云龙水库粘土心墙堆石坝填筑施工综述

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云龙水库粘土心墙堆石坝填筑施工综述

陈永清, 庞林军

(中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司, 云南曲靖　655000)

Ξ

摘　要:云龙水库粘土心墙堆石坝填筑施工中, 通过不断对施工技术措施的优化, 合理配置资源, 严格控制各施工工艺, 施工质量符合设计及规范的要求。

关键词:粘土心墙堆石坝; 施工工艺; 技术方案; 质量控制

中图分类号:T V64114+1　　　文献标识码:A 　　　文章编号:1006-3951(2009) 增刊-0026-05

A Summ ary of Embankment Construction of the Yunlong R eservoir Clay Core R ock -fill Dam

CHE N Y ong -qing , Pang Lin -(China Water C onservancy and Hydropower 14th C C , , Qujing 655000, , )

Abstract :The construction quality of Y unlong rock -both the design and the specifica 2tions requirements by constantly measures , rationally allocating res ources and strictly controlling K ey w ords :-; construction technology ; technical proposal ; quality control

1　概述

云龙水库是昆明市掌鸠河引水供水工程的水源工程, 位于昆明市西北部禄劝县的云龙乡, 距昆明市区约137km 。云龙水库初期规模总库容4. 48亿33

m , 终期规模总库容4. 84m , 属大(

二) 型水库工程, 工程等别为二等, 永久性建筑物设计标准为2级。水库设计洪水标准:设计洪水为500年一遇, 校核洪水为5000年一遇。

云龙水库大坝为粘土心墙堆石坝, 总填方为

161. 4万m , 最大坝高77. 33m , 坝轴线长242m 。

3

大坝断面:心墙顶高程2094. 00m , 宽3. 0m , 上、下游坡度1∶0. 25, 心墙上游设2. 0m 厚两层反滤料, 下游设3. 0m 厚两层反滤料, 大坝上游坝体与施工围堰结合, 利用坝体做抬头挡水围堰, 堰顶高程2057. 00m , 采用上游粘土斜墙防渗。大坝上游平均坝坡1∶2. 1, 下游平均坝坡1∶1. 8, 坝顶宽10m , 最大坝底宽318m 。坝体填筑断面图见图1。

图1　坝体填筑断面图

2　

设计指标及施工参数

2. 1　心墙粘土料

2. 1. 1　斜墙粘土料主要设计指标

1) 填筑压实标准为:P=98%。

进行混凝土回填, 然后自下而上进行结构混凝土施

工(先河床后岸坡的施工方法) 。混凝土浇筑分为31块, 采用组合定型钢模板, 钢管架支撑加固, 混凝

ρ2) 设计干密度为:ρd 设不小于93%dmax 。3) 设计含水量W op =2%～3%。

4) 高塑性粘土料控制指标按湿密度(C ) 控制,

土伸缩缝间设止水并安装沥青杉板, 混凝土采用溜

槽和溜桶入仓, 采取边施工混凝土边进行灌浆的方式。3. 1. 2　基础灌浆大坝基础处理主要有固结灌浆、帷幕灌浆两种, 布置于盖板混凝土。坝体心墙帷幕灌浆共设两排孔, 孔距为2. 0m , 排距为1. 4m 。心墙盖板均布设固结孔, 孔距为4～5m , 靠近心墙帷幕三分之一坝高以下增设两排固结孔, 孔距为2. 0m , 所有的孔均呈梅花型布置。帷幕灌浆采取孔口封闭、孔内循环, 自上而下分段进行灌浆, 施工采用先固结、后帷幕, 先下游, 后上游的施工方法断裂带设置3, 最后灌中间排。, 15m , 每一排帷幕灌浆分为三个次序施工, 即Ⅰ序孔～Ⅱ序孔～Ⅲ序孔。其钻孔顺序应为先钻先导孔、Ⅰ序孔、Ⅱ序孔、Ⅲ序孔。固结灌浆透水率不大于5Lu , 帷幕灌浆透水率不大于3Lu 。3. 2　坝料开采与制备3. 2. 1　粘土防渗料开采

