山皮土筑壩新技術的研究與應用

朱春榮，李玉軍，李選，陳 茜

（1.葫蘆島市水土保持辦公室，遼寧 葫蘆島 125000；2.葫蘆島市水利學會，遼寧 葫蘆島 125000；3.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

山皮土筑壩新技術的研究與應用

朱春榮1，李玉軍2，李選3，陳 茜3

（1.葫蘆島市水土保持辦公室，遼寧 葫蘆島 125000；2.葫蘆島市水利學會，遼寧 葫蘆島 125000；3.遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

山皮土筑壩以突破傳統的砂土及砂礫石筑壩、筑堤技術為出發點，采用室內試驗研究和現場原型試驗相結合的方式，從山皮土材料的室內試驗入手，通過系統試驗、研究和觀測分析，掌握山皮土滿足設計要求的各種技術參數指標，對應的研究用山皮土作為筑壩、筑堤填筑材料的施工工藝。

筑壩技術；研究；應用

1 筑壩研究的目的

土石壩建設的發展離不開筑壩材料的研究與開發，山皮土筑壩是土石壩筑壩、筑堤技術的一種填筑材料與施工工藝的創新，通過系統試驗、研究和觀測分析，研究掌握山皮土滿足設計要求的各種技術參數指標，對應的研制用山皮土作為填筑材料對水庫大壩進行加高、培厚的施工工藝。山皮土筑壩技術是以突破歷史悠久、應用很廣泛、傳統的砂土及砂礫石筑壩、筑堤技術為突破口，研究采用山皮土新型筑壩材料與施工工藝技術為研究目的。

2 筑壩材料分析

2.1 山皮土材料

1）山皮土作為筑壩材料的技術要求。掌握滿足設計要求的各種技術參數，包括山皮土材料的級配、擊實、密度、施工最佳含水量、松鋪系數等。

2）山皮土筑壩的施工工藝要求。掌握滿足施工要求的機械參數、組合情況，碾壓滲透及現場碾壓特性如山皮土壓實厚度、碾壓遍數、碾壓速度等。

3）施工質量控制要點及檢測要求。根據具體現場原型試驗，總結施工技術參數、驗證施工工藝的正確性、以及施工機械的性能等，由此來指導以后的筑壩施工。

2.2 山皮土筑壩材料確定試驗分析

1）山皮土材料的室內試驗研究。山皮土是由風化破碎巖石、砂粒以及少量風化殘積土組成的混合體。通過室內試驗加強研究，對初選周圍4種大壩填筑材料進行了物理、力學、水力學特性試驗，通過室內外試驗為山皮土筑壩新技術提供可靠的依據和質量控制要點。通過系統觀測和分析，驗證山皮土筑壩新技術的合理性，進一步完善設計原理及方法，提高堤壩安全可靠度。

2）試驗設計方案的確定。根據室內試驗和研究成果，針對水庫大壩加高培厚的重要性和實際特點，2008年7—9月，完成了《山皮土筑壩新技術的研究和試驗計劃》、《山皮土筑壩現場試驗設計》、《山皮土筑壩技術方案初步設計報告》等。并組織專家進行了論證和修改，確定了設計方案。

3）現場原型試驗。依據《龍屯水庫除險加固工程初步設報告》，為進一步驗證設計方案的可靠性、經濟性、明確施工工藝、質量控制目標和要點，2008年10月10日—11月15日，在龍屯水庫左壩端樁號0+000—0+100段，進行了山皮土筑壩的現場原型試驗。山皮土筑壩的現場原型試驗共埋設2個觀測斷面，進行施工期和初期運行期的觀測和分析。

