筑畦泡土法土料制備工藝研究及應(yīng)用

侯 娟

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

龍?zhí)端畮鞊跛畨螢槟雺壕|(zhì)土壩，壩頂度7.0 m，壩頂高程721.70 m，壩頂長度180 m，建基面最低高程664.00 m，最大壩高57.7 m，土料填筑量約77 萬m3。左岸土料場(chǎng)位于壩軸線上游左岸730 m 高程以上向上游50 m 處，右岸土料場(chǎng)位于右岸723 m 高程以上向上游60 m 處，土料屬于低液限粘土、顆粒分析為粉質(zhì)粘土為主。

2 土料開采利用及制備規(guī)劃

2.1 制備土料工程量

大壩填筑設(shè)計(jì)總方量約77 萬m3，根據(jù)陜西省水利水電建筑工程預(yù)算定額：100 m3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201 萬m3。

2.2 土料場(chǎng)復(fù)勘結(jié)果

土料場(chǎng)復(fù)勘通過用挖機(jī)配合人工挖探坑，主要檢測(cè)土料天然含水率、天然密度，查明土料分布情況，取擾動(dòng)土樣檢測(cè)各項(xiàng)性能指標(biāo)，探坑深度在6 m～8 m。

右岸土料場(chǎng)用人工挖探坑4 個(gè)，探坑尺寸在寬2 m，長2 m，深5 m～8 m，探坑內(nèi)每米取原狀土樣一組，檢測(cè)天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.37 g/cm3，最大值1.50 g/cm3，天然含水在6.4%～14.6%之間，平均含水在10.6%，在4 個(gè)探坑中取擾動(dòng)土樣6 組，對(duì)土料其它各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

左岸土料場(chǎng)人工挖探坑10 個(gè)，探坑寬2 m，長2 m，深6 m～7 m，探坑內(nèi)每米取原狀土樣一組，檢測(cè)天然密度及含水率，土料天然干密度最小1.36 g/cm3，最大值1.52 g/cm3，天然含水在6.8%～16.6%之間，平均含水在10.2%，10 個(gè)探坑中取擾動(dòng)土樣10 組，對(duì)土料其它各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

在料場(chǎng)復(fù)查過程中共對(duì)16 組土樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)土料采用干法制備，擊實(shí)方法采用輕型擊實(shí)，擊實(shí)最大干密度在1.64 g/cm3～1.74 g/cm3之間，平均最大干密度為1.69 g/cm3，最優(yōu)含水率在16.8%～18.0%之間，平均值為17.2%。

3 土料存在不足、土料制備難點(diǎn)及主要措施

由料場(chǎng)復(fù)勘結(jié)果及擊實(shí)試驗(yàn)得出料場(chǎng)土料主要存在問題：（1）土料天然含水率整體偏低，不可直接作為填筑料使用；（2）土料天然含水率分布不均，同一區(qū)域內(nèi)不同部位之間土料含水率差別大，且同一部位不同深度的土料含水率差別也較大。針對(duì)土料含水率不足問題，一般采用“堆土牛”浸潤、翻拌的方法解決，但由于本工程場(chǎng)地狹小，無“堆土牛”條件，因此，缺少土料制備場(chǎng)地是土料制備的又一難點(diǎn)。針對(duì)土料含水率低及無場(chǎng)地“堆土牛”的問題，可采用在土料場(chǎng)筑畦泡土的土料制備工藝予以解決。

3.1 料場(chǎng)規(guī)劃

做好料場(chǎng)規(guī)劃主要應(yīng)考慮料場(chǎng)實(shí)際地形、土料需求強(qiáng)度、進(jìn)出道路布置、開采方式及深度、單次土料制備面積及滲透速度等因素，盡量使筑畦、泡土待滲、開挖等工序形成流水作業(yè)，并根據(jù)需求強(qiáng)度提前做好配水試驗(yàn)，得出土料制備周期及滲透深度等參數(shù)，本工程料場(chǎng)規(guī)劃如下。

