博茨瓦纳骆察尼大坝粘土心墙施工

博茨瓦纳骆察尼大坝粘土心墙施工张睿 周庆国 张喜林 杨和明摘 要 本文介绍了博茨瓦纳骆察尼粘土心墙堆石坝粘土心墙坝基处理，粘土的加水、开采填筑工艺与质量控制。

并采用了一种新型反滤料摊铺盒，为心墙土石坝施工积累了新的经验。

关键词 骆察尼 粘土心墙 坝基处理 填筑施工1 工程概况博茨瓦纳骆察尼大坝是由博茨瓦纳政府投资新建的一个水利工程项目。

大坝距离首都哈博罗内约360km ，距离弗朗西约215km 。

工程建设主要为周边村镇供水及农田灌溉，兼顾防洪，水库库容约4000万m 3。

大坝为粘土心墙堆石坝，坝顶长1.4km ，最大坝高30m ，坝顶宽度为7m ，上下游坝坡为1:2.5。

下游坡面有上坝公路通过，道路及排水沟总宽度为10m 。

大坝填筑总方量约143万m 3，其中粘土填筑约21万m 3。

大坝填筑施工断面如图1。

图1 骆察尼大坝横断面图2 土料场的勘探与开采土料场位于大坝上游约1km 处。

开采前，对业主提供的开采区域，按每30m ×30m 开挖探坑进行复勘，探坑按每米深度进行取样试验，检测其土料的级配、液塑限、有机物质含量、渗透系数、分散性等心墙土料场土料物理指标见表1。

根据试验检测结果和储量要求确定其开采范围和平均开采深度约2.5m 。

1A 粘土料2A 2B 过渡料3A 填石3B 砂砾料4A 4B 坝壳料对选定的粘土开采区，用推土机进行表层植被清理，并将其堆存在粘土场的周边。

然后用推土机进行表土的剥离，剥离的表土囤积在指定的表土储料场，以便将来用于临建施工区域的植被恢复。

表1 心墙土料场土料物理指标本项目所在地严重缺水，解决心墙土料Array场用水是本工程能否按照合同工期履约的关键。

按合同要求，施工及生活用水要到15km以外的村镇水井抽水运水，费用高，效率低、还没有保障。

项目利用雨季在粘土场修建六个3000m3的水池，采用南非生产的PDH膜覆盖防渗，不仅施工速度快，而且比用钢筋混凝土水池节约100万元的投资，保证了大坝在旱季连续施工的可能性。

修建在粘土场的水池见图2。

图2 修建在粘土场的水池原貌粘土场粘土自然含水率较低，需闷水进行含水调节。

采用反铲翻松粘土，并平整翻松粘土的表面，按照10m×10m大小设置挡水土埂，分块进行含水率调节，以避免翻松粘土表面不平整而造成的含水调节不均匀。

粘土闷水的加水量根据粘土的最优含水率和自然含水率计算获得，并考虑季节的降雨量和蒸发量适当进行调整。

粘土闷水时间需大于两周，调节好的粘土在上坝前需用反铲翻拌均匀，使其粘土含水一致。

准备好的粘土采用装载机装车，自卸汽车运输至大坝施工区。

心墙土料场加水工艺：推集料→料堆挖沟→加水→闷3周后用反铲翻拌→装车。

坝基以上1m范围为接触层，接触料需挑选不具分散性或具有低分散性的粘土(根据前期勘探资料显示，粘土场部分区域粘土具有不同程度的分散性)，挑选的粘土先进行含水调节，然后按照图纸要求添加2%的石膏粉进行拌和处理，石膏粉按照计算量加入后用反铲或装载机在土场翻拌均匀，然后运输上坝。

