高水頭防滲土料填築施工工法

《高水頭防滲土料填築施工工法》是中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是馮小明、趙純迪、劉劍、尚詩濤、季建兵、楊偉；該工法適用於庫底高水頭防滲土料填築的施工。

《高水頭防滲土料填築施工工法》主要的工法特點是：施工中土料運輸車必須在填築面上行走；防滲土料填築採用後退法進料；碾壓機械行走方向不受限制；防滲土料內部設有接地網等埋件；填築施工對縱橫接縫面處理要求高，對水平層間接合面處理要求相對較低；採用預留寬度隔層碾壓法施工。

2009年10月19日，《高水頭防滲土料填築施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：高水頭防滲土料填築施工工法
• 工法編號：GJEJGF199-2008
• 完成單位：中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司
• 完成人：馮小明、趙純迪、劉劍、尚詩濤、季建兵、楊偉
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2007-2008年度）

形成原因

抽水蓄能電站上水庫庫底一般採用瀝青混凝土防滲，河南國網寶泉抽水蓄能電站上庫為中國國內首次使用黏土防滲的水庫，防滲土料水頭較高，高度為41.6米，此種工況下防滲土料填築無成熟的施工工法。庫底高水頭防滲土料填築施工與土石壩黏土防滲體施工相比，存在施工平面縱橫方向尺寸長、面積大、平面分區多、縱橫向接縫多；土料邊緣與庫岸（含壩體迎水面）結合部因受岸坡防滲體影響不能使用重型機械且施工時段與中部有一定間隔；滲流方向為上下垂直式等特點，故其施工程式和方法必然與大壩防滲體施工有一定的區別。

中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司在河南寶泉抽水蓄能電站上庫施工實踐中，不斷總結最佳化施工布置、工藝參數形成了《高水頭防滲土料填築施工工法》。

工法特點

《高水頭防滲土料填築施工工法》的特點有：

1.施工中工作面附近無堆石料、過渡料等作為車輛運行通道，土料運輸車必須在填築面上行走。

2.防滲土料填築採用後退法進料（土石壩黏土填築一般採用進占法進料）。

3.碾壓機械行走方向不受限制（壩體施工要求平行壩軸線）。

4.防滲土料內部設有接地網等埋件。

5.填築施工對縱橫接縫面處理要求高，對水平層間接合面處理要求相對較低。

6.庫底周邊與庫岸防滲體結合部採用預留寬度隔層碾壓法施工。

操作原理

適用範圍

《高水頭防滲土料填築施工工法》適用於庫底高水頭防滲土料填築的施工。

技術理論

《高水頭防滲土料填築施工工法》的工藝原理是：

根據設計要求的各項技術指標通過碾壓試驗取得施工參數後，利用相應的施工設備對防滲土料進行運輸、攤鋪、整平和碾壓，使其達到各項設計指標的要求；同時根據防滲土料主要是水平防滲，滲流方向為由上向下的特點，有針對性地提高縱橫接縫面的處理質量，既保證工程質量滿足庫底防滲要求，又合理利用資源，降低成本，縮短工期。

施工工藝

• 工藝流程

《高水頭防滲土料填築施工工法》的施工工藝流程見圖1。

圖1 防滲土料填築施工工藝流程圖

操作要點

《高水頭防滲土料填築施工工法》的操作要點如下：

一、料源材質復檢與碾壓試驗

（一）在進行填築施工前，應先對料場土料源進行抽樣試驗，檢測其滲透係數、黏粒含量、液限、塑限、有機質含量等指標是否符合設計要求，只有土料各項指標均符合要求，方可進行下道工序作業，否則提交監理或設計單位研究。

（二）原材料復檢合格後，需對土料進行擊實試驗，求出土料的最優含水率與最大幹密度。

（三）根據擊實試驗求出的最優含水率、最大幹密度及設計技術要求，採用逐步收斂法進行碾壓試驗，獲得施工所需的鋪土厚度、碾壓機械型號及碾壓遍數等施工參數，編制碾壓試驗報告和施工技術方案並向監理報批。

二、基礎面驗收與填築面處理

在土料填筑前，應進行基礎面驗收，並對本次驗收的範圍進行標識，便於填築施工時對邊界進行控制；如果需填築的面是已完成的上一次黏土，尚應對填築面和接縫面進行刨毛、灑水等處理，直到驗收合格後方可進行黏土填築施工。