为确保粘土防渗墙体的防渗效果, 必须选好粘土料场, 依据碾压试验任务书、设计施工技术要求, 展开对土料场粘土进行生产性试验及现场碾压复核试验, 按设计要求制定施工方案, 选择施工机械设备及现场施工条件等进行填筑前粘土碾压试验, 确定施工技术控制指标及施工参数。经现场及室内试验粘土料的各项指标均满足设计要求。

大坝渗墙体防渗料及周边高塑性粘土料采用岔河村土料场及Ⅰ号土料场的土料。根据设计图纸和大坝填筑施工计划, 坝体心墙防渗料主要以风化料、混合料为主, 粉土料为辅。料场开采施工现场宽阔, 地形平缓, 料源均处于地下水位之上, 便利机械化开采, 可采用多个工作面交叉同时施工的方式进行立面开采, 若土料天然含水量偏高, 大于最优含水量的部位进行平面开采, 降低天然含水量。开采前由试验人员进行土料的含水量等设计指标检测, 确定开采方式。土料开采采用反铲与推土机相配合,15t 自卸汽车运输。

一般要求C 值大于0. 98。

ρC =ρf Πc

式中:ρ填土湿密度(试验范围1. 89～1. 94f —g Πcm ) ; ρ与填土相同的含水率用标准击实的湿c —

3

密度(试验值1. 93g Πcm ) 。

5) 铺筑厚度25～30cm , 振动凸块碾压10遍, 行车速度3km Πh , 震幅中等。2. 1. 2　周边粘土料主要设计指标

1) 填筑压实标准为P =98%。

2) 设计含水量W op =3%～4%。

3) 铺筑厚度15cm , 3

遍。

2. 2　1) 0. 75;

2) 铺筑厚度为50cm , 振动平碾静压4遍, 行车

速度为3km Πh 。

3

3) Ⅰ反控制干密度为2. 05～2. 15g Πcm , Ⅱ反控制干密度为2. 00～2. 10g Πcm 。2. 3　堆石体填筑设计要求及施工参数

1) 压实干密度:ρΠcm 。d 大于2. 1g 2) 孔隙率:ε小于23%。3) 颗粒级配在设计包络线之内。4) 渗透系数:K 大于1. 0×10cm Πs 。5) 石料铺筑厚度:按100cm 控制, 最大厚度小

-2

3

3

于120cm 。

6) 碾压设备:14t 振动平碾, 激振力19. 2t , 行车速度1. 5～3km Πh ; 碾压遍数:8遍。

7) 适量撒水, 保持石料湿润。

8) 采用进占法铺料。

3　基础处理及坝料开采

3. 1　基础处理3. 1. 1　盖板混凝土施工

心墙盖板混凝土标号C20, 抗渗指标≥6。盖板混凝土范围为坝横0+000. 81m ～0+245. 51m , 高程

反滤料主要是防止渗透破坏, 是保证土石坝安

2-32-1

全运行的一个重要因素。反滤料采用K 2m 、K 2m 白云质石英砂岩, 弱风化岩石, 岩石强度高, 饱和抗压强度大于60MPa , 软化系数大于0. 65。反滤料分Ⅰ型反滤料、Ⅱ型反滤料, 其加工和掺配由专用的砂石系统进行生产。Ⅰ型反滤料由小石、机制砂和掏洗砂按30%∶40%∶30%的比例采用装载机配合推土机掺拌而成; Ⅱ型反滤料经过砂石系统闭合的生产线直接生产而成。Ⅰ型反滤料小于0. 075mm 粒径含量不超过5%, 渗透系数应大于5. 8×10, 控制

