均質土壩土料制備及上游坡面砼護坡施工技術

蒲軍輝

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

甘泉縣府村川水庫大壩為均質土壩，壩頂高程1044 m，壩頂長度444.8 m，壩頂寬度7 m，最大壩高35 m，最大底寬206 m。大壩上游壩坡1∶3，下游壩坡1∶2.5，壩體土方填筑總量約123萬m3，壓實度不小于96%。其中大壩上游迎水面高程1021 m～1044 m設計采用5 m×5 mC25 F200 砼面板護坡，面板護坡面積約30150 m2，厚度20 cm。面板下依次鋪設第一層20 cm厚度砂反濾層，工程量約6030 m3；第二層30 cm厚度碎石反濾層，工程量約9045 m3；并采用4 cm厚M10 水泥砂漿固坡。

2 均質土壩土料制備施工技術

大壩填筑土料場位于庫區上游3.5 km左岸黃土梁峁上，土料場地形狹窄，土料平均開采深度50 m。土場土料主要為Q3黃土、Q2黃土狀壤土，以粉粒為主，為低液限粘土。土料天然含水率7.9%，土料含水率遠遠低于最優含水率16.2%，需要對天然土料采取泡土、開采、補水、翻拌等技術措施，以達到最優含水率，滿足土料填筑要求。

2.1 土料制備方案

由于土料場地形以黃土梁峁為主，中上部較為狹窄。因此土料場中、上部采用溝灌法進行泡土施工，待土場隨取土開挖面積逐步擴大后，下部采用大面積筑畦法泡土進行施工。

土料制備施工工序包括：清表→修筑畦塊→加水泡土→待滲→開采→補水→翻拌→含水率檢測→填筑壩體。

2.1.1 清表

土料場表面雜草、石塊等采用220 HP推土機推運堆集；樹根等采用反鏟徹底挖除，挖除深度約1.2 m～2 m。清表廢土用1.6 m3反鏟挖裝，25 t自卸車拉運至附近棄渣場。

2.1.2 泡土用水

泡土用水采用抽取附近河道水，從河道內利用高壓水泵抽水，?108 鋼管輸水到土料場頂部高位水箱內，然后接引?110軟管自流至下部泡土工作面附近。在?110 軟管上設置支管，并在支管上安設閥門、水表以控制注水量，然后開啟支管閥門向各個畦塊注水。高位水箱采用20 mm厚的鋼板加工而成，水箱尺寸為2 m×2 m×6 m，共布置3 個高位水箱。

2.1.3 溝灌

在頂部地勢較為狹窄和坡度較大的地方，采用溝灌法進行泡土施工。溝灌法采用反鏟開挖成1.5 m～2 m深溝槽。溝槽斷面為矩形，溝槽單寬為1 m～1.5 m，溝槽間距為1 m～1.5 m。溝槽開挖長度根據實際地形確定，一般取10 m～20 m。在開挖溝槽過程中，力求溝槽底部平整。溝槽灌水量根據試驗數據計算。開挖溝槽布置見圖1。

圖1 溝槽布置示意圖

2.1.4 修筑畦塊

筑畦泡水法采用反鏟在每層開采平臺上，開挖0.5 m～1 m深方格，形成畦塊，畦塊的大小根據現場地形、泡水量等因素進行確定。在地勢平緩的地方，畦塊可大一些，在地勢陡的地方，畦塊可小一些，每個畦塊的面積大致控制在200 m2～400 m2左右。在修筑畦塊的過程中，保持畦塊底部平整。畦塊修筑高度根據泡土土層厚度和配水量來確定，周邊土埂的修筑高度一般為1 m左右。筑畦泡水法見圖2。

圖2 單塊畦塊示意圖

2.1.5 加水泡土

溝槽、畦塊修筑完成后，即可根據泡土深度計算該部位的所需加水量，并對溝槽、畦塊進行注水。注水過程中，應嚴格按照水表控制注水量，以確保泡土效果。泡水量按土料需要補充的含水量計算，公式為：泡土水量（m3）=泡土方量（m3）×天然干密度×[最優含水量（%）-天然含水量（%）]+損耗量（m3），損耗量=[滲漏量（m3）+蒸發量（m3）]。