粘土心墙下游1m范围粘土按照图纸也需要添加2%的石膏进行处理，其处理方法同上。

3 坝基处理粘土心墙基础经开挖剥离后多为高风化的片麻岩，局部区域为高风化的角闪岩，岩石破碎，裂隙发育，岩石面外露后风化速度较快。

因此，粘土心墙基础的灌浆区域采用盖重混凝土防护外，其他区域均采用喷锚混凝土进行防护。

设计粘土心墙基础比坝肩基础开挖深1m，当开挖后基础面未达到岩石面或为较破碎的全风化岩石时，将进一步的深挖。

开挖后的粘土心墙区软弱岩石夹层需凿出处理，其凿出深度与凿出宽度相当或凿出深度为1m，取最小值。

然后回填混凝土进行处理。

完好岩石的张开节理采用手动灌浆的方式进行处理。

斜坡、垂悬部分或洼地需进行休整或回填混凝土方式进行处理，使其基础岩石的陡峭度低于1:0.75。

4 粘土心墙填筑施工4.1 粘土填筑设计控制参数按设计要求大坝粘土压实后，要求满足英国标准1990年BS1377第二部分相关规定：（1）颗粒级配85%可通过4.75mm的筛孔，且其中应有40%可通过0.075mm的筛孔；（2）塑性指数不得低于20%或超过50%；（3）液限不得低于35%或大于70%；（4）有机物含量不得超过2%；（5）渗透率系数不超过5×10-9 m/s。

按ASTM D 508490的方法A，采用三轴试验仪或弹性壁式渗透仪进行恒水头试验，确定渗透率系数。

渗透率系数在200kPa 的测试仪压力或其他指示压力下按1.0的水压梯度进行测量。

接触料除满足上述规定外，需从土场挑选更细和更具塑性的材料，其塑性指数不得低于30%。

粘土的最佳含水量（OMC）应是形成最大干密度（MDD）的含水量，最大干密度即粘土按照BS1377规定压实后的密度。

骆察尼大坝粘土的含水率控制范围为OMC到OMC+2%，压实后的干密度要求控制98%。

4.2 粘土碾压试验为获得骆察尼大坝粘土填筑施工质量控制最优参数，2009年11月在粘土场区域进行了现场生产性碾压试验，对不同层厚，不同碾压设备，不同碾压遍数等进行了相关的碾压试验，用核子密度仪法和环刀法对碾压后的密度进行检测。

经过碾压对比试验，碾压厚度取规范要求的最大厚度20cm，采用18t凸块碾进行碾压需碾压10遍，而采用26t DYNAPAC振动平碾进行碾压，仅需要碾压4遍就能达到规定的压实度。

为了满足施工进度，降低成本，确定选用26tDYNAPAC振动平碾进行碾压。

碾压试验确定的粘土填筑施工参数见表2，碾子的主要技术特性见表3。

* 压实度为干密度与最大干密度（MDD）。

4.3 粘土填筑施工4.3.1 填筑施工顺序为了导流目的，大坝沿坝轴线方向分为四个区进行填筑，先进行导流渠以外的I、II、III区填筑，然后利用2011年旱季进行导流渠部位（IV区）的填筑。

垂直于坝轴线方向的大坝填筑施工顺序为：过滤料→粘土→坝肩料→护坡料。

4.3.2 坝基接触料的施工大坝粘土心墙填筑前，先对坝基低洼部位用接触料进行回填，回填采用小型振动碾压实或油动夯实机夯实。

坝基1m范围为接触料填筑区，调节好的接触料采用自卸汽车运输，平地机平整，装载机轮胎碾压，以避免对软弱岩石基础的破坏。

为了使接触料与坝基很好的结合，接触料的含水要求适当增加，其含水率控制范围为OMC+1%到OMC+3%，填筑下一层前需将填筑面拉毛处理。

4.3.3 1A粘土料的施工填筑1A料前，需对已填筑的1A料表面进行拉毛处理，在推土机松土器上焊接横梁和耙齿，经耙齿拉毛后，粘土表面形成均匀的深度约5cm的V形槽，以利于层间的结合。

拉毛的表面需洒水养护以补充表面的水分损失。

1A料铺料方式为进占法，以防止设备碾压破坏拉毛的粘土表面。

1A料采用自卸汽车运输，推土机摊铺，平地机平整，26t振动平碾进行碾压4遍后，进行压实度的检测，试验验收合格后进行下一层的施工。

粘土摊铺时，先进行1A的摊铺和平整，预留1A料下游的石膏料处理区，然后将石膏处理料运输至已摊铺平整好的1A料表面，使用推土机将石膏处理料推至1A料下游预留的沟槽填筑区进行摊铺。

