水電站圍堰工程粘土心墻防滲施工技術(shù)的探討

田穩(wěn)軍

（新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司 新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概述

新疆某水電站位于阿拉泰地區(qū)哈巴河縣境內(nèi)，是額爾齊斯河一級(jí)支流——哈巴河規(guī)劃修建的第三座梯級(jí)水電站，水電站距離哈巴河縣城約40km。距離阿勒泰市約165km。正常蓄水位680m，水電站總庫容為3.2億m3，庫區(qū)調(diào)節(jié)性的庫容為0.85億m3，工程發(fā)電裝機(jī)180MW，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電容量共計(jì)5.35億kW·h。根據(jù)氣象站資料，該區(qū)域年平均氣溫3.3℃，七月平均氣溫為16.1℃，極端最高氣溫32℃，一月平均氣溫-12.2℃，一月極端最低氣溫-39.1℃，年平均日照時(shí)數(shù)2831.0小時(shí)，年≥10℃積溫2331℃。年平均降水量69mm，年平均蒸發(fā)量2309.5mm。無霜期70～120天左右，最大凍土層1.73m。山區(qū)多年平均風(fēng)速2.1m/s，最大風(fēng)速23m/s，風(fēng)向偏西，年均大于七級(jí)以上風(fēng)日數(shù)達(dá)60天以上。因氣候寒冷，無霜期較短。

該水電站為大（中）型Ⅱ級(jí)工程主要以發(fā)電為主，本工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：瀝青心墻碾壓大壩、導(dǎo)流洞、泄洪洞、引水發(fā)電隧洞以及發(fā)電廠房。瀝青心墻碾壓大壩為Ι級(jí)建筑物，導(dǎo)流洞、泄洪洞、引水發(fā)電隧洞為Ⅱ級(jí)建筑物，發(fā)電廠房為Ⅲ級(jí)建筑物，其他臨時(shí)工程為Ⅳ級(jí)建筑物。

該工程圍堰施工分上游圍堰和下游圍堰，上游圍堰采用粘土心墻防滲施工技術(shù)，下游圍堰采用帷幕灌漿防滲施工技術(shù)。上游圍堰擋水標(biāo)準(zhǔn)按全年20年一遇洪水流量設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)流量458m3/s。

2 粘土心墻防滲斷面設(shè)計(jì)

新疆某水電站上游圍堰設(shè)計(jì)為不過水全斷面土石圍堰，圍堰全年擋水標(biāo)準(zhǔn)為5.0m3/s，圍堰堰體采用土石和石渣混合料進(jìn)行填筑。該工程圍堰基礎(chǔ)河床層為砂礫石層，砂礫石層根據(jù)勘測(cè)報(bào)告具體數(shù)據(jù)顯示厚度為2.5m～3.0m，砂礫層下面為巖石層，根據(jù)圍堰基礎(chǔ)情況分析，圍堰采用粘土心墻防滲施工技術(shù)進(jìn)行處理。

該工程上游粘土心墻防滲圍堰軸線總長(zhǎng)300m，圍堰堰體斷面設(shè)計(jì)為梯形斷面，迎水面采用砂卵石和塊石進(jìn)行防護(hù)，坡降比1∶2.0，背水面坡比為1∶1.8，圍堰堰頂高程為1130.58m，堰頂寬6.0m。圍堰防滲粘土心墻設(shè)計(jì)斷面為梯形斷面和矩形斷面，1130.58m～1120.58m之間為矩形斷面，1120.58m～1117.58m之間為梯形斷面，矩形斷面寬度為3.0m，梯形斷面底寬為2.0m、頂寬為3.0m，粘土心墻最大高度為13.0m。粘土心墻防滲技術(shù)指標(biāo)的滲透系數(shù)為2.98×10－6cm/s，最大干密度為1.81g/cm3，所有技術(shù)指標(biāo)經(jīng)檢驗(yàn)全部合格。新疆某水電站上游圍堰粘土心墻斷面示意圖如圖1所示。

圍堰工程粘土心墻防滲施工程序示意圖如圖2所示。

圖1 上游圍堰粘土心墻斷面示意圖

圖2 粘土心墻防滲施工程序圖

3 粘土心墻防滲施工技術(shù)分析

3.1 填筑粘土材料的選用

土石圍堰粘土心墻防滲施工中所使用的粘土材料選用非常重要，粘土的質(zhì)量直接影響土石圍堰的防滲效果，所以在粘土的選材過程中要通過質(zhì)檢試驗(yàn)單位對(duì)所選用的粘土進(jìn)行檢測(cè)對(duì)比，對(duì)粘土的各項(xiàng)指標(biāo)全部合格且質(zhì)量較好的進(jìn)行使用。

