小型水库建设中粘土心墙堆石坝施工与管理措施分析

小型水库建设中粘土心墙堆石坝施工与管理措施分析

张卫萍

云南省曲靖市师宗县水务局  云南 师宗 655700

摘要：粘土心墙堆石坝是小型水库建设中常用的一种坝型。本文旨在分析粘土心墙堆石坝的施工方法和管理措施，以确保工程质量和安全。文章首先介绍了粘土心墙堆石坝的基本构造和特点，随后详细阐述了施工过程中的关键步骤和注意事项，最后提出了有效的管理措施，以期为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：小型水库；粘土心墙堆石坝；施工管理；质量控制

小型水库作为重要的水利设施，对于农业灌溉、生活供水、防洪减灾等方面发挥着不可替代的作用。粘土心墙堆石坝因其结构简单、施工方便、造价低廉等优点，在小型水库建设中得到广泛应用。然而，由于施工条件和管理水平的限制，粘土心墙堆石坝的建设质量往往参差不齐。因此，本文将从师宗县天生桥水库建设中选取基础处理和粘土心墙填筑两个环节，详细阐述其具体施工方法，探讨如何提高粘土心墙堆石坝的建设质量。

一、粘土心墙堆石坝的基本构造与特点

粘土心墙堆石坝，作为水利工程中的一种重要坝型，其构造独特且功能明确。坝体主要由大量的堆石料填筑而成，形成了坚固的支撑结构，具有良好的透水性，确保水流在坝体内的顺畅流动。位于坝体中央的粘土心墙，是坝体的核心部分，起到了关键的防渗作用。粘土心墙采用优质粘土填筑，经过严格的压实处理，形成了致密的防渗层，有效防止水流通过坝体渗透，确保了坝体的安全稳定。此外，粘土心墙堆石坝还配备了完善的排水系统，排水系统设置在坝体的下游侧，通过合理的布局和精确的设计，能够及时有效地排除坝体内的渗水，防止因渗水积聚而对坝体造成损害[1]。这一设计不仅提高了坝体的稳定性，也延长了坝体的使用寿命。粘土心墙堆石坝的特点在于其充分利用了当地材料。坝体所需的堆石料和粘土均可就地取材，大大降低了工程造价和运输成本。同时，施工过程中对环境的破坏较小，符合当前绿色环保的施工理念。此外，粘土心墙堆石坝还具有较高的适应性和灵活性，可以根据不同的地形地质条件和工程需求进行个性化设计，是一种经济实用、安全可靠的坝型。

二、粘土心墙堆石坝的施工方法

粘土心墙堆石坝的施工是一个复杂而系统的工程，涉及多个关键步骤：包括基础开挖、心墙底板砼、坝体填筑（心墙、反滤料、过度料填筑）等等，以下将以师宗县天生桥水库为例，选取基础处理和心墙填筑两个部位详细阐述施工环节的注意事项和具体操作方法。

（一）注意事项

1、为了保证坝体填筑质量，施工单位在施工前，应制定完善的施工组织措施和计划，严格控制施工质量。在施工中，加强技术管理，施工人员必须按统一表格作好原始施工记录，并建立技术档案，为工程的竣工验收作准备。

2、为了保证大坝的施工质量，施工单位应根据不同的施工内容，对照相应的《施工规范》相应的条文，严格执行规范中的施工程序和技术标准。配备相应的施工设备，明确技术管理人员、安全管理人员，做到文明施工、安全施工。

