黏土斜心墻大壩填筑的施工管理技術(shù)

◎馬愛平 中國葛洲壩集團(tuán)第一工程有限公司

相關(guān)研究顯示，水庫水位的變化能夠直接影響水庫下游壩體的穩(wěn)定性。同時，通過對降雨入滲條件下基質(zhì)吸力對建筑壩體的影響，發(fā)現(xiàn)壩體的穩(wěn)定性隨著土體含水量的增多而降低。此外，通過對黏土斜心墻的高度以及壩體高度對水利工程中壩體質(zhì)量影響的研究，確定了在黏土斜心墻施工技術(shù)建設(shè)當(dāng)中，能直接影響壩體質(zhì)量的因素為壩體的高度。以上研究為在靜水條件下對黏土斜心墻施工技術(shù)管理的研究，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)從不同角度進(jìn)行分析，針對黏土斜心墻大壩填筑的施工與管理進(jìn)行分析與研究。

1.工程概況

本文中以某水利工程為實(shí)例，該建設(shè)工程的壩體控制流域面積約為207km2，其水庫容量為4.2億立方米，該工程的建設(shè)目的為保證周邊的農(nóng)業(yè)灌溉活動、防洪、為附近的工業(yè)活動提供用水以及保證市政用水。該工程的壩體在施工過程中使用黏土斜心墻技術(shù)進(jìn)行建設(shè)。

2.黏土斜心墻大壩填筑施工技術(shù)

2.1 斜心墻土料填筑

在黏土斜心墻大壩填筑工程施工建設(shè)的過程當(dāng)中，施工人員通常利用進(jìn)占法進(jìn)行斜心墻土料的填筑工作，在具體的工作實(shí)施過程中，施工人員要保證土料的進(jìn)料與卸料的時間相同。使用進(jìn)占法完成大壩填筑工程建設(shè)，能夠在一定程度上縮短工程的建設(shè)期限，減少工程在建設(shè)過程當(dāng)中因降水而產(chǎn)生的材料損失，降低材料出現(xiàn)位移問題的幾率，同時也能夠減少降水對壩體填筑建設(shè)部分的破壞。需要注意的是，施工人員在使用進(jìn)占法完成黏土斜心墻大壩的填筑工作時，要合理規(guī)劃裝卸建筑土料的車輛行駛路線，避免裝卸車破壞已經(jīng)建設(shè)并完成驗(yàn)收工作的填筑區(qū)域。

2.2 壩體土料碾壓

（1）擠壓邊墻施工技術(shù)。該施工技術(shù)的具體實(shí)施方式如下：首先，將下墊層壓平，同時完成定位畫線工作；而后，制造出彈性模量較低、強(qiáng)度較低且高度為0.5m的半透水混凝土墻，在該混凝土墻強(qiáng)度符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，施工人員可在水庫下游處鋪設(shè)墊料。完成以上施工后，要對其質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。擠壓邊墻施工可以在一定程度上提高壩體的強(qiáng)度，有利于水利水電工程的整體建設(shè)。

（2）壩體的碾壓工作。在實(shí)施該項(xiàng)工作時，施工人員可以選用重量為十五噸的車輛將施工需要的建筑石料運(yùn)送到大壩填筑建筑區(qū)域。而后，施工人員使用推土機(jī)將建設(shè)所需的石料推平至1m的厚度，然后利用振動碾對其進(jìn)行碾壓。在上述工作結(jié)束后，施工人員需在石料鋪設(shè)面上灑水，用水量要大于建筑石料質(zhì)量的百分之十五，小于建筑石料質(zhì)量的百分之二十。在完成灑水工作后需對其進(jìn)行二次碾壓，并且，要平行于大壩軸線進(jìn)行碾壓工作，施工要以碾壓工作為主，振動工作為輔，分區(qū)域?qū)κ箱伱孢M(jìn)行處理。

2.3 大壩填筑的施工原則

文中提及的工程需要利用心墻土料、石料與反濾料進(jìn)行建設(shè)，并且要充分考慮到各建設(shè)參數(shù)之間的關(guān)系，合理地使用黏土斜心墻技術(shù)完成大壩填筑工程。

當(dāng)前這一時期，工程建設(shè)者開始大量使用黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)進(jìn)行施工。該施工技術(shù)需要遵循一定的原則，在開展大壩填筑工作前，相關(guān)人員應(yīng)清理壩體基部。水利水電工程的工程量較大，且其跨度較大，故而，在工程建設(shè)過程中，應(yīng)遵循從淺到深、分段施工的原則進(jìn)行建設(shè)。同時，黏土斜心墻大壩填筑工程一般以分層填筑工作與壓實(shí)工作為主，增強(qiáng)建筑整體的密度。黏土斜心墻大壩填筑工程建設(shè)的具體流程如圖1大壩填筑施工技術(shù)流程圖所示。

