先土后砂法的大壩碾壓填筑施工技術探討

藺旭勃

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710068）

1 工程概述

榆林黃河東線馬鎮引水工程從黃河右岸馬鎮葛富村取水,主要任務是對引黃水量進行沉沙、調蓄,水庫總庫容9870 萬m3；水庫樞紐由大壩、溢洪道和放空洞組成,大壩為粘土心墻堆石壩,頂寬15.0 m,壩頂長度582.0 m,最大壩高97.5 m；大壩上游坡比1∶2.2,設一級馬道；下游坡比1∶1.8,設兩級馬道,馬道均寬3.0 m。心墻軸線在壩軸線上游3.0 m處,心墻頂寬8.0 m,底寬55.5 m,兩側坡比均為1∶0.25,心墻底部設0.5 m 厚的混凝土蓋板；心墻上下游與堆石間依次設兩級反濾料及過渡料,水平寬度分別為3 m、3 m、5 m,其中下游堆石區采用部分開挖料。

2 先土后砂法施工重點

本工程施工中壩料土方和石方挖裝施工中,主要是采用1.6 m3的液壓反鏟,并用20 t 自卸式汽車進行運輸,整個填筑施工中采用進占法填筑,運輸到壩面后進行碾壓試驗,分層攤鋪,平整后再進行碾壓操作。防滲粘土也是采用進占法進行填筑,通過TY220 推土機攤鋪平整,22 t 自行式凸塊碾壓密實。反濾料則采用采用挖機進行填料攤鋪,采用TY220 推土機攤鋪平整,并用26 t 自行式振動碾壓設備進行壓實處理。過渡料和壩體堆石料也采用進占法進行攤鋪,選擇TY320 推土機攤鋪平整,26 t 自行式振動碾壓設備進行碾壓。

在進行現場碾壓實驗的過程中,對各種填筑料的層厚及填筑碾壓施工參數進行確定,在進行施工的時候,要根據材料填筑分區的不同坡向,遵循“先土后砂法”,也就是先細料后粗料的原則,進行一層一層的平起填筑,使各區之間相互協調地上升。

（1）在芯墻土上鋪2 層,虛鋪30 cm 厚,待壓實后,每層25 cm,按設計斜率1∶0.25 修整坡面。

（2）一層一層的反過濾材料,虛鋪厚56 cm,壓實后50 cm,壓實后按設計坡度比例1∶0.25 粉刷坡面。

（3）一次鋪設一層反過濾材料,虛鋪厚55 cm,壓實后50 cm,按設計斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（4）在混凝土表面鋪設一層過渡料,并在混凝土表面上加厚55 cm,在混凝土表面上加厚50 cm,并在混凝土表面上按設計斜率1∶0.25 抹混凝土表面上加厚50 cm。

（5）在芯墻土上鋪兩層,虛鋪30 cm 厚,待壓實后,每層25 cm,并按設計斜率1∶0.25 修整斜坡。

（6）在1 層反濾材料上鋪設1 層,虛鋪厚56 cm,后壓實50 cm,按設計斜率1∶0.25 粉刷斜面。

（7）鋪設1 層反過濾材料2,虛鋪厚55 cm,后壓實50 cm,按設計斜率1∶0.25 修整坡面。

（8）在混凝土表面鋪設一層過渡材料,并在混凝土表面上鋪設55 cm 的虛鋪層,在混凝土表面50 cm 處鋪設50 cm 處,并按設計坡度比例1∶0.25 對混凝土表面進行填筑。

（9）將堆石砌成一層,虛鋪厚108 cm,待壓實后100 cm,待壓實后,按設計斜率（上游1∶2.2,下游1∶1.8）對堆石進行修整。

3 大壩碾壓填筑施工技術

3.1 填筑前重點現場規劃

按照設計圖紙和招標文件的規定,將壩基開挖、清理、灌漿、心墻底部砼蓋板及施工期臨時排水等各項基礎處理工作全部完成。在每一層回填之前,用測量儀對各類回填材料的邊界進行放樣,并對心墻防滲土料、反濾料、壩殼砂石料、排水料等用白灰標出。在進行填筑之前,要對各種填料的質量及配制的數量進行檢驗,以達到設計及施工的要求。核對各種工程機械的數量和型號是否符合工程需要,以及工程機械設備的完好狀況。

