，并且關(guān)照度強(qiáng)烈，造成粘土短時間內(nèi)失水量過大，很容易表面出現(xiàn)龜裂，這種現(xiàn)象并不影響施工質(zhì)量，只要在其表面進(jìn)行灑水處理，龜裂就會消失；因此，在施工到頂層時，一定要對粘土斜墻進(jìn)行必要的保護(hù)，保護(hù)措施是及時覆蓋砂礫料。粘土斜墻填筑封頂最好與防浪墻基礎(chǔ)開挖與澆筑有一定的連續(xù)性。

4 結(jié)語

1）根據(jù)粘土料層厚，在距填筑面前沿4～6 m距離設(shè)置移動式標(biāo)桿，控制填料層厚度與平整度，避免超厚或過薄。

2）粘土斜墻采用進(jìn)占法卸料，汽車不得在已壓實(shí)好的土料面上行駛，汽車穿越填筑層路口段應(yīng)經(jīng)常變化位置，對超壓土體應(yīng)予清除。重車不過斜墻，空車過斜墻時鋪鋼板。

3）粘土斜墻鋪筑應(yīng)連續(xù)作業(yè)，隨時做好防雨放水準(zhǔn)備工作。填筑時天氣比較干燥，應(yīng)在已鋪好的土層上適當(dāng)噴霧灑水濕潤，保證含水量在控制范圍之內(nèi)，同時對儲備在現(xiàn)場的粘土料，做好雨季防雨措施（蓋防雨布和周邊保證排水通暢）。

4）降雨前，所有心墻填筑區(qū)施工機(jī)械設(shè)備撤出填筑面，采用平碾將填筑面碾壓封閉，形成略傾向上游的光面，并覆蓋防雨布?；謴?fù)施工前，排除積水，含水量調(diào)整至合格范圍后方可恢復(fù)施工。

5）由于清河水庫大壩比較長，粘土斜墻料需要分段碾壓，相鄰兩段交接帶碾壓跡應(yīng)彼此搭接，搭接帶寬度應(yīng)不小于0.5 m左右。