南溝門均質(zhì)土壩降低填筑土料損耗的施工措施

寧軍華

（中國水電十五局第三工程公司 陜西 咸陽 712000）

1 工程簡介

1.1 工程概況

南溝門水利樞紐工程位于延安市黃陵縣境內(nèi)葫蘆河上。大壩為均質(zhì)土壩，壩頂高程為852.0m，寬度為10m，最大壩高65m，壩頂總長504.43m。大壩上游邊坡比1∶2.75和1∶3，在高程830m、812.5m處設(shè)寬2.0m馬道；下游邊坡坡比均為1∶2.5，在高程835m和818m處設(shè)寬2.0m的馬道，土方填筑工程量為357萬m3。

1.2 土料的性質(zhì)

根據(jù)對土料場進(jìn)行復(fù)查情況看，土料以粉粒（0.075mm～0.005mm）為主，其含量占71.5%～83.0%，其次是粘粒，含量最小為17.0%，最大值為28.5%，平均值為22.3%，符合規(guī)范中對均質(zhì)土壩土料粘粒含量的要求；土料天然干密度最小1.21g/cm3，最大值1.61g/cm3，土料天然干密度平均值約為1.35g/cm3，土料天然干密度較小，較為疏松；土粒比重最小值為2.69，最大值為2.72，平均值為2.71；塑限含水率在14.0%～19.1%，平均值為17.0%，液限含水率在26.1%～34.7%，平均值為30.5%，塑性指數(shù)在10.8～16.8，平均值為13.5。填筑含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率16.5%。料場土層各項(xiàng)技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)基本符合《SL251-2000規(guī)程》對均質(zhì)土壩土料的質(zhì)量要求。為了保證壩體的填筑質(zhì)量，大壩利用混合料進(jìn)行填筑，也就是把土料經(jīng)過摻合、拌和以后使其混合料的土質(zhì)及含水率均達(dá)到一定程度的均勻。

2 土料料源及制備場地使用規(guī)劃

根據(jù)土料場地形，土料場分為A、B兩個(gè)區(qū)進(jìn)行開采，A土料場面積為128038m2，高程▽820～▽890，平均開采深度為33m，土料儲量430萬m3。按儲量與實(shí)際填筑量2∶1的關(guān)系計(jì)算，可填筑215萬m3的工程量，滿足▽818以下壩體填筑的要求（填筑量213萬m3）。B土料場面積157287m2，土場高程▽890～▽980，土料平均開采深度為35m，土料儲量534萬m3。B料場的土料完全可滿足▽818～▽852段壩體填筑的要求（填筑量144萬m3）。

土料制備場布置三個(gè)，以1#制備場為主，2#、3#制備場為輔。2012年使用1#、3#制備場制備A料場土料167萬m3，其中1#制備場制備127萬m3，運(yùn)距約850m，3#制備場制備40萬m3，運(yùn)距約1500m。2013年使用1#、2#制備場制備B料場土料208萬m3，運(yùn)距約1000m。2014年使用 1#、3# 制備場制備土料108萬m3，其中大壩右岸▽852高程以上土料40萬m3拉運(yùn)至3#制備場，運(yùn)距約1300m；B料場土料70萬m3拉運(yùn)至1#制備場，運(yùn)距約1000m。

3 大壩填筑降低土料損耗的主要施工措施

3.1 采用磅秤計(jì)量制備土料，精確了計(jì)量。

在制備場合理位置布置了兩臺40t地磅，對制備土料進(jìn)行稱重，在開挖工作面不定期進(jìn)行土料自然密度的測定，把重量劃算成方，有效規(guī)避了采用儀器地形測量計(jì)算工程量誤差的問題，為制備土料量的精確度提供了保證。

