基于黏土心墻填筑檢測質(zhì)量控制探究

楊坤源

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 案例基本概況

鶴慶縣幸福水庫結(jié)合本區(qū)與引區(qū)水量，建設(shè)水庫條件基本滿足，具備規(guī)劃建設(shè)基本條件。通過對幸福水庫水利資源的合理規(guī)劃利用，既符合當(dāng)前國家發(fā)展要求，又可改變本區(qū)水資源浪費(fèi)的現(xiàn)狀，以加快本區(qū)國民經(jīng)濟(jì)快速健康發(fā)展。幸福水庫樞紐建筑物包括水庫大壩(心墻壩)、輸水涵洞、溢洪道、輸水涵管四大建筑物。幸福水庫大壩為黏土心墻壩，其具體指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 大壩指標(biāo)參數(shù)

壩體在高程2250.00m處設(shè)有7m高褥墊棱體混合式排水，排水棱體頂寬1.5m，排水棱體底部高程為2243.00m?；旌鲜脚潘笤O(shè)有30cm×30cm(高×寬)C15混凝土排水溝。工程區(qū)及附近天然建筑材料分布相對豐富，壩址及庫區(qū)附近分布有豐富的培壩料，防滲黏土料。天然河砂料較缺，砂石料附近較豐富。

1)防滲土料場位于水庫南面，至壩址運(yùn)距1.0km。出露地層上部為第四系更新統(tǒng)(Qp)的第四系殘坡積積(Qedl)紫紅、褐紅色含礫、砂質(zhì)黏土，厚一般為2.0-3.5m；下伏地層為第四系更新統(tǒng)(Qp)半膠結(jié)砂礫巖地層，厚度>50m，產(chǎn)狀70°∠15°，上部殘坡積含礫、砂質(zhì)黏土層為防滲土料，下伏第四系更新統(tǒng)(Qp)半膠結(jié)砂礫巖為壩殼料。防滲土料主要為殘坡積褐紅色高液限黏土，根據(jù)出露及周邊情況，最大開采厚度3.5m，表層剝離(植被層)厚0.3-0.5m，防滲料場共取4組擾動樣，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn):塑性指數(shù)略偏高，其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足防滲體土料質(zhì)量技術(shù)要求。

2)半膠結(jié)砂礫石培壩料。壩殼料為防滲土料下部地層，巖性為第四系更新統(tǒng)(Qp)半膠結(jié)砂礫巖地層，厚度>50m，地下水位埋藏較深。推測低于開采底板。主要指標(biāo)(類比工程經(jīng)驗(yàn)值)：滲透系數(shù)5.0×10-4cm/s；最優(yōu)含水率:16.7%；最大干密度:1.9g/cm3；飽和固結(jié)快剪:C=20KPa，Φ=28°。質(zhì)量評述:各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到土石壩填筑料質(zhì)量要求。

3)砂石料。經(jīng)調(diào)查在工程區(qū)附近河段內(nèi)，天然河砂量較少。砂石料外運(yùn)解決，可至錳礦岔路口石場采購拉運(yùn)，交通相對方便，運(yùn)距約6km，巖性為灰?guī)r，質(zhì)量好，為當(dāng)?shù)孛裼媒ㄖ氖褂蒙笆稀?/p>

2 施工生產(chǎn)性試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

施工生產(chǎn)性試驗(yàn)是正式施工前非常關(guān)鍵的工作之一，以此可以明確施工過程中相應(yīng)的施工指標(biāo)，同時(shí)也可以確定出最終的施工方法以及所用工具，在此基礎(chǔ)上能夠明確質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 施工生產(chǎn)性試驗(yàn)的項(xiàng)目

主要是對黏土心墻填筑所用土料實(shí)施碾壓試驗(yàn)，以此來明確填筑施工過程中所用方法以及機(jī)具、鋪料的厚度、壓實(shí)的方法以及碾壓次數(shù)等內(nèi)容。

1)防滲黏土生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)。為了確保試驗(yàn)的有效性，需要選定典型材料來進(jìn)行，要按照所用材料的設(shè)定參數(shù)、料場具體情況等來實(shí)施。通過對大范圍壩區(qū)填筑實(shí)施碾壓試驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_最終較為合適的壓實(shí)參數(shù)和施工方式。

2)壩殼料生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)。試驗(yàn)過程一定要充分結(jié)合施工現(xiàn)場工程機(jī)具來進(jìn)行，利用此方面的試驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_鋪料的厚度和方法、壓實(shí)的方法以及碾壓次數(shù)等等。該試驗(yàn)最為關(guān)鍵的就是要測定鋪料壓實(shí)沉降量、壓實(shí)干密度、結(jié)構(gòu)狀況、最大塊徑和<5mm的細(xì)粒含量以及壓實(shí)過程的破碎情況等等。