3.2 壩料運輸

上壩所需要的各類物料均采用1.6 m3的液壓反鏟進行挖裝,20 t 的自卸車來運送,并且要保持車架和輪胎的清潔,以避免將殘余的土壤從車架和輪胎中帶入填筑區。晚上的筑壩材料運送要做好晚上運送的照明和其他施工準備工作。堆石料、過渡料在運輸和卸料時,應采取預防散粒的措施。各類填料經監督檢驗不合格,不準上壩；對于那些已經放在大壩上的不符合標準的填料,要及時清理掉。運送壩料的車輛,必須在擋風玻璃的右上方標注出壩料分區的名字,在運送壩料的時候,車輛的空車速度不能超過15 km/h,車輛的載重速度不能超過10 km/h,載重不能超過車輛的標定載荷。

3.3 防滲心墻土料填筑

防滲心墻土料填筑施工中主要是采用1.6 m3的反鏟進行裝料運輸,通過20 t 自卸汽車運輸上壩,按照平行于壩體軸線方向采用進占法鋪土。采用TY220 推土機進行平料處理,通過插入鋼釬的方法來控制鋪料厚度,虛鋪厚度主要是按照試驗確定的30 cm 進行分層攤鋪,若發現超厚情況及時處理,通過22 t 自行式凸塊振動碾平行壩軸線方向進行碾壓,控制碾壓時行車速度在1 km/h～2.5 km/h 之間。沿著壩體軸線方向進行分段施工,尤其是在進行上下層填筑時需要做到錯縫施工,以免發生痛縫問題。各填筑段需要沿著壩體軸線方向細分成鋪土、碾壓、質檢三個工作面進行流水作業。心墻粘土需要同上下游反濾料和壩殼料進行平行填筑,騎縫碾壓,垂直碾壓方向的搭接寬度要控制在30 cm～50 cm 之間,平行碾壓方向搭接寬度要控制在100 cm～150 cm 之間[1]。

3.4 反濾料和過渡料填筑

（1）反濾材料和過渡材料全部采用采購材料,現在已經被儲存在水壩的右岸1#營地和左岸2#營地的附近,并根據反濾材料的10 萬m3（松方）來進行材料的儲備和調整。在采購反濾料和過渡料之前,實驗檢驗人員在興縣灰巖人造石料場試樣中,對人造石料的級配、最大粒徑、不均勻度、含泥量等進行了檢驗。經過篩分,去除過大的粒度,并采用液壓清洗,確保泥沙含量達到標準。并根據反濾料的級配、上包絡線、最大粒徑、不均勻度等參數,對不同級配的集料及沙粒進行了混合。在堆存場中,利用挖掘機、裝載機等設備,對反濾料、過渡料進行摻配、混合,并對其級配進行調整,使其達到需要的程度[2]。

（2）在對其進行檢測之后,采用ZL-50 裝載機從堆存場裝車,20 t 自卸汽車運輸上壩,1.6 m 的挖機進行攤鋪,TY220推土機平料,用26 t 自行式振動平碾在與壩軸線方向平行的位置上靜壓2 遍+振壓6 遍。邊坡的填筑與相鄰的土料、過渡料和堆石料有很大的關系。在施工過程中,如何合理地安排各類物料的充填次序,在保證充填質量的同時,又不會對大壩的成孔速度產生不利的影響。

3.5 壩體堆石料填筑

壩體堆石料使用的是大壩右岸上游1#石料場料源,使用梯段爆破法進行開采（詳見石料場開采方案）,1.6 m3挖掘機裝車,20 t 自卸汽車運輸上壩,TY320 HP 推土機平料,虛鋪厚度108 cm,壓實后100 cm。26 t 的自動振蕩平磨床,在大壩軸線方向上,進行2 次振動碾壓、10 次振動碾壓（經碾壓實驗測定）。