三、料源開採、進料、卸料與攤鋪

（一）在料源正式開採前，應進行料源含水量檢測，當含水率符合要求方可開採使用，如果含水率不符合要求，應在料場進行含水率的調整直到符合要求；原則上不允許在填築面進行大量的含水率調整。

（二）由於黏土含水率相對較大（一般在17%~23%），松鋪後重型自卸車不能行走，該工法採用後退法進料，防滲土料填築施工運料車輛不可避免地要行駛在已碾壓好的黏土面上，為了不使碾壓好的黏土被破壞，施工前必須對黏土鋪蓋面施工道路進行規劃並嚴格執行，儘可能使道路平面位置經常變換，避免同一部位黏土因受運輸車輛過壓造成破壞，對於已破壞的部位，必須進行挖除處理。

（三）採用後退法進料，必須安排專人指揮卸車，以保證料堆攤鋪後厚度基本滿足要求，減少補料或削麵時間。攤鋪整平黏土採用推土機和平地機聯合作業，保證表面平整度符合規範要求。

（四）為了有效防止車輛下陷，入庫土料含水率儘可能接近設計要求的下限。

（五）採用測量法控制攤鋪層厚，應採用定點測量的方法：即在黏土上料前，先在基面上布置層厚控制點並測量其高程，鋪料完成後再次測量原控制點高程，從而計算出松鋪層厚。

（六）在進行鋪蓋與庫岸防滲體結合部施工時，泥漿的塗刷高度和進度應與鋪層厚度和進度相一致，不可高塗和超前塗刷，避免泥漿在黏土覆蓋前乾燥。

四、碾壓與局部處理

（一）雖然填築施工碾壓方向不受限制，但為了提高工效，應儘可能平行於長邊方向碾壓。

（二）碾壓必須嚴格按試驗確定的施工參數進行（碾重、行進速度、激振力與振動頻率、碾壓遍數等），嚴禁減少碾壓遍數、漏碾和過壓。

（三）庫岸防滲體結合部和斷面狹小部位，應按確定的施工方案和試驗參數採用小型或輕型碾壓設備進行碾壓，既要保證黏土壓實度符合設計要求，又要防止破壞庫岸防滲體；一般在碾壓與庫岸防滲體結合部黏土時，碾壓機械邊緣與庫岸應留出一定的距離（一般10~20厘米），防止碾壓機械破壞庫岸防滲體，留出的未碾壓區在第二層填築時隔層碾壓。

（四）防滲土料分段碾壓時，相鄰兩段交界帶碾跡應彼此搭接，垂直碾壓方向搭接頻寬度應不小於0.3~0.5米；順碾壓方向搭接頻寬度應為1~1.5米。

（五）結合處土料碾壓後若因側向位移，出現“爬坡、脫空”現象，應將其挖除。

（六）如在填築過程中出現“彈簧”、層間光面、鬆土層、乾土層、粗粒富集層或剪下破壞等，應根據具體情況進行處理，並經驗收合格後，方準鋪填新土。

五、碾壓後試驗檢測

每層黏土填築碾壓完成後，應按規範和設計要求進行成品試驗檢測，包括壓實度和原位滲透係數等，當各項技術指標檢測結果滿足設計要求後，本層填築結束，否則需進行處理。

六、接坡面與層間結合面的處理

（一）對於分區填築的防滲土料，各分區的邊緣應留設接坡面，所有接坡面應不陡於1:3，嚴禁採用台階法接坡。

（二）所有接縫坡面必須碾壓密實，在進行下一填築區施工前對接縫面壓實度和含水率進行複測，滿足要求後，方可進行下道工序施工。

（三）在下一填築區鋪料前，接縫坡面必須進行刨毛和灑水處理，確保接縫面新老黏土結合良好，防止形成滲水通道。

（四）由於防滲土料滲流方向是由上向下，故層間結合面可適當降低要求，在保證壓實度和含水率滿足要求的前提下，可不進行刨毛處理，但在鋪料前需對表面進行適當灑水。

（五）土料填築應連續作業，如因故短時間停工，其表面土層應灑水濕潤，保持含水率在控制範圍之內。如需長時間停工，則應在表面鋪設保護層，復工時將保護層清除，經驗收合格後方可恢復施工。