2.1.6 待滲

為了加快畦塊內水位下滲速度和深度，減少待滲時間，增強泡土效果，可提前在每個畦塊內采用螺旋鉆機打下滲孔，下滲孔直徑80 mm，深度4 m，間排距2 m×2 m梅花型布置。土料根據泡土試驗數據推算開采時間，并采用洛陽鏟打探孔，提取土樣檢測含水率達到要求后方可開采。

2.1.7 土料開采

土料開采時，開采深度根據所探測深度內含水率的合格范圍、土料水分下滲深度以及開采設備施工性能確定，土料開采高度每層一般取4 m。

土料開采前采用220 HP推土機推平畦塊四周土埂，人工灑水補水，消除土埂干土，確保制備質量。

土料開采時必須保證每層底部同高程，使上、下兩層形成一個新的施工平臺，便于下層平臺進行泡土和開采，每層土料開采完成后，立即進行下層土料泡土，按照上述程序循環作業。

土料開采采用1.6 m3反鏟立式開采，開采時使上下層不同含水率、不同成分土料充分翻拌、混合均勻，并隨時檢測土料含水率，偏低時采用高壓水管噴頭補水，并采用反鏟連續翻拌均勻。陰天和夜晚，使用略低于最優含水量的土料；夏季選用略高于最優含水量的土料。土料開采制備均勻后，采用25 t自卸汽車運輸至大壩回填面進行填筑施工。如果經檢測拉運至大壩填筑面的局部土料含水率，未達到最優含水率控制范圍，可在壩體填筑面再次進行補水，旋耕機翻拌均勻，以滿足大壩土料填筑要求。

3 均質土壩上游坡面砼護坡施工技術

3.1 上游坡面砼護坡工程概況

大壩上游迎水面設計采用20 cm厚度C25 砼面板護坡，坡比1∶3，護坡面積約30150 m2。單塊砼面板尺寸為5 m×5 m，數量約1206 塊。砼面板之間伸縮縫寬2 cm，采用聚乙烯泡沫板填縫。砼護坡面板下鋪設20 cm厚度砂反濾層和30 cm厚度碎石反濾層，并采用4 cm厚M10 水泥砂漿固坡。

按照設計要求，上游護坡反濾層各層具體質量指標如下。

第一層砂反濾層：選用黃河壺口砂料，設計厚度20 cm，壓實后相對密度不低于0.75 ；級配連續，最大粒徑20 mm，D15 粒徑范圍在0.19 mm～0.25 mm之間，不均勻系數CV＜5，含泥量（粒徑小于0.1 mm）小于5%。

第二層碎石反濾層：選用銅川石料場人工摻配灰巖料，設計厚度30 cm，壓實后相對密度不低于0.75 ；級配連續，最大粒徑50 mm，不均勻系數CV≤8，D 15 粒徑范圍在1.2 mm～6 mm之間，D90≤40 mm，含泥量（粒徑小于0.1 mm）小于5%，設計要求包絡線見表1。

表1 碎石反濾料設計要求包絡線表

按照建設單位要求和施工總工期安排，大壩上游坡面砼護坡施工工期僅3個月時間，工期很緊。

3.2 施工難點

鑒于大壩上游護坡面板施工工期緊（僅3個月時間）、單塊面板（5 m×5 m）數量多（約1206塊），面板和下部反濾層斜坡施工質量要求高的客觀情況，采用常規辦法分倉進行單塊砼面板澆筑施工，遠遠不能滿足工期要求。

如何快速進行砂反濾層、碎石反濾層的制備，達到滿足質量要求連續級配的合格反濾料，同時滿足施工現場攤鋪強度要求。在坡比1∶3和高差23 m的斜坡施工條件下，如何快速進行砂反濾層和碎石反濾層的斜坡攤鋪、壓實施工以達到設計要求的壓實指標，并保證坡面平順度、高程和坡比符合要求，減少固坡砂漿超用量。在斜坡反濾層鋪筑完成后，如何及時、快速進行砂漿固坡施工，減少降雨等對斜坡反濾層坡面進行沖刷破壞。在反濾層、砂漿固坡完成后，如何快速進行砼面板護坡施工，保證護坡砼面板的澆筑質量、外觀質量和工期要求，是必須解決的難題，通過認真研究，采取以下施工技術將上述問題迎刃而解。

