工程施工 S M A LL HY DRO POWER 2010No1,
Total No151
土石坝土质防渗体施工质量控制
王林华(普洱市水利工程质量监督站 云南普洱 665000)
【摘 要】介绍土质防渗体的施工质量控制需从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行, 并提出了土石坝土质防渗体施工质量控制的具体要求。表2个。
【关键词】土石坝 土质防渗体 施工方法 质量控制
土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝, 是历史最为悠久的一种坝型。目前, 土石坝是世界土石坝一般由坝身、防渗体、分组成。, 来维持; , 防止渗透破排水设备的作用是安全地排除渗透水, 增强下游坝坡的稳定性; 而护坡的作用则是防止波浪、温度、雨水和水流等对坝坡的破坏。防渗体对土石坝的安全、功能起着决定性的作用, 在工程项目划分中将其划为主要分部工程。防渗体有土料、沥青混凝土、钢筋混凝土或其它人工材料等几种。土质防渗体的应用较为广泛。在工程施工中, 对土质防渗体的质量控制主要从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行。
塑限、压性、渗度等物理力学
, 质量指标如下(见表1) 。
表1 防渗土料质量指标
序号
123456789
项 目粘粒含量
塑性指数渗透系数有机质含量(按重量计) 水溶盐含量天然含水率PH 值紧密密度S iO 2/R
2O 3
质 量 指 标
15%～40%为宜
10～20
碾压后
1 料场复查
111 料场复查的内容
与最优含水率或塑限接近者为优
>7
宜大于天然密度
>2
料场复查主要是复查覆盖层或剥离层厚度、料层的地质变化及夹层的分布情况; 料场的分布、开采及运输条件; 料场的水文地质条件与汛期水位的关系。根据料场的施工场面、地下水位、土质情况、施工方法及施工机械可能开采的深度等因素, 复查料场的开采范围、占地面积、弃料数量以及可用土层厚度和有效储量; 进行必要的室内和现场试验, 核实坝料的物理力学性质及压实特性。112 防渗土料复查的要求
2 碾压试验
压实是控制碾压式土石坝施工质量的关键工
序, 由于土料的离散特性, 必须通过碾压试验确定压实参数。现场碾压试验是用施工单位可能取得的压实机械和选定料场的防渗土料, 在施工现场进行不同压实参数的坝料压实试验。压实参数包括机械参数和施工参数。当压实设备型号选定后, 机械参数已基本确定。施工参数有铺土厚度、碾压遍数、行车速度、粘性土的含水率等。碾压试验的目的是核实坝料设计填筑标准的合理性, 确定达到设计填筑标准的压实方法, 研究填筑工艺。
碾压试验时应记录使用的运输设备、卸料方式及铺料方法, 观察振动凸块碾压的工作状况, 有无粘碾、弹簧土、涌土、表面龟裂及压实后有无剪切破坏现象, 检查上下压实土层结合情况, 记录碾压
重点复查天然含水率及其随季节的变化情况、颗粒组成(砾质土应复查大于5mm 的粗粒含量和性质) 、土层情况、储量、覆盖层厚度和可开采土层的厚度; 复查最大干密度、最优含水率、砾质土的破碎率等压实特性; 复查天然干密度、比重、液・74・
小水电 2010年第1期(总第151期) 工程施工
前后的实际土层厚度。取样测定压实后的干密度、含水率、渗透系数、沉降量、压实度及颗粒级配。
碾压试验结束后需提供试验报告, 在报告中应提出设计标准的合理性, 与防渗土料相适应的压实机械和参数, 干密度控制范围, 达到设计标准的铺土厚度、碾压遍数、行车速度、错车方式、粘性土的含水率等施工参数, 上下压实土层结合情况及其处理措施, 进行铺土、整平、刨毛等施工措施与方法。
4 卸料及铺填