3 山皮土筑壩綜合性分析

3.1 用前試驗分析

在設計階段及筑壩前，對尚未有筑壩經驗或不常用于筑壩的土料，進行深入的綜合試驗研究是十分必要的。土料填筑的壓實標準以相對密度控制，施工前通過試驗確定填筑料的最大和最小干密度。確定山皮土料的最大干密度還沒有一個完整、成熟的確定方法。SL237—1999《土工試驗規程》中,規定了粒徑小于60 mm粗粒土的相對密度試驗方法。對大于60 mm粒徑的山皮土試驗采用剔除法、等量代替法、相似級配法、混合法等方法，現場試驗根據土料性質和試驗項目來決定。鑒于室內土工試驗的局限性，碾壓試驗是優化設計、合理編制施工組織設計是十分重要的一環，結合施工生產初期完成，從而達到工程安全、控制工程質量和投資的目的。

3.2 數據處理分析

數理統計線性回歸法和最小二乘法以及EXCEL圖表處理，運用于試驗的數據處理和數據分析科學、合理，不但能夠減小工作量，而且還能夠提高工作效率，在判斷數據的合理性上也起到事半功倍的效果。

3.3 山皮土筑壩施工參數分析

通過各種試驗方法測定與現場實際比較，這次研究核實了山皮土作為筑壩新材料的施工參數，并針對不合理的施工參數提出建議值，具體如下：采用13 t自行式振動碾，遍數選定為6遍，山皮土鋪料厚度為40 cm，含水量控制在最優含水量±3%范圍內,干密度控制建議為1.78～1.81 g/cm3。

4 筑壩創新應用

山皮土筑壩新技術于2008年7月，結合葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程建設，選取大壩加高、培厚加固工程作為研究應用的載體，通過系統試驗、研究和觀測分析，研究掌握山皮土滿足設計要求的各種技術參數指標，對應的研制用山皮土作為填筑材料對水庫大壩進行加高、培厚的施工工藝，達到了消除水庫大壩安全隱患，提高水庫大壩的安全性能與防洪能力，使工程投資最小、質量優良、受益時間最長、效益最大的目的。經過2年的試驗研究，可以分析得出如下技術創新應用。

1）施工工藝創新應用。通過室內外試驗、理論分析和工程實踐，總結提供了一整套山皮土新型筑壩、筑堤技術的設計、施工、質量監測完整的寶貴資料，為有關科研及設計單位今后在類似工程建設，提供了重要的參考依據。

2）效果突出。大中型水利工程開挖棄料、山丘區山皮土儲量極為豐富。山皮土筑壩新技術通過本工程的實際應用，認識到其結構相對簡單，技術容易掌握，根據工程特點，進行科學的設計，加以有效利用，具有就地取材、保護耕地、縮短工期、節省工程投資和節能環保等多重效果。

2）滿足《規范》要求。采用山皮土筑壩新技術加固修筑的龍屯水庫大壩加高、培厚工程，通過一年的運行，大壩穩定性良好，滿足LS274—2001《碾壓式土石壩設計規范》要求，達到設計標準，為山皮土筑壩提供了寶貴經驗。

4）效益顯著。采用山皮土筑壩新技術較采用傳統砂礫料筑壩方法節省工程費69%，節省直接投資276.7萬元。項目區的防洪效益巨大，防洪保護人口19.6萬人，保護受益土地耕地1萬hm2，工農業總產值達124.94億元。同時，生態環境效益十分顯著。

5）工程質量優良。采用山皮土筑壩新技術建設完成的葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程，大壩施工標段于2010年9月完工，并通過單位工程驗收。綜合評價結論為：“大壩單位工程中的12個分部工程質量全部合格，其中9個優良，優良率75%。主要分部工程質量全部優良，施工過程中未發生質量事故，該單位工程外觀質量得分率為89.6%，達到優良質量標準，工程施工期及試運行期，觀測資料分析結果均符合國家和行業技術標準以及合同約定的標準要求，單位工程施工質量檢驗與評定資料齊全。根據水利部SL176—2007《水利水電工程施工質量檢驗與評定規程》之規定，工程項目施工質量評定等級為優良”。

5 結論

山皮土筑壩技術在葫蘆島市龍屯水庫除險加固工程應用中表現出壩體穩定性好、就地取材、保護耕地、縮短工期、節省工程投資和節能環保等多重效果，在施工工藝和質量控制標準研究方面取得了重大突破。

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2012-05-16