（1）堆石料應經大壩地基處理和隱蔽工程檢查合格后方可進行回填。傾卸車在卸載過程中,應使用“進占法”,堆疊高度不得超過1.5 m。大壩堆石料的縱向和橫向連接處,采取階梯回坡的方法,使堆石料的縱向和橫向連接處的每一段階梯回坡的寬度不小于1.0 m。在鋪好了一層堆石料之后,要布置一個測點,對其壓實前的高程進行測量,以確定鋪料的厚度,當鋪料的厚度達到要求時,才能發下測量合格證,對堆石料進行碾壓[3]。

（2）堆石碾壓質量的關鍵在于過程的控制,主要是對碾壓次數、振幅、行駛速度、碾壓車輪的搭接寬度等方面的控制。碾壓的方向通常與壩體的軸線平行,在岸坡上也可以沿著壩體的坡腳進行。在碾壓結束后,根據各點的高度,對壓實層進行了測量。碾壓后,表面的平整度應在0～±10 cm 之間,如果有超出±10 cm 以上的不平坦,則應將其再次推倒并鋪壓。對壩基上的堆石恒定斜坡部位,按3 m 厚度回填,并對其進行定位和調整,確保其坡度達到設計要求。

（3）不得將泥土、雜草、木材等危險材料摻入堆石內。在裝載和卸載堆石時,應特別注意防止堆石與堆石之間的脫開,嚴禁由高坡面往下落。臨近河岸的地方,要用更細的石頭來鋪設,防止出現懸空現象。壓實堆石料振蕩平磨在壩體上運行時,其運行方向與壩體軸線相平行,在靠近壩體的位置上,可以沿著壩體的一側運行[4]。對不能直接碾壓的部位,采用小振動磨或其他機械對部位進行碾壓,碾壓次數根據監理人的要求進行調整。對于河岸上地勢陡峭,或者是陡峭的斜坡,需要對地面進行適當的修整,讓振動碾壓到位,有些地方可以使用振動板或振動夯進行壓實。

（4）為減小接縫,采用較大面積的堆石。在進行塊體回填時,應針對塊體與塊體之間的接觸面,采用階梯狀的接觸面,或在接觸面上挖出不實的接觸面石塊等特殊方法。在大壩安全監控設備安裝完畢后,應由監理方批準,方能進行壩殼上部材料的回填[5]。當條件滿足時,采用高強度的壩殼材料在較低高度處進行填筑,而低強度的壩殼材料在較高高度處進行填筑。

3.6 壩體與岸坡接合部的填筑

在對堆石料、過渡材料與岸坡的連接處進行填筑時,如果使用自卸車卸載或推土機平放,那么很可能會出現超徑石頭的聚集和堆積的現象,并且有些地方的碾壓機械不能很好的進行碾壓。在此位置上的填筑應采取以下技術措施：

（1）在邊坡上,為了避免大顆粒物料的聚集,必須在邊坡2 m 之內,采用細碎的堆石料（直徑小于200 mm）,并在邊坡之前進行填筑,這是一種小面積的鋪筑法。

（2）在2 m 寬度以內,對邊坡結合部位（混凝土、漿砌石等）的填筑,采取將鋪筑材料減薄到20 cm,加大碾壓次數,并用振搗靜壓的方法,進行填筑。對于因振動碾壓而難以夯實的角部,可采用水力振動夯盤或壓路機進行夯實。

（3）在接近岸坡的地方,碾壓機沿壩體軸線移動,沿壩體軸線移動。分段碾壓時,各段的碾痕相互交疊,交疊的長度不得少于1 m。要保證所需的碾壓次數、振動碾壓的頻率、振幅,不允許不進行振動碾壓,以避免漏碾、欠壓[6]。對于不能直接碾壓到的部位,可使用小型的振搗機或其他機械進行碾壓。在軋制時,要對振動式軋輥的性能進行定期檢測。在此基礎上,對壩體縱向的碾壓痕跡與壩體橫向的碾壓痕跡至少重合1 m。

4 結語

先土后砂法的大壩碾壓填筑施工技術,通過分析結果表明大壩碾壓填筑施工技術是水利工程壩體施工中的重點和難點。這就要求在實際施工中,必須充分結合工程特點,采取科學有效的方法和措施可有效提升大壩碾壓填筑施工質量,提升水利工程壩體結構的穩定性。