（1）開采方式

由于土場(chǎng)為黃土梁斜坡面，坡勢(shì)起伏，結(jié)合土料場(chǎng)清表，在清表過程中自上而下將坡面推整出大小不等的梯田狀平地，以利筑畦灌水。當(dāng)土料含水量合適以后采用挖掘機(jī)倒退法立采開挖，選用20 t 的自卸汽車?yán)\(yùn)上壩。土料開采過程盡量攪拌上、下層開采土料、悶土后拉運(yùn)。考慮料場(chǎng)行車安全、運(yùn)輸?shù)缆凡贾谩⑼跈C(jī)作業(yè)范圍及土料需求強(qiáng)度，確定單次開挖深度為4 m 左右。

（2）道路布置

為保證行車安全及土料拉運(yùn)效率，料場(chǎng)進(jìn)出口設(shè)置回車區(qū)，料場(chǎng)內(nèi)依地形布置5 m 寬環(huán)形道路，道路高程隨料場(chǎng)開挖逐步下降，每個(gè)泡土區(qū)開挖面隨開挖對(duì)場(chǎng)內(nèi)道路進(jìn)行修整，保證道路坡度最陡不超過1∶10。

（3）配水試驗(yàn)及土料制備參數(shù)計(jì)算

在每個(gè)土料場(chǎng)分別均勻選6 個(gè)地方進(jìn)行筑畦泡土試驗(yàn)，在測(cè)定每個(gè)畦子不同深度的天然含水率后，分別計(jì)算其需要的配水量，然后其中3 個(gè)畦子正常加水泡土，另外3 個(gè)畦子用手風(fēng)鉆鉆5～7 個(gè)4 m 深孔后加水泡土。每隔3 天利用洛陽鏟探測(cè)每個(gè)畦子滲透深度，直到滲透深度達(dá)到4 m，最后計(jì)算出平均滲透速度。最終配水試驗(yàn)顯示，正常泡土平均滲透速率為0.3 m/d，鉆孔后泡土平均滲透速率可達(dá)0.8 m/d。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及以往施工經(jīng)驗(yàn)可知，土料需求強(qiáng)度約6000 m3/d，單次泡土深度約4 m，本工程土料場(chǎng)面積約68000 m2，由此可計(jì)算出下列參數(shù)：

單次泡土周期:4÷0.3=14d(一般泡土)，4÷0.8=5d（畦子內(nèi)加鉆孔泡土）；

單次泡土周期土料需求量：6000×14=84000 m3（一般泡土），6000×5=30000 m3（畦子內(nèi)加鉆孔泡土）；

料場(chǎng)單次泡土最小面積：84000÷4=21000 m2（一般泡土），30000÷4=7500 m3（畦子內(nèi)加鉆孔泡土）。

土料場(chǎng)面積均遠(yuǎn)大于以上兩種方法單次泡土需要的最小面積，考慮節(jié)約成本及減少重復(fù)制備次數(shù)，采用一般加水泡土能夠滿足土料需求強(qiáng)度要求。因此，土料場(chǎng)可劃分為筑畦區(qū)、泡土待滲區(qū)、開挖區(qū)三個(gè)區(qū)域，為保障施工高峰期土料需求強(qiáng)度，考慮土料制備富余系數(shù)，每個(gè)循環(huán)泡土待滲區(qū)、開挖區(qū)面積都應(yīng)保持在25000 m2左右。

料場(chǎng)規(guī)劃布局見圖1。

圖1 料場(chǎng)規(guī)劃布局示意圖

3.2 料場(chǎng)供水

采用二級(jí)供水，先于土場(chǎng)748 m 高程處采用地埋式布置尺寸為10 m×5 m×4 m 的MU10 砌磚水池（池底為30 cm 厚C25 鋼筋砼以保證池內(nèi)水質(zhì)存儲(chǔ)和冬季不被凍裂），在圍堰上游河道設(shè)置浮動(dòng)揚(yáng)水站，揚(yáng)水站與水池之間鋪設(shè)D=108 mm 鋼管，利用兩臺(tái)揚(yáng)程110 m，單臺(tái)流量145 m3/h，功率75 kW 的多級(jí)潛水泵由河道向水池抽水；然后由水池通過鋪設(shè)下水干管管道、支管管道及軟管引水至各個(gè)畦子。