-3-2

在10之内; Ⅱ型反滤料的渗透应控制在10。反滤料经检验合格后分别堆放在干净的场地, 并经常保持湿润。3. 2. 3　堆石料开采

-3

3) 平料。反滤料采用人工配合推土机、反铲平

料, 坝壳堆石料、防渗料采用推土机平料。防渗料厚度检查采用插钎法。

4) 洒水。堆石料在碾压前、碾压时进行适量洒水, 增加润滑, 破坏棱角, 便于压实。

5) 碾压。防渗料采用振动凸块碾碾压。反滤料采用自行式振动平碾碾压, 周边小区料采用小型振动夯夯实。坝壳堆石料采用自行式振动平碾碾压。碾压工艺采用进退错距法, 垂直于水流方向(平行坝轴线方向) 碾压, 当两种料齐平时, 须骑缝进行碾压。

6) 检查验收。完成上述各施工工序并验收合格后进入下一循环的施工。4. 2　坝体填筑施工方法4. 2. 1　。在填筑之, 、砂浆和油污, 再在混凝土面上涂刷一层厚的浓粘土浆(土水重量比1∶2. 5～3) , 并铺一层50cm 厚粘粒含量较高的粘土(周边料) , 以利于结合。采取随刷随填, 防止粘土浆风干。心墙土料从第二层填土开始, 两岸结合处每层涂刷一层厚3～5mm 的浓粘土浆, 涂刷高度25～30cm , 泥浆未

堆石料、反滤料加工料源来自于Ⅰ、Ⅲ石料场, 位于大坝下游河流右岸山体, 距坝址直线距离为0. 4～1. 2km , 石料场岩性为白垩系上统马头山组砂岩、

3-43-白云岩、粉砂岩、泥页岩, 从新到老为K 、K 2m K 2m

3-2

、K 2m

3-1

、K 2m

2-3

、K 2m

2-2

-1

理、5. 0～15. 0m , 5. ～6. 0m , 岩层略为顺向坡。, 结合对坝料的要求, 开采方式为中孔径14. 0m 深孔梯段多排微差挤压爆破方案, 要点为密布孔, 钻孔底部布置于厚层砂岩中, 爆破孔距裂隙面1. 0m , 适当提高炸药单耗量, 装药采用袋装乳化炸药配合多孔粒状硝酸铵炸药进行满孔装药。爆破后可满足上坝填筑要求。根据Ⅰ、Ⅲ石料场岩层特性和确保边坡稳定性, 施工中后缘边坡采用预裂爆破方法。

干前在1. 5～2. 0m 范围内采用粘粒含量较高的粘土先于同层填土进行填筑。土料采用反铲配合8t 和15t 自卸车辆进行装料运输上坝, 进占法卸料, 推土机平料, 德国宝马自行式振动凸块碾进行振动碾压10遍。振动凸块碾工作重量为16t , 激振力为45t , 震动频率为20～30H 。两岸接触带采用反铲配合人工进行铺填,H D -60立式冲击夯进行夯压, 人工进行刨毛处理。为保证心墙设计填筑断面, 铺料时在上下游坡面法线方向超填10～15cm , 并应严格测量检查, 每层填筑压实合格后, 人工配合反铲进行修坡, 以满足设计要求。

斜墙每一铺土面应尽量平起, 以免造成过多的接缝。为配合碾压施工, 防渗体铺筑应平行坝轴线顺次进行, 及时平料并应铺筑均匀、平整。在施工过程中严格控制铺土厚度, 不得超厚。现场测量人员及时对铺土层厚进行测量检查, 现场试验人员控制土料含水量, 对发现不合格的土料及时处理。

根据施工道路布置情况, 渡汛坝体填筑的进度和运输车辆运行安全情况来看, 对道路进行优化, 采取穿越大坝心墙防渗料的措施:来自大坝下游的堆

4　坝体填筑程序及施工方法

4. 1　坝体填筑程序

根据大坝填筑设计断面坝料的特征, 反滤层填筑宽度小的特点, 采用“先反后土”即:坝壳料→反滤料→心墙料的顺序进行施工较为困难, 结合我局以往土石坝施工的成功经验, 采用“先土后反”、“先细后粗”的程序进行施工。经现场取样试验, 采用该方法进行施工完全满足设计要求。各种坝料填筑程序为:测量放线→铺料→平料→洒水→碾压→检查验收→下一循环。