該工程經(jīng)過多地檢測(cè)粘土的技術(shù)指標(biāo)，最后經(jīng)過業(yè)主、監(jiān)理、施工單位三方共同指定了粘土選用位置，土石圍堰防滲所使用粘土在左岸階地開挖。粘土使用時(shí)要控制其質(zhì)量，必須選用粘性要好的粘土，而且粘土中不得含有其他粘土以外的雜物及雜草之類的東西。

3.2 施工方案分析

粘土心墻料采用液壓挖掘機(jī)在粘土料場(chǎng)開挖裝車，20t自卸汽車水平運(yùn)輸，粘土心墻施工前第一層與鋼筋混凝土基底結(jié)合層位置處首先要涂刷約5cm厚泥漿，使得粘土心墻和鋼筋混凝土基層有效的結(jié)合，確保后期的圍堰粘土心墻防滲效果。圍堰粘土心墻施工過程中土料鋪筑由低向高、由左岸至右岸水平逐層進(jìn)行進(jìn)占鋪筑，土料鋪筑采用140t推土機(jī)配合人工進(jìn)行平整，采用牽引式凸塊振動(dòng)碾碾壓，靠近山體坡腳處和建筑物附近采用蛙工打夯機(jī)夯實(shí)，每一層施工完成后采用環(huán)刀法進(jìn)行壓實(shí)度系數(shù)檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行下一道施工工序施工。

3.2.1 圍堰戧堤填筑

該土石圍堰粘土心墻防滲施工在圍堰填筑至1120.58m高程后開始施工，后面土石圍堰和粘土心墻同時(shí)進(jìn)行填筑。土石圍堰戧堤進(jìn)占過程中考慮到河流水流量情況，為了更好的安全施工，戧堤進(jìn)占高程控制在1120.50m～1120.58m高程之間，不得小于1120.50m高程。土石圍堰戧堤進(jìn)占時(shí)的填筑料不能選用較大的土石料，防止影響粘土心墻開挖施工，填筑過程中心墻邊緣的填筑料控制在0.5m～1.0m之間，心墻位置的填筑料粒徑不能大于0.5m。戧堤進(jìn)占過程中確保碾壓密實(shí)，邊填筑邊進(jìn)行碾壓，填筑采用20t振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)不得小于8遍，邊緣和局部碾壓不到位或無法碾壓的采用人工夯實(shí)，確保碾壓到位合格，防止后期粘土心墻基槽開挖施工時(shí)產(chǎn)生齒槽邊緣戧堤坍塌，給施工增加難度，造成延誤工期和經(jīng)濟(jì)損失。

3.2.2 粘土心墻填筑

該工程粘土心墻填筑分兩層進(jìn)行填筑，1117.58m～1120.58m進(jìn)行一次填筑，該高程填筑完成后開始1120.58m～1130.58m高程進(jìn)行填筑。

（1）1117.58m～1120.58m高程填筑

該工程土石圍堰戧堤進(jìn)占高程達(dá)到1120.58m高程后，且全部完成后開始粘土心墻基槽開挖施工。為防止齒槽在開挖完成后兩邊出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，齒槽開挖和粘土心墻填筑采取連續(xù)作業(yè)的方式進(jìn)行施工，進(jìn)行心墻齒槽分段開挖，分段長(zhǎng)度為20m為一段，在20m段齒槽施工時(shí)邊開挖邊進(jìn)行填筑，確保心墻填筑處于連續(xù)作業(yè)未有坍塌發(fā)生。

開挖施工之前首先進(jìn)行測(cè)量放線，并對(duì)心墻部位進(jìn)行平整，同時(shí)對(duì)測(cè)量放樣的軸線和控制線采用白灰和紅旗進(jìn)行標(biāo)注。圍堰防滲心墻齒槽開挖采用1.6m3液壓長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖，采用裝載機(jī)和推土機(jī)進(jìn)行填筑，采用裝載機(jī)進(jìn)行碾壓。齒槽開挖施工時(shí)，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行檢查探底，齒槽開挖以開挖至巖石建基面為準(zhǔn)，經(jīng)計(jì)算砂礫石層開挖最大深度為3m，同時(shí)心墻齒槽開挖底部寬度不得小于設(shè)計(jì)心墻底寬的1.5倍，確保粘土心墻的寬度符合設(shè)計(jì)要求。砂礫石層段粘土心墻粘土填筑過程中因在水下部分無法采用裝載機(jī)碾壓，所以根據(jù)要求采用液壓挖掘機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。