圖1 大壩填筑施工技術(shù)流程圖

3.黏土斜心墻大壩填筑施工管理

3.1 黏土填筑質(zhì)量管理

在黏土斜心墻大壩填筑施工的過程中，壩體的填筑質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)要求，黏土碾壓參數(shù)應(yīng)符合碾壓試驗(yàn)結(jié)論，具體的碾壓參數(shù)情況詳見表1。碾壓試驗(yàn)是對工程不同位置的鋪料厚度、碾壓機(jī)的行進(jìn)速率、最優(yōu)含水量、碾壓次數(shù)等數(shù)值進(jìn)行綜合分析得出的結(jié)果。

表1 黏土碾壓參數(shù)表

3.1.1 黏土料開采

黏土斜心墻大壩填筑施工過程中，需要控制黏土料的開采方式。施工人員在進(jìn)行開采工作前應(yīng)對土料開采場進(jìn)行檢查，開采孔之間的距離為0.5m左右，使用坑探取樣技術(shù)與鉆機(jī)鉆孔技術(shù)，并且測算土料的質(zhì)量與含水率是否符合工程標(biāo)準(zhǔn)。并且，黏土料的開采方式通常為立采，規(guī)定每層開采的厚度為四米至六米，這樣能夠保持土料的質(zhì)量。同時，在開采土料的過程當(dāng)中，也應(yīng)嚴(yán)格控制黏土料的鈣質(zhì)結(jié)合含量，若黏土料的鈣質(zhì)結(jié)合含量大于標(biāo)準(zhǔn)含量，應(yīng)增加土料開采的厚度。此外，也要控制粘土料的含水率，每周使用人工與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，來檢測并控制黏土料的含水率，若黏土料的含水率不符合工程規(guī)定，則要采用科學(xué)合理的辦法來解決這一問題。除此之外，相關(guān)責(zé)任人應(yīng)對黏土料場的排水管道與開采面的覆蓋層與干土層進(jìn)行檢查，確保黏土料在使用前的質(zhì)量。黏土料開采時發(fā)現(xiàn)的小瓣紅土的含水率低于工程要求，通過試驗(yàn)可知，該種類型的土料在含水率小于百分之三十時，其延展性能最佳。故而，施工者可在開采黏土料的過程中，控制小瓣紅土在黏土料中的含量，在適當(dāng)?shù)臅r候除去黏土料中的小瓣紅土，保證黏土料的整體質(zhì)量符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 黏土料填筑

在利用黏土料進(jìn)行大壩填筑施工前，要控制土料的含水量。在開展斜心墻填筑施工項(xiàng)目前，工程建設(shè)者應(yīng)認(rèn)真清理混凝土的墊層與基礎(chǔ)廊道等位置，保證斜心墻黏土面與混凝土面的連接處的狀態(tài)，保證工程建設(shè)能夠順利進(jìn)行。同時，可以在混凝土的鏈接表面鋪設(shè)一層厚度為3～5cm的黏土水泥漿，用以保證工程建設(shè)質(zhì)量?；炷翂|層、壩體廊道等位置的50cm之內(nèi)的土料含水率應(yīng)控制在1%～3%的范圍之內(nèi)，并且使用輕機(jī)械對該層進(jìn)行碾壓工作，當(dāng)土層的厚度大于五十厘米時，施工人員可以考慮采用壓實(shí)機(jī)械對該土層進(jìn)行碾壓作業(yè)。在碾壓工作施工過程中，碾壓機(jī)械不能直接接觸混凝土區(qū)域；對于大型機(jī)器的施工盲區(qū)，施工人員可以使用輕便蛙式打夯機(jī)開展對土料的碾壓工作。

黏土斜心墻大壩填筑施工使用分段的方式進(jìn)行施工，每段的長度大于100m小于150m。黏土料的質(zhì)量符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，使用坑探取樣技術(shù)以及鉆孔技術(shù)等開采工程建設(shè)需要的黏土材料，并使用TY160－320型機(jī)器對土層進(jìn)行壓實(shí)處理。在使用黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)的過程當(dāng)中，施工人員要根據(jù)工程的實(shí)際情況控制碾壓的次數(shù)，控制碾壓次數(shù)小于十次。黏土料填筑的具體施工流程為：先開展結(jié)合面的刨毛工作，再灑水，而后進(jìn)行泥漿涂刷工作，隨后完成卸料、鋪筑、整平、壓實(shí)以及質(zhì)量核查這一系列工作。

黏土斜心墻的壩體填筑工作需要防止接坡問題的出現(xiàn)，在填筑的過程中，水平接坡的坡度比例要控制在1：3之內(nèi)。施工人員應(yīng)合理安排碾壓機(jī)械的工作路線，避免發(fā)生重復(fù)碾壓的情況。黏土斜心墻的上游以及下游的反濾料與過渡料等的鋪設(shè)工作應(yīng)準(zhǔn)確，并且施工人員可先使用反濾料進(jìn)行填筑，保證壩體的平整。

工程建設(shè)中，若出現(xiàn)某區(qū)域黏土層損壞或出現(xiàn)彈簧土層以及穿心墻建設(shè)時，需使用科學(xué)的方法對出現(xiàn)問題的工程建設(shè)部位進(jìn)行修復(fù)。

