清河水庫除險加固大壩粘土斜墻修復

狄旭東，劉淑華

（1.遼寧省清河水庫管理局，遼寧 鐵嶺112003；2.松遼委水土保持監測中心站，吉林 長春 130021）

1 概述

清河水庫是遼河流域重要的水利樞紐工程之一，位于遼河支流清河下游；是一座以防洪、灌溉為主，兼顧工業供水、養魚、旅游等綜合利用的大型水利樞紐工程。清河水庫總庫容9.68×108m3，根據SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》規定，清河水庫為大（2）型水利樞紐工程，工程等別為II等，主要水工建筑物級別為2級，包括大壩、溢洪道及左右岸泄洪洞。

主要樞紐建筑物防洪標準按500年一遇洪水設計，10000年一遇洪水校核。本次除險加固復核后水庫正常高水位131.00 m，防洪限制水位127.00 m，死水位109.70 m。設計洪水位135.10 m，相應庫容8.19×108m3，校核洪水位138.06 m，相應庫容 9.68×108m3。

大壩為粘土斜墻砂礫壩。壩頂高程138.10 m，防浪墻頂高程139.10 m，壩頂寬度6.5 m，壩長1622.0 m，最大壩高39.60 m。壩頂采用漿砌石防浪墻，墻寬0.5 m。

經計算，大壩壩頂高程139.25 m，防浪墻頂高程140.45 m，大壩現狀不能滿足設計要求（見表1）。

本次除險加固需對大壩進行加高，防浪墻由漿砌石改為鋼筋混凝土防浪墻。大壩加高采用帶帽加高方案，防浪墻改造方案是將原漿砌石防浪墻拆除，重新填筑拆除防浪墻時拆除的粘土斜墻，建設鋼筋混凝土防浪墻。

表1 壩頂高程計算成果表 m

2 粘土斜墻施工工藝

2.1 基層處理

基層處理是指防浪墻拆除時留下的粘土斜墻拆除后的痕跡面。防浪墻和大壩頂部拆除后，將拆除后的痕跡面徹底清理，沖洗干凈；尋找原斜墻的上下游邊界線，去掉突出點后得出特定高程的平均邊界線；然后，對粘土斜墻基層進行刨毛處理；刨毛深度不小于10 cm，并灑水潤濕，以利新舊斜墻的良好結合。

拆除下來的舊斜墻的粘土不可繼續使用，一定要挖采新的粘土料：舊的粘土料是經過碾壓后的土料，技術處理非常困難；舊的粘土料在拆除過程中有可能融入雜質或雜物，對粘土斜墻來說是絕對不允許的。

2.2 粘土土料選取與挖采

粘土土料的選取是比較重要的一個環節，首先要對料場的土樣采取“三步法”進行檢測。

1）提前對土料場的粘土料進行快速檢查含水率，其目的是控制允許上壩的土料質量，以確保土料易于壓實合格。

快速檢測土料含水率時，應在料場根據土料的不同深度取多組代表性試樣，采用酒精燃燒法，快速檢測土料含水率，合格的土料方可允許上壩施工。

一般來說，土的含水率在適合含水率范圍內（w±2%），采用常規規定的碾壓參數（本工程規定土料攤鋪厚度30 cm，振動凸塊碾先靜壓1遍，振動壓實8遍，再靜壓1遍，共10遍），即可達到合格（設計干密度1.68 g/cm3）。反之，含水量偏大或偏小，超出適宜范圍的土料，只進行常規的碾壓大都不能合格。含水量偏大，無法壓實，需進行翻曬處理，直接影響正常施工程序，耗時費力，增加成本；含水量偏小，必須增加碾壓遍數到12～14遍。