1) 测量。控制坝坡线、不同坝料填筑分界线及填筑层高。

2) 卸料。坝壳堆石料采用进占法, 反滤料采用

石料场在坝址下游) , 在填筑施工中为防止大坝心墙防渗料在车辆过往处产生剪切破坏, 车辆过往范围内采取在已压实的合格层面上铺设一层35～50cm 的风化土料, 再铺设12mm 厚的钢板形成通道。每层设2～3个通道路口, 通道使用完成后, 将其风化土料全部铲除, 并检测已压实的土层是否产生剪切破坏。这样既保护压实土层, 又加快施工进度。防渗墙体粘土料施工工艺见图2。

坝面的保护措施:施工期间降雨之前, 用平碾碾压将土料压成光面封闭坝面, 同时用塑料布覆盖, 并使坝面有1～2%坡度, 让雨水顺上下游两侧排走。天晴后推掉5cm 厚表面高含水量土层, 检验土料含水量合格后再继续上料。在雨季来临之前对坝面采取如下施工措施:

1)

大坝二枯度汛坝体填筑达到预期填筑高程后, 心墙防渗料按照常规的施工方法进行最后一层施工, 碾压合格后, 再进行抛光碾压, 之后再铺设5～10cm 厚的细砂进行坝面保护(1%) , 位(2. 0m ) , ;

车辆装料运输上坝, 后退法沿坝轴线方向卸料, 人工配合反铲进行平料, 边界线用人工修整, 并剔除交界面的超径石, 德国宝马BW219DH -3自行式振动平碾进行静压4遍, 行车速度为3km Πh 。反滤层与防渗体平起上升填筑, 每填筑两层土料

, 便填筑一层Ⅰ反料, 再填筑一层Ⅱ反料, 当土料和反滤料齐平, 各层层间接缝均采用“骑缝碾压”, 使各种料结合良好, 以保证各边界的结合质量。在铺料前依照测量所放出分界线, 设置石灰线标明各层反滤料、堆石料的边界线, 保证各填筑料的施工范围和质量。

每层反滤料填筑好之后, 不准汽车和其它施工机械在上面任意行驶, 过车的路口每层变换一次新土, 路口在填筑前都要专人进行处理。

反滤层厚度、、级配、不均匀系数、含泥量等, 。加工好的, , 不得从坡面上向下倾倒。

反滤料填筑施工工艺见图3。

图3　反滤料填筑工艺流程图

4. 2. 3　堆石体填筑

图2　斜墙粘土料施工工艺流程图

2) 两岸坡、心墙混凝土盖板与心墙防渗料、反

滤料接触部位采取挖截水沟(100号水泥砂浆砌筑)

在堆石料填筑前, 在清理合格并经验收的河床冲积层表面后, 对坝基坑槽部分采用粒径小于40cm 碎石渣回填找平。每层的铺筑厚度不超过120cm , 振动平碾压8遍, 对振动平碾不能碾压的部位, 采用电动夯板夯实。

堆石料与各种上坝材料平起上升填筑。堆石料采用反铲配合20t 自卸车辆装料运输上坝, 采用进占法卸料, 推土机随时跟进平料, 边倒料边推平, 每铺一层后, 用振动平碾沿坝轴线方向进退错距法振动碾压8遍。

堆石体与岸坡和反滤层接触边界, 采用较细的石料进行铺筑, 与岸坡接触带, 在铺筑时尽量形成一

拦截地表水进行保护心墙防渗料、反滤料。4. 2. 2　反滤料填筑

反滤层从应力应变来看, 是协调心墙与堆石体之间的变形, 防止堆石对心墙的钳制而产生拱效应; 从水力学观点看对心墙防渗体起反滤保护作用。因此, 对反滤材料有严格的质量要求。云龙水库粘土心墙堆石坝反滤层分上下游Ⅰ、Ⅱ反料, 反滤料均按照设计要求进行母材的开采并由专用系统进行机械

