库底粘土铺盖施工工法.docx
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库底粘土铺盖施工工法
库底粘土铺盖施工工法
江夏水电工程公司
1.前言
河南国网宝泉抽水蓄能电站上库为国内首次使用粘土防渗的水库，库底粘土铺盖无成熟的施工工法。
库底粘土铺盖施工与土石坝粘土防渗体施工相比，存在施工平面纵横方向尺寸长、面积大、平面分区多、纵横向接缝多；铺盖边缘与库岸（含坝体迎水平）结合部因受岸坡防渗体影响不能使用重型机械且施工时段与中部有一定间隔；渗流方向为上下垂直式等特点，故其施工程序和方法必然与大坝防渗体施工有一定的区别。
我单位在河南宝泉抽水蓄能电站上库施工实践中，不断总结优化施工布置、工艺参数形成了工法。
2.特点
2.1施工中工作面附近无堆石料、过渡料等作为车辆运行通道，粘土运输车必须在粘土面上行走；
2.2粘土填筑采用后退法进料（土石坝粘土填筑一般采用进占法进料）；
2.3粘土碾压机械行走方向不受限制（坝体施工要求平行坝轴线）；
2.4库底粘土铺盖中有接地网等埋件；
2.5库底铺盖对纵横接缝面处理要求高，对水平层间接合面处理要求相对较低；
2.6库底周边与库岸防渗体结合部采用预留宽度隔层碾压法施工。
3.适用范围
本工法适用于粘土铺盖水平防渗体的施工。
4.工艺原理
根据设计要求的各项技术指标通过碾压试验取得施工参数后，利用现代化先进施工设备对粘土进行运输、摊铺、整平和碾压，使其达到要求的各项质量指标；同时根据粘土铺盖主要是水平防渗，渗流方向为上下式的特点，有针对性的提高纵横接缝面的处理质量，既保证工程质量满足库底防渗要求，又合理利用资源，降低成本，缩短工期。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
本工法施工工艺流程见图5.1-1《粘土铺盖施工工艺流程图》。
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与库岸防渗体结合部施工
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图5.1-1粘土铺盖施工工艺流程图
5.2施工操作要点
5.2.1料源材质复检与碾压试验
1、在进行粘土填筑施工前，应先对料场粘土料源进行抽样试验，检测其渗透系数、粘粒含量、液限、塑限、有机质含量等指标是否符合设计要求，只有粘土料各项指标均符合要求，方可进行下道工序作业，否则提交监理或设计单位研究；
2、原材料复检合格后，需对粘土进行击实试验，求出粘土的最优含水率与最大干密度；
3、根据击实试验求出的最优含水率、最大干密度及设计技术要求，采用逐步收敛法进行碾压试验，获得施工所需的铺土厚度、碾压机械型号及碾压遍数等施工参数，编制碾压试验报告和施工技术方案并向监理报批。
5.2.2基础面验收与填筑面处理
在粘土填筑前，应进行基础面验收，并对本次验收的范围进行标识，便于填筑施工时对边界进行控制；如果需填筑的面是已完成的上一次粘土，尚应对填筑面和接缝面进行刨毛、洒水等处理，直到验收合格后方可进行粘土填筑施工。
5.2.3料源开采、进料、卸料与摊铺
1、在料源正式开采前，应进行料源含水量检测，当含水率符合要求方可开采使用，如果含水率不符合要求，应在料场进行含水率的调整直到符合要求；原则上不允许在填筑面进行大量的含水率调整；