壩體的黏土面若出現(xiàn)光面，則施工建設(shè)者應(yīng)對問題區(qū)域進(jìn)行刨毛與灑水處理，保證工程后期的建設(shè)質(zhì)量。

若在大壩黏土料填筑施工時遇到雨水天氣，應(yīng)停止施工，并在復(fù)工后認(rèn)真檢查黏土的含水量，對含水量大于工程要求的區(qū)域進(jìn)行挖出或刨毛等處理工作。

若施工溫度小于零攝氏度時，應(yīng)注意黏土料凍塊問題。需在填筑施工時，需鋪0.5m的黏土料，同時使用塑料布等材料對工程建設(shè)部位進(jìn)行保溫。

3.2 過渡料、反濾料填筑施工管理控制要點(diǎn)

在使用反濾料與過渡料進(jìn)行壩體填筑工作時，需使用分段作業(yè)的施工方式。完成反濾料的施工后，施工區(qū)域不允許車輛通過；在施工的過程中，應(yīng)實(shí)時清理反濾料中混入的其他土料；在使用反濾料與過渡料進(jìn)行建設(shè)時，要對分界區(qū)域進(jìn)行清理與檢查；同時要注意，本篇中的工程反濾料與填土交界部位的寬度，應(yīng)超過填土層厚度的1.4倍。

在雨水季節(jié)進(jìn)行施工的過程中，不得將泥沙材料混入土料當(dāng)中。同時，要控制反濾料的含水率小于等于百分之三點(diǎn)五；此外，要嚴(yán)禁車輛進(jìn)入已經(jīng)完成土料填筑的區(qū)域。

若黏土斜心墻大壩填筑工作施工時間在冬季，則要及時處理建筑表面的凍土層與積雪，并根據(jù)工程的實(shí)際情況增加黏土振搗與碾壓的次數(shù)，保證壩體填筑工作的整體建設(shè)質(zhì)量。

4.壩坡穩(wěn)定性分析計(jì)算模型及方法

除上文介紹的內(nèi)容之外，黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)的施工人員可以利用壩坡穩(wěn)定性分析計(jì)算對工程進(jìn)行管理，下面為具體的計(jì)算以及分析方法。

4.1 計(jì)算方法

在對黏土斜心墻大壩填筑的施工進(jìn)行管理的過程中，可以利用極限平衡法對工程建設(shè)中的一些數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，從而確定工程整體的質(zhì)量。當(dāng)前這一時期，測定土坡穩(wěn)定性的計(jì)算方式大部分都是利用極限平衡的理論，并使用Geo-Studio2007分析軟件中的Slopew模塊與M-P法相結(jié)合進(jìn)行計(jì)算。

4.2 計(jì)算假定

在對黏土斜心墻大壩填筑工程進(jìn)行實(shí)際考察后，發(fā)現(xiàn)工程建筑在特定的情況下可能會出現(xiàn)潛在的滑移面。技術(shù)人員根據(jù)壩體填筑的邊坡地形與滑動對建筑的損壞特點(diǎn)，使用Geo-Slopew 程序中的Morgenstern-Price法，科學(xué)地建立了計(jì)算模型。該方法可以對建筑產(chǎn)生的滑動裂面進(jìn)行假設(shè)分析，具體的操作方式如下：首先，假設(shè)滑動裂面為任意形狀，并建立滑動面水平土條切面與豎直土條切面的函數(shù)關(guān)系；其次，設(shè)置土條與土坡之間的穩(wěn)定系數(shù)，規(guī)定壩體土坡為相對靜止?fàn)顟B(tài)時，土條的滑動力與摩擦力相等；最后，建立滑動土條在水平方向，其底部受力與中心受力的力學(xué)函數(shù)方程。

4.3 壩坡穩(wěn)定性分析計(jì)算模型

在水利水電工程、巖土建設(shè)工程以及其他與公路有關(guān)的工程建設(shè)中，相關(guān)人員通常使用Geo-Studio技術(shù)，對工程中的某些數(shù)值進(jìn)行分析與計(jì)算，用以確定工程整體的質(zhì)量以及工程建設(shè)的穩(wěn)定性。通常情況下，該項(xiàng)技術(shù)包括Slopew分析模塊、Seepw分析模塊、Quakew分析模塊等有限元分析模塊。在使用Slopew分析模塊進(jìn)行假設(shè)計(jì)算的過程中，要先確定壩體高度與壩體坡度之間的穩(wěn)定性，就應(yīng)先建立二維坐標(biāo)，確定坐標(biāo)軸以及坐標(biāo)控制點(diǎn)等信息；再根據(jù)工程情況建立分析模型；最后輸入相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定工程的穩(wěn)定性。

5.結(jié)語

黏土斜心墻大壩填筑技術(shù)，是水利水電建設(shè)工程中重要的施工技術(shù)。相關(guān)建設(shè)人員在施工的過程中，應(yīng)按照工程標(biāo)準(zhǔn)，對工程進(jìn)行管理。對于黏涂料的開采、壩體的填筑等工程問題，應(yīng)采取合理的措施進(jìn)行管理，嚴(yán)格控制黏土斜心墻大壩填筑施工的整體建設(shè)質(zhì)量。