3、对每个不同的施工项目，技术管理人员、施工人员应明确施工要点，技术控制指标。不应出现由于某一部位的施工，对其它部位或已完成的的施工项目造成破坏。

4、技术规范标准

《水利水电工程施工测量规范》(SL52-2015)；

《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（DL/T5389-2007）；

《水工混凝土结构设计规范》(SL/T191-2008)；

《水工混凝土施工规范》（SL667-2014）；

《水工混凝土试验规程》SL352-2006；

《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）；

《碾压式土石坝施工规范》（DL/T5129-2016）；

《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）；

《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》（JGJ53-92）；

《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》（JQJ52-2006）；

《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）；

《水利水电建设工程验收规程》SL/223-2008；

《水利水电工程施工质量评定规程》(SL176-2007)；

《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18—2012)；

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》(SL62-2014)；

《土工试验规程》(SL237-1999)。

《土坝灌浆技术规范》（SL564-2014）；

《水电水利工程地质勘察规范》GB50487-2008；

《水利水电工程施工地质规程》SL313-2004；

（二）基础处理

1、开挖准备

（1）开工前施工单位必须根据施工图及有关规范规定，作出施工措施计划，报总监批准后才能进行开挖。

（2） 开工前施工单位必须通过监理工程师对开挖剖面实地放样成果进行复核，经总监批准后才能进行开挖。

（3）坝基开挖前必须先清除开挖范围内的全部树木、树根、杂草、垃圾、废渣以及监理工程师认为的其它有碍物。场地清理的范围要求离开挖边界或建筑物基础外侧5m的距离。清除物必须按监理工程师指定的弃渣场堆放。

（4） 大坝两岸岸坡开挖线以外应按监理工程师的指示开挖好山坡截水沟，防止雨水漫流冲刷边坡而造成滑坡。

2、开挖要求

（1）本工程开挖深度不大，不宜深孔爆破，坝基开挖应自上而下进行，不得采取自下而上的开挖方式。

建基面上1.5m以内的垂直面保护层可采用风钻逐层钻爆，装药量要严格控制。最后一层孔深不得超过50cm，对于软弱、破碎岩基，最后一层应留20～30cm的保护层，采用撬挖的方法开挖。

（2）基础开挖后表面因爆破震松（裂）的岩石、表面呈薄片状和尖角状的突出岩石、以及裂隙发育或具有水平裂隙的岩石均需采用人工清理干净。如岩块较大，应尽量采用挖机破碎头破碎，避免使用炸药爆破。如岩块过大，亦可用单孔小炮爆破。

（3） 大坝基础开挖要求起伏差不大、无反坡、无突起孤石、无树根、无松渣及松动石。对陡坎部位，应将顶部削成钝角或圆弧状，建基面要基本平整，裸露基岩。岩石开挖边坡应缓于1:0.5，土质开挖边坡应缓于1:1。

3、建基面要求及其缺陷处理

不同坝料对坝基开挖要求亦有所不同，详细阐述如下:

（1）大坝心墙部位是大坝基础开挖的重点，其基础要求置于强风化层下部～弱风化上部基岩上。松散岩层必须彻底清理干净，若遇断层、破碎带、软弱夹层等地质构造时，应根据产状、宽度、充填物性质、延伸长度，研究其处理措施，垂直水流向（平行坝轴线）构造，清挖深度应不小于其宽度的1.5倍，两侧清洗干净后用C20毛石砼（砼）回填，顺水流向构造贯穿坝基上下游，除按上述方式处理外，还可根据具体情况，对心墙上下部位适当扩挖加深，增设截水槽，将来配合帷幕灌浆处理，减小渗漏。

（2）反滤层、过渡层基础开挖要求与心墙基本相同，对不良地基处理无需采用毛石砼回填，要求清除充填物后采用垫层料回填并分层夯压密实，若难以彻底清除，应设置反滤层，先填筑夯压两层厚20cm的砂，再填筑垫层料。

（3）大坝堆石坝壳区建基面开挖：左岸基岩基本出露，堆石区只需清除表层松散层；右岸覆盖第四系较厚，堆石区清除表层腐殖土，建基面置于基岩上；河床部堆石区清除砂卵砾石层上部2.0m即可。基础开挖面应大致平整，与基准面高差控制在20cm以下（最高点与最低点相差小于40cm），便于堆石料填筑压实。