七、庫底接地網的埋設

在庫底防滲土料中，一般設有接地網（接地扁鋼），由於填築施工機械高度集中且車流量較大，在填築好的黏土面直接鋪設接地網很容易被破壞，因此施工時應將黏土填築到比接地網設計高程高的位置（一般高一層約0.3米）後，再在已碾壓完成的黏土面開槽鋪設接地網，待接地網檢查驗收合格後將所開槽用黏土填平並碾壓密實。回填黏土時應使填築的槽面範圍內黏土略高於填築面（一般高5~8厘米），然後用碾壓設備騎縫（槽）碾壓。鋪蓋內接地網施工方法見圖2。

圖2 接地網施工方法示意圖

材料設備

《高水頭防滲土料填築施工工法》採用的機具設備見表1。

質量控制

施工企業採用《高水頭防滲土料填築施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應採取的質量控制要求如下：

工程質量控制標準

由於庫底黏土鋪蓋厚度及所用土料本身的性能各不相同，且2007年之前中國國內尚無專門的黏土鋪蓋施工質量規範，因此該工程防滲土料填築施工質量控制標準暫按《碾壓式土石壩施工規範》DL/T 5129-2001和具體工程設計質量標準進行。

工程質量保證措施

1.嚴把料源質量關：在黏土鋪蓋施工前，先對料源進行原材料性能複測，材質滿足設計要求後，方可進行下一步施工。

2.嚴格控制開採料質量：由於黏土料是典型的非均質體，雖然總體料源材質滿足設計要求，但料源場地各部位、不同開採時段和深度的含水率、含石量等均有所不同，在開採時，必須隨時檢測開採區土料的含水率和含石量，確保運入工作面的土料符合設計要求，對不符合要求的土料必須進行處理。

3.嚴格控制土料松鋪層厚：採用定點測量法對土料松鋪層厚進行控制，在層厚允許偏差滿足設計和規範要求的情況下，施工控制儘量遵循“寧薄不厚”的原則。

4.嚴格控制含水率：在料源開採時控制含水率後，在施工現場仍應加強含水率檢測和控制，每一層土料用後退法完成進料後，在攤鋪前再次進行含水率檢測，符合要求後立即進行土料攤鋪和碾壓；如不符合要求，需在攤鋪碾壓前進行含水量調整直至符合要求。

5.嚴格碾壓過程的質量控制：施工中安排專人巡視檢查碾壓機具型號和碾壓遍數等，對錯距法碾壓則不定時對錯距寬度進行檢測，防止漏碾、欠碾和過碾。

6.嚴格接縫面處理質量檢查：對黏土鋪蓋而言，所有接縫面都是滲流薄弱面，必須嚴格按規範要求進行處理，施工中嚴格按“處理→驗收→鋪料→碾壓→檢測→驗收”的程式執行。

7.加強邊角部位的檢查：由於邊角部位使用液壓夯板機進行夯實，其施工控制不能用簡單的設備型號和夯實遍數、夯實時間等進行控制，必須加強對已夯實部位的成品質量檢查，只有經檢查質量滿足規範和設計要求後，方可進行下道工序施工。

8.加強與庫岸防滲體結合部的檢查：與庫岸防滲體結合部既要保證黏土本身碾壓質量符合設計要求，又要保證不破壞庫岸防滲體，施工中嚴禁攤鋪、碾壓等重型設備接觸庫岸。一旦發現防滲體被破壞，必須及時進行修補。

9.加強成品質量檢測：對所有已完成的防滲體，必須嚴格按規範和設計要求的頻率進行成品質量檢測，只有最終檢測結果滿足要求後，方可進行本工序驗收和下道工序作業。

10.加強對成品的保護：由於採用後退法施工，土料運輸車等重型設備全部從已完成的填築面行走，為了防止對成品造成破壞，必須對黏土運輸車的運行線路進行規劃，不斷變換車輛行駛線路，防止對成品黏土造成過壓破壞，對於已過壓破壞的部位，必須進行挖除處理。

安全措施

施工企業採用《高水頭防滲土料填築施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.認真貫徹“安全第一、預防為主”的方針，根據國家有關規定、條例，結合工程實際組建安全管理機構，制定安全管理制度，加強安全檢查。