3.2 土料制備場基礎(chǔ)硬化降低土料損耗。

利用大壩工程開挖的石渣提前對土料制備場地進(jìn)行硬化，采用HP160推土機(jī)平整成里高外低成2%的坡度（便于排水），22T振動碾碾壓密實(shí)后鋪設(shè)40cm厚石渣硬化，HP160推土機(jī)整平、22T振動碾碾壓密實(shí)。減少土料二次運(yùn)輸過程中的損失。土料頂部卸料過程中自卸汽車不再同一車轍碾壓，減少對頂部土料的破壞。土料制備好后，頂部推2%的坡度，方便雨水及時(shí)排出。

3.3 采用合理的翻曬工藝處理雨后壩面的高含水土料

每年5月中旬至9月中旬是本地區(qū)的雨季，下雨量大，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的情況看2012年累計(jì)下雨影響施工天數(shù)為56天，2013年累計(jì)下雨影響施工天數(shù)為112天，對均質(zhì)土壩的上壩施工造成了很大影響。首先是對施工進(jìn)度造成了嚴(yán)重影響，其次是經(jīng)過雨水浸泡的土料，含水量過高后無法正常碾壓處理，要么開挖棄掉，要么翻曬處理。如果棄掉的話將造成土料大量浪費(fèi)，土料利用率也將降低，所以必須經(jīng)過合理的翻曬施工工藝使含水量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用旋耕機(jī)翻曬處理雨后壩面的高含水土料合格后再碾壓上壩。本工程旋耕機(jī)選用1GQN-200KH框架式，最大旋耕深度可達(dá)29cm，能達(dá)到旋松翻曬的目的，根據(jù)檢測統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)看土料含水超標(biāo)深度基本在25cm以內(nèi)（經(jīng)過雨前碾壓封面的土料），當(dāng)然還建立在壩面采取了排水措施的前提下。翻曬工藝流程：1GQN-200KH框架式旋耕機(jī)旋松土層0.3m→在日照時(shí)間內(nèi)每隔1h沿壩面縱、橫方向各旋耕一遍→每次翻曬后定點(diǎn)測量土料含水率→土料含水率達(dá)到要求后，碾壓取樣。翻曬效果分析：在當(dāng)時(shí)氣溫條件下（室外溫度可達(dá)30℃），壩面1天翻曬10次以上，含水率可達(dá)合格。翻曬區(qū)域按照同期大壩填筑面積4萬m2計(jì)算，土料壓實(shí)厚度約0.3m，單層翻曬節(jié)省合格土料12000m3（自然方）。

圖1 大壩上壩道路布置圖

表1 壩面施工道路下部土大樣檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.4 增加上壩路口減少路口土料剪切破壞損失

（1）1#施工道路（左、右）連接上游制備場至大壩上游基坑，1-2#施工道路（下游貼坡道路）連接下游制備場至大壩下游基坑，承擔(dān)大壩下游基坑809高程以下土方填筑；2#施工道路布置在右岸通過上游圍堰連接制備場至大壩填筑面（高程在813.5～838），該路在大壩填筑至840高程時(shí)改為貼坡道路延伸至852高程，承擔(dān)大壩809～852高程土方填筑；3#施工道路布置在左岸岸坡（高程在815～835），連接上游制備場和大壩填筑面，承擔(dān)大壩809～840高程土方填筑；4#施工道路布置在左岸岸坡840高程，與壩體連接后改為上游貼坡道路，連接上游制備場和大壩填筑面，承擔(dān)大壩840～852高程土方填筑。通過上述增加上壩路口的方法，路口土料經(jīng)車輛碾壓造成剪切破壞程度減輕了許多，僅發(fā)現(xiàn)上部20cm左右厚度的土料剪切破壞嚴(yán)重，進(jìn)行了清除。

（2）壩內(nèi)區(qū)與區(qū)之間采用回填土料墊路的方案解決剪切破壞現(xiàn)象。當(dāng)跨區(qū)上土?xí)r，在已碾壓檢測合格的土層上覆蓋40cm含水率在最優(yōu)含水-2%的土料，當(dāng)做跨區(qū)運(yùn)輸?shù)牡缆罚鳂I(yè)完后，視道路土料剪切破壞程度而定，上部15cm～20cm左右剪切較為嚴(yán)重，徹底清理，運(yùn)出壩面棄掉，下部為板結(jié)現(xiàn)象，剪切破壞不嚴(yán)重，首先采用HP160推土機(jī)攤開，厚度低于20cm，再采用旋耕機(jī)旋松后灑水車灑水1～2次（視含水損失的情況看），再用旋耕機(jī)旋松3～5遍后直接作為上壩土料，經(jīng)檢測質(zhì)量均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每層道路均錯(cuò)開布置。