3)反濾料生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)。此試驗(yàn)的關(guān)鍵在于明確碾壓前后反濾料顆粒級配變化、透水性和含泥量等是否滿足料間過渡關(guān)系，通過反濾料進(jìn)行填筑時(shí)最主要的就是控制相對密度、滲透系數(shù)等內(nèi)容。

4)可以通過逐漸收斂法來獲取生產(chǎn)性碾壓試驗(yàn)中的所有最佳參數(shù)指標(biāo)，其中黏土料碾壓試驗(yàn)的鋪土厚度分別按25cm、30cm、35cm進(jìn)行，壩殼料和反濾料碾壓試驗(yàn)的鋪土厚度分別按50cm、60cm、70cm進(jìn)行。

2.2 相應(yīng)參數(shù)和檢驗(yàn)方法的確定。

1)在正式進(jìn)行填筑之前需要選擇相應(yīng)填筑料進(jìn)行模擬施工，通過碾壓試驗(yàn)來確定壩區(qū)材料的施工參數(shù)，該工程的碾壓試驗(yàn)可以在備料場來進(jìn)行。正式進(jìn)行碾壓試驗(yàn)前需要對試驗(yàn)場地進(jìn)行平整，同時(shí)利用振動碾(該工程為18T)對其進(jìn)行碾壓。通過此種試驗(yàn)?zāi)軌虻玫较鄳?yīng)的碾壓參數(shù)，主要包括：各料區(qū)的摻和方式及比例、鋪料方式、鋪蓋厚度和壓實(shí)厚度、加水量、碾壓機(jī)具型號、碾壓遍數(shù)、行走速度、碾壓前后的填料級配、含水量、滲透系數(shù)、干密度和孔隙率等。

2)在對壩體填筑之前需要根據(jù)現(xiàn)場材料完成填筑以及碾壓試驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)最終確定最為合理的施工機(jī)具、施工方法等，從而保證整個(gè)工程按時(shí)保質(zhì)的完成。具體的施工操作按照如下方式進(jìn)行：①將碾壓場地設(shè)置在料場(劃定場地面積為800m2)，對于場地進(jìn)行必要的平整(控制單位表面平整度≤±5cm)，同時(shí)對于表面進(jìn)行清理，保證場地表面不存在雜物；②在每個(gè)試驗(yàn)單元?jiǎng)澏ㄏ鄳?yīng)尺寸(一般為1.5m×1.5m)的網(wǎng)格用于測量壓實(shí)沉降情況，同時(shí)要在填筑區(qū)域外部設(shè)置相應(yīng)的控制基樁。為了明確區(qū)分不同網(wǎng)格的含義，可以對其進(jìn)行顏色以及編號標(biāo)識，并且通過測量設(shè)備確定其初始高度；③通過進(jìn)占法按照設(shè)定厚度進(jìn)行鋪料，為了避免外部雜物對試驗(yàn)的影響，外部運(yùn)輸車輛進(jìn)入到試驗(yàn)區(qū)域前一定要將輪胎等位置所夾雜雜物徹底清理掉；④需要按照每個(gè)區(qū)域設(shè)定的碾壓次數(shù)實(shí)施碾壓，首先進(jìn)行2次靜壓，之后實(shí)施振動碾壓，要控制碾壓搭接位置≥30cm。完成碾壓后要對每個(gè)網(wǎng)格測點(diǎn)高程變化情況進(jìn)行測量，之后對試驗(yàn)區(qū)域的平均沉降情況進(jìn)行計(jì)算；⑤選用灌砂法測定壓實(shí)密度及填料級配。每單元取二組的平均值為試驗(yàn)值。

試驗(yàn)的目的在于校核設(shè)計(jì)提出的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)；確定壓實(shí)機(jī)具和施工機(jī)械的型號和數(shù)量；確定施工方法和各種參數(shù)，如鋪料方法、鋪料厚度、壓實(shí)方法、碾壓遍數(shù)、加水量和有效壓實(shí)厚度等；提出質(zhì)量控制技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法。通過試驗(yàn)最終確定壓實(shí)機(jī)具、鋪料方法、鋪料厚度、壓實(shí)方法、碾壓遍數(shù)、加水量和有效壓實(shí)厚度等施工方法及參數(shù)。

3 黏土心墻填筑檢測質(zhì)量控制分析

3.1 壓實(shí)度方面的控制

該工程填筑所用土料為第四系殘坡積積(Qedl)紫紅、褐紅色含礫、砂質(zhì)黏土等，受到土料分布方面的影響，在實(shí)際施工時(shí)可以通過壓實(shí)度指標(biāo)判定具體壓實(shí)程度。受土料屬性變化的影響，為了確保壓實(shí)性就要通過標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)試驗(yàn)對土料密度進(jìn)行測定，但是整個(gè)過程至少需要48h，在沒有得到試驗(yàn)結(jié)果的情況下無法實(shí)施下層填筑，對于整體施工進(jìn)度具有較大影響。所以為了避免出現(xiàn)以上問題，可以通過三點(diǎn)擊實(shí)試驗(yàn)法來得到最大的實(shí)密度，能夠得到用濕密度計(jì)算的壓實(shí)度。