2、由于粘土含水率相对较大（一般在17%～23%），松铺后重型自卸车不能行走，本工法采用后退法进料，库底粘土铺盖施工运料车辆不可避免地要行驶在已碾压好的粘土面上，为了不使碾压好的粘土被破坏，施工前必须对粘土铺盖面施工道路进行规划并严格执行，尽可能使道路平面位置经常变换，避免同一部位粘土因受运输车辆过压造成破坏，对于已破坏的部位，必须进行挖除处理；
3、采用后退法进料，必须安排专人指挥卸车，以保证料堆摊铺后厚度基本满足要求，减少补料或削面时间。
摊铺整平粘土采用推土机和平地机联合作业，保证表面平整度符合规范要求；
4、为了有效防止车辆下陷，入库粘土含水率尽可能接近设计要求的下限；
5、采用测量法控制摊铺层厚，应采用定点测量的方法：
即在粘土上料前，先在基面上布置层厚控制点并测量其高程，铺料完成后再次测量原控制点高程，从而计算出松铺层厚；
6、在进行铺盖与库岸防渗体结合部施工时，泥浆的涂刷高度和进度应与铺层厚度和进度相一致，不可高涂和超前涂刷，避免泥浆在粘土覆盖前干燥。
5.2.4碾压与局部处理
1、虽然铺盖施工碾压方向不受限制，但为了提高工效，应尽可能平行于长边方向碾压；
2、碾压必须严格按试验确定的施工参数进行（碾重、行进速度、激振力与振动频率、碾压遍数等），严禁减少碾压遍数、漏碾和过压；
3、库岸防渗体结合部和断面狭小部位，应按确定的施工方案和试验参数采用小型或轻型碾压设备进行碾压，既要保证粘土压实度符合设计要求，又要防止破坏库岸防渗体；一般在碾压与库岸防渗体结合部粘土时，碾压机械边缘与库岸应留出一定的距离（一般10～20cm），防止碾压机械破坏库岸防渗体，留出的未碾压区在第二层填筑时隔层碾压。
4、粘土铺盖分段碾压时，相邻两段交界带碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度应不小于0.3～0.5m；顺碾压方向搭接带宽度应为1m～1.5m。
5、结合处粘土铺盖碾压后土料若因侧向位移，出现“爬坡、脱空”现象，应将其挖除；
6、如粘土铺盖在填筑过程中出现“弹簧”、层间光面、松土层、干土层、粗粒富集层、或剪切破坏等，应根据具体情况进行处理，并经验收合格后，方准铺填新土。
5.2.5碾压后试验检测
每层粘土填筑碾压完成后，应按规范和设计要求进行成品试验检测，包括压实度和原位渗透系数等，当各项技术指标检测结果满足设计要求后，本层填筑结束，否则需进行处理。
5.2.6接坡面与层间结合面的处理
1、对于分区填筑的铺盖，各分区的边缘应留设接坡面，所有接坡面应不陡于1:
3，严禁采用台阶法接坡；
2、所有接缝坡面必须碾压密实，在进行下一填筑区施工前对接缝面压实度和含水率进行复测，满足要求后，方可进行下道工序施工；
3、在下一填筑区铺料前，接缝坡面必须进行刨毛和洒水处理，确保接缝面新老粘土结合良好，防止形成渗水通道；
4、由于铺盖中渗流方向是由上向下，故层间结合面可适当降低要求，在保证压实度和含水率满足要求的前提下，可不进行刨毛处理，但在铺料前需对表面进行适当洒水。
5、粘土铺盖填筑应连续作业，如因故需短时间停工，其表面土层应洒水湿润，保持含水率在控制范围之内。
如需长时间停工，则应在表面铺设保护层，复工时将保护层清除，经验收合格后方可恢复施工。
5.2.7库底接地网的埋设
在库底粘土铺盖中，一般设有接地网（接地扁钢），由于填筑施工机械高度集中且车流量较大，在填筑好的粘土面直接铺设接地网很容易被破坏，因此施工时应将粘土填筑到比接地网设计高程高的位置（一般高一层约0.3m）后，再在已碾压完成的粘土面开槽铺设接地网，待接地网检查验收合格后将所开土槽用粘土填平并碾压密实。
回填粘土时应使填筑的槽面范围内粘土略高于填筑面（一般高5～8cm），然后用碾压设备骑缝（槽）碾压。
6.材料与设备