2.進行危險源的辨識和預知活動，加強對所有作業人員和管理人員的安全教育。

3.加強對所有駕駛員和重機操作手等特殊工種人員的教育和考核，所有機械操作人員必須持證上崗。

4.嚴格車輛和設備的檢查保養，嚴禁機械設備帶病作業和超負荷運轉。

5.加強道路維護和保養，設立各種道路指示標識，保證行車安全。

6.加強現場指揮，遵守機械操作規程。

環保措施

施工企業採用《高水頭防滲土料填築施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.對開挖、交通運輸車輛、推土機和挖掘機等重型施工機械排放廢氣造成污染的大氣污染源，採取必要的防治措施，做到施工區的大氣污染物排放滿足《大氣污染物綜合排放標準》GB 16297-1996二級標準要求。

2.該工法施工車輛多，運行中容易揚塵，必須加強對路面和施工工作面的灑水，控制揚塵污染。施工期間應遵守《環境空氣品質標準》GB 3095-1996的二級標準；保證在施工場界及敏感受體附近的總懸浮顆粒物（TSP）的濃度值控制在其標準值內。

3.所有運輸車輛必須加掛後擋板，防止黏土運輸途中土塊沿路灑落。

4.加強路面維護，疏通路邊排水溝，防止雨天路面積水和污水橫流。

5.加強設備維護保養，所有設備保持消聲設施完好，降低噪聲污染。

6.設備維修和更換機油時，必須開到地槽處或下部做好墊護，防止機油等廢液污染土壤。

7.做好開採料場的規劃和水土保持，防止水土流失。

8.對不合格的廢棄料按規劃妥善處理，嚴禁隨意亂堆放，防止環境污染。

9.做好施工現場各種垃圾的回收和處理，嚴格垃圾亂丟亂放，影響環境衛生。

效益分析

中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司採用《高水頭防滲土料填築施工工法》施工的效益有：

該工法與傳統的（土石壩）防滲土料填築施工工法相比，主要區別有三點：一是採用後退法進料，解決了大噸位（20噸以上）自卸車運輸土料入場陷車問題；二是針對庫岸防滲體與庫底黏土鋪蓋結合部容易被碾壓設備破壞的實際採用輕型振動碾（10噸以下）隔層靜壓的方法；三是採用黏土超填開槽鋪設接地網等埋件措施。這三項措施的改進，不僅加快了工程進度，縮短了工期，而且確保了接地網等埋件質量，提高了挖裝和推平設備的使用率，節約了工程成本。

套用實例

中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司採用《高水頭防滲土料填築施工工法》的套用實例如下：

一、工程概況

河南國網寶泉抽水蓄能電站是一座日調節純抽水蓄能電站，總裝機容量為1200兆瓦，位於河南省新鄉市境內。電站樞紐包括上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群和地面開關站等，工程總投資約47億元。其中上庫工程為庫岸瀝青、庫底黏土鋪蓋複合防滲結構。庫岸邊坡1:1.7，黏土防滲體厚度4.5米（周邊與庫岸防滲體結合部厚度7.5米），在防滲土料頂面以下1米平面布置50×50米扁鋼接地網。

根據設計規劃，上庫黏土填築總量約65萬立方米，料源地距工地約8千米，施工道路為腳踏車道泥結石路面，施工工期為2006年4月至2007年11月，其中每年6月~9月為汛期，12月~次年2月為冰凍期，均不能施工，淨施工工期約10個月，平均月填築強度6.5萬立方米。

二、黏土填築施工情況

（一）工程質量標準及施工參數

1.按照設計要求，寶泉工程黏土填築質量標準為：庫底中部壓實度不低於98%，滲透係數小於10-5厘米/秒，粒徑大於5毫米的顆粒含量不超過30%，最大粒徑不超過150毫米，施工允許含水率範圍為最優含水率的—2%~十3%；庫底周邊與庫岸防滲體結合部2米寬度範圍要求壓實度大於90%，粒徑大於5毫米的顆粒含量不超過20%，最大粒徑不超過50毫米，施工允許含水率範圍為最優含水率的＋1%~＋3%。

2.通過擊實試驗，獲得黏土料源最優含水率為20.8%，最大幹密度為1.67克/立方厘米。經多次料場抽樣檢測，黏土天然含水率在19%~23%之間，基本符合設計允許的施工含水率範圍。