上坝土料的粘粒含量、含水率、土块直径、砾
质粘土的粗粒含量、最大粒径必须符合要求。防渗体土料应用进占法卸料, 汽车不应在已压实的土料面上行驶。汽车穿越防渗体路口段, 应经常更换位置, 不同填筑层路口段应交错布置, 对路口段超压土体应予以处理。土料的铺填应沿坝轴线方向进行, 及时平料, 均衡上升, 施工面平整, 层次清楚, 上下层分段位置错开, 。摊无粗粒集中, 边, 。铺土厚度(平, ) 允许偏差为-5～0cm , 采用网格控制, 每隔100m 2设1个测点。铺填边线允许偏差人工施工为-5～+10cm , 机械施工为-5～+30cm , 采用仪器测量及拉线, 每隔10m 设1个测点。铺土厚度和铺填边线每项应大于等于70%的测点在允许的偏差质量标准范围内测得的数值。
3 结合面处理
结合面处理是土质防渗体填筑的主要工序, 施工中必须严格控制施工质量。
截水槽回填必须在槽基处理完成, 除, 进行地质描述, 土应从低洼处开始, 水。015, 015m 以上时, 方可采用选定的压实机具和压实参数碾压。
防渗体与坝基结合部位, 对于粘性土、砾质土坝基, 应将表面含水率调整至施工含水率上限, 用振动凸块碾压实, 经验收后方可回填。对于无粘性土坝基, 应洒水压实, 经验收后方可回填, 第一层料的铺土厚度可适当减薄, 含水率调整至施工含水率上限, 采用轻型压实机具碾压。
防渗体与岸坡结合部位的填土宜选用粘性土, 其含水率应调整至施工含水率上限, 采用轻型压实机具薄层碾压, 局部碾压不到的边角部位使用小型机具压实, 严禁漏压或欠压。结合带碾压搭接宽度不应小于110m 。对出现“爬坡、脱空”现象的填土, 应将其挖除。结合带碾压取样合格后方可继续铺填土料, 铺料前压实合格面应洒水或刨毛。
防渗体与混凝土面或岩石面结合部位填土前, 混凝土表面的乳皮、粉尘及其上附着物必须清除干净, 填土时应洒水湿润, 并边涂刷浓泥浆、边铺土、边夯实, 泥浆涂刷高度必须与铺土厚度一致, 并应与下部涂层衔接, 严禁泥浆干涸后铺土和压实。填土含水率控制在大于最优含水率1%～3%, 并用轻型碾压机械碾压, 待厚度在015～110m 以上时方可采用选定的压实机具和压实参数碾压。填土与混凝土面、岸坡岩石面脱开时必须予以清除。
上下层铺土间结合层面禁止撒入砂砾、杂物以及车辆在层面上重复碾压。表面松土、砂砾及其它杂物应彻底清除, 湿润均匀, 无积水、无空白, 刨毛深度、密度符合要求, 无团块。
5 压 实
压实是土质防渗体填筑的另一个主要工序。防渗体是坝体组成的关键部位, 要求填土应具有较小的渗透系数、较低的压缩系数、较高的抗剪强度以及对不均匀变形有较强的适应能力, 而这些指标又主要取决于土料的压实标准———施工含水率、压实干密度或压实度。511 防渗体碾压
严格按照碾压试验确定的压实参数和操作规程施工。土料宜采用振动凸块碾压实, 碾压应沿坝轴线方向进行。如特殊部位只能垂直坝轴线方向碾压时, 在铺料和碾压过程中, 质检人员应现场监视, 严禁铺料超厚、漏压或欠压。防渗体分段碾压时, 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013～0
15m , 顺碾压方向搭接带宽度应为1～115m 。心墙应同上下游反滤料及部分坝壳料平起填筑, 跨缝碾压, 宜采用先填反滤料后填土料的平起填筑法施工。如防渗体填筑过程中出现“弹簧”、层间光面、松土层、干土层、粗粒富集层或剪切破坏等, 应根据具体情况认真处理, 并经验收后铺填新土。512 含水率控制
施工过程中应经常检查所取土料的土质情况、
・75・