定的坡度, 有利于碾压。对于超径石, 采用反铲挖运分散或自卸车运至坝坡作超径堆石料或护坡块石, 各接触带均采取“骑缝碾压”的方法, 以保证各边界接触良好。

在填筑过程中严格控制来料、料场装车时尽量剔除超径石, 并避免出现分离。坝面遇到超径石时用推土机或反铲扒至另外工作面进行改小。坝体填筑由于分段、分期填筑和保留填筑运输斜坡道等形成的临时坡面,

对于堆石体接缝应采用反铲将坡面进行处理, 将未压实层挖除, 结合新填筑层进行碾压, 新老交界面作搭接碾压处理。堆石体填筑工艺流程参见图4

。

5　结束语

坝料填筑的施工质量控制项目有:铺层厚度、碾压遍数、断面结构尺寸等, 检查项目和控制指标有压实度、干密度、孔隙率、颗粒级配和渗透系数等。坝壳堆石料和反滤料采用注水法, 心墙防渗料土料采用灌砂法测定各项指标。

土石坝填筑质量的好坏, 关键是对施工工艺的控制, 因此, 要求严格按碾压试验提供的碾压参数进行施工, 主要为:碾压机具、碾压遍数、铺层厚度及坝料料质等, 对于强度较底的填料, 还要控制洒水量。

土石坝填筑工序复杂, 并相互衔接, 合理配置资源, 协调施工工序, 采取合理的施工工艺, 降低施工成本, 提高施工工效。

通过建立健全质量、, 推广, , , 解决技术共, 改进、完善技术措施。坝体填筑施工过程中经过一、二期的度汛坝体填筑实践, 充分证明了这种人力资源、机械设备配置、优化技术方案是合理的, 大坝施工质量满足设计要求, 施工质量总体优良。

图4　堆石体填筑工艺流程图

(上接第16页)

水灰比

0. 46

表8　岩锚吊车梁混凝土实测干缩值表

POZZ O LITH1050

外加剂掺量Π%

0. 72

砂率Π%

38

坍落度cm

15. 5

(×混凝土干缩值Π10-6)

3d 26. 5

7d 108. 4

14d 214. 6

28d 307. 5

　　1) 采用中低热水泥并进行混凝土配合比优化

试验研究, 以减少单位水泥用量, 本措施前面已述及, 在此不再赘述。

2) 尽量安排在低温季节施工。乌江渡水电站坝址区年平均气温16. 8°,1月份气温最低, 月平均气温为5. 9°, 瞬时最低气温-6. 1°。考虑到以上因素, 岩锚吊车梁混凝土拟安排在12月份到1月份的低温季节施工。实际上, 岩锚吊车梁混凝土于2001年12月11日开始施工,2002年元月5日结束, 历时26d , 其中, 岩锚吊车梁混凝土浇筑的有效时间仅有9d 。

3) 尽量缩短混凝土运输时间, 使混凝土尽快入仓, 并及时振捣密实。实际上, 本标段拌和系统就布置在进厂交通洞口, 混凝土拌制完毕马上可以进洞, 距离仓面也仅有300m 左右, 混凝土从拌和到入仓仅需20min 左右时间, 这就大大缩短了混凝土的暴

5　结语

1) 乌江渡扩机工程两台机组先后于2003年8

月28日、11月30日投产发电, 顺利实现“一年两投”发电目标, 岩锚吊车梁经受住了载荷试验及大件吊装的考验, 至今运行良好。

2) 岩锚吊车梁分块长度不宜过长, 一般以不超过15m 为宜。实践证明, 此长度范围可大大避免和降低岩锚吊车梁混凝土裂缝的发生。

3) 为了降低混凝土温度裂缝的发生, 降低混凝土单位水泥用量是很重要的措施之一。为此, 岩锚吊车梁混凝土施工尽可能避免使用泵送混凝土, 以便进一步降低水泥单耗。事实上, 如果岩锚吊车梁

3

分块长度不大于15m , 则每仓混凝土量只有60m 左右, 如果用反铲等机械设备配合混凝土直接入仓, 则一个班完成一仓岩锚吊车梁混凝土的浇筑是很容易做到的。