本工法采用的机具设备见表6—1《粘土铺盖施工机具设备表》。
表6-1粘土铺盖施工机具设备表
序号
设备名称
规格型号
数量
用途
备注
1
挖掘机
PC400
4台
粘土开采
各种设备型号及数量根据土料运距、土料日填筑量和边角部位（含与库岸结合部）比例等进行合理配置
2
挖掘机
PC200
3台
辅助摊铺及
埋件开槽等
3
自卸汽车
15T
12台
土料运输
4
自卸汽车
20T以上
30台
土料运输
5
推土机
D155
4台
土料摊铺
6
推土机
D85
2台
土料摊铺
7
凸块振动碾
15T
4台
碾压
8
振动碾
10T
2台
与库岸结
合部碾压
9
液压夯板机
7～12T
2台
边角部位夯实
10
平地机
1×3×3
2台
土面平整
11
泥浆搅拌机
2m3
1台
泥浆拌制
7.质量控制
7.1工程质量控制标准
由于库底粘土铺盖厚度及所用土料本身的性能各不相同，且目前国内尚无专门的粘土铺盖施工质量规范，因此粘土铺盖施工质量控制标准暂按《碾压式土石坝施工规范（DL/T5129-2001）》和具体工程设计质量标准进行。
7.2工程质量保证措施
7.2.1严把料源质量关：
在粘土铺盖施工前，先对料源进行原材料性能复测，材质满足设计要求后，方可进行下一步施工。
7.2.2严格控制开采料质量：
由于粘土料是典型的非均质体，虽然总体料源材质满足设计要求，但料源地各部位、不同开采时段和深度的含水率、含石量等均有所不同，在开采时，必须随时检测开采区土料的含水率和含石量，确保运入工作面的土料符合设计要求，对不符合要求的土料必须进行处理（调整含水率和含石量等）。
7.2.3严格控制土料松铺层厚：
采用定点测量法对土料松铺层厚进行控制，在层厚允许偏差满足设计和规范要求的情况下，施工控制尽量遵循“宁薄不厚”的原则。
7.2.4严格控制含水率：
在料源开采时控制含水率后，在施工现场仍应加强含水率检测和控制，每一层土料用后退法完成进料后，在摊铺前再次进行含水率检测，符合要求后立即进行土料摊铺和碾压；如不符合要求，需在摊铺碾压前进行含水量调整直至符合要求。
7.2.5严格碾压过程的质量控制：
施工中安排专人巡视检查碾压机具型号和碾压遍数等，对错距法碾压则不定时对错距宽度进行检测，防止漏碾、欠碾和过碾。
7.2.6严格接缝面处理质量检查：
对粘土铺盖而言，所有接缝面都是渗流薄弱面，必须严格按规范要求进行处理，施工中严格按“处理→验收→铺料→碾压→检测→验收”的程序执行。
7.2.7加强边角部位的检查：
由于边角部位使用液压夯板机进行夯实，其施工控制不能用简单的设备型号和夯实遍数、夯实时间等进行控制，必须加强对已夯实部位的成品质量检查，只有经检查质量满足规范和设计要求后，方可进行下道工序施工。
7.2.8加强与库岸防渗体结合部的检查：
与库岸防渗体结合部既要保证粘土本身碾压质量符合设计要求，又要保证不破坏库岸防渗体，施工中严禁摊铺、碾压等重型设备接触库岸。
一旦发现防渗体被破坏，必须及时进行修补。
7.2.9加强成品质量检测：
对所有已完成的粘土铺盖，必须严格按规范和设计要求的频率进行成品质量检测，只有最终检测结果满足要求后，方可进行本工序验收和下道工序作业。
7.2.10加强对成品的保护：
由于采用后退法施工，粘土运输车等重型设备全部从已完成的粘土面行走，为了防止对成品造成破坏，必须对粘土运输车的运行线路进行规划，不断变换车辆行驶线路，防止对成品粘土造成过压破坏，对于已过压破坏的部位，必须进行挖除处理。
8.安全措施
8.1认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合工程实际组建安全管理机构，制定安全管理制度，加强安全检查。