（4）在整个坝基的清基过程中，要求施工方及施工地质两方人员详细记录描述防渗体部位的坝基和岸坡岩面上的断层或构造破碎带，尤其是顺河流方向的断层、破碎带更要特别注意。在做好地质描述的同时，应及时提供给设计方修改补充完善原设计。

（5）河床及两岸坡基础开挖清理完后，如果基岩表面风化强烈或软弱夹层不易清除，应作好记录，绘制地质详图，并及时向监理工程师报告，与业主、监理、设计共同决定特殊处理的方法。根据具体情况，特殊处理的方法一般采用增加开挖、回填砼塞、埋设灌浆管和止浆片等。

（6）由于大坝高度为38.1m，在30m～100m之间,属于中坝。坝基已按《碾压式土石坝设计规范》（SL274-2001）的要求进行开挖，即大坝心墙、反滤层基础开挖至强风化层基岩下部～弱风化基岩上部；堆石区基础开挖至全～强风化基岩。

（三）粘土心墙施工

粘土心墙是坝体的防渗核心，其施工质量直接关系到坝体的安全和使用寿命。因此，在施工过程中应严格控制粘土的含水量、干密度等指标。

1、 碾压后的心墙粘土料控制指标为：心墙防渗土料以压实度和渗透系数为施工控制指标，压实度D≥96%，渗透系数k≤1.0×10-5cm/s，压实干密度ρd≥1.39g/cm3，最优含水率=35.6～35.8%，施工碾压的允许的含水量变幅为最优含水量-2%～+3%。

当土料发生明显变化时，另作分析试验。

2、当结合槽开挖合格，基岩清理干净，混凝土盖板表面的乳皮、油污等刷洗干净，并经验收后，方可铺填第一层土料。

3、铺粘土料前，底板砼表面，两岸山坡交接处均应涂刷浓粘土浆，粘土浆土水比为1:2.5～1:3.0（重量比）。涂刷粘土泥浆应边涂边铺土，严禁泥浆干固后铺土和压实。两岸泥浆涂刷高度宜略高于心墙铺土顶部高程，并应注意与下部涂层搭接。泥浆涂刷厚度不小于5mm。

4、心墙底部与混凝土底板接触处，按设计先填一层纯粘土，并精选土料。

5、心墙底部铺料，第一、二层每层厚20cm，用振动平碾静压8遍（单遍）。第三层可弱振压8遍（铺料厚度25cm），第四层即可正常碾压。第一层铺料必须精心施工，压实后应重点检查与混凝土底板结合情况，凡结合不良者必须返工处理。

6、土料铺料前，应尽量避免大量夹杂砾石带入，形成土体架空的现象。若铺料时夹杂砾石过多或块径偏大，应及时用人工或机械进行清除处理，待处理好后才能进行碾压。土料碾压宜优先采用22t振动平碾碾压6遍（单遍），结合面用自行式凸块碾刨毛2遍（含水量接近最优时碾压2遍），振动频率20～30HZ。

7 、心墙料碾压主要检测项目（应通过碾压试验复核）

（1）铺土料的含水量ω=35.6～35.8%，填土含水率控制在最优含水率-2%～+3%，当土料含水量偏高时或偏低时应采取相应的处理措施；

（2）铺土厚度一般为30cm（摊平厚度），最高点不得大于35cm。采用振动平碾碾压6遍碾，羊足碾碾压2遍碾。相邻两段交接带碾迹应彼此搭接，垂直碾压方向搭接带宽度应不小于0.4m，顺碾压方向应不小于1.2m。

（3）压实干密度ρd≥1.39g/cm3，压实度D≥96%，现场可用三点击实试验法测定压实度。由于土料压实干密度差异较大，施工时可采用干密度和压实度双控，严禁因干密度偏高而降低碾压参数。

8、心墙料铺土宜优先采用进占法，铺料应平行坝轴线，顺次进行。要做到算方上料，均匀卸料，以保证铺土平整，严禁超厚，心墙填筑应平起施工。严禁设置纵缝，若需设置横缝，其坡度不得小于1:3.0。高差不宜过大。