（2）1120.58m～1130.58m高程填筑

根據(jù)工程實(shí)際情況，1117.58m～1120.58m高程粘土心墻填筑完成后，并使得土石圍堰整體閉氣，經(jīng)檢查無特大滲漏現(xiàn)象后開始1120.58m～1130.58m高程填筑。該高程段粘土心墻填筑施工時(shí)已經(jīng)不影響工程整體施工進(jìn)度，所以粘土心墻和土石圍堰同時(shí)進(jìn)行填筑。

填筑過程中先填筑粘土心墻，粘土心墻填筑并碾壓密實(shí)后開始土石圍堰剖后碾壓。粘土心墻填筑層厚控制在1.5m～2.5m之間，土石圍堰混合料填筑層厚控制在1.0m～2.0m之間，粘土心墻和土石圍堰混合料同時(shí)采用20t振動(dòng)碾碾壓，碾壓遍數(shù)不得小于9遍，含水量較大的粘土心墻采用人工配合液壓挖掘機(jī)進(jìn)行夯實(shí)。

4 效果分析

該水電站上游圍堰工程粘土心墻防滲施工技術(shù)經(jīng)過多方專家討論，粘土心墻防滲施工技術(shù)方案可行。經(jīng)過在該工程中實(shí)際應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)該施工技術(shù)方案即經(jīng)濟(jì)又合理，根據(jù)施工過程中實(shí)際情況分析，比同類圍堰工程中采用帷幕灌漿防滲施工技術(shù)節(jié)約成本、施工工期短、安全系數(shù)大、施工難易度小，施工工藝簡(jiǎn)單、防滲效果好等。

粘土心墻防滲施工技術(shù)在該工程土石圍堰工程中的應(yīng)用非常成功，防滲效果良好，粘土心墻防滲施工完成閉氣后，基坑開挖工作開始時(shí)，圍堰堰體及基礎(chǔ)除局部有少量滲水外，未發(fā)現(xiàn)有其他水流大量滲漏。因此，土石圍堰工程粘土心墻防滲施工措施、施工工藝、施工方法是成功的、合理的、有效的，同時(shí)粘土心墻施工技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量保證、安全風(fēng)險(xiǎn)不高，施工過程中縮短了施工工期，節(jié)約了施工成本，為該工程提供了安全度汛的條件。

5 結(jié)語

新疆某水電站工程圍堰工程上游圍堰采用粘土心墻防滲施工技術(shù)，下游圍堰采用帷幕灌漿防滲施工技術(shù)。上游圍堰和下游圍堰在施工工藝、施工方法、施工工期、施工質(zhì)量、施工成本上對(duì)比，粘土心墻防滲施工技術(shù)明顯比帷幕灌漿施工技術(shù)要節(jié)約成本、工期短、施工工藝和方法要簡(jiǎn)單、質(zhì)量和安全相對(duì)可靠。

經(jīng)過對(duì)該工程粘土心墻防滲施工技術(shù)的分析，該技術(shù)在圍堰工程的效果良好，目前此項(xiàng)施工技術(shù)在土石壩工程中應(yīng)用比較廣泛，但是很少有在土石圍堰中被應(yīng)用。通過在該工程土石圍堰中的正確應(yīng)用后，總結(jié)出粘土心墻防滲施工技術(shù)可以在土石圍堰中進(jìn)行防滲施工，采用該技術(shù)不但能提高防滲質(zhì)量，而且能夠提高經(jīng)濟(jì)效益、縮短施工工期、施工工藝簡(jiǎn)單、易操作和安排，類似土石圍堰工程施工時(shí)可以借鑒參考該項(xiàng)粘土防滲施工技術(shù)。

綜上所述，該工程粘土心墻防滲施工技術(shù)在上游圍堰工程中正確的應(yīng)用后，使得圍堰工程建成后除局部有少量滲流外，其他部位穩(wěn)定性都非常好，圍堰局部少量滲流不影響該工程后期工程正常的施工，且滲流量符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。陜西水利

[1]祈世京.土石壩碾壓式瀝青混凝土心墻施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2000.

[2]水利水電建筑工程施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2002.