2）經第一步的初步檢查后，進行常規的環刀法取樣，在取樣過程中進行目測、手感，以判斷壓實效果：對于壓實合格以上的土料，用鎬刨或鍬挖，都很困難，一鎬只能挖深3～5 cm，被切割土層的斷面密實而且連續，出現細膩光滑的表面，用手掰土塊，明顯感覺具有一定的抗折力，土料之間膠結狀態較好，這樣的壓實土料其壓實度，多數可達到設計指標，可以初步認為壓實合格。反之，如果鎬刨很容易，一鎬刨深5 cm以上，甚至用鍬即可插入，土層切割斷面粗糙不連續，有峰窩孔，容易用手掰碎，容易將土塊捏成扁圓或土條，或者用腳跺踩壓實表面能留下明顯腳印，這樣的土料可斷定達不到設計壓實指標，因此也沒有必要做環刀法取樣檢查，而應該立即通知施工單位進行補壓處理，直至目測判斷合格才能做環刀法取樣試驗。

3）快速計算出環刀法試樣的濕密度，并采用第一步所測試的土料含水率來進一步判斷土料是否壓實合格，即：在試驗室內快速稱量環刀內土料的重量，計算出土料的濕密度（土料的濕密度=濕土質量/環刀容積，環刀的容積和重量都是預先稱量并有記錄），利用第一步所測的土料含水率，推算出該土料的干密度（干密度=濕密度/（1+含水率），看干密度是否合格便可作出決定，而不必等待試驗的最終精確結果，可以節約大部分的檢測時間。

4）要選擇有足夠儲量的料場。一個粘土斜墻最好不要采用2個或2個以上的料場；由于料場的位置不同，可能會出現料場土料的含水率、滲透系數以及力學指標的不同；同一個料場由于埋深的不同也會出現含水率、滲透系數和力學指標的不同；但采取適當的挖采方式可以避免；要選取含水率最低，物理力學指標合理的料場；針對料場整體地勢高低，地下水埋深，各埋深位置粘土特性差異大小，運距等來判定料場的好壞，選擇一個好的料場，對于粘土斜墻的鋪筑與質量有著至關重要的決定因素。

清河水庫原粘土料取自清河區肖臺子村，肖臺子村的粘土料色澤與粘性指數以及含水率都是附近粘土料場最好的，其儲量也相當大，經過試驗檢測，肖臺子粘土料場的土料適合粘土斜墻要求。

5）粘土土料挖采方法。用推土機在粘土層方向豎切1∶4的斜坡上順坡平采，這樣做既能很快排除降水，又能改變土料的不均勻性，即推土機將不同層次的粘土進行相互摻混成均勻的土料，避免不同埋深的粘土含水率和結構級配的不同。斜坡采料面在雨后短時間內即能疏干，從而保證了使用土料的來源。斜坡采料還可以保證土料的天然含水量少受損失；并能夠保證新填粘土斜墻的力學指標和滲透系數等均勻一致，免受粘土料天然結構的影響。

2.3 鋪筑與碾壓

粘土斜墻作為大壩防滲體，上下游都有反濾保護層，從大壩設計斷面看，與粘土斜墻緊密相連，上游是中粗砂墊層，下游是壩身砂礫料。為了確保粘土斜墻填筑質量和合理安排各種上壩料的填筑，本著“反濾層不得侵占防滲體有效斷面”的原則，對施工順序做出合理安排。首先填筑下游砂礫料，整平坡度；然后填筑粘土斜墻；最后填筑上游中粗砂。隨著粘土斜墻的填筑，削坡成型，平起填筑。所謂“平起填筑”是指每填筑兩層粘土，填筑一層上下游砂礫料；粘土斜墻與砂礫料平起填筑時，使砂礫料填筑面低于粘土填筑面3～5 cm，因砂礫料的碾壓加水量較大，可避免砂礫料表面多余的水流入粘土區。為保證粘土斜墻的斷面尺寸；在填筑斜墻粘土料時，上游邊線部位一定要超填5～10 cm；但不能超填過多，避免砂礫料反濾層“犬牙交錯”寬度過大。