工程施工 S M A LL HY DRO POWER 2010No1, 土块大小、杂质含量和含水率是否符合要求, 其中含水率的检查和控制尤为重要。土料的含水率是影响其压实效果的重要因素之一。水在被压实的土粒间起着一种润滑作用, 使土粒间相互移动的阻力(粘结力与摩擦力) 减少。如果土料的含水率很小, 不足以产生润滑作用, 压实机具就必须消耗较大的功来克服土粒间相互移动的阻力, 这样就得不到较高的压实效果。相反, 如果土料的含水率过大, 虽然润滑作用得到增强, 土粒间相互移动的阻力有所降低, 但稍经压实, 含水即已饱和。由于饱和水承受了中和压力, 这时压实机具施加的外力不能全部传到土粒上, 使土料所承受的有效压力降低, 因此也得不到较高的压实效果。或过低, 。
筑部位、, 控制在最优含水率的-2+3%偏差范围内。同时, 填筑含水率上限值应不影响压实和运输机械的正常运行, 施工期间土体内产生的孔隙压力不影响坝坡的稳定, 在压实过程中不产生剪切破坏; 填筑含水率下限值在填土浸水后不致产生大量的附加沉降使坝顶高程不满足设计要求、坝体发生裂缝以及在水压力作用下不产生水力劈裂等, 不致产生松土层而难以压实。以上所说的最优含水率是指施工最优含水率, 是指在确定的压实机具下, 为达到土料设计干密度而消耗于单位体积填土的压实功能最小时的含水率。防渗土料的含水率高于或低于施工含水率的上下限值时, 需进行含水率调整的工艺试验。
在料场规划时, 应优先选用土质均匀、含水率适当的料场, 并考虑将天然含水率较高的料场用于干燥季节, 天然含水率较低的料场用于多雨潮湿或低温季节。当料场在土料天然含水率接近或小于控制含水率下限时宜采用立面开采, 以减少含水率损失; 如天然含水率偏大, 宜采用平面开采, 分层取土。513 压实干密度防渗体碾压后的干密度或压实度的合格率不小于90%, 不合格样不得集中, 最小值不低于设计干密度或压实度的98%。514 取样试验
防渗体填筑时, 经取样检查压实合格后, 方可继续铺土填筑, 否则应进行补压, 补压后重新取样检查。补压无效时, 应分析原因, 进行处理。施工中应绘制取样位置图, 对边角夯实部位和碾压面进・76・
Total
No151
行区分, 以便统计分析。取样试验的检查项目和检测次数如下(见表2) 。
表2 坝体压实检查
坝料类别及部位粘性土砾质土
边角夯实部位
碾压面
检查项目干密度、含水率
检测次数
2～3次/层1次/100～200m 3
边角夯实部位干密度、含水率、大2～3次/层碾压面于5mm 的砾石含量3
6 , 所有接缝
, 15m 。接缝坡面润湿、刨毛, 保证接合质量。填土含水率宜在施工含水率的上限, 铺土均匀, 表面平整, 无团块集中, 无风干, 碾压层平整密实, 无拉裂和起皮现象, 压实合格率不小于90%。填土干密度及含水率检测每隔10m 取试样1个, 如1层达不到20个试样, 可多层累计统计合格率, 但每层不得少于3个试样。
7 结 语
防渗体对土石坝的安全、功能起着决定性的作用, 在工程项目划分中将其划为主要分部工程。在工程施工中, 只有对土质防渗体从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行严格控制, 才能使施工质量处于受控状态。参考文献:
[1] S L274—2001, 碾压式土石坝设计规范[S].[2] D L/T 5129—2001, 碾压式土石坝施工规范[S].[3] S L176—2007, 水利水电工程施工质量检验与评定规程
[S].[4] S L251—2001, 水利水电工程天然建筑材料勘察规程
[S].[5] S L38—92, 水利水电基本建设工程单元工程质量等级
评定标准(七) [S].[6] 水利水电工程质量监控与通病防治[M].北京:中国环
境科学出版社,1999. [7] 天津大学. 水工建筑物[M ].北京:水利电力出版社,
1992.