8.2进行危险源的辨识和预知活动，加强对所有作业人员和管理人员的安全教育。
8.3加强对所有驾驶员和重机操作手等特殊工种人员的教育和考核，所有机械操作人员必须持证上岗。
8.4严格车辆和设备的检查保养，严禁机械设备带病作业和超负荷运转。
8.5加强道路维护和保养，设立各种道路指示标识，保证行车安全。
8.6加强现场指挥，遵守机械操作规程。
9.环保措施
9.1本工法施工车辆多，运行中容易扬尘，必须加强对路面和施工工作面的洒水，防止或减少扬尘污染。
9.2所有运输车辆必须加挂后挡板，防止粘土运输途中土块沿路洒落。
9.3加强路面维护，疏通路边排水沟，防止雨天路面积水和污水横流。
9.4加强设备维护保养，所有设备保持消音设施完好，降低噪音污染。
9.5设备维修和更换机油时，必须开到地槽处或下部做好垫护，防止机油等废液污染土壤。
9.6做好开采料场的规划和水土保持，防止水土流失。
9.7对不合格的废弃料按规划妥善处理，严禁随意乱堆放，防止环境污染。
9.8做好施工现场各种垃圾的回收和处理，严格垃圾乱丢乱放，影响环境卫生。
10.效益分析
本工法与传统的（土石坝）粘土施工工法相比，主要区别有三点：
一是采用后退法进料，解决了大吨位（20t以上）自卸车运输土料入场陷车问题；二是针对库岸防渗体与粘土铺盖结合部容易被碾压设备破坏的实际采用轻型振动碾（10t以下）隔层静压的方法；三是采用铺盖超填开槽铺设接地网等埋件措施。
这三项措施的改进，不仅加快了工程进度，缩短了工期，而且确保了接地网等埋件质量，提高了挖装和推平设备的使用率，也较大地节约了工程成本。
11.工程实例
11.1工程概况
河南国网宝泉抽水蓄能电站是一座日调节纯抽水蓄能电站，总装机容量为1200MW，位于河南省新乡市境内。
电站枢纽包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和地面开关站等，工程总投资约47亿元。
其中上库工程为库岸沥青、库底粘土铺盖复合防渗结构。
库岸边坡1:
1.7，粘土铺盖厚度4.5m（周边与库岸防渗体结合部厚度7.5m），在铺盖顶面以下1m平面布置50m×50m扁钢接地网。
根据设计规划，上库粘土填筑总量约65万m3，料源地距工地约8km，施工道路为单车道泥结石路面，施工工期为2006年4月至2007年11月，其中每年6～9月为汛期，12～次年2月为冰冻期，均不能施工，净施工工期约10个月，平均月填筑强度6.5万m3。
11.2粘土铺盖施工情况
11.2.1工程质量标准及施工参数
1、按照设计要求，宝泉工程粘土铺盖质量标准为：
库底中部压实度不低于98%，渗透系数小于10－6cm/s，粒径大于5mm的颗粒含量不超过30%，最大粒径不超过150mm，施工允许含水率范围为最优含水率－2%～最优含水率+3%；库底周边与库岸防渗体结合部2m宽度范围要求压实度大于90%，粒径大于5mm的颗粒含量不超过20%，最大粒径不超过50mm，施工允许含水率范围为最优含水率+1%～最优含水率+3%。
2、通过击实试验，获得粘土料源最优含水率为20.8%，最大干密度为1.67g/cm3。
经多次料场抽样检测，粘土天然含水率在19%-23%之间，符合设计允许的施工含水率范围。
3、通过碾压试验，获得如下施工参数：
1）库底中部粘土填筑施工：
20t～40t自卸车后退法进料，推土机摊铺，平地机整平；粘土松铺厚度35cm，含水率按天然含水率（19%-23%）控制；英格索兰SD-150D型振动压路机（凸块碾）全振法碾压8遍，振动碾行走速度控制在2km/h以内。