最后用平地机对整个粘土表面进行平整，用振动碾采用错距碾压法进行碾压。

4.3.4 2A和2B过渡料填筑在国内粘土心墙土石坝的反滤料的施工，采用锯齿法或插板法施工。

无论锯齿法还是插板法，均避免不了各种反滤料的掺混，而且为保证心墙和反滤料的宽度，基本上采用的超小三角的办法，增加了工程成本。

在骆察尼大坝上首次采用钢板摊铺盒，使得2A、2B同时摊铺一次成型，美观快速，速度比直接摊铺提高40%，节约砂子和骨料25%。

2A和2B过渡料现场填筑状况见图3。

4.4 粘土填筑施工质量控制4.4.1 料源质量控制料源的质量控制是质量控制的龙头。

粘土场开采前，先开挖探坑进行复勘，根据试验检测结果选择满足规范规定的粘土区域，按照粘土材料的不同进行分区开采，不同区域分别进行击实试验确定粘土的最大干密度（MDD）和最优含水率，并以此作为大坝粘土填筑含水和压实度的控制标准。

粘土场表土清理应确保所有的表土被清理干净。

粘土在反铲翻松的过程中需要人工清图3 2A和2B过渡料现场填筑状况除树根等材料。

粘土的含水应调节至规范要求的含水量范围，并在上坝前进行翻拌以确保含水均匀。

翻拌好的粘土在上坝前需储存三天以上，使其翻拌前的表层干料在粘土堆中充分的浸润，确保粘土含水一致。

翻拌好的储料堆表面要进行洒水养护，以补充表层的水分损失。

表层已干硬的粘土块在上坝前需要清除，然后重新进行含水调节。

粘土上坝前需进行含水检测，经检测满足规范要求后才允许上坝。

4.4.2 填筑面质量控制填筑面质量控制是质量控制的关键。

现场粘土填筑质量控制重点是粘土的层间结合，压实度，边线控制等。

碾压后的粘土表面需长期洒水养护，以避免表层含水损失产生裂缝。

在进行下一层粘土施工前，需对已填筑的粘土表面进行拉毛，拉毛后的粘土表面将不允许任何设备在其上行走，以避免设备破坏其结合面。

拉毛后的表面需现场洒水调节其含水量，使其表面含水与填筑层含水一致。

由于先进行滤料的施工，因此粘土的上下游边线紧靠滤料，但其层厚需设置高程控制桩和控制线进行控制，并在推土机摊铺后，使用平地机进行平整，使其粘土表面平整，层厚均匀且满足规范要求的厚度。

现场安排专人在粘土摊铺的过程中拣出树根或其他不合适的材料。

保证填料的含水量符合要求。

含水不均匀的粘土需重新调节翻拌，使其满足规范的要求。

严格控制振动碾碾压的行走速度和碾压遍数，碾压完成后，进行现场压实度试验检测，当检测压实度未达到规范值时，需增加碾压遍数，直至达到规范的压实度。

为了防止粘土在摊铺碾压过程中挤压滤料，在已摊铺好的滤料靠粘土侧覆盖白铁皮进行防护，待粘土摊铺碾压完成后再移除防护铁皮。

4.4.3 施工接缝的处理大坝施工应连续进行，尽量减少施工缝。

为了导流目的而进行分区填筑时，其先填筑坝段在与坝轴线平行的边坡的坡度应不陡于1:5，以利于接缝间的连接。

在已填筑坝段粘土坡面上填筑粘土前，用反铲移除表面变干或被污染的材料，然后对剥离后的粘土面进行现场密度和含水的检测，若未达到规范的要求，需继续剥离直至粘土面满足规范的密度和含水要求。

为了确保坝段间粘土良好的搭接，需对已填筑剥离后的粘土坡面开挖出一层深度的台阶，使其接缝处具有良好的碾压搭接。

开挖的台阶应进行拉毛处理，以防止粘土表面光滑不利于连接，并对拉毛的表面及时洒水养护，使已填筑面的粘土含水与填筑层粘土含水一致，已利于层间结合。

填筑碾压后，需对接缝处进行检查，若发现结合不好应清除重新进行填筑。

5 结语骆察尼大坝粘土心墙基础及下游1m范围采用了掺拌石膏粉的方法有效的改善了粘土的分散性，确保了粘土心墙的质量。

设土料场水池储水，成功解决缺水地区土料场的加水难题，成功研究实验成功解决高塑性指数的土料的加水方法问题。