3.5 合理利用刷坡土料

大壩上游邊坡為1∶2.75和1∶3，下游邊坡坡比均為1∶2.5，按照現(xiàn)場生產(chǎn)施工實(shí)際，大壩前后的坡面超填寬度的余量大于90cm后，就能滿足碾壓施工需要，經(jīng)檢測大壩設(shè)計(jì)尺寸內(nèi)的土料壓實(shí)度均能滿足設(shè)計(jì)要求。大壩每填筑4層～5層（高度約1.25m，斜坡長度約4m）后開始進(jìn)行上下游削坡處理，削坡采用Cat330反鏟，預(yù)留垂直坡面15cm厚保護(hù)層。工藝流程為：刷坡前在攤鋪面充分灑水→削坡土甩至待上料區(qū)→推土機(jī)攤鋪（攤鋪厚度控制在20cm以內(nèi)）→灑水車補(bǔ)水→旋耕機(jī)旋耕均勻→攤鋪20cm厚度的制備土料→推土機(jī)推平→振動碾壓→取樣檢測。

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)看，壓實(shí)度取樣1561組，合格1497組，經(jīng)過返工補(bǔ)壓處理后壓實(shí)度均達(dá)到了98%，滿足設(shè)計(jì)要求，取土大樣3組，滲透系數(shù)、濕密度、干密度及飽和密度均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)如下表：

3.6 合理利用冬季壩面覆蓋土料

南溝門均質(zhì)土壩施工區(qū)域，極端最低溫度為-28℃，最大凍土深度為68cm。每年進(jìn)入11月5日左右，室外溫度基本低于-5℃，大壩填筑停止施工，填筑停工后開始進(jìn)行壩面覆蓋，覆蓋厚度為60cm，覆蓋采用制備土料。覆蓋土施工流程為：自卸汽車倒退法卸料→推土機(jī)攤平→旋耕機(jī)旋松。

施工區(qū)域進(jìn)入來年3月15日左右，室外溫度基本能達(dá)到6℃左右，具備處理壩面覆蓋層的條件，根據(jù)兩年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)看，經(jīng)過旋松后的土料凍土深度均未大于5cm。覆蓋層處理劃分為不大于60m×60m的施工區(qū)，施工流程為：HP160推土機(jī)推掉表面30cm土料→裝載機(jī)配合集料至處理分區(qū)以外→下部含水檢測→合格后進(jìn)行碾壓→取樣→合格后采用推土機(jī)或裝載機(jī)攤鋪推出土料→平整→旋耕機(jī)旋松→碾壓→下一區(qū)施工。

4 結(jié)束語

南溝門水利樞紐工程均質(zhì)土壩自2012年3月21日填筑施工開始，于2014年6月9日順利封頂，除雨季影響及冬季不能施工，實(shí)際施工天數(shù)為376天，實(shí)際制備土料442萬m3（自然方），實(shí)際填筑壓實(shí)方為358.2萬m3。而根據(jù)陜西省水利水電建筑工程預(yù)算定額：100m3壓實(shí)方需要自然方=（（100+A）*設(shè)計(jì)干容重/自然干容重），計(jì)算需要制備土料473萬m3（根據(jù)試驗(yàn)檢測可知本工程土料自然干容重約為1.35g/cm3，設(shè)計(jì)干容重為1.69g/cm3，A可取4.93）。南溝門水利樞紐工程均質(zhì)土壩通過實(shí)施了科學(xué)合理的施工措施，土料利用率得到了很大提高，也為后續(xù)均質(zhì)土壩土料制備積累了經(jīng)驗(yàn)。陜西水利