2）库底周边与库岸防渗体结合部粘土填筑施工：
15t自卸车后退法进料，人工配合反铲摊铺整平；粘土松铺厚度20cm，含水率按最优含水率+1%～最优含水率+3%控制；库岸防渗体与粘土接触部位人工涂刷1：
2.5泥浆；英格索兰SD-100D型振动压路机（碾自重10t）静压8遍（压实度达到93%以上），振动碾行走速度控制在2km/h以内；每层碾压时靠库岸侧留出10～20cm不碾压，待第二层填筑时该部位进行隔层碾压（隔层碾压区压实度达到90%以上），具体碾压方法如下图所示：
图11－1粘土与库岸结合部隔层碾压示意图
11.2.2粘土施工质量控制与检测
根据《碾压式土石坝施工规范（DL/T5129-2001）》及设计要求，宝泉工程粘土铺盖施工质量控制项目与检测频次如下：
1、库底粘土铺盖参照《碾压式土石坝施工规范（DL/T5129-2001）》要求的施工质量控制项目为干密度（压实度）和含水率，其检测频次为：
边角夯实部位2～3次/层；其余部位1次/200m3～500m3。
2、由于设计对中部和周边粘土采用了不同的技术指标，在设计文件中，又专门对粘土填筑施工质量控制项目与频次做了如下要求：
1）原位渗透试验：
在碾压铺筑现场做现场渗透试验，采用试坑注水法（双环法），每连续铺筑3～5层检测一次，每10000m2检测一个点，最后控制检测点数总量20～25个点，其中粘土接头处不少于6个点，试验方法参照《土工试验规程》SL237－042－1999，要求渗透系数小于10－6cm/s。
2）室内渗透试验：
现场取样做室内渗透试验（为原位试验做对比），每连续铺筑3～5层检测一次，每20000m2取一个试样，最后控制试样8～10个点，其中粘土接头处试样不少于2个点，试验方法参照《土工试验规程》SL237－014－1999。
3）含石量及粒径检测：
一般可采用目估和现场挖坑检测相结合的办法控制，现场挖坑直径0.8m，深度根据含石量大小情况调整，至少不得小于一层铺筑厚度，每5000m2检测一个点，检测粘土中5mm以上含石量及粒径情况，试验方法参照《土工试验规程》SL237－006－1999。
4）压实度检测补充要求：
库底中部粘土铺盖（粒径5mm以上颗料含量不大于30%，最大粒径小于150mm）原位干密度宜采用挖坑法（灌砂或灌水）检测，挖坑直径、深度根据含石量及粒径大小情况调整，挖坑试样也可结合室内渗透试验试样进行，其要求及检测方法参照《土工试验规程》SL237－041－1999，检测频率同《碾压式土石坝施工规范（DL/T5129-2001）》要求。
根据以上要求，我公司在粘土铺盖施工中，共进行了压实度和含水率检测1454组，原位渗透检测23组，室内渗透检测9组，含石量检测1218组，所有检测指标均满足设计要求，合格率为100%。
11.2.3粘土铺盖施工进度情况
由于地质情况复杂和设计变更等多方面原因，工程实际于2006年11月才开始粘土填筑，且因当时库岸沥青防渗体施工较计划滞后，使粘土铺盖不能持续施工，工程进度形势异常严峻。
我公司经认真研究和征求设计、监理和业主等多方意见后，采用了上述施工工艺，利用20T以上大型自卸车运料，后退法施工，大大提高了工效，在未增加设备资源投入情况下赶回工期约100天，月高峰填筑强度达到17万m3，于2007年11月20日圆满完成全部粘土填筑任务，受到参建各方的一致好评。
所施工的库底防渗结构，经参建各方多次检测，各项指标均符合设计要求。
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