■
王林华(1971-) , 男, 工程师, 主要从事水利水电工程地质勘察和质量监督工作。
责任编辑 吴 昊
工程施工 S M A LL HY DRO POWER 2010No1,
Total No151
土石坝土质防渗体施工质量控制
王林华(普洱市水利工程质量监督站 云南普洱 665000)
【摘 要】介绍土质防渗体的施工质量控制需从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行, 并提出了土石坝土质防渗体施工质量控制的具体要求。表2个。
【关键词】土石坝 土质防渗体 施工方法 质量控制
土石坝是指由土、石料等当地材料建成的坝, 是历史最为悠久的一种坝型。目前, 土石坝是世界土石坝一般由坝身、防渗体、分组成。, 来维持; , 防止渗透破排水设备的作用是安全地排除渗透水, 增强下游坝坡的稳定性; 而护坡的作用则是防止波浪、温度、雨水和水流等对坝坡的破坏。防渗体对土石坝的安全、功能起着决定性的作用, 在工程项目划分中将其划为主要分部工程。防渗体有土料、沥青混凝土、钢筋混凝土或其它人工材料等几种。土质防渗体的应用较为广泛。在工程施工中, 对土质防渗体的质量控制主要从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行。
塑限、压性、渗度等物理力学
, 质量指标如下(见表1) 。
表1 防渗土料质量指标
序号
123456789
项 目粘粒含量
塑性指数渗透系数有机质含量(按重量计) 水溶盐含量天然含水率PH 值紧密密度S iO 2/R
2O 3
质 量 指 标
15%～40%为宜
10～20
碾压后
1 料场复查
111 料场复查的内容
与最优含水率或塑限接近者为优
>7
宜大于天然密度
>2
料场复查主要是复查覆盖层或剥离层厚度、料层的地质变化及夹层的分布情况; 料场的分布、开采及运输条件; 料场的水文地质条件与汛期水位的关系。根据料场的施工场面、地下水位、土质情况、施工方法及施工机械可能开采的深度等因素, 复查料场的开采范围、占地面积、弃料数量以及可用土层厚度和有效储量; 进行必要的室内和现场试验, 核实坝料的物理力学性质及压实特性。112 防渗土料复查的要求
2 碾压试验
压实是控制碾压式土石坝施工质量的关键工
序, 由于土料的离散特性, 必须通过碾压试验确定压实参数。现场碾压试验是用施工单位可能取得的压实机械和选定料场的防渗土料, 在施工现场进行不同压实参数的坝料压实试验。压实参数包括机械参数和施工参数。当压实设备型号选定后, 机械参数已基本确定。施工参数有铺土厚度、碾压遍数、行车速度、粘性土的含水率等。碾压试验的目的是核实坝料设计填筑标准的合理性, 确定达到设计填筑标准的压实方法, 研究填筑工艺。
碾压试验时应记录使用的运输设备、卸料方式及铺料方法, 观察振动凸块碾压的工作状况, 有无粘碾、弹簧土、涌土、表面龟裂及压实后有无剪切破坏现象, 检查上下压实土层结合情况, 记录碾压
重点复查天然含水率及其随季节的变化情况、颗粒组成(砾质土应复查大于5mm 的粗粒含量和性质) 、土层情况、储量、覆盖层厚度和可开采土层的厚度; 复查最大干密度、最优含水率、砾质土的破碎率等压实特性; 复查天然干密度、比重、液・74・
小水电 2010年第1期(总第151期) 工程施工
前后的实际土层厚度。取样测定压实后的干密度、含水率、渗透系数、沉降量、压实度及颗粒级配。
碾压试验结束后需提供试验报告, 在报告中应提出设计标准的合理性, 与防渗土料相适应的压实机械和参数, 干密度控制范围, 达到设计标准的铺土厚度、碾压遍数、行车速度、错车方式、粘性土的含水率等施工参数, 上下压实土层结合情况及其处理措施, 进行铺土、整平、刨毛等施工措施与方法。
4 卸料及铺填
