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。