3.通過碾壓試驗，獲得如下施工參數

a.庫底中部黏土填築施工：20~40噸自卸車後退法進料，推土機攤鋪，平地機整平；黏土松鋪厚度35厘米，含水率按天然含水率（19%~23%）控制；英格索蘭SD-150D型振動壓路機（凸塊碾）全振法碾壓8遍，振動碾行走速度控制在2千米/小時以內。

b.庫底周邊與庫岸防滲體結合部黏土填築施工：15噸自卸車後退法進料，人工配合反鏟攤鋪整平；黏土松鋪厚度20厘米，含水率按最優含水率的+1%~十3%控制；庫岸防滲體與黏土接觸部位人工塗刷1:2.5泥漿；英格索蘭SD-100D型振動壓路機（碾自重10噸）靜壓8遍（壓實度達到93%以上），振動碾行走速度控制在2千米/小時以內；每層碾壓時靠庫岸側留出10~20厘米不碾壓，待第二層填築時該部位進行隔層碾壓（隔層碾壓區壓實度達到90%以上），具體碾壓方法見圖3所示。

圖3 黏土與庫岸結合部隔層碾壓示意圖

（二）黏土施工質量控制與檢測

根據《碾壓式土石壩施工規範》DL/T 5129-2001及設計要求，寶泉工程庫底防滲土料施工質量控制項目與檢測頻次如下：

1.庫底防滲土料填築參照《碾壓式土石壩施工規範》DL/T5129—2001要求的施工質量控制項目為乾密度（壓實度）和含水率，其檢測頻次為：邊角夯實部位2~3次/層﹔其餘部位1次/（200~500立方米）。

2.由於設計對中部和周邊黏土採用了不同的技術指標，在設計檔案中，又專門對黏土填築施工質量控制項目與頻次做了如下要求：

a.原位滲透試驗：在碾壓鋪築現場做現場滲透試驗，採用試坑注水法（雙環法），每連續鋪築3~5層檢測一次，每10000平方米檢測一個點，最後控制檢測點數總量20~25個點，其中黏土接頭處不少於6個點，試驗方法參照《土工試驗規程》SL237—042—1999，要求滲透係數小於10-6厘米/秒。

b.室內滲透試驗：現場取樣做室內滲透試驗（為原位試驗做對比），每連續鋪築3~5層檢測一次，每20000平方米取一個試樣，最後控制試樣8~10個點，其中黏土接頭處試樣不少於2個點，試驗方法參照《土工試驗規程》SL 237-014-1999。

c.含石量及粒徑檢測：一般可採用目估和現場挖坑檢測相結合的辦法控制，現場挖坑直徑0.8米，深度根據含石量大小情況調整，至少不得少於一層鋪築厚度，每5000平方米檢測一個點，檢測黏土中5毫米以上含石量及粒徑情況，試驗方法參照《土工試驗規程》SL 237-006-1999。

d.壓實度檢測補充要求：庫底中部土料填築（粒徑5毫米以上顆料含量不大於30%，最大粒徑小於150毫米）原位乾密度宜採用挖坑法（灌砂或灌水）檢測，挖坑直徑、深度根據含石量及粒徑大小情況調整，挖坑試樣也可結合室內滲透試驗試樣進行，其要求及檢測方法參照《土工試驗規程》SL 237-041-1999，檢測頻率同《碾壓式土石壩施工規範（DL/T 5129-2001）》要求。

根據以上要求，中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司在該工程防滲土料填築施工中，共進行了壓實度和含水率檢測1454組，原位滲透檢測23組，室內滲透檢測9組，含石量檢測1218組，所有檢測指標均滿足設計要求，合格率為100%。

（三）黏土鋪蓋施工進度情況

由於地質情況複雜和設計變更等多方面原因，且因當時庫岸瀝青防滲體施工較計畫滯後，使防滲土料填築不能持續施工，工程實際於2006年11月才開始填築作業。中國安能建設總公司、中國水電建設集團路橋工程有限公司經認真研究和徵求設計、監理和業主等多方意見後，採用了上述施工工藝，利用20噸以上大型自卸車運料，後退法施工，大大提高了工效，在未增加設備資源投入情況下趕回工期約100天，月高峰填築強度達到17萬立方米 ，於2007年11月20日圓滿完成全部填築任務。所施工的庫底防滲結構，經參建各方多次檢測，各項指標均符合設計要求。

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《高水頭防滲土料填築施工工法》被評定為2007-2008年度國家二級工法。