為了明確此種方法的有效性，在碾壓試驗(yàn)和填筑過程中通過濕密度計(jì)算所得壓實(shí)度符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)情況下，可以通過干密度計(jì)算壓實(shí)度來進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)論是也符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)要求。因此能夠通過濕密度計(jì)算壓實(shí)度來判定土料壓實(shí)胡子良是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具體結(jié)果如表2所示。

表2 壓實(shí)度試驗(yàn)結(jié)果

通過具體試驗(yàn)分析可知，壓實(shí)度在100%之上的樣點(diǎn)數(shù)量較多，之所以出現(xiàn)此種情況主要在于碾壓設(shè)備壓實(shí)功能過強(qiáng)，就算是土料含水率較低，碾壓設(shè)備也可以將其壓實(shí)。

3.2 滲透系數(shù)方面的控制

對于黏土心墻來說，其最關(guān)鍵的作用就是保證良好的防滲性，因此滲透系數(shù)是此種心墻最為關(guān)鍵的指標(biāo)。一般情況下都是通過室內(nèi)滲透系數(shù)來對心墻滲透質(zhì)量進(jìn)行評定，但是室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn)時(shí)間相對較長，無法滿足施工周期方面的需要。所以為了有效解決施工周期和質(zhì)量方面的沖突，碾壓試驗(yàn)過程中同一時(shí)間實(shí)施室內(nèi)變水頭滲透試驗(yàn)和原位滲透試驗(yàn)。其中原位滲透試驗(yàn)可以通過單環(huán)法以及雙環(huán)法共同進(jìn)行，在填筑過程中通過單環(huán)法和室內(nèi)變水頭實(shí)施對比分析，明確原位滲透系數(shù)和室內(nèi)變水頭滲透系統(tǒng)規(guī)律，以此來對具體施工進(jìn)行指導(dǎo)，試驗(yàn)成果如表3所示。

表3 滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

從表3可知，在土料密實(shí)度達(dá)到98%以上時(shí)滲透系數(shù)不會發(fā)生較大變化。相對于雙環(huán)法測定方式來說，單環(huán)法所測定的數(shù)值相對較大。但是相對于室內(nèi)滲透試驗(yàn)來說，單環(huán)法和雙環(huán)法所測數(shù)值都比室內(nèi)滲透試驗(yàn)測定值高出一個(gè)數(shù)量級。所以施工過程中通過單環(huán)法實(shí)施滲透系數(shù)控制，其所測滲透系數(shù)符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，就能夠確定填筑層的滲透性能符合設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 含水量方面的控制

一般情況下黏性土干表現(xiàn)密度隨著含水量的增加而增加，但是在土體含水量達(dá)到某臨界值的情況下干密度會有所下降，此時(shí)的含水量稱之為土料最優(yōu)含水量，該工程施工中要嚴(yán)格控制土料含水率不超過土料最優(yōu)含水率±2%-3%。只有控制在最優(yōu)含水量情況下才可以得到最大的干表觀密度，并且能夠得到較為經(jīng)濟(jì)的壓實(shí)效果，因此施工時(shí)要對含水量進(jìn)行控制。

對于含水量較高的情況來說，可以利用預(yù)先剝離、開挖通風(fēng)溝、優(yōu)化排水條件、翻曬等方式進(jìn)行處理；對于含水量較低的情況來說，可以通過分場挖溝灌水浸漬、噴灌機(jī)噴灑等方式來進(jìn)行處理。對于土料含水量不均的情況來說，盡可能采取立面開采的方式，確保上下層土料的均勻拌和，保證有效控制填筑土料含水量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3.4 碾壓次數(shù)的控制

一般情況下碾壓設(shè)備往往采取“進(jìn)退錯(cuò)距法”以及“圈轉(zhuǎn)套壓法”進(jìn)行開行，按照此工程的具體碾壓面積情況來看采取進(jìn)退錯(cuò)距法較為合適。為了防止出現(xiàn)漏壓的問題，可以現(xiàn)在碾壓帶兩側(cè)多次往返碾壓，之后實(shí)施錯(cuò)距碾壓。在進(jìn)行施工時(shí)只要對錯(cuò)距寬度進(jìn)行測量就可以明確碾壓的次數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié) 語

黏土心墻是大壩施工中最為重要的組成部分，其填筑質(zhì)量在很大程度上影響著整個(gè)大壩的最終質(zhì)量。文章主要以鶴慶縣幸福水庫工程為例闡述了黏土心墻填筑檢測質(zhì)量控制方面的內(nèi)容，希望文章的介紹能夠?qū)︻愃起ね列膲μ钪|(zhì)量控制提供一定參考和幫助，對于提升大壩的施工質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。