上坝土料的粘粒含量、含水率、土块直径、砾
质粘土的粗粒含量、最大粒径必须符合要求。防渗体土料应用进占法卸料, 汽车不应在已压实的土料面上行驶。汽车穿越防渗体路口段, 应经常更换位置, 不同填筑层路口段应交错布置, 对路口段超压土体应予以处理。土料的铺填应沿坝轴线方向进行, 及时平料, 均衡上升, 施工面平整, 层次清楚, 上下层分段位置错开, 。摊无粗粒集中, 边, 。铺土厚度(平, ) 允许偏差为-5～0cm , 采用网格控制, 每隔100m 2设1个测点。铺填边线允许偏差人工施工为-5～+10cm , 机械施工为-5～+30cm , 采用仪器测量及拉线, 每隔10m 设1个测点。铺土厚度和铺填边线每项应大于等于70%的测点在允许的偏差质量标准范围内测得的数值。
3 结合面处理
结合面处理是土质防渗体填筑的主要工序, 施工中必须严格控制施工质量。
截水槽回填必须在槽基处理完成, 除, 进行地质描述, 土应从低洼处开始, 水。015, 015m 以上时, 方可采用选定的压实机具和压实参数碾压。
防渗体与坝基结合部位, 对于粘性土、砾质土坝基, 应将表面含水率调整至施工含水率上限, 用振动凸块碾压实, 经验收后方可回填。对于无粘性土坝基, 应洒水压实, 经验收后方可回填, 第一层料的铺土厚度可适当减薄, 含水率调整至施工含水率上限, 采用轻型压实机具碾压。
防渗体与岸坡结合部位的填土宜选用粘性土, 其含水率应调整至施工含水率上限, 采用轻型压实机具薄层碾压, 局部碾压不到的边角部位使用小型机具压实, 严禁漏压或欠压。结合带碾压搭接宽度不应小于110m 。对出现“爬坡、脱空”现象的填土, 应将其挖除。结合带碾压取样合格后方可继续铺填土料, 铺料前压实合格面应洒水或刨毛。
防渗体与混凝土面或岩石面结合部位填土前, 混凝土表面的乳皮、粉尘及其上附着物必须清除干净, 填土时应洒水湿润, 并边涂刷浓泥浆、边铺土、边夯实, 泥浆涂刷高度必须与铺土厚度一致, 并应与下部涂层衔接, 严禁泥浆干涸后铺土和压实。填土含水率控制在大于最优含水率1%～3%, 并用轻型碾压机械碾压, 待厚度在015～110m 以上时方可采用选定的压实机具和压实参数碾压。填土与混凝土面、岸坡岩石面脱开时必须予以清除。
上下层铺土间结合层面禁止撒入砂砾、杂物以及车辆在层面上重复碾压。表面松土、砂砾及其它杂物应彻底清除, 湿润均匀, 无积水、无空白, 刨毛深度、密度符合要求, 无团块。
5 压 实
压实是土质防渗体填筑的另一个主要工序。防渗体是坝体组成的关键部位, 要求填土应具有较小的渗透系数、较低的压缩系数、较高的抗剪强度以及对不均匀变形有较强的适应能力, 而这些指标又主要取决于土料的压实标准———施工含水率、压实干密度或压实度。511 防渗体碾压
严格按照碾压试验确定的压实参数和操作规程施工。土料宜采用振动凸块碾压实, 碾压应沿坝轴线方向进行。如特殊部位只能垂直坝轴线方向碾压时, 在铺料和碾压过程中, 质检人员应现场监视, 严禁铺料超厚、漏压或欠压。防渗体分段碾压时, 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013～0
15m , 顺碾压方向搭接带宽度应为1～115m 。心墙应同上下游反滤料及部分坝壳料平起填筑, 跨缝碾压, 宜采用先填反滤料后填土料的平起填筑法施工。如防渗体填筑过程中出现“弹簧”、层间光面、松土层、干土层、粗粒富集层或剪切破坏等, 应根据具体情况认真处理, 并经验收后铺填新土。512 含水率控制
施工过程中应经常检查所取土料的土质情况、
・75・