3.3 上游護坡反濾層施工

砼面板護坡面積約30150 m2，而砼面板下的反濾層又是砼面板施工的前提和關鍵，并制約著面板砼施工進度。因此快速、便捷、安全、高效的進行工程施工，需采取以下技術措施。

3.3.1 砂、碎石反濾層的快速制備

砂反濾層：試驗檢測人員先在黃河岸邊壺口天然砂料場進行砂料天然級配、不均勻系數、含泥量等指標檢測，如果天然砂料級配較好，通過篩分剔除超徑顆粒，用水力沖洗以保證含泥量合格。如果天然砂料級配較差，可摻加部分粒徑的料進行級配調整以滿足要求。砂料經篩分、沖洗、摻配合格后拉運至施工現場，從源頭上保證砂料的級配、最大粒徑、含泥量等要求。

碎石反濾層：同樣，試驗檢測人員先在銅川灰巖人工石料場進行人工碎石級配、最大粒徑、不均勻系數、含泥量等指標檢測。按照碎石反濾料級配上下包絡線、最大粒徑、不均勻系數、D15粒徑范圍1.2 mm～6 mm、D90≤40 mm等指標，進行不同粒徑碎石骨料摻配、混合，進行級配調整以滿足要求。通過篩分剔除超徑顆粒，用水力沖洗以保證含泥量合格。碎石反濾料經篩分、沖洗、摻配合格后拉運至施工現場。

根據實際情況從料場源頭上制備級配良好、含泥量符合要求、最大粒徑及不均勻系數達標的反濾料，快速進行篩分、沖洗、摻配、混合是保證反濾料施工的前提和保證。

3.3.2 砂、碎石反濾層的斜坡快速攤鋪

砂、碎石反濾料加工制備完成后，拉運至施工現場，在上游坡面坡比1∶3 和高差23 m的斜坡施工條件下，采用反鏟從壩頂接力挖甩反濾料進入坡面、推土機從上到下推平、人工二次平整的施工方法快速攤鋪，并采取測量放樣、埋設基準點、掛線控制標高、刮板刮平等控制攤鋪厚度和平整度的方法，保證攤鋪質量。

3.3.3 砂、碎石反濾層的快速斜坡壓實

在坡比1∶3 和高差23 m的斜坡條件下，采取推土機、反鏟履帶板梯隊進行砂、碎石反濾層的斜坡壓實，邊角部位采用人工夯實的方法，同時采取壓實面灑水提高壓實效果等措施，快速進行斜坡壓實施工，保證了壓實指標。

3.3.4 斜坡反濾層的快速砂漿固坡

反濾層壓實并經檢測合格后，采用溜管輸送砂漿、人工攤鋪、人工手持刮板刮平等方法及時、快速的進行砂漿固坡施工，防止了降雨對斜坡反濾層坡面的沖刷破壞。

3.4 上游護坡砼面板施工

針對上游護坡砼面板單塊澆筑倉面多，工期和外觀質量難以保證的實際情況，項目部采用了滑模施工技術，有效解決了護坡砼面板施工問題。采用滑模施工時，先按砼面板設計橫向分縫位置每5 m分為1 個條塊，然后沿坡面鋪設槽鋼側模，并采用壩頂設置的5 t 卷揚機提升滑模桁架，將每條塊護坡砼面板從下到上一次整體澆筑成型。每條塊砼澆筑完成后，按照從下到上沿斜坡縱向分縫位置及時采用切割機切縫，形成2 cm寬度伸縮縫。

采用滑模施工技術，上游坡面砼共劃分了87 個條塊，簡化了澆筑倉面。單套滑模每條塊可一次整體澆筑14 個單塊（5 m×5 m）砼面板，用時僅2.5 天。根據工期要求配置了3 套滑模跳倉澆筑，極大地加快了施工進度。采用滑模施工技術，澆筑的護坡砼面板表面光潔、內部密實、平整度好，無錯臺、鼓包、蜂窩麻面等缺陷，同時加快了施工進度，提前完成了上游護坡砼面板施工任務。

4 結語

延安市甘泉縣府村川水庫均質土壩土料制備和上游坡面砼護坡施工，通過采取科學合理的施工技術和質量管理措施，不僅解決了土料制備和上游護坡砼施工工期緊、質量要求高的難題，而且優質、高效完成了施工任務，可為西北黃土地區均質土壩施工提供技術參考。