9、为保证层间结合良好，每层铺土前应有专人适量洒水。

10、心墙压实，应平行坝轴线进行，可采用进退错距法，行车速度不宜过快。铺压应设标记，以防漏压和欠压。与岸坡接合处1.5～2.0m范围内严禁使用凸块振动碾压实，并保证与坝体碾压搭接宽度不小于1.0m。

11、施工过程中，应重点控制土料开采方式（分层开挖，每层厚1.5～2.0m，严禁采用立面开挖，一次剥离完料场），铺土厚度、碾压遍数及含水量。

12、应尽量避免汽车横穿心墙运输坝料，不可避免时应按要求设置路口，并在铺填下一层土之前认真进行检查，发现层间结合不良和“弹簧”剪力破坏等现象时，必须处理后才可铺填新料。同时，对于机械或人工机械通过形成的干硬光面，也必须认真刨毛处理。

13、心墙的填筑与压实应连续进行，长时间停工应铺设保护层，降雨来临之前，应将已平整好尚未碾压的松土，用振动平碾快速碾压成光面。若因降雨导致含水量偏高不能使用，应清除重新上料。

14、心墙料与上下游过渡料、反滤料应平起施工，并应按规定顺序铺料，铺料的方式为先砂后土法，铺前应进行测量放线。

15、心墙压实检查每层取样2～3组，测定压实指标。干密度和压实度合格率不小于90%，不合格干密度和压实度不低于设计的98%。

三、粘土心墙堆石坝的管理措施

（一）建立健全质量管理体系

为确保粘土心墙堆石坝的建设质量，建立一套完善的质量管理体系。天生桥水库工程建设管理实行项目法人制，监理单位进行严格控制，施工单位提供质量保证，并接受政府的监督。各方明确各自的职责和权限，形成齐抓共管的良好局面。通过制定详细的质量管理计划和程序，确保每个施工环节都符合设计要求和质量标准。

（二）加强现场监控与检测

在施工过程中，现场监控与检测工作是不可或缺的。对粘土心墙的填筑质量、堆石料的压实度等关键指标进行实时监测和抽检。通过采用先进的检测设备和方法，确保数据的准确性和可靠性。一旦发现质量问题或隐患，立即采取措施进行整改，确保工程质量符合设计要求。

（三）做好安全生产管理

安全生产是工程建设的首要任务。在施工过程中，严格遵守安全生产法规和规范要求。通过加强现场安全教育和培训工作，提高施工人员的安全意识和操作技能。同时，定期对施工现场进行安全检查，及时发现并消除安全隐患。对于违反安全规定的行为，应严肃处理，确保施工现场的安全有序。

（四）加强后期维护与管理

粘土心墙堆石坝建成后，后期的维护与管理工作同样重要。定期对坝体进行巡查和监测，及时发现并处理裂缝、渗漏等问题。通过现场巡查以及采用监测技术和手段，如浸润孔和沉降位移桩提高监测的效率和准确性。同时，应做好坝体上下游的植被恢复和水土保持工作，防止水土流失和环境污染。此外，建立健全应急预案和救援机制，确保在紧急情况下能够迅速有效地应对。通过这些措施的实施，可以确保粘土心墙堆石坝的长期安全稳定运行。

结论：

粘土心墙堆石坝作为小型水库建设中常用的一种坝型，其施工与管理措施对于保证工程质量和安全至关重要。本文从基础处理和心墙填筑施工方法和管理措施两个方面入手，对粘土心墙堆石坝的建设进行了详细分析。通过加强施工过程中的质量控制和安全管理以及后期的维护与管理工作，有效提高粘土心墙堆石坝的建设质量和使用寿命。

参考文献：
[1]罗慧华. 粘性土渗透破坏及渗透劣化试验研究[J]. 山西水利,2022(6):37-39.

[2]杨海泉. 勐甸水库粘土心墙石碴坝设计与实践[J]. 商品与质量,2021(5):130-131.