工程施工 S M A LL HY DRO POWER 2010No1, 土块大小、杂质含量和含水率是否符合要求, 其中含水率的检查和控制尤为重要。土料的含水率是影响其压实效果的重要因素之一。水在被压实的土粒间起着一种润滑作用, 使土粒间相互移动的阻力(粘结力与摩擦力) 减少。如果土料的含水率很小, 不足以产生润滑作用, 压实机具就必须消耗较大的功来克服土粒间相互移动的阻力, 这样就得不到较高的压实效果。相反, 如果土料的含水率过大, 虽然润滑作用得到增强, 土粒间相互移动的阻力有所降低, 但稍经压实, 含水即已饱和。由于饱和水承受了中和压力, 这时压实机具施加的外力不能全部传到土粒上, 使土料所承受的有效压力降低, 因此也得不到较高的压实效果。或过低, 。
筑部位、, 控制在最优含水率的-2+3%偏差范围内。同时, 填筑含水率上限值应不影响压实和运输机械的正常运行, 施工期间土体内产生的孔隙压力不影响坝坡的稳定, 在压实过程中不产生剪切破坏; 填筑含水率下限值在填土浸水后不致产生大量的附加沉降使坝顶高程不满足设计要求、坝体发生裂缝以及在水压力作用下不产生水力劈裂等, 不致产生松土层而难以压实。以上所说的最优含水率是指施工最优含水率, 是指在确定的压实机具下, 为达到土料设计干密度而消耗于单位体积填土的压实功能最小时的含水率。防渗土料的含水率高于或低于施工含水率的上下限值时, 需进行含水率调整的工艺试验。
在料场规划时, 应优先选用土质均匀、含水率适当的料场, 并考虑将天然含水率较高的料场用于干燥季节, 天然含水率较低的料场用于多雨潮湿或低温季节。当料场在土料天然含水率接近或小于控制含水率下限时宜采用立面开采, 以减少含水率损失; 如天然含水率偏大, 宜采用平面开采, 分层取土。513 压实干密度防渗体碾压后的干密度或压实度的合格率不小于90%, 不合格样不得集中, 最小值不低于设计干密度或压实度的98%。514 取样试验
防渗体填筑时, 经取样检查压实合格后, 方可继续铺土填筑, 否则应进行补压, 补压后重新取样检查。补压无效时, 应分析原因, 进行处理。施工中应绘制取样位置图, 对边角夯实部位和碾压面进・76・
Total
No151
行区分, 以便统计分析。取样试验的检查项目和检测次数如下(见表2) 。
表2 坝体压实检查
坝料类别及部位粘性土砾质土
边角夯实部位
碾压面
检查项目干密度、含水率
检测次数
2～3次/层1次/100～200m 3
边角夯实部位干密度、含水率、大2～3次/层碾压面于5mm 的砾石含量3
6 , 所有接缝
, 15m 。接缝坡面润湿、刨毛, 保证接合质量。填土含水率宜在施工含水率的上限, 铺土均匀, 表面平整, 无团块集中, 无风干, 碾压层平整密实, 无拉裂和起皮现象, 压实合格率不小于90%。填土干密度及含水率检测每隔10m 取试样1个, 如1层达不到20个试样, 可多层累计统计合格率, 但每层不得少于3个试样。
7 结 语
防渗体对土石坝的安全、功能起着决定性的作用, 在工程项目划分中将其划为主要分部工程。在工程施工中, 只有对土质防渗体从料场复查、碾压试验、结合面处理、卸料及铺填、压实和接缝处理等方面进行严格控制, 才能使施工质量处于受控状态。参考文献:
[1] S L274—2001, 碾压式土石坝设计规范[S].[2] D L/T 5129—2001, 碾压式土石坝施工规范[S].[3] S L176—2007, 水利水电工程施工质量检验与评定规程
[S].[4] S L251—2001, 水利水电工程天然建筑材料勘察规程
[S].[5] S L38—92, 水利水电基本建设工程单元工程质量等级
评定标准(七) [S].[6] 水利水电工程质量监控与通病防治[M].北京:中国环
境科学出版社,1999. [7] 天津大学. 水工建筑物[M ].北京:水利电力出版社,
1992.
■
王林华(1971-) , 男, 工程师, 主要从事水利水电工程地质勘察和质量监督工作。
责任编辑 吴 昊