2.4 層間結合

為使上、下層填料結合良好，粘土斜墻填筑層之間要進行刨毛處理，刨毛深度控制在1～2 cm之內。不能在碾壓后的光面上繼續填筑粘土料。刨毛采用拖拉機帶動改良型旋耕機。

2.5 最優含水量控制

粘土料的壓實過程就是使土體發生大量的壓縮形變和排氣的過程。在此過程中，土體的含水量起著至關重要的作用，含水量過小，土粒間摩擦阻力和粘結力較大，難以壓實；含水量過大，土粒間出現自由水，稍加碾壓就會出現水飽和而產生空隙水壓力，導致土體所受的有效壓力減少而使壓實效果變差，甚至會受封閉氣泡的彈性影響而使土體變成“橡皮土”。因此，為保證粘土的壓實效果，一定要控制好粘土的最優含水量，粘土處在此時，其塑性好，易壓實。粘土斜墻的壓實與否關系到粘土斜墻在土壩運行過程中能否不漏水，充分起到阻水作用，是土壩施工質量的關鍵。而含水量又是粘土壓實的關鍵。

肖臺子料場土料的天然含水量在設計含水量之內，但不是最優含水量；加上開采、運輸的影響，鋪筑時的風干，需要補充少量的水，以確保粘土料達到最優含水量。壓實后，為了能夠滿足層間結合的要求，必須在刨毛后進行灑水濕潤；土料補水和刨毛后灑水均可以采用水庫水，用水泵抽取水庫水，在出水口處用分散器將水散開噴灑，均勻噴灑在土料或者刨毛面上，噴灑在土料上的水量要嚴格控制，噴灑在刨毛面的水量以表面不出現明水為準，灑水后2 h左右開始填筑下一層，視水量多少現場確定具體時間。

2.6 削坡

按照土料填筑順序，首先填筑下游壩身砂礫料，再填筑斜墻，而后填筑上游的砂礫料墊層；所以，削坡只有上游面的削坡，削坡預留量一般為20～50 cm，每填筑2層削坡1次，削坡注意余土的保護，不要與砂礫料混淆，削坡的余土可繼續在下一填筑層使用。需要注意的是在削坡前由于時間較長，粘土中失水較多，需進行灑水濕潤；灑水量不宜過多，也不能太少，要充分濕潤土料，但不能形成明流。

3 施工質量控制

施工質量控制采用環刀取樣做干密度控制的辦法。這是通常的質量控制辦法，既簡單易行，又便于操作。每層在相同位置上下各取一個，上部距面5 cm左右，下部為相鄰層結合部位。通過統計比較，上下部位樣品的干密度相差不大。

在施工過程中，由于施工作業面大，陽光照射時間長，并且關照度強烈，造成粘土短時間內失水量過大，很容易表面出現龜裂，這種現象并不影響施工質量，只要在其表面進行灑水處理，龜裂就會消失；因此，在施工到頂層時，一定要對粘土斜墻進行必要的保護，保護措施是及時覆蓋砂礫料。粘土斜墻填筑封頂最好與防浪墻基礎開挖與澆筑有一定的連續性。

4 結語

1）根據粘土料層厚，在距填筑面前沿4～6 m距離設置移動式標桿，控制填料層厚度與平整度，避免超厚或過薄。

2）粘土斜墻采用進占法卸料，汽車不得在已壓實好的土料面上行駛，汽車穿越填筑層路口段應經常變化位置，對超壓土體應予清除。重車不過斜墻，空車過斜墻時鋪鋼板。

3）粘土斜墻鋪筑應連續作業，隨時做好防雨放水準備工作。填筑時天氣比較干燥，應在已鋪好的土層上適當噴霧灑水濕潤，保證含水量在控制范圍之內，同時對儲備在現場的粘土料，做好雨季防雨措施（蓋防雨布和周邊保證排水通暢）。

4）降雨前，所有心墻填筑區施工機械設備撤出填筑面，采用平碾將填筑面碾壓封閉，形成略傾向上游的光面，并覆蓋防雨布?；謴褪┕で?，排除積水，含水量調整至合格范圍后方可恢復施工。

5）由于清河水庫大壩比較長，粘土斜墻料需要分段碾壓，相鄰兩段交接帶碾壓跡應彼此搭接，搭接帶寬度應不小于0.5 m左右。