3.3 配水計(jì)算及控制

根據(jù)土料含水率公式可推導(dǎo)出配水量公式：

式中：ΔM 為泡土所需配水量；ρ 為需要配水土料的密度；V為所需配水土料的體積；ω0為最優(yōu)含水率；ω 為配水土料的天然含水率。

每個(gè)畦子配水前需測(cè)定不同深度天然土料含水率，然后按照公式計(jì)算出畦子所需綜合配水量，并做好記錄，在注水時(shí)以水表控制注水量，最后在泡土完成后測(cè)定土料含水率，綜合考慮自然蒸發(fā)等因素影響，按照“以理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐完善理論”的思路，據(jù)實(shí)做出配水量的調(diào)整。

3.4 筑畦泡土

采用挖掘機(jī)開挖畦子，推土機(jī)平整人工配合，自上而下盡量將坡面推整出大小不等的梯田狀平地，畦子的大小根據(jù)地形確定，在地勢(shì)平緩的地方，畦子可以大一些，在地勢(shì)陡的地方，畦子可以小一些，在坡度較大的地方，也可以采用挖掘機(jī)沿等高線開溝灌水的方法。

根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)配水試驗(yàn)情況，相鄰畦子間最佳壁厚頂部為0.8 m～0.9 m，底部寬度約為1.2 m，修筑深度約為0.8 m。

畦子修筑完成后，按照計(jì)算的所需配水量，以水表控制，在配水周期內(nèi)分次加入，并做好記錄。為保障上壩強(qiáng)度，應(yīng)提前準(zhǔn)備至少一個(gè)泡土周期（即14 d 左右）的合格土料需求量。

3.5 土料開采

現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)土料含水率合適以后采用挖掘機(jī)倒退法立采開挖，逐層泡土逐層開采使用，選用20 t 的自卸汽車?yán)\(yùn)上壩。土料開采過程盡量攪拌上、下層開采土料、悶土后拉運(yùn)。開挖過程內(nèi)坡應(yīng)盡量平順、美觀，視實(shí)際情況設(shè)置馬道，坡面滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。根據(jù)料場(chǎng)地形，料場(chǎng)作業(yè)區(qū)要同時(shí)具有開挖作業(yè)面、注水泡土作業(yè)面及筑畦作業(yè)面。

3.6 料場(chǎng)整治

開采結(jié)束后，用推土機(jī)及時(shí)平整料場(chǎng)，按方案要求進(jìn)行料場(chǎng)整治處理。

4 質(zhì)量管控措施

（1）增加檢測(cè)頻率，檢測(cè)不同部位畦子的不同深度含水率，力求做到檢測(cè)全面，加水量計(jì)算準(zhǔn)確。

（2）安裝水表，安排土場(chǎng)負(fù)責(zé)人員精確加水，確保加水量符合計(jì)算值。

（3）加強(qiáng)料場(chǎng)管控，土料開采完成后即進(jìn)行修畦、待滲作業(yè)，使土料開采和制備實(shí)行不間斷流水作業(yè)，確保土料循環(huán)供應(yīng)滿足上壩強(qiáng)度。

（4）對(duì)于個(gè)別低含水率上壩土料，于壩面采用灑水車以壓力水和壓縮空氣混合以霧狀噴出，使灑水均勻，灑水后旋耕機(jī)摻和均勻。

（5）對(duì)于個(gè)別高含水率上壩土料采取翻曬法或摻拌水泥、含水率較低的土料等方法降低含水率。

5 結(jié)語

銅川市龍?zhí)稑屑~工程采用低含水率土料制備的筑畦泡土法土料制備工藝，取得了良好的質(zhì)量效果，較常規(guī)“堆土牛”法土料制備工藝節(jié)約了大量土料轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)用及制備時(shí)間，解決了場(chǎng)地狹小限制的問題，也為今后類似低含水率